변압기 기계적 보호장치

기계적 보호장치

1. 방압관(Bursting tube)
변압기의 상부에 가스가 충진된 관을 설치하고, 관의 끝단에 방압판(베크라이트판, 운모판 등)이 부착되며, 방압판 전단과 컨서베이터를 균압관이 연결하여 유온의 변화에 따른 절연유면의 변화와 절연유 여과시 유면변화에 의하여 절연유가 방압판을 파손하는 것을 방지하도록 되어 있다. 변압기 내부에 고장으로 인한 고압력이 발생시 방압판이 파손되며 과도압력을 외부로 방출하는데, 방압관 내부의 압력이 0.85[kg/㎠]에 도달하면, 동작봉이 방압 판을 깨뜨려 변압기 내부의 과도한 이상압력을 외부로 방출하고, 경보용 접접을 붙여 신호를 변압기용 차단기 트립 회로에 송출하여 차단기를 개방시킨다.

2. 방출안전장치 (Automatic resetting pressure relief device)
절연유와 접하지 않는 변압기의 상부 판 또는 상부관에 부착되어 변압기 내에 이상압력이 발생시 일정 압력 [10±1psi (0.7±0.07kg/㎠)]에 도달하면 방압막(diaphragm) 이 동작하여 이상압력을 외부로 방출시켜 변압기함의 파손을 방지한다.
방출안전장치는 방압관과는 달리 여러 번 동작하여도 다이아프람이 파손되지 않도록 강판으로 제작되며, 평상시 다이아프람을 눌러 주는 압축 스프링과 기밀유지를 위한 가스켓, 동작표시봉, 경보용 접점 등으로 구성되어 있다.
방출안전장치의 동작표시는 방압막이 상부로 올라가는 동안 동작표시봉에 의하여 알 수 있으며, 경보접점이 전기 적으로 신호를 보낸다. 방압막이 동작 후 변압기 내부의 압력이 동작압력의 1/2이하로 떨어지면 스프링의 힘에 의하여 자동적으로 방압막이 복귀되어 닫히게 된다.
동작 후 동작표시봉을 다시 아래로 밀어 넣고, 경보접점 작동을 위한 레버를 밀어 넣어야 전기적으로 복귀된다. 변압기 점검 작업시 탱크에 걸리는 압력이 8psi (0.65[kg/㎠])를 초과하면 방출안전장치를 제거하고, 진공 작업시에는 방출안전장치가 충분히 견디므로 이를 제거할 필요는 없다.

3. 부흐홀쯔 계전기(Buchholtz relay)

이 계전기는 변압기의 내부 고장시 발생하는 가스의 부력과 절연유의 유속을 이용하여 변압기 내부고장을 검출 하는 계전기로서 변압기와 컨서베이터 사이에 설치되어 널리 이용되고 있다.
정상적인 변압기 운전시 부흐홀쯔계전기는 절연유로 충만되어 1단 부표와 2단 부표가 유중에 떠 있게 된다.
변압기 내부의 경미한 고장으로 발생한 가스가 변압기의 상부에서 컨서베이터로 이동하면서 부흐홀쯔 계전기의 상부에 축적되어 계전기 상부에 설치된 1단 부표가 점차 하강하게 되며, 계전기 내에 일정량의 가스가 축적되면 1 단 부표가 하강하여 경보접점회로를 구성하여 경보신호를 송출하게 된다.
부흐홀쯔 계전기 1단계 동작은 변압기 내부의 경미한 고장 발생시와, 외기온도의 급격한 하강으로 인한 절연유의 수축시 절연유에 용해된 질소가스가 분리되어 계전기 상부에 축적되거나, 또는 컨서베이터내에 절연유가 부족 하여 질소가스가 부흐홀쯔계전기 상부에 축적되는 경우, 누유로 인하여 공기가 계전기 상부에 축적된 경우에도 이루어진다.
부흐홀쯔계전기의 점검창을 통하여 축적된 가스 색에 따라 오동작 유무를 판단할 수도 있다

가스가 흑회색을 띠면 기름이 분해된 것이고, 황색은 지지목의 분해로 생성된 것이며, 백색은 절연지의 분해를 나타낸다.

변압기 내부에 중고장이 발생하면 가스의 급격한 생성 뿐만 아니라 본체에서 컨서베이터로 이동하는 절연유의 흐름이 급격해져 부흐홀쯔계전기의 방유판을 밀어 차단회 로를 구성하게 된다.
또한 1단 동작 후 계속해서 가스가 계전기내에 축적되어 2단 부표를 하강시키면, 중고장 발생시와 같이 차단회 로를 구성하여 차단신호를 보내게 된다.
따라서 부흐홀쯔 1단 동작시 복귀를 위해 가스 방출 코크를 열어 계전기 내의 가스를 외부로 배기할 때 점검창을 통하여 유면이 점차 상승하지 않으면 2단 동작의 우려가 있으므로, 배기하기 전에, 컨서베이터의 유면계와 질소 가스 압력을 확인하고 적절치 못할 때에는 이들을 보충한 후에 부흐홀쯔계전기의 가스 방출 코크를 열어 가스를 배기하여 1단 동작을 복귀한다.
2단 동작은 절연유의 유속이 감소하거나 2단 부표가 상승하면 복귀된다. 부흐홀쯔 계전기 2단 동작시 대부분 변압기용 1, 2차 차단기가 개방되도록 한다.

4. 충격가스압력계전기(Sudden gas pressure relay)
충격가스압력계전기는 질소가 봉입된 형태의 변압기에 사용할 수 있으며, 절연유와 접하지 않는 변압기의 최상부나 관에 설치된다. 이 계전기는 금속제 용기 속에 등압기 (equalizer), 마이크로스위치, 벨로우즈(bellows), 시험단자 등으로 구성되어 있다.
이 계전기는 변압기 내부의 절대압력에는 동작하지 않으며, 변압기 내부의 압력과 계전기실 내의 압력차가 일정한 기준값 이상이 되었을 때만 동작하게 된다.
변압기 내부의 압력이 서서히 증가하면 등압기[고체이 물질의 유입을 방지하기 위한 2개의 스트레이너(strainer) 와 소형 통풍구로 구성]의 통풍구를 통하여 가스가 계전 기실 내로 유입되어 변압기 내부의 가스압력과 동일한 압력을 유지하여 벨로우즈(금속제)가 확장되지 않아 마이크로 접점이 동작하지 않으나, 변압기 내부의 압력이 급격하게 증가하면 벨로우즈와 연결된 구멍을 통하여 내부압력이 전달되고 등압기의 통풍구는 급격한 압력의 변동을 억제하여 계전기실 내부와 벨로우즈 내부와의 압력차가 발생하게 되며, 압력이 높은 벨로우즈측이 확장하게 된다.
확장된 벨로우즈는 마이크로스위치를 접촉시키며, 전기적 폐회로를 구성하고 신호를 송출하게 된다.
이 신호는 변압기의 1, 2차 차단기의 개방회로와 연결되어 있어 1, 2차 차단기를 개방하고 변압기를 주통전 회로 로부터 분리하여 고장의 지속을 방지하게 된다.
이 계전기는 등압기와 벨로우즈 내부에 절연유나 이물 질이 침입하면 오동작 또는 부동작을 유발할 수 있으므로 취급이나 시험시에 이러한 점에 유의하여야 한다.

5. 충격유압력계전기(Sudden oil pressure relay)
이 계전기는 절연유와 접하는 변압기의 상부 측면이나 중간부분측면에 설치되어 변압기의 내부 고장시 발생되는 이상 압력으로 인한 압력파와 단위 시간당의 압력 상승값 으로 동작한다.
압력 상승에서 유속을 감지하는 부분(sensing bellows), 유속을 전달하는 부분(실리콘유와 control bellows), 전달된 유속을 전기적인 신호로 변환하는 부분(마이크로스위 치)으로 구성되어 있다.
변압기 내부의 고장으로 인하여 충격파가 발생하면 이파가 계전기의 감지 밸로우즈에 전달되어 그 압력의 변화 율에 대응하여 급격히 밸로우즈가 압축되어 그 압축량에 비례한 실리콘유가 관로에 흐르며, 이 흐름으로 인하여 조정 밸로우즈가 확장되어 직상부의 마이크로스위치의 접점을 동작시킨다.
유온 변화에 의한 완만한 압력 변화에는 조정 밸로우즈를 확장시키는 힘이 작기 때문에 접점을 동작시킬 수가 없다.

6. 가스검출계전기(Gas accumulation indicator)
변압기 본체에 절연유가 최상부까지 충만되는 컨서베이 터형 변압기의 내부에서 부분방전, 절연불량으로 생성된 가스를 검출하는 계전기이며, 지상에서 축적가스의 량을 관찰할 수 있도록 변압기의 상부 외측에 설치한다. 부표, 커플링, 스위치 등으로 구성되어 있다.
변압기 내부에서 발생된 가스는 변압기의 상부에 축적되어 파이프를 통해 가스검출계전기의 내부로 들어가게 된다.
축적된 가스의 힘으로 계전기에 가득차 있던 절연유가 계전기실내로 내려오게 되며 계전기의 전면에 있는 지시 침이 가스의 량을 [㎤]단위로 나타내게 된다.
변압기의 붓싱 플랜지의 함이 돌출형으로 최상부에 위치한 경우, 각 붓싱 플랜지의 상부를 파이프로 연계하여 가스검출 계전기에 연결한다. 경보회로와 트립회로를 구성하여 가스가 축적되면 배전

일반적으로 유온 측정은 시스 측온 저항체 방법과 부르 돈식이 가장 많이 이용된다. 시스 측온 저항체는 금속 시스 내에 0℃에서 PT 100Ω의 저항을 갖는 저항소자, 저항 소자와 연결된 내부 도선, 금속 시스와 내부 구성체의 절연을 위한 무기 절연물로 구성된다.

7. 권선온도계(Winding thermometer)
변압기 권선저항으로 인하여 부하전류가 흐르게 되면 열이 발생하는데, 이 열이 권선을 절연하는 절연체를 열화 시키므로 과도한 온도상승을 제한할 필요가 있다. 변압기는 이를 위해 냉각장치가 설치되고, 이 냉각장치의 제어를 위한 구동요소가 필요하며, 이를 위해 변압기의 상부 온도와 부하전류에 의한 권선의 온도를 측정하기 위하여 권선 온도계를 설치한다.
권선 온도계는 접점이 여러 개 있으며, A종 절연 변압 기의 경우 배전반의 원격 디지털 지시온도계와 연결되고, 1단계 접점(65～70℃)은 1그룹에 속한 냉각용 Fan, 송유 펌프를 가동시키며, 2단계 접점(70～75℃)은 2그룹에 속한 냉각용 Fan과 송유펌프를 가동시키고, 3단계 접점(95℃) 은 과열 경보를 나타내는데 이용되고, 4단계 접점(100～ 115℃)은 변압기에 연결된 차단기를 개방시키도록 회로를 구성하는데 이용된다.(단, 권선 온도상승에 의한 차단기의 개방은 345kV 이상의 변압기에만 적용되며, 154kV 이하의 변압기에는 적용하지 않는다.) 온도상승에 따라 기동된 냉각장치는 권선온도가 55℃에 도달하면 정지하도록 온도계에 정정할 수 있으며, 또한 디지털 지시온도계는 각 접점의 동작 범위를 조절할 수있도록 되어 있다.
권선 온도계는 열을 전류로 변환하는 시스 측온 저항체 (0℃에서 PT 100Ω), 가열코일, 조정저항, 계기로 구성되어 있다.

8. 열영상(Thermal image)
변압기와 같이 고전압의 권선 온도를 직접 측정하기 위해 권선에 온도계를 삽입하는 것은 매우 위험하며, 절연으로 인한 감도의 저하로 정확한 온도를 측정하기 어려우므 로, 변압기의 한 단자에 흐르는 2차전류(붓싱 변류기를 통하여 얻은 부하전류에 비례하는 전류)를 절연유의 최고 온도부에 부착한 가열코일을 가열토록 하여 권선의 최고온 도를 모의적으로 재현하고, 가열된 온도를 측온체가 측정 하여 권선의 온도로 환산하는 것으로, 온도상승의 시험결 과로 측온부의 온도가 권선온도와 일치하도록 붓싱 변류 기의 탭을 적당하게 선택하는 간접적인 방식을 사용한다. 이러한 방식을 열영상에 의한 온도측정방법이라고 한다.