유입변압기 특징 및 장단점 완벽 정리 (수명, BIL, 기계적 보호장치)

유입변압기의 정의

 

변압기 절연물로서 기름을 사용한 변압기

 

변압기 절연물 종류로는 주로 A종 절연물을 가장 많이 사용하며, B종 또는 F종을 사용하기도 한다.

한전의 컴펙트형 지상변압기는 H종 절연물을 사용하여, 소요면적(부피)를 감소시켰다.

 

유입변압기의 특징

1. 수명

변압기 수명-온도관계

주위온도 25도 + 변압기 최고점온도 95도 + 정격부하 연속운전의 조건에서 유입변압기 수명은 약 30년이다.

 

그러나, 과부하운전 또는 서지 등에 의해 변압기 최고점 온도가 95도를 초과하는 경우, 95도 기준으로 6도 증가할 떄마다 수명은 1/2로 급격히 감소된다.

(공식) $\frac{Y}{Y_0} = \frac{1}{2} e^{-(\theta - 95)/6}$

* $Y$: 온도 $\theta$에서의 수명

* $Y_0$: $95^\circ\text{C}$에서의 수명 (기준 수명)

 

2. 냉각방식

유입변압기 (좌)자냉식 / (우) 송유식

유입변압기는 절연유의 대류현상에 의해 권선을 냉각한다.

* (대류현상) 권선에 의해 높은온도의 절연유는 상부로 상승하고, 방열판에 의해 온도가 낮은 절연유는 하부로 하강하여 자연스럽게 절연유가 순환하는 현상

 

절연유에 의한 방열효과(냉각효과)는 방열판 면적의 제곱에 비례한다.

 

도심지의 변전소는 대규모 변압기로 인한 소음문제 해결을 위해, 변압기를 구내(건축물 내)에 넣게되고 이로인한 냉각은 송유펌프에 의한 송유식을 사용하기도 한다.

 

송유식은 절연유의 유속이 증가하므로, 높은 유속으로 인해 열 전도율이 상승하여, 전류밀도가 증가하는 장점이 있다.

 

다만, 절연유가 대류하며 절연유(양극)와 고체절연체(음극) 사이 대전으로 인한 부분방전으로 절연파괴의 우려가 있다. 이를 유동대전현상이라 하며, 유입변압기(특히 송유식)의 단점이다. 유동대전현상의 단점으로는 유속의감소, 첨가제 등을 통해 보완가능하다.

 

3. 충격파 내전압(BIL)

유입변압기는 절연유에 의한 자기회복성(Self-healing)으로 BIL값이 높다.

 

유입변압기 BIL = 50 * E + 50[KV]

* E = 절연계급 = 공칭전압/1.1

 

(예시) 22.9kV의 BIL

1) 절연계급 : 20호

2) BIL = 50 * 20 + 50 = 150KV

 

BIL값이 높으므로 VCB 후단 유입변압기 사용 시, 서지흡수기(SA)를 설치할 필요가 없다.

 

4. 다양한 보호장치 적용

변압기의 보호장치는 전기적 보호장치와 기계적 보호장치로 구분된다.

- 전기적 보호장치 : 과전류계전기, 비율차동 계전기 등으로 전기량을 계측하여 보호하는 장치

- 기계적 보호장치 : 변압기의 압력, 유량, 온도 등을 검측하여 보호하는 장치

 

유입변압기와 몰드변압기 모두 전기적 보호장치는 동일하게 적용가능하나, 적용가능한 기계적 보호장치의 종류는 차이가 발생된다.

구분	유입 변압기	가스절연 변압기	몰드 변압기
다이얼 온도계 접점	○	○	○
가스 검출 계전기	○
충격 유압 계전기	●
충격 가스 계전기	●
방압 장치 접점	●	●
가스압 계전기		●

* ○ : 경보   ● : 자동차단 및 경보

 

1) 브흐홀쯔계전기(충격유압계전기)

브흐홀쯔계전기

변압기 Tank와 콘서베이터 사이 경보접점(F1)과 Trip접점(F2)를 설치하고, 변압기 과열에 의한 유속변화를 검출하여 변압기를 보호하는 기계적 보호장치

 

변압기 과부하 또는 단락/지락사고 시, 권선온도 및 절연유 온도 상승으로 인한 분해가스가 발생하여 유면레벨 및 유속에 변화가 생겨 접점을 동작시킨다.

 

일반적으로 경보동작만 셋팅한다.

 

2) 충격압력계전기(충격가스계전기)

충격압력계전기 / 동작특성

변압기 탱크 상부에 설치하여, 변압기 내부사고로 인해 내부압력 증가를 검출하여 변압기를 보호하는 기계적 보호장치

 

변압기 권선 등 내부사고 시, 변압기 내부압력이 증가하면 Float S/W가 상승하여 Trip접점을 동작시킨다.

변압기의 과부하의 경우에는 Float S/W 사이 오리피스에 의해 미세한 내부압력상승을 조절하여 Float S/W가 상승하지 않도록 한다.

 

충격압력계전기는 매우 높은 신뢰성을 가졌으며, 반한시성 특성을 보유했다는 장점이 있다.

유입변압기의 장단점

장 점	단 점
1. 수명이 길다 2. 충격파 내전압(BIL) 높다 3. 다양한 보호장치를 적용가능하다.  4. 대용량 제작이 가능하다. 5. SA가 필요없다.  6. 냉각효과가 우수하다.	1. 변압기 관리 Point가 증가한다(절연유, 흡습호흡제 등) 2. 설치비용이 증가한다 3. 소요면적이 넓으며, 전기실 면적이 증가해야한다 4. 화재우려가 있다.  5. 대용량 변압기는 소음대책이 필요하다 6. 중량이 크므로 건축물 설치 시 기초 보강이 수반될 수 있다.

 

유입변압기의 적용장소

 

산업용 변압기에 다수 적용하며, 공간의 여유가 많은 장소에서 사용한다.

 

또한, 옥외에 설치할 수 있어 한전의 지상변압기 및 주상변압기에 사용된다.

 

공장, 공항, 철도 등 높은 신뢰성이 필요로 하는 장소에는 유입변압기를 설치하여 서지 등에 의한 변압기의 안정성을 확보하기 위해 채택한다.

 

단, 빌딩, 아파트 지하, 전기차 충전소 등 화재발생의 우려가 있거나, 화재 시 즉각적인 조치가 어려운 장소에는 유입변압기 보다는 몰드변압기가 적합하다.