변압기 오일 온도는 어떻게 측정하나요?

변압기의 수명은 권선 온도에 따라 달라지며, 이는 절연 재료에 결정적인 영향을 미칩니다. 변압기 권선의 절연 온도가 변압기 오일 온도 범위 인 80~130°C에 있을 때, 온도가 6°C 상승할 때마다 절연 노화 속도가 두 배로 증가하여 절연 수명이 절반으로 단축됩니다. 이를 "절연 노화의 6°C 법칙"이라고 합니다.

변압기 운전 중에는 일반적으로 상부 오일 온도의 한계를 85°C로 규정하고 있습니다. 동잉 지역에서는 상부 오일 온도가 80°C를 초과하면 "XX 주 변압기 본체 오일 온도 고온 경보" 및 "XX 주 변압기 본체 오일 온도 고온 경고" 경보 신호가 발령됩니다.

유입식 변압기의 경우, 변압기 오일과 권선의 온도는 변압기 케이스 상단의 오일에 삽입된 온도계를 사용하여 측정할 수 있습니다. 이를 통해 변압기 전체의 온도를 모니터링할 수 있습니다. 변압기 권선은 작동 중에 과도한 열을 발생시키기 때문에 일반적으로 오일보다 온도가 높습니다. 변압기 내부에서 가장 온도가 높은 지점인 핫스팟 온도는 절연 노화를 예측하는 데 중요한 요소입니다. 이 핫스팟은 보통 권선 끝부분 근처에 위치하지만 정확하게 측정하기는 어렵습니다. 따라서 이러한 내부 온도를 모니터링하기 위해 변압기 권선 온도 지시기가 사용되는 경우가 많습니다. 그러므로 대부분의 유입식 변압기에는 상단 오일 온도계와 권선 온도계가 모두 장착되어 있습니다.

온도계의 검은색 바늘은 실제 작동 온도를 나타내고, 빨간색 바늘은 설정된 상한 경보 온도를 나타냅니다. 변압기 상층 오일 온도가 이 값을 초과하면 경보가 울리고, 두 바늘이 충돌하여 접점이 연결되면서 경보 신호가 발생하고 빨간색 바늘이 돌출됩니다. 작동 중 오일 온도가 최고 온도를 초과하면 검은색 바늘이 빨간색 바늘을 회전시키며, 이때 빨간색 바늘은 작동 중 도달한 최고 온도를 나타냅니다.

변압기 권선 온도는 변압기 상층부 오일 온도와 권선에서 오일로의 온도 상승의 중첩으로 볼 수 있습니다. 일반적으로 변압기 오일 온도 측정 시스템에 변압기 부하 전류를 더하고, 열 시뮬레이션 방법을 이용하여 권선에서 오일로의 온도 상승을 모사함으로써 변압기 권선 온도 지표를 얻습니다. 구체적인 구현 방법의 개략도는 다음 그림에 나와 있습니다.

유입식 변압기 권선 온도 Tw는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

Tw=T0+k*△Two

위 공식에서 T0는 변압기 최상층의 오일 온도이고, △T2는 열 시뮬레이션을 통해 얻은 구리-오일 온도 차이이며, k는 변압기 용량, 권선 구조 등과 관련된 열 계수입니다. 권선의 온도 상승(△T2까지)은 권선을 통과하는 전류에 따라 달라집니다.

측정 시스템은 주로 온도 감지 패키지, 변압기 권선 온도 측정 보상 회로 및 센서로 구성됩니다. 이 중 온도 측정 보상 회로와 변압기 권선 온도 센서는 모두 온도 감지 패키지 내에 있으며, 이 온도 감지 패키지는 변압기 상부 오일에 잠겨 상부 오일 온도를 감지합니다. 센서는 두 부분으로 구성됩니다. 첫 번째는 변압기 기계식 계측기의 현장 권선 온도계에 연결된 온도 센서로, 측정된 온도 값은 온도 표시판에 표시됩니다. 두 번째는 Pt100 열저항으로, 저항값이 온도 변화에 따라 변하며, 측정된 온도 값은 컴퓨터 백그라운드 모니터링 시스템으로 전송됩니다.

오일 온도 정보는 아래 그림에 나타낸 연결 방식을 통해 관제 센터로 전송되어 상부 오일 온도와 권선 온도를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다.

1. 변압기의 온도 변화가 정상인지 비정상인지 어떻게 판단합니까?

변압기가 작동 중일 때, 철심과 권선 모두에서 에너지 손실이 발생하고, 이 손실은 열로 변환됩니다. 이로 인해 변압기의 여러 부분에서 온도가 상승하고, 이 열은 복사 및 전도를 통해 방출됩니다. 열 발생과 방출이 균형을 이루면 각 부품의 온도가 안정화됩니다. 철손은 일정하게 유지되는 반면, 동손은 부하에 따라 변동합니다. 변압기의 성능을 평가하려면 점검 시 외부 온도, 상부 오일 온도, 부하 및 오일 수위 높이를 기록해야 합니다. 이러한 값들을 이전 측정값과 비교하여 변압기가 정상적으로 작동하는지 확인할 수 있습니다.

동일 조건에서 오일 온도가 정상 온도보다 10°C 이상 높거나, 부하 변화 없이 온도가 계속 상승하고 냉각 장치가 정상적으로 작동하는 경우, 변압기 내부에 문제가 있음을 나타냅니다. 온도계의 오류나 고장 여부를 점검하는 것이 중요합니다. 대부분의 변압기 주 절연재(A급 절연)는 종이로 만들어지며 최대 105°C의 온도를 견딜 수 있습니다. 일반적으로 권선 온도는 오일 표면 온도보다 10~15°C 높습니다. 예를 들어 오일 표면 온도가 85°C라면 권선 온도는 95~100°C 정도일 것으로 예상됩니다.

2. 변압기의 비정상 온도 발생 원인

① 내부 결함으로 인한 이상 온도

변압기에 권선 간 단락이나 층간 단락과 같은 내부 고장이 발생하면 여러 가지 문제가 발생할 수 있습니다. 코일이 외함으로 방전되어 내부 리드 접합부가 가열됩니다. 또한, 철심의 다중 접지로 인해 와전류가 증가하여 과열될 수 있습니다. 경우에 따라 누설 자속이 철유 탱크와 루프를 형성하여 열 축적을 유발할 수도 있습니다. 변압기 내부 온도가 비정상적으로 높아지는 다른 요인이 발생하면 가스 보호 또는 차압 보호가 작동될 수 있습니다. 심각한 경우에는 방폭관이나 압력 릴리프 밸브에 오일을 주입해야 할 수도 있습니다. 이러한 상황이 발생하면 변압기 가동을 중단하고 점검하는 것이 좋습니다.

②냉각기의 비정상 작동으로 인한 비정상 온도

냉각기의 비정상적인 작동이나 고장(예: 수중 펌프 고장, 팬 손상, 냉각 파이프 오염, 냉각 효율 저하, 라디에이터 밸브 열림 불량)으로 인해 온도가 비정상적으로 상승할 수 있습니다. 냉각 시스템은 적시에 정비 및 세척하거나 예비 냉각기를 설치해야 하며, 그렇지 않을 경우 변압기 부하를 조정해야 합니다.

③ 온도 표시기에 오류가 있거나 표시가 제대로 되지 않으면 온도계를 교체해야 합니다.