변압기 17 Q&A! 얼마나 알고 있는지 확인해 보세요...

01

변압기의 중심부를 접지해야 하는 이유는 무엇입니까?

전력 변압기의 정상 작동 시 철심은 반드시 안전하게 접지되어야 합니다. 접지가 되어 있지 않으면 철심과 접지 사이의 부유 전압으로 인해 철심이 간헐적으로 절연 파괴되어 접지로 방전될 수 있습니다. 철심을 접지하면 이러한 부유 전압 발생 가능성을 제거할 수 있습니다. 그러나 철심을 두 개 이상 접지할 경우, 철심 간의 전위차가 커져 접지점 사이에서 전류가 순환하면서 철심의 다점 접지 발열 고장이 발생할 수 있습니다.

변압기 철심의 접지 누전은 철심의 국부적인 과열을 유발합니다. 심각한 경우, 철심의 국부적인 온도 상승이 심해져 경미한 가스 발생을 일으키고, 심한 가스 발생으로 인한 트립 사고까지 발생할 수 있습니다. 철심 일부가 타버리면 철심 조각 사이의 단락이 발생하여 철손이 증가하고 변압기의 성능과 정상 작동에 심각한 영향을 미치므로, 수리를 위해 철심 실리콘 강판을 교체해야 합니다. 따라서 변압기는 다중 접지가 허용되지 않으며 단일 접지만 사용해야 합니다.

02

변압기는 왜 실리콘 강판을 심재로 사용하는가?

일반적인 변압기 코어는 주로 실리콘 강판으로 만들어집니다. 실리콘 강판은 실리콘(실리콘) 함량이 0.8~4.8%인 실리콘 강판의 일종입니다. 변압기 코어를 실리콘 강판으로 만드는 이유는 실리콘 강판 자체가 강력한 자기 전도성을 가진 자성 재료이기 때문입니다. 전원이 공급된 코일에서 큰 자기 유도 강도를 발생시켜 변압기의 부피를 줄일 수 있습니다.

우리가 알고 있듯이, 실제 변압기는 항상 교류(AC) 상태로 작동하며, 전력 손실은 코일의 저항뿐만 아니라 교류에 의해 자화된 철심에서도 발생합니다. 철심에서의 전력 손실을 일반적으로 "철손"이라고 합니다. 철손은 "히스테리시스 손실"과 "와전류 손실" 두 가지 원인에 의해 발생합니다.

히스테리시스 손실은 철심의 자화 과정에서 발생하는 히스테리시스 현상으로 인한 철손입니다. 이 손실의 크기는 재료의 히스테리시스 루프로 둘러싸인 면적에 비례합니다. 실리콘 강판의 히스테리시스 루프는 좁기 때문에 변압기에 사용되는 철심의 히스테리시스 손실이 작아 발열량을 크게 줄일 수 있습니다.

실리콘강은 위와 같은 장점을 가지고 있으므로, 실리콘강 전체를 심재로 사용하고 이를 판재로 가공하는 것은 어떨까요?

그 이유는 실리콘 강판이 와전류 손실이라는 또 다른 종류의 철손을 줄여주기 때문입니다. 변압기 작동 시 코일에는 교류가 흐르고, 이로 인해 교류 자기장이 발생합니다. 이 변화하는 자기장은 철심에 유도 전류를 발생시킵니다. 철심에 발생한 유도 전류는 자기장의 방향에 수직인 평면을 따라 흐르기 때문에 와전류라고 합니다. 와전류 손실은 또한 철심을 가열합니다. 와전류 손실을 줄이기 위해 변압기의 철심은 서로 절연된 실리콘 강판으로 적층되어 있습니다. 이렇게 하면 와전류가 길고 좁은 회로의 작은 구간을 통과하게 되어 와전류 경로의 저항이 증가합니다. 동시에 실리콘 강판의 실리콘 성분은 재료의 비저항을 증가시켜 와전류를 줄이는 데에도 기여합니다.

변압기에 사용되는 철심에는 일반적으로 두께 0.35mm의 냉간압연 규소강판이 사용됩니다. 필요한 철심의 크기에 따라 긴 판재로 절단한 후, "태양" 모양이나 "입" 모양으로 겹쳐 접합합니다. 원칙적으로 와전류를 줄이기 위해서는 규소강판이 얇을수록, 접합 폭이 좁을수록 효과가 좋습니다. 이는 와전류 손실과 온도 상승을 줄일 뿐만 아니라 규소강판 재료도 절약할 수 있습니다. 그러나 실제로 규소강판으로 철심을 제작할 경우, 앞서 언급한 장점 외에도 제작에 소요되는 노동 시간이 상당히 증가하고 철심의 유효 단면적이 감소하는 단점이 있습니다. 따라서 규소강판으로 변압기 철심을 제작할 때는 구체적인 상황을 고려하여 장단점을 비교 검토하고 최적의 크기를 선택해야 합니다.

03

가스 방호의 범위는 무엇입니까?

1) 변압기 내부의 다상 단락 회로.

2) 권선 간 단락, 권선과 철심 또는 외피 간 단락.

3) 철심 파손.

4) 수면 아래에 기름이 있거나 기름이 새어 나오는 경우.

5) 탭 스위치의 접촉 불량 또는 전선 용접 불량.

04

주변압기 차압 보호와 가스 보호의 차이점은 무엇입니까?

1. 주 변압기 차동 보호 장치는 순환 전류 원리에 따라 설계 및 제작되었으며, 가스 보호 장치는 변압기 내부 고장 시 발생 또는 분해되는 가스의 특성에 따라 설계 및 제작되었습니다.

2. 차동 보호는 변압기의 주요 보호 장치이며, 가스 보호는 변압기 내부 고장에 대한 주요 보호 장치입니다.

3. 보호 범위에 따라 다음과 같이 구분합니다.

차등 보호:

1) 주 변압기 리드선과 변압기 코일 사이에 다상 단락이 발생했습니다.

2) 심각한 단상 권선 간 단락.

3) 고전류 접지 시스템의 보호 코일 및 리드선 접지 결함.

B 가스 보호:

1) 변압기 내부 다상 단락 회로.

2) 권선 간 단락, 권선 간 및 심선 간 단락 또는 외부 단락.

3) 철심 고장(열 및 연소 손실).

4) 수면 아래에 기름이 있거나 기름이 새어 나오는 경우.

5) 탭 스위치의 접촉 불량 또는 전선 용접 불량.

05

주 변압기 냉각기 고장을 어떻게 처리해야 할까요?

1. 냉각기의 1부 및 2부의 작동 전원 공급이 중단되면 "#1, #2 전원 차단" 신호가 송출됩니다. 주 변압기 냉각기가 정지하고 트립 회로가 연결됩니다.

2. 운전 중 1부 및 2부의 스위칭 전원 공급 장치에 고장이 발생할 경우, "냉각기 전체 정지" 표시등이 켜지고 주 변압기 냉각기 전체 정지 및 트립 회로가 연결됩니다. 보호 장치는 즉시 관제소에 보고하고 비활성화해야 하며, 신속하게 수동 스위칭을 수행해야 합니다.

3. 냉각기 회로 중 하나라도 고장이 발생하면 고장난 냉각기 회로를 격리하십시오.

06

병렬 운전 조건을 충족하지 않는 변압기를 병렬로 운전할 경우 어떤 결과가 발생합니까?

가변비율이 일치하지 않고 병렬 운전을 하면 전류가 순환하여 변압기 출력에 영향을 미칩니다. 임피던스 비율이 일치하지 않고 병렬 운전을 하면 변압기 용량 비율에 따라 부하를 분배할 수 없어 변압기 출력에 영향을 미칩니다. 배선 그룹이 일치하지 않고 병렬 운전을 하면 변압기가 단락될 수 있습니다.

07

변압기에서 이상한 소리가 나는 원인은 무엇입니까?

1) 과부하;

2) 내부 접촉 불량, 방전 점화;

3) 일부 부품이 헐거워져 있습니다.

4) 시스템에 접지 또는 단락이 있습니다.

5) 대형 모터의 시동은 상대적으로 큰 부하 변동을 초래합니다.

08

변압기 부하 전압 조정기의 탭 스위치를 조절할 수 없는 경우는 언제입니까?

1) 변압기 과부하 운전 (특수한 경우 제외)

2) 부하 시 압력 조절 장치의 경질 가스 보호 신호가 자주 나타납니다.

3) 부하 시 압력 조절 장치의 오일 표시선에 오일이 없을 경우.

4) 조절 압력 수치가 지정된 수치를 초과할 경우.

5) 압력 조절 장치의 비정상 작동.

09

변압기 명판에 표시된 정격 용량은 무엇입니까?

변압기 정격은 변압기의 정상적인 사용을 위한 제조업체의 규정입니다. 변압기가 지정된 정격 작동 상태에서 장기간 안정적인 작동과 우수한 성능을 보장할 수 있습니다. 정격에는 다음이 포함됩니다.

1. 정격 용량: 변압기의 정격 상태에서의 출력 용량 보장값은 볼트-암페어(VA), 킬로볼트-암페어(kVA) 또는 메가볼트-암페어(MVA) 단위로 표시됩니다. 변압기는 작동 효율이 높기 때문에 일반적으로 초기 권선과 2차 권선의 정격 용량 설계값은 동일합니다.

2. 정격 전압: 변압기의 무부하 시 단자 전압의 보장값을 나타내며, 볼트(V) 및 킬로볼트(kV)로 표시됩니다. 별도로 명시되지 않는 한, 정격 전압은 핑거라인 전압입니다.

3. 정격 전류: 정격 용량과 정격 전압으로부터 계산된 선로 전류를 말하며, 암페어(A) 단위로 표시됩니다.

4. 무부하 전류: 변압기 무부하 운전 시 여자 전류(정격 전류 백분율).

5. 단락 손실: 권선의 한쪽이 단락되고 다른 쪽 권선의 전압이 정격 전류에 도달하여 양쪽 권선 모두에서 발생하는 유효 손실을 와트(W) 또는 킬로와트(kW)로 표시합니다.

6. 무부하 손실: 변압기가 무부하 운전 시 발생하는 유효 전력 손실을 의미하며, 와트(W) 또는 킬로와트(kW)로 표시됩니다.

7. 단락 전압: 임피던스 전압이라고도 하며, 권선의 한쪽이 단락되었을 때 권선의 다른 쪽이 정격 전류 인가 전압 및 정격 전압 백분율에 도달하는 것을 나타냅니다.

8. 연결 그룹: 1차 및 2차 권선의 연결 방식과 선간 전압 간의 위상차(클록으로 표시됨)를 나타냅니다.

10

전류원 변환기에 대용량 변압기가 필요한 이유는 무엇입니까?

변압기는 일반적으로 정격 용량으로 설계되며, 정격 전력으로 설계되지는 않습니다. 왜냐하면 변압기의 전류는 정격 용량에만 비례하기 때문입니다. 전압원 변환기의 경우 입력 역률이 1에 가깝기 때문에 정격 용량과 정격 전력이 거의 같습니다. 하지만 전류원 변환기는 그렇지 않습니다. 전류원 변환기의 입력 측 변압기 역률은 비동기 전동기의 부하 역률과 같을 수 있으므로, 동일한 부하의 전동기를 구동할 경우 정격 용량이 전압원 변환기 변압기보다 더 큽니다.

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변압기의 용량은 무엇과 관련이 있습니까?

철심의 선택은 전압과 관련이 있고, 전선의 선택은 전류와 관련이 있는데, 즉 전선의 굵기는 발열량과 직접적인 관련이 있습니다. 다시 말해, 변압기의 용량은 오직 발열량에만 비례합니다. 설계된 변압기가 주변 환경의 방열 조건이 좋지 않은 경우 1000kVA 용량이라도 방열 용량을 향상시키면 1250kVA 용량으로 운전할 수 있습니다.

또한, 변압기의 정격 용량은 허용 온도 상승과도 관련이 있습니다. 예를 들어, 1000kVA 변압기의 허용 온도 상승이 100kWh일 때, 특별한 상황에서 120kWh까지 작동이 허용된다면 정격 용량은 1000kVA를 초과하게 됩니다. 이처럼 변압기의 방열 조건을 개선하면 정격 용량을 늘릴 수 있습니다. 반대로, 동일한 용량의 변환기를 사용할 경우 변압기 케이스의 부피를 줄일 수 있습니다.

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변압기 효율을 높이는 방법은 무엇일까요?

1) 손실이 적고 효율이 높으며 에너지 절약형 변압기를 선택하십시오.

2) 부하에 따라 적절한 용량의 변압기를 선택하십시오.

3) 변압기의 평균 부하율은 70% 이상이어야 합니다.

4) 평균 부하 계수가 30% 미만인 경우가 잦을 경우, 소용량 변압기를 적절하게 교체해야 합니다.

5) 변압기의 유효 전력 전송 능력을 향상시키기 위해 부하 역률을 개선합니다.

6) 부하를 합리적으로 구성하여 변압기 작동 횟수를 최대한 줄입니다.

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에너지 소비량이 높은 배전 변압기의 기술 혁신을 가속화해야 하는 이유는 무엇일까요?

에너지 소비량이 높은 배전 변압기는 주로 SJ, SJL, SL7, S7 등의 시리즈 변압기를 말하며, 현재 널리 사용되는 S9 시리즈 변압기에 비해 철손과 동손이 훨씬 높습니다. 예를 들어 S7은 S9에 비해 철손이 11%, 동손이 28% 더 높습니다.

S10, S11과 같은 신형 변압기는 S9 에너지 절약형 변압기보다 성능이 뛰어나며, 비정질 합금 변압기의 철손은 S7 변압기의 20% 수준에 불과합니다. 변압기의 수명은 일반적으로 수십 년입니다. 고에너지 변압기를 고효율 에너지 절약형 변압기로 교체하면 에너지 변환 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 수명 기간 동안 전기료도 절감할 수 있습니다.

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와전류란 무엇인가? 와류 발생의 유해한 영향은 무엇인가?

교류 전류가 전선을 통과하면 전선 주위에 교류 자기장이 생성됩니다. 이 교류 자기장 내의 도선 전체에는 유도 전류가 발생하는데, 이는 도선 전체에 흐르는 전류가 마치 물의 소용돌이처럼 닫힌 고리 형태를 이루기 때문입니다. 와전류는 전력 손실을 초래하고 전기 장비의 효율을 저하시킬 뿐만 아니라, 변압기 코어와 같은 전기 기기의 발열을 유발하여 장비의 정상적인 작동에 심각한 악영향을 미칠 수 있습니다.

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변압기 과도 보호 장치가 저전압 단락 전류를 방지해야 하는 이유는 무엇입니까?

주로 계전기 보호 동작의 선택성을 고려할 때, 고압측 급속 차단 보호가 주를 이루는데, 변압기 고장에 대한 심각한 외부 보호는 변압기 저전압측의 최대 단락 전류 설정에서 저전압측의 단락 전류를 피하지 않으면 발생합니다. 저전압측은 송전측과 단락 전류 범위가 크게 다르지 않기 때문에 기본적으로 동일한 효과를 냅니다. 이로 인해 고압측 급속 차단 보호가 저전압측까지 확장되어 선택성을 잃게 됩니다. 선택성을 잃으면 보호의 신뢰성은 높아지지만 불편함이 발생합니다. 예를 들어, 현재 많은 산업 현장에서는 10kV 변압기실(10kV 모선 + 출력 차단기)과 저전압 변압기실(링 배전반 + 변압기)을 설치하는데, 만약 차단기가 변압기 저전압측의 최대 단락 전류를 피하지 못하면 저전압 주 스위치(링 배전반 부하 스위치 퓨즈)와 고압 차단기가 작동하여 작업에 불편을 초래합니다.

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병렬로 연결된 두 변압기를 동시에 접지할 수 없는 이유는 무엇입니까?

고전류 시스템에서 계전기 보호 감도 협조 요구 사항을 충족하기 위해 주 변압기의 일부는 접지하고 다른 일부는 비접지합니다.

한 변전소 내 두 개의 주 변압기의 중성점이 동시에 접지되지 않으므로, 주로 영상 전류 및 영상 전압 보호의 협조가 고려됩니다.

병렬로 여러 변압기가 운전되는 변전소에서 변압기 중성점의 일부는 접지하고 나머지 일부는 비접지합니다. 이렇게 하면 지락 전류의 크기를 적절한 범위 내로 제한할 수 있고, 전체 계통의 등순환 전류의 크기와 변동폭이 운전 모드 변경에 영향을 받지 않으며, 시스템의 등순환 전류 보호 감도를 향상시킬 수 있습니다.

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새로 설치하거나 정비한 변압기를 가동하기 전에 충격 폐쇄 테스트를 해야 하는 이유는 무엇입니까?

계통에 연결된 무부하 변압기의 차단은 운전 과전압을 발생시킵니다. 저전류 접지 시스템에서는 소위 과전압의 크기가 정격 상전압의 3~4배에 달할 수 있으며, 대전류 접지 시스템에서도 최대 3배까지 발생할 수 있습니다. 따라서 변압기의 절연이 정격 전압 및 운전 과전압을 견딜 수 있는지 확인하기 위해 변압기를 가동하기 전에 여러 차례 충격 폐쇄 시험을 실시해야 합니다. 또한, 무부하 변압기의 입력에는 돌입 전류가 발생하며, 그 값은 정격 전류의 6~8배에 이를 수 있습니다. 여자 돌입 전류는 상당한 전력을 발생시키므로, 충격 폐쇄 시험을 실시하거나 변압기의 기계적 강도 및 계전기 보호 장치의 오작동 방지 여부를 고려하여 효과적인 조치를 취해야 합니다.

출처: Windows on Power