변압기(고장 진단방법과 절연 진단방법)*

변압기(특성Q)

변압기 냉각방식
변압기 이상현상 및 대책
변압기 여자 돌입전류
변압기 이행전압의 종류와 대책
임피던스 전압이 변압기특성에 영향을 주는요소
주파수 변화가 변압기에 미치는 영향
변압기 보호방식(B)
변압기 고장 진단방법과 절연 진단방법
유입 변압기 온라인 진단
변압기 경제적 운용방식
변압기 손실과 효율
변압기 최대 효율조건

목차(변압기 고장 진단)

1️⃣변압기 고장의 종류

1)절연 파괴

원인:
- 과도한 전압: 낙뢰, 스위칭 서지 등으로 인해 변압기 내부에 과도한 전압이 발생하여 절연이 파괴
- 열화: 장기간 운전으로 인한 절연재료의 열화, 수분 침투, 오염 등이 절연 파괴를 유발
- 기계적 손상: 외부 충격이나 진동으로 인해 절연이 손상
현상:
- 국부적인 방전 소음
- 절연유 분해 가스 발생
- 과열
- 지락 고장
- 폭발

2)과열

원인:
- 과부하 운전: 정격 용량을 초과하여 운전하면 동손과 철손이 증가하여 과열이 발생
- 냉각 시스템 고장: 냉각유 순환 불량이나 냉각기 고장으로 인해 열 방출이 제한되어 과열이 발생
- 단락 고장: 단락 고장 시 발생하는 큰 전류로 인해 국부적인 과열이 발생하여 절연이 파괴
현상:
- 절연유 온도 상승
- 권선 온도 상승
- 절연물 열화
- 변색
- 냄새

3)기계적 고장

원인:
- 진동: 운전 중 발생하는 진동으로 인해 부품이 이완되거나 파손
- 외부 충격: 외부 충격으로 인해 변압기 탱크나 부품이 손상
- 제작 불량: 제작 과정에서 발생한 불량으로 인해 기계적 고장이 발생
현상:
- 소음 증가
- 진동 증가
- 누유
- 부품 파손

4)부분 방전

원인:
- 절연체 표면의 오염, 균열, 공동 등으로 인해 국부적인 방전이 발생
- 절연유의 열화, 수분 침투 등으로 인해 절연 강도가 저하되어 부분 방전이 발생
현상:
- 특징적인 부분 방전 소음
- 코로나 방전 빛
- 오존 발생
- 절연 열화 가속화

5)기타 고장

절연유의 열화: 산화, 수분 침투, 슬러지 생성 등으로 인해 절연유의 절연 성능이 저하되어 고장을 유발
외부 요인: 낙뢰, 지진, 화재 등 외부 요인에 의해 변압기가 손상

2️⃣변압기 고장 진단 방법

1)유중 가스 분석:

절연유에 용해된 가스 성분을 분석하여 고장의 종류와 위치를 진단

2)초음파 검사:

부분 방전이나 기계적 결함에 의한 소리를 측정하여 고장을 진단

3)온라인 모니터링:

변압기의 온도, 진동, 부분 방전 등을 실시간으로 모니터링하여 이상 징후를 조기에 감지

4)절연저항 측정:

절연 저항을 측정하여 절연 상태를 평가

5)유전체 손실 측정:

유전체 손실을 측정하여 절연 열화 정도를 평가

6)외부 점검:

변압기 외부의 상태를 점검하여 누유, 변색, 부품 이완 등을 확인

7)보호 계전기 동작 기록 분석:

보호 계전기의 동작 기록을 분석하여 과거 고장 이력을 파악하고, 고장 발생 가능성을 예측

3️⃣변압기 고장 예방

정기적인 점검: 위에서 언급한 점검 방법을 주기적으로 수행하여 고장을 조기에 발견하고 예방합니다.
과부하 방지: 변압기를 정격 용량 내에서 운전하여 과열을 방지합니다.
냉각 시스템 관리: 냉각유 순환을 원활하게 유지하고, 냉각기의 성능을 유지합니다.
절연유 관리: 주기적으로 절연유를 교체하고, 오염도를 관리합니다.
외부 환경 관리: 낙뢰, 지진 등 외부 요인으로부터 변압기를 보호하기 위한 조치를 취합니다.
보호 계전기 설정: 보호 계전기를 정확하게 설정하여 고장 발생 시 신속하게 차단합니다.

4️⃣전력용 변압기의 절연 진단방법

1)절연내력시험

IEC규격은 표에 의한 전압을 권선과 대지 간에 1분간 가함

최고전압	시험전압
3.6	10
7.2	20
24	50
72.5	140
145	275
170	325

절연내력시험을 하기 위해서는 슬라이닥스와 PT를 사용하고, 회로보호용으로 OCR과 CB를 다음 그림과 같이 결선

https://c-mk.s3.ap-northeast-2.amazonaws.com/2022/11/감도저하방식.jpeg

만일 시험중에 변압기가 절연파괴되어 OCR에 전류가 흐르면 OCR은 CB를 Trip시켜 회로를 보호

2)충격파시험

1.2*50[μs]인가하여 절연상태 확인
50~70% 정도의 낮은 충격파를 가한 후 전파를 가한다
해당 기기의 BIL과 같은 크기의 충격파전압을 충전부와 대지 간에 음양 각 3회씩 인가하여 변압기의 이상 유무는 접지선에 흐르는 전류의 파형을 분석해서 판별

3)유전정접시험(비파괴시험)

쉐링 브리지를 이용하여 측정
절연상태가 양호하면 피측정기기는 완전한 콘덴서가 된다(전류 위상이 90°앞섬)
열화가 발생하면 전루의 위상이 90°이하가 되므로 Ra, Ca를 가변하여 측정한다.

\[\tan\delta=2\pi f C_a R_a\]

4)온라인 진단법

변전설비 온라인 진단시스템

초음파센서변압기에 절연열화가 생겨 부분방전이 일어날 때 발생하는 전자파를 부분방전 진단용 초음파센서로 탐사함으로써 열화개소를 검지하는 방법
온라인 가스분석기가스분석기의 센서를 유입변압기의 드래인벨브에 설치하고, 분석기를 통해 컴퓨터에서 상시 감시 진단할 수 있는 장비로 여러대의 변압기를 한 대의 컴퓨터로 진단할 수 있는 장점
고주파 잡음에 의한 애자열화 진단방법변압기에 절연열화가 생겨 발생하는 전자파를 탐사함으로써 열화개소의 검지가 가능
변압기의 절연유 열화센서PCS는 변압기의 열화 정도를 전기 사용 상태에서 자동감시하여 절연유의 열화 측정과 예측이 가능하도록 한 것이다. 이에는 주로 초음파센서가 사용된다.

5)절연유 시험

산가도 측정
- 절연유 5[mL]에 산성추출액 5[mL]를 넣고 수산화칼륨을 넣어 측정
- 절연유1[g]의 산성을 중화하는데 필요한 수산화칼륨(KOH)의 [mg]수로 표시

산가도	판정
0.02이하	양호
0.2~0.4	요주의
0.4이상	불량

절연내력 시험방법
- 절연유를 담은 통에 지름 12.5[㎜]의 2개의 구를 20[㎜]담가 간격을 12.5[㎜]띄워서 측정
- 3[kV/sec]의 비율료 전압을 상승시켜 Breaker가 동작했을 때의 전압

시험전압(절연파괴 전압)	판정
30[kV]	신유
20[kV]	양호
15[kV]~20[kV]	요주의
150[kV]미만	교체

6)음향, 진동

7)GIS, Mold는 X-Ray 촬영

변압기(특성Q)

목차(변압기 고장 진단)

💯기출문제

●F49전력용 변압기에서 발생되는 고장의 종류 및 현상에 대하여 설명하시오

절연파괴, 과열, 기계적고장, 부분방전, 절연유열화

●F55현장에서 전력용 변압기의 절연 진단방법에 대하여 설명하시오

1. 절연유 분석

가스 크로마토그래피 분석: 변압기 내부에서 발생하는 절연 유해 가스(수소, 메탄, 에틸렌 등)의 종류와 농도를 분석하여 절연 상태를 평가합니다. 각 가스의 특징적인 발생 원인을 분석하여 열화의 종류와 정도를 판단할 수 있습니다.
수분 함량 측정: 절연유의 수분 함량이 높으면 절연 저하를 유발할 수 있으므로, 수분 함량을 측정하여 절연 상태를 평가합니다.
유전체 손실 측정: 절연유의 유전체 손실을 측정하여 절연 열화 정도를 평가합니다.

2. 부분 방전 측정

초음파 측정: 부분 방전 발생 시 발생하는 초음파를 측정하여 부분 방전의 유무와 위치를 파악합니다.
RF 측정: 부분 방전 발생 시 발생하는 고주파 신호를 측정하여 부분 방전의 크기와 활동성을 평가합니다.

3. 절연 저항 측정

직류 고전압 인가: 변압기의 권선과 대지 사이에 직류 고전압을 인가하여 누설 전류를 측정하고, 절연 저항을 계산합니다. 절연 저항이 낮을수록 절연 상태가 열화되었음을 의미합니다.

4. 분극화 현상 측정

분극화율 측정: 절연체에 직류 전압을 인가했을 때 발생하는 분극 현상을 측정하여 절연 상태를 평가합니다.

5. 온라인 모니터링

온도 측정: 변압기 내부의 온도를 지속적으로 측정하여 과열 여부를 확인하고, 열화 진행을 감시합니다.
진동 측정: 변압기의 진동을 측정하여 이상 유무를 판단합니다.
부분 방전 온라인 모니터링: 부분 방전을 지속적으로 모니터링하여 초기 결함을 감지합니다.

6. 열화 진단 시스템

유중 가스 분석 시스템: 자동으로 유중 가스를 채취하여 분석하는 시스템입니다.
온라인 부분 방전 감시 시스템: 부분 방전을 실시간으로 감시하여 이상 징후를 조기에 발견합니다.

진단 결과 해석 및 활용

각 진단 방법을 통해 얻은 데이터를 분석하여 변압기의 절연 상태를 종합적으로 평가하고, 필요한 경우 예방 정비 계획을 수립합니다. 진단 결과를 바탕으로 변압기의 수명을 예측하고, 고장을 사전에 방지하여 전력 시스템의 안정성을 확보할 수 있습니다.

각 진단 방법의 장단점 및 적용 범위

진단 방법	장점	단점	적용 범위
절연유 분석	열화 정도 정량적 평가 가능, 조기 진단 가능	시료 채취 필요, 분석 시간 소요	모든 종류의 변압기
부분 방전 측정	초기 결함 감지 가능	외부 잡음 영향, 해석이 어려울 수 있음	고압 변압기
절연 저항 측정	간단하고 빠른 측정 가능	절연 열화 초기 단계 감지 어려움	모든 종류의 변압기
분극화 현상 측정	절연 상태 평가 가능	측정 조건에 민감	고체 절연물
온라인 모니터링	실시간 감시 가능, 조기 경보 가능	초기 투자 비용이 높음	모든 종류의 변압기

변압기(특성Q)

목차(변압기 고장 진단)

🌐V1010Z24

변압기(고장 진단방법과 절연 진단방법)*