절연유 보존장치 (Oil preservation system)

절연유 보존장치 (Oil preservation system)

변압기에 봉입된 절연유를 대기중의 산소와 수분의 접촉을 차단하여, 절연유의 성능과 상태를 좋게 유지함으로써 변압기의 절연내력을 확보하기 위한 장치이다.
종류로는 컨서베이터, 흡습호흡기, 가스 오일 실 탱크, 질소봉입, 질소병, 공기주머니식 및 격막식 컨서베이터 등을 들 수 있다.

1. 개방형 컨서베이터(Open conservator)
본체 상부에 원통형의 작은 탱크를 설치하여 파이프로 연결한 것으로, 이 작은 탱크를 컨서베이터라 한다.

절연유의 체적팽창률이 0.0007～0.0008이므로 유온의 변화범위가 -20～90[℃]라고 하면 필요한 컨서베이터의 용적은 전 유량의 9%정도이다. 주로 소용량 변압기에 적용한다.

2. 흡습호흡기(Dehydrating breather)
컨서베이터의 유면 상부에는 공기가 출입하므로 컨서베 이터 내부에 들어오는 공기의 습기를 가능한한 적게 하기 위하여 입구에 흡습호흡기를 단다.
이는 유리관속에 실리카겔 혹은 활성 알루미나, 염화칼 슘과 같은 흡습제를 넣은 것으로, 흡습제 색의 변화로 흡습 정도를 알 수 있다.
일반적으로 실리카겔은 흡습시 분홍색으로 변화하도록 만들어 진 것을 사용하며, 염화칼슘도 흡습시 분홍색으로 변화한다. 또한 외기와 흡습제가 직접 접촉하는 것을 방지하기 위하여 통기공 하단에 유통을 설치한다.
실제 유온이 상승하여 절연유가 팽창하면 컨서베이터 내부의 공기가 외부로 배출되고, 유온이 하강하면 절연유가 수축하여 외부의 공기가 컨서베이터 내부로 들어오는데, 이를 변압기의 호흡작용이라 한다.

3. 질소밀봉식(Nitrogen sealed tank type)
외함을 밀봉하고, 유면 상부에 질소가스를 봉입한 것으 로, 10MVA 이하의 변압기에 채용되었으나, 질소 봉입 공간을 확대한 질소탱크를 본체와 별도로 설치하여 최근에는 60MVA까지 적용하여 사용하고 있다.
이 방식은 외기와의 접촉이 완전히 차단되므로 흡습 및산화에 의한 열화가 없고, 누유나 누기되지 않고, 내부에 이상이 없는 한 장기간 절연유를 교환하지 않아도 된다.
유온의 변화에 따른 절연유의 팽창 수축에 따라 가스실의 용적이 변화하므로, 이에 따라 가스압력도 변화한다.
가스압력이 너무 높으면 본체에서의 누유나 방압장치의 오동작의 원인이 되므로 가스실의 용적을 적당히 선택하 고, 가스압력의 변동을 어느 정도 억제하여야 한다. 상온 에서 가스실 용적을 전 유량의 15～25%로 택하면, 가스압력 범위는 약 -0.2～+0.35[㎏/㎠] 정도가 된다. 따라서 질소밀봉식은 가스압력의 변동에 주의하여야 한다

4. 가스 오일 실 탱크(Gas oil sealed tank)
밀폐형 변압기의 가스 공간에 직접 연결하거나, 대형 3 실식 컨서베이터를 변압기 상부에 설치시 충전부와의 이격거리와 중량이 문제가 될 때, 1실은 변압기 상부에 설치 하고 2실과 3실을 별도로 제작하여 외함 옆에 설치한다.
컨서베이터와 별도로 제작된 2실과 3실을 가스 오일 실탱크라고 부른다. 가스 오일 실 탱크는 수직 격판에 의하여 동일한 체적을 가진 두 개의 실로 양분되어 1실의 체적과 거의 동일한 양의 절연유가 봉입되어 있으며, 격판의 최하부에 위치한 통로를 통하여 변압기의 호흡시 절연유의 신축에 의하여 양실의 절연유가 왕래하여 본체 질소가 스압력을 조절하게 되어 있다.
가스 오일 실 탱크가 설치된 경우 유온-가스압력 상관 곡선에 따라 가스압력을 관리하여야 한다.
만일 가스 오일 실 탱크의 가스압력이 0.25[㎏/㎠] 이상이 되면 가스 오일 실 탱크의 봉입유를 배유밸브를 통하여 적당량 배유하여 가스압력을 저하시켜야 하며, 질소 가스의 배기나 변압기 본체의 절연유의 배유는 가급적 금하 여야 한다.

또한, 가스 오일 실 탱크의 압력이 -180[mmHg] 이하이면 가스 오일 실 탱크의 주유 플러그를 통하여 적당량의 절연유를 공급하여야 한다.
만약 운전중인 변압기의 가스 오일 실 탱크에 질소 가스를 공급하는 경우에는 봉입 가스의 주입 압력을 낮추어야 변압기 기계적 보호장치의 오동작으로 인한 변압기 정지를 예방할 수 있다.

5. 질소병식(Nitrogen gas cylinder type)
변압기 본체 또는 컨서베이터내의 질소가스 압력이 항상 대기압 이상의 일정치(최소 0.03～0.05[kg/㎠], 최대 0.37[kg/㎠])를 유지할 수 있도록 되어 있으며, 변압기의 부하가 증가하여 유온이 상승하여 절연유가 팽창하고, 이로 인해 변압기함 내의 질소가스 압력이 상승하면 방출안 전밸브에서 질소가스를 방출하여 일정하게 질소가스 압력을 유지한다. 부하가 감소하거나 냉각으로 인해 유온이 저하하여 변압기함내의 질소가스 압력이 하강하면 자동적으로 질소병(최대압력 150[kg/㎠])에서 본체 또는 컨서베이 터에 질소를 공급하여 적정한 질소가스 압력을 유지한다.

이 방식은 봉입된 질소의 누기시에도 외기와 절연유가 접촉하지 않으며, 커다란 질소탱크를 필요로 하지 않으므로 유보존과 변압기 설치면적을 축소할 수 있으나, 연결부와 밸브의 누기, 잦은 유온 변동에 따른 질소가스의 소모로 인하여 주기적으로 질소가스병의 압력이 일정압력 (15[kg/㎠])이하로 떨어지면 질소가스병을 교체하여야 한다는 단점이 있다.
제1단 감압변은 질소가스의 압력을 15[kg/㎠]으로 감압 시키며, 제2단 감압변은 질소가스의 압력을 0.5[kg/㎠]으로 감압시키고, 제3단 감압변은 질소가스의 압력을 0.03∼ 0.05[kg/㎠]으로 감압시킨다.
방출안전변은 본체 또는 컨서베이터와 제3단 감압변 후단의 과도한 압력을 방출하고, 유통은 변압기로부터 유출되는 절연유가 감압변에 이르지 못하도록 저장하는 역할을 하며, 변압기 질소가스압력계는 본체 또는 컨서베이터 내의 질소가스 압력을 나타낸다.

6. 공기주머니식(Air seal cell type)
컨서베이터의 내부에 내유성 합성고무주머니를 설치하여 외기와 절연유의 접촉을 방지하는 것으로, 절연유의 온도변화에 따른 팽창과 수축으로 인한 유량의 변화가 합성 고무(나일론천에 고무 코팅)주머니의 팽창과 수축에 의해 보상되며, 합성고무주머니는 흡습호흡기를 통하여 외기와 연결되게 된다.

일반적으로 이 방식은 질소가스를 사용하지 않으므로 유지보수의 편리함이 있으나, 합성고무주머니의 경년열화에 따라 공기주머니의 균열과 파손이 발생할 수 있고, 이로 인한 절연유의 외기와의 접촉이 발생할 수도 있다. 공기주머니의 파손시 콘서베이터에 설치된 다이얼유면계의 지침이 하강하여 저유면경보를 발하도록 되어 있다.

7. 격막식(Diaphragm seal type)
공기주머니식과 같은 재질의 막을 컨서베이터의 중간
부분에 설치하여 유온의 변화에 따른 절연유의 팽창과 수축을 격막이 담당하는 방식이다. 고무막의 상부는 흡습호 흡기를 통하여 외기와 접촉되고, 공기주머니식과 마찬가 지로 경년열화로 인한 격막이 파손시 저유면경보로 파손 여부를 알 수 있으나, 유면계가 격막의 상부 즉 외기와 접하는 부분에 설치되어 있는 점이 다르다.