변압기의 비밀: 절연유의 노화 과정과 이것이 전력 변압기 절연에 미치는 영향(그리고 노화 평가를 위한 팁!)

이 독특한 변압기 오일은 전력 변압기의 생명줄과 비슷합니다. 단순히 열을 식히는 것뿐만 아니라 중요한 절연 기능을 제공합니다. 하지만 이 변압기 절연유가 영구적으로 이상적인 상태를 유지하는 것은 아닙니다. 다른 모든 것과 마찬가지로 노화 과정을 거칩니다. 변압기 오일의 노화를 이해하는 것은 매우 중요합니다. 왜 그럴까요? 향후 큰 문제와 비용을 절약할 수 있기 때문입니다. 오일이 변질되면 절연지는 물론 변압기 전체에 손상을 줄 수 있습니다. 이 글은 전력 변압기 절연유의 숙성 특성에 대한 안내서입니다. 변압기 오일을 검사하여 변압기 상태를 평가하는 방법을 살펴 보겠습니다. 실제로 절연이 저하되면 어떤 일이 발생하는지 살펴보고, 변압기를 오랫동안 잘 작동하도록 유지하는 데 도움을 드리고자 합니다. 또한 산성화와 이것이 전기 장비에 미치는 영향에 대해서도 다룰 예정입니다.

1. 우리가 말하는 변압기 오일은 정확히 무엇이며 어떻게 절연할 수 있을까요?

오일은 자동차에 사용되는 오일이라고 생각할 수도 있지만, 전력 변압기에서는 슈퍼스타라고 할 수 있습니다. 일반적으로 절연유라고도 불리는 고도로 미세 조정된 미네랄 오일입니다. 이 오일의 주요 역할은 변압기 내부의 고전압이 흐르는 여러 부품을 보호하는 것입니다. 즉, 전력이 점프하지 않아야 할 곳으로 점프하는 것을 막아줍니다. 엄청난 전력이 흐르는 케이블을 생각해보면 이 오일이 케이블을 안전하게 분리해 줍니다. 오일은 변압기의 안전한 작동에 중요한 역할을 합니다.

이 액체 단열재는 변압기를 냉각시키는 매우 중요한 추가 작업도 수행합니다. 변압기가 작동하면 연기가 발생합니다. 변압기 오일이 순환하면서 권선과 같은 부위에서 열을 흡수하고 이를 밖으로 내보냅니다. 이는 변압기가 우수한 작동 온도를 유지하는 데 도움이 됩니다. 따라서 이 오일은 보호와 냉각이라는 두 가지 역할을 하는 일석이조의 영웅입니다. 오일의 특성은 변압기가 제대로 작동하는 데 매우 중요합니다. 대형 변압기에는 이 특수 변압기 오일이 무수히 많은 갤런을 담을 수 있습니다. 변압기의 절연은 이 오일에 크게 의존합니다.

2. 변압기 오일은 왜 노화되나요? 사람이 노화되는 것과 같은 원리인가요?

멋진 질문입니다! 실제로 변압기 오일이 노후화되는 것은 어떤 면에서 우리와 비슷합니다. 시간이 지나면 변합니다. 이것이 바로 노화 과정입니다. 변압기 오일이 노화되는 원인은 여러 가지가 있습니다. 가장 큰 세 가지 요소는 온기, 산소, 습기입니다. 변압기가 작동할 때마다 변압기에는 열이 발생합니다. 이러한 열 스트레스는 오일이 분해되거나 열화되기 시작하는 주요 원인 중 하나에 불과합니다. 특히 일부 유형의 변압기 스타일에서는 오일이 공기 중의 산소에 노출됩니다.

산소와 고온이 변압기 오일과 혼합되면 산화로 불리는 화학 반응이 일어납니다. 사과를 자르면 갈색으로 변하는 것을 산화로 생각해보세요! 이러한 산화는 오일을 변화시켜 제 역할을 제대로 수행하지 못하게 만듭니다. 또한 소량의 수분도 변압기에 추가적으로 관여하여 오일의 노화를 촉진할 수 있습니다. 따라서 오일의 수명은 변압기의 건강을 위해 크게 고려해야 할 사항입니다. 이러한 성능 저하는 느리게 진행되지만 수명이 다하는 동안 모든 변압기에 발생합니다. 변압기 오일의 노화를 이해하여 변압기를 안전하게 보호하는 것이 목표입니다.

3. 변압기 오일 분해 및 산성 축적을 유발하는 주요 적들은 무엇인가요?

앞서 말했듯이 산화는 주요 악당입니다. 오일이 산소와 열을 받으면 분해되기 시작합니다. 이러한 오일 분해는 위험한 부산물을 생성합니다. 이러한 부산물 중 가장 끔찍한 것은 산성입니다. 예, 기름이 산성이 됩니다! 이렇게 산이 발생하면 변압기 내부의 모든 정보가 잘못 작동합니다. 이 산 함량은 오일 품질을 확인하기 위해 결정되는 중요한 포인트입니다.

또 다른 적은 오염입니다. 앞서 설명한 것처럼 습기나 변압기 내부의 마모로 인한 작은 금속 입자 등이 오염의 원인이 될 수 있습니다. 이러한 불순물은 변압기 오일의 열화 과정을 가속화할 수 있습니다. 변압기에 과부하가 걸리거나 더운 곳에서 작업할 때 발생하는 고온 또는 열 스트레스도 마찬가지로 오일의 노화 및 열화 속도를 가속화합니다. 고장이나 번개와 같은 전기적 스트레스도 추가될 수 있습니다. 이러한 모든 요인이 상호 작용하여 오일의 절연 특성을 떨어뜨립니다. 이로 인해 오일의 효율성이 떨어집니다.

4. 노후화된 오일과 그 산이 변압기의 절연지에 어떤 영향을 미칠까요?

여기서부터 변압기의 문제가 심각해집니다. 대부분의 변압기는 절연을 위해 오일만 사용하는 것이 아니라 셀룰로오스로 만든 특수 종이를 권선의 코드 주위에 꼬아서 사용합니다. 이를 종이 절연 또는 절연 종이라고 합니다. 이 오일-종이 절연 시스템은 매우 일반적입니다. 이제 변압기 오일이 노화될 때 형성되는 산에 대해 설명한 것을 기억하시나요? 그 산은 셀룰로오스 절연지에 끔찍한 영향을 미칩니다.

산은 셀룰로오스 섬유를 공격하여 종이 단열재를 약하고 깨지기 쉽게 만듭니다. 오래된 신문이 노랗게 변하고 부서지는 것과 비슷합니다. 이러한 셀룰로오스의 분해는 변압기의 1차 전기 절연을 손상시킵니다. 변압기 절연이 너무 약해져 더 이상 정상적인 전기적 또는 기계적 스트레스를 견딜 수 없게 될 수 있습니다. 무서운 점은 셀룰로오스 종이가 손상되면 변압기를 고가의 수리 서비스 없이는 실제로 고칠 수 없다는 것입니다. 변압기 수명에 직접적인 영향을 미치는 오일은 우리가 그토록 주의 깊게 관찰하는 이유입니다.

5. 오래되고 성능이 저하된 변압기 오일이 정말 변압기 전체를 손상시킬 수 있나요? 어떤 영향이 있나요?

당연하죠! 실제로 그런 일이 발생하는 것을 보았습니다. 오래되고 노후화된 변압기 오일은 단순히 사소한 문제가 아니라 전체 전력 변압기에 심각한 위험을 초래할 수 있습니다. 오일이 노후화되고 분해되면서 산성뿐만 아니라 슬러지라는 물질이 추가로 발생합니다. 이 슬러지는 끈적끈적하고 어두운 물질로 변압기 내부의 냉각 덕트를 막을 수 있습니다. 냉각이 막히면 변압기는 더 뜨거워져 오일 노화도 더 빨라집니다! 끔찍한 악순환입니다. 이로 인해 변압기 자체의 노화도 빨라집니다.

더 나쁜 것은 오일이 보호 기능을 상실하면(유전체 강도가 감소하면) 변압기 내부에 전기적 결함이 발생할 위험이 높아진다는 점입니다. 이는 작은 아크일 수도 있고, 변압기의 완전한 고장을 초래하는 심각한 내부 폭발일 수도 있습니다. 변압기 고장은 정전, 고가의 수리 작업 또는 완전히 새로운 변압기가 필요하다는 것을 의미합니다. 변압기 신뢰성과 운영에 미치는 영향이 클 수 있습니다. 그렇기 때문에 변압기 오일의 상태는 배전에 사용되는 변압기의 성능에 필수적입니다.

6. 변압기 오일의 노후화 징후는 무엇인가요? 파괴를 어떻게 감지할 수 있나요?

무엇을 찾아야 하는지 인식하는 것이 중요합니다. 변압기 오일이 노화되고 약해지기 시작하는 첫 징후 중 하나는 산도가 높아지는 것입니다. 이를 테스트할 수 있습니다. 또 다른 징후는 색상의 변화입니다. 새 변압기 오일은 일반적으로 투명하고 밝은 노란색입니다. 노화됨에 따라 더 어둡거나 심지어 갈색 또는 검은색으로 변할 수 있습니다. 이는 일반적으로 산화 및 슬러지 형성을 나타내는 지표입니다. 또한 오일이 변압기를 냉각시키지 못하여 오일 온도 수치가 높아질 수도 있습니다.

변압기 오일과 셀룰로오스 절연의 열화로 인해 특정 유형의 가스가 발생하는 경우가 많습니다. 이러한 가스는 오일에 용해됩니다. 이러한 용존 가스의 종류와 양을 평가할 수 있습니다. 이것은 용존 가스 분석(또는 DGA)이라는 매우 강력한 도구입니다. 다양한 가스를 통해 변압기의 과열, 아크 또는 절연지에 문제가 있는지 여부를 알 수 있습니다. 유전체 강도가 낮다는 것은 오일이 제대로 차폐 역할을 하지 못하고 있다는 분명한 지표이기도 합니다. 이러한 오일의 열화는 변압기에 대한 경고 신호입니다.

7. 변압기 오일의 수명과 문제를 파악하기 위해 정확히 어떻게 평가할 수 있나요?

변압기 오일의 상태와 수명을 실제로 파악하기 위해 변압기 탱크에서 오일 샘플을 채취합니다. 그 후 이 오일 샘플은 실험실에서 여러 가지 검사를 위해 보내집니다. 일반적인 검사 중 하나는 오일의 산도(또는 산 함량)를 결정하는 것입니다. 산도가 높을수록 열화가 심하다는 뜻입니다. 또한 오일이 고전압으로부터 얼마나 잘 보호할 수 있는지를 알려주는 유전체 강도를 추가로 검사합니다. 유전체 강도가 낮으면 변압기 절연에 적신호가 켜집니다.

또한 수분은 오일의 노화를 촉진하고 셀룰로오스 단열재를 손상시키기 때문에 오일의 수분 함량도 측정합니다. 그리고 용존 가스 분석(DGA)도 중요합니다. 오일 내 가스의 종류와 양을 살펴봄으로써 권선 과열이나 종이 단열재 열화와 같은 문제에 대한 아이디어를 얻을 수 있습니다. 이러한 검사는 전체 오일 품질과 변압기의 상태를 평가하는 데 도움이 됩니다. 이러한 상태 분석은 모든 변압기에 중요합니다. 이는 훌륭한 전기 설계 관행의 일부가 됩니다.

8. 변압기 오일의 노화를 줄이고 절연을 보호하기 위해 할 수 있는 일은 무엇인가요?

네, 다행히도 우리가 할 수 있는 일이 있습니다! 노화 과정을 줄이기 위해 노력하는 것이 중요합니다. 가장 좋은 방법 중 하나는 변압기 오일을 깨끗하고 시원하며 건조하게 유지하는 것입니다. 이는 변압기 씰이 습기를 차단할 수 있도록 잘 밀봉되어 있는지 확인하는 것을 의미합니다. 변압기에 브리더가 있는 컨서베이터 시스템이 있는 경우, 브리더의 건조제(건조제)가 활성화되어 있는지 확인해야 합니다. 이렇게 하면 오일의 수분 함량을 줄이는 데 도움이 됩니다. 변압기에 과부하가 걸리지 않도록 자주 관리하면 열 스트레스를 관리하고 수명을 연장하는 데 도움이 될 수 있습니다.

변압기 오일을 정기적으로 테스트하는 것이 중요합니다. 테스트 결과 오일이 약해지기 시작했지만 많이 없어지지 않은 경우 오일 재생 또는 재생이라고 하는 작업을 수행할 수 있습니다. 이 절차는 오일을 정화하고 산과 슬러지를 제거하며 유전체 특성을 복원할 수 있습니다. 이는 대형 전력 변압기의 모든 오일을 교체하는 것보다 더 저렴한 경우가 많습니다. 유지보수를 잘하면 오일과 변압기 자체의 수명을 모두 연장할 수 있습니다. 목표는 오일의 노화 속도를 처리하고 변압기의 절연 시스템을 보호하는 것입니다.

9. 변압기의 오일 재성장 또는 교체는 언제 고려해야 하나요?

이것은 모든 변압기 소유자에게 중요한 선택 포인트입니다. 일반적으로 변압기 오일 테스트 결과를 살펴봅니다. 산도가 너무 높아지거나 유전 강도가 떨어지거나 슬러지가 많이 형성되면 조치를 취해야 할 때입니다. 열화가 극심하지 않은 경우에는 오일 재생이 좋은 대안이 될 수 있습니다. 이 프로세스는 기존 오일이 변압기 안에 있는 동안 또는 오일을 꺼내서 처리한 후 다시 넣는 방식으로 오일을 청소할 수 있습니다. 이를 통해 오일의 특성을 크게 개선하고 변압기의 수명을 연장할 수 있습니다.

하지만 오일이 매우 오래되어 심하게 약해졌거나 단열지(셀룰로오스)가 현재 심하게 손상된 경우에는 오일 재생만으로는 충분하지 않을 수 있습니다. 이러한 경우에는 오일을 완전히 교체해야 할 수 있습니다. 오일을 교체하면 새롭고 깨끗한 절연 오일로 변압기를 깨끗하게 사용할 수 있습니다. 그러나 현재 종이 절연이 손상된 변압기에 새 오일을 넣으면 종이 절연을 처리하지 못한다는 점을 기억하세요. 그렇기 때문에 오일 열화를 조기에 포착하는 것이 변압기에 매우 중요합니다. 우수한 유지보수 및 재생이 가능하다면 지속적인 오일 교체를 방지할 수 있습니다.

10. 셀룰로오스 열화가 변압기 절연 시스템에 왜 그렇게 큰 문제가 되나요?

셀룰로오스 및 종이 절연은 변압기에 매우 중요합니다. 일반적으로 종이 또는 프레스보드 형태의 셀룰로오스 절연은 변압기 권선을 위한 강력한 1차 절연입니다. 이는 권선의 회전 사이와 권선과 다른 변압기 부품 사이에 단락을 막는 데 필요한 유전체 절연 장벽을 만듭니다. 이 셀룰로오스 절연의 상태가 사실상 변압기의 유효 수명을 결정합니다.

변압기 오일이 노화되어 산과 습기가 발생하면 이 셀룰로오스 절연지가 열화되기 시작합니다. 셀룰로오스를 구성하는 긴 사슬이 끊어지면서 절연 종이가 기계적으로 약해집니다. 진동이나 단락 시 발생하는 강한 힘에 의해 깨지기 쉽고 쉽게 손상될 수 있습니다. 셀룰로오스 분해가 특정 지점에 도달하면 변압기는 고장 위험이 높습니다. 오일은 교체할 수 있지만 거대한 변압기 내부의 모든 절연지를 빠르게 교체할 수는 없습니다. 그렇기 때문에 변압기 오일을 건강하게 유지하여 셀룰로오스를 확보하는 것이 변압기 노후화 관리에 절대적으로 중요한 이유입니다. 오일-종이 혼합물은 변압기 절연 시스템에 매우 중요합니다.