변압기 압력 완화 및 결함 감지 시스템

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1. 소개

 

기름에 잠긴 변압기에서-내부 압력 변화는 작동의 정상적인 부분입니다. 로딩 사이클 동안 변압기 오일이 가열되고 냉각됨에 따라 탱크 내부의 밀봉된 가스 공간이 팽창 및 수축하여 변압기 인클로저 내에서 점진적인 압력 변동을 일으킵니다. 정상적인 작동 조건에서 이러한 압력 변화는 천천히 발생하며 주로 주변 온도 변화 및 변압기 부하와 관련이 있습니다.

그러나 내부 전기 결함으로 인해 완전히 다른 압력 동작이 발생합니다. 권선 고장 또는 내부 아크와 같은 사건으로 인해 절연유가 가스로 빠르게 분해되어 탱크 내부에 급격한 압력파가 발생할 수 있습니다. 이러한 결함-으로 인한 압력 상승은 밀리초 내에 발생하므로 변압기에는 압력 완화 장치뿐만 아니라 치명적인 탱크 고장이 발생하기 전에 비정상적인 압력 동작을 식별할 수 있는 전용 결함 감지 시스템도 필요합니다.

이러한 이유로 현대 변압기 보호 시스템은 일반적으로 두 가지 주요 범주로 나뉩니다.

• 압력 완화 시스템
• 결함 감지 시스템

이러한 계층형 보호 철학은 IEEE C57 표준 및 IEC 60076 변압기 설계 방식에 널리 반영되어 있습니다.

 

2. 압력 완화와 결함 감지

 

"압력 완화"와 "고장 감지"라는 용어는 변압기 산업에서 때때로 같은 의미로 사용되지만 근본적으로 다른 기능을 수행합니다.

변압기 압력 방출 장치는 변압기 탱크의 기계적 변형이나 파열을 방지하기 위해 과도한 탱크 압력을 물리적으로 해제하도록 설계되었습니다. 이러한 장치는 주로 압력 규모에 반응하며 변압기 압력 보호 시스템의 기초를 형성합니다.

반면에 결함 감지 장치는 내부 전기 결함과 관련된 압력 변화의 속도 또는 특성을 모니터링합니다. 압력을 방출하는 대신 경보 또는 트립 신호를 생성하여 전력 시스템에서 변압기를 분리합니다.

이러한 구별은 변압기 크기와 결함 에너지 수준이 증가함에 따라 점점 더 중요해지고 있습니다.

 

표 1 – 압력 완화와 오류 감지의 차이점

3. 변압기 압력 완화 장치

 

3.1 압력 방출 밸브(PRV)​​​​​​​

압력 해제 밸브는 내부의 과도한 압력으로부터 변압기 탱크를 보호하도록 설계되었습니다. 탱크 내 압력이 방출 압력에 도달하면 압력이 안전 압력으로 떨어질 때까지 밸브가 자동으로 열려 가스를 방출합니다. 또한 필요할 때마다 사용자는 내부 압력을 줄이기 위해 작동 링을 당겨 변압기 응용 분야의 압력 릴리프 밸브를 수동으로 작동할 수 있습니다.

IEEE 관행에 따라 PRV 변압기 설계의 일반적인 크래킹 압력은 약 10PSIG ±2PSIG인 반면, CSA 애플리케이션에서는 더 낮은 압력 설정을 사용하는 경우가 많습니다. 압력이 완화되면 변압기 시스템의 압력 릴리프 밸브가 자동으로 다시 밀봉되어 변압기 탱크 무결성을 유지합니다.

 

간단한 구조와 안정적인 작동으로 인해 PRV는 다음 분야에서 널리 사용됩니다.

• 주상-장착형 변압기
• 패드{0}}장착 변압기
• 유침형 배전 변압기-
• 소형 변전소

 

대형 변압기 PRD 시스템과 비교하여 PRV는 일반적으로 압력 상승이 상대적으로 적당하고 예측 가능한 낮은 kVA 변압기에 선호됩니다. 많은 배전 변압기 응용 분야에서 변압기 탱크의 PRV 밸브는 기본적인 기계적 압력 보호의 가장 일반적인 형태로 남아 있습니다.

3.2 압력 완화 장치(PRD)

압력 릴리프 장치(PRD)는 기본적으로 압력 릴리프 밸브(PRV)와 동일한 목적으로 사용됩니다. 즉, 과도한 내부 압력으로부터 변압기 탱크를 보호합니다. 그러나 실제로 PRD는 더 큰 전력 정격과 더 일반적으로 연관됩니다. 일반적으로 약 1,500kVA 미만의 변압기에는 PRD가 설치되어 있는 것을 볼 수 없지만, 응용 분야에서 필요한 경우 더 작은 장치에 PRD를 사용하는 데 기술적으로 문제가 있는 것은 아닙니다.

대부분의 PRD는 변압기 탱크 상단에 장착되어 오류 발생 시 내부 가스 또는 축적된 압력을 신속하게 배출할 수 있습니다.

"압력 방출 장치"는 PRV와 PRD 모두에 대한 일반적인 산업 용어로 자주 사용되기 때문에 용어가 혼동될 수 있습니다. 대부분의 경우 PRV는 소형 배전 변압기에 사용되는 반면, PRD는 더 빠른 압력 응답 및 오류 표시가 필요한 대형 장치 또는 응용 분야에서 더 일반적입니다.

변압기 압력 방출 장치는 과도한 내부 압력 -을 완화하는 PRV -와 동일한 기본 기능을 수행하지만 일반적으로 더 높은 유량 용량, 빠른 응답 시간, 안정적인 재밀봉 성능 및 선택적인 경보 또는 모니터링 기능으로 설계됩니다. 고급 PRD 설계는 정확한 개방 압력, 짧은 작동 시간, 신뢰할 수 있는 장기간의 실외 성능, 습기, 먼지 및 공기 유입에 대한 효과적인 밀봉 기능을 제공하여 탱크 양압을 유지하고 변압기 작동 신뢰성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

 

커버 장착형 PRD의 주요 장점 중 하나는-모니터링 기능입니다. 많은 변압기 압력 완화 장치 어셈블리에는 다음이 포함됩니다.

• 시각적 세마포어 또는 작동 표시기
• 원격 알람 접점
• SCADA-호환 모니터링 출력

 

따라서 PRD는 원격 모니터링이 필요한 유틸리티 변전소 및 산업용 전력 시스템에 특히 적합합니다.

PRD는 일반적으로 다음과 같이 적용됩니다.

• 단위 변전소 변압기
• 중전력 변압기
• 대형 전력 변압기
• 유틸리티 변전소 변압기​​​​​​​

 

대규모 유틸리티 애플리케이션의 경우 엔지니어는 내부 결함 에너지와 오일량이 더 높기 때문에 더 작은 PRV 대신 압력 완화 장치 변압기 배열을 선택하는 경우가 많습니다.

3.3 파열판

파열판은 일반적으로 고에너지 변압기 응용 분야에서 궁극적인 비상 압력 완화 장치로 사용됩니다.-

PRV 또는 표준 PRD와 달리 파열판은-내부 압력이 한계 한계에 도달하면 즉시 파열되도록 설계된 재설정 불가능한 장치입니다. 주요 목적은 치명적인 내부 오류 발생 시 신속한 전체-통풍을 제공하는 것입니다.

 

파열판은 수술 후 교체해야 하기 때문에 일반적으로 다음 용도로 사용됩니다.

• 대형 전력 변압기
• 용광로 변압기
• 견인 변압기
• 높은 결함-수준의 산업용 시스템

엔지니어링 실무에서 파열판은 최고 수준의 기계적 압력 보호를 나타냅니다.

4. 변압기 결함 감지 장치

 

4.1 내부 결함 감지기(IFD)

내부 결함 감지기(IFD)는 간단하지만 매우 효과적인 현장 안전 장치로 기둥-장착형 변압기와 패드 장착형 변압기에 널리 사용됩니다.

IFD는 변압기 탱크 내부의 아크 결함으로 인한 급격한 내부 압력 상승을 감지합니다. 활성화되면 밝은 색상의 시각적 표시기가 튀어나와서 전력회사 직원이 변압기에 내부 결함이 발생하여 다시 전원을 공급해서는 안 된다는 사실을 즉시 식별할 수 있습니다.-

 

최신 IFD 시스템의 주요 장점 중 하나는 많은 설계가 변압기 어셈블리의 표준 IEEE 또는 CSA 준수 PRV를 동일한 장치에 통합하여 다음을 결합한다는 것입니다.

• 압력 완화
• 오류 표시

하나의 컴팩트한 구조로.

 

IFD는 일반적으로 다음 분야에서 사용됩니다.

• 단상-전주-장착 변압기
• 3상-극-장착 변압기
• 패드{0}}장착 변압기
• 소형 변전소 변압기

SPR 시스템과 비교할 때 IFD는 더 간단하고 경제적이며 특히 배포 수준 애플리케이션에 적합합니다.-

4.2 급압 릴레이(SPR/RPR)

 

이러한 시스템은 일반적으로 다음 분야에서 사용됩니다.

• 중전력 변압기
• 대형 전력 변압기
• 정류기 변압기
• 용광로 변압기
• 견인 변압기

 

IFD와 비교하여 급속 압력 상승 계전기 보호 시스템은 더 빠른 전기 통합을 제공하며 중요한 유틸리티 및 산업 응용 분야에 더 적합합니다.

4.3 부흐홀츠 계전기

Buchholz 계전기는 보존 장치-형 변압기에 사용되는 가스{0}} 및 오일{1}}흐름-작동 결함 감지 장치입니다.

주로 압력 변화에 반응하는 SPR 및 IFD 시스템과 달리 Buchholz 계전기는 다음을 통해 내부 오류를 감지합니다.

• 가스 축적
• 오일 서지 운동

 

릴레이는 일반적으로 두 단계로 작동합니다.

• 초기 결함에 대한 경보
• 심각한 내부 결함으로 인한 트립

 

Buchholz 계전기는 다음 분야에서 널리 사용됩니다.

• Conservator-형 단위 변전소
• 중전력 변압기
• 대형 전력 변압기

 

천천히 발생하는 절연 결함을 감지하는 능력으로 인해 Buchholz 계전기는 대형 오일-충전 변압기에서 가장 중요한 결함 감지 장치 중 하나로 남아 있습니다.

 

5​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​. 엔지니어링 실무의 보호 계층

 

실제 변압기 애플리케이션에서 이러한 장치는 모든 변압기 클래스에서 동일하게 사용되지 않습니다. 대신, 변압기 크기와 결함 에너지가 증가함에 따라 보호 시스템이 점점 더 발전하고 있습니다.

 

표 2 – 변압기 등급별 일반적인 보호 장치 적용

이 계층형 구성은 변압기 보호가 기본적인 기계적 압력 완화에서 통합된 기계적 및 전기적 결함 보호 시스템으로 발전한다는 엔지니어링 원리를 반영합니다.

6. 결론

 

최신 변압기 안전 설계는 단일 장치에 의존하기보다는 압력 완화 및 결함 감지 시스템의 조정을 기반으로 합니다.

PRV 및 PRD는 정상 및 비정상 작동 조건에서 제어된 기계적 압력 완화 기능을 제공합니다. 파열판은 치명적인 결함 발생 시 최고의 비상 보호 기능을 제공합니다. IFD 및 급압 계전기 시스템은 내부 전기 결함으로 인한 급격한 압력 상승을 감지하는 반면, Buchholz 계전기는 절연 결함 발생과 관련된 가스 생성 및 오일 이동을 모니터링합니다.

이러한 장치는 함께 배전, 산업 및 공공 전력 시스템 전반에 걸쳐 작동 신뢰성, 인력 안전 및 결함 격리 기능을 향상시키는 다층 변압기 보호 아키텍처를 형성합니다.