변압기 계측장치

정전차폐링(판) (Electro static shield ring)

변압기 권선에 급준파 전압이 인가되었을 때, 초기 선로단 전압집중을 완화하며, 권선간 정전용량을 증대하기 위해 권선의 폭과 동일한 폭의 정전차폐링을 권선의 상부에 설치하고 선로단자와 접속한다.
정전차폐링은 절연원판에 구리테이프를 감고, 그 위에 절연지를 감은 단순한 구조이다. 초고압권선에는 대부분 이를 적용하여 충격침입전압에 대하여 권선보호를 한다.

붓싱

1. 단일형 붓싱(Solid, Bulk type bushing)
주로 자기로 제작되어 중공형 원통에 도체를 삽입한 단순한 구조로서, 가격이 저렴하나, 절연내력이 낮기 때문에, 30kV 이하의 전압이 낮은 곳에 사용한다. 최근에는 자기 대신 합성수지를 이용한 붓싱도 사용되고 있다.

2. 유입형 붓싱(Oil-filled bushing)
애관과 도체 사이에 필요한 정도의 유침절연지 또는 베크라이트로 만든 다수의 절연원통을 동심으로 배치하고, 그 사이에 절연유를 충만시킨 것으로서, 구조가 간단하고 비교적 광범위한 전압에 사용되나, 고전압일수록 붓싱을 외함에 취부하는 플렌지(flange)의 반경이 커지는 단점이 있다. 또한 충진된 절연유의 열화방지를 위하여 질소가스가 봉입된 밀봉형이 대부분이다. 이 붓싱은 반경 방향의 절연은 절연유와 절연원통만으로 유지되고, 애관은 다만 절연유의 용기와 외함으로만 사용된다.

3. Oil-Air 유입 콘덴서 붓싱 (Oil Filled Condenser Bushing)
도체를 절연지와 금속박(Metal foil)을 번갈아 동심형으로 감고, 최외층의 금속박을 접지하여, 각 층이 각각 같은 정전용량을 갖도록 한 것으로서, 축방향 및 각 방향의 전위경도를 균등하게 조정하며, 전위분포가 콘덴서 분할로 붓싱을 설치하는 플렌지 부근의 전계집중을 완화함으로써 절연강도가 향상된다. 내부를 절연유로 충진한 것을 습식, 내부를 컴파운드로 충진한 것을 건식으로 분류하며, 절연 유를 충진한 붓싱은 유면계를 구비하고, 그 절연유는 광선 이나 습기에 의하여 열화되지 않도록 보호되어야 하며, 대기에 대하여 완전히 밀봉되어야 한다. 최근에는 절연지로서 합성수지 절연지를 사용하기도 한다.

이 붓싱은 또한 접지측에서 제이층의 금속박에서 단자를 내면 선로의 상규 또는 이상전압을 분압하여 측정하는 C.P.D(Capacitor Potential Device)의 기능을 수행할 수 있으며, 이 단자(역률시험탭)를 이용하여 붓싱의 절연내력과 열화정도를 측정하기도 한다.

3. 가스 붓싱(SF 6 Gas-Air, Gas bushing)
자기애관, 강판 또는 합성수지로 관과 도체사이에 절연 가스(SF 6 가스)를 충진한 것으로서 구조가 간단하며, 높은 범위의 전압에도 이용된다. 주로 GIT 또는 GIS와 연결되는 곳에 사용된다.
폴리머, 에폭시, 장유리섬유와 같은 합성수지로 애관을 만든 경우 이를 Composite Bushing이라 하며 800kV까지 개발되어 사용되고 있다.

4. Oil-Oil 유입 콘덴서 붓싱 (Oil filled condenser bushing)
변압기의 단자와 연결된 선로가 유입케이블로 구성된 경우에 적용된다.

5. Oil-SF 6 Gas 콘덴서 붓싱 (Oil-SF 6 Gas filled condenser bushing)
변압기의 단자가 GIS에 연결된 경우에 적용한다.

붓싱변류기 (BCT : Bushing Current Transformer)

기기보호를 위해 계전기에 공급되는 전류의 획득과 기기에 흐르는 전류를 계측하기 위해 변류기를 사용하며, 일반적으로 붓싱이 있는 전력기기에는 계전기와 계측기에 필요한 소전류(5A, 2A)를 얻기 위해 붓싱 변류기를 사용 하게 된다. 붓싱 변류기는 냉각 매체에 따라 건식 및 유입 식으로 나눈다.
붓싱 변류기의 구조는 철심, 절연지, 에나멜 동선으로 구분된다. 철심에 절연지를 감고, 그 위에 에나멜 동선을 권선한 다음, 다시 절연지로 감는다. 붓싱 변류기의 단자는 제작사에 따라 그 표기가 다르나 통상적으로 X( k, l ) 로 표시한다. 기준 단자는 l이며 탭의 수에 따라 X 1 , X 2 ....X n 등으로 표시한다.

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.

1. 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.

2. 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.

계측장치

1. 유면계(Oil level indicator)
절연유는 변압기 절연과 냉각에 필수적인 요소이므로그 양도 적정 수준을 유지하여야 한다. 유면계는 절연유를 주입하는 경우와 일상 점검시에 유면이 적당한가를 확인할 때 사용되며, 누유에 의한 유면 저하를 경보하기 위한 경보접점을 구비하여야 한다. 유면계의 종류는 봉형, 관형, 다이알형 등이 있다.
봉형은 유리봉을 사용하고, 관형은 본체 외함이나 컨서 베이터의 측면에 유리관을 부착한 것으로 유면을 직접 볼수 있으나 유리의 파손 우려가 있고, 자외선의 영향으로 절연유의 열화 우려가 있으며, 사용기간이 흐름에 따라 절연유의 오손으로 인하여 정확한 유면의 판독이 어려운 경우가 있어, 소형변압기에 주로 사용되며, 대형 전력용변압 기에는 주로 다이알형 유면계가 사용된다.

반에서 이를 인지할 수 있도록 하며, 또한 축적된 가스를 채취하여 가스 성분을 검사할 수 있도록 가스채취변이 변압기의 외측 하부까지 연결되어 있다.

2. OLTC 보호계전기(OLTC Protective relay)
OLTC 유격실내에 고장 발생시 급격한 유속에 의해 동작하는 OLTC 보호계전기이다.
이 계전기는 OLTC 유격실과 OLTC용 컨서베이터의 사이에 설치되며, 부표를 고정시키기 위한 영구자석, 유속의 흐름에 응동하는 부표(flap valve), 부표에 의해 전기적 으로 회로를 구성하는 리드 접점(reed contact), 시험단자와 단자대 등으로 구성되어 있으며, 유격실의 절연유의 급격한 흐름이 컨서베이터측으로 향하여 흐르면 이 압력에 의해 평상시 영구자석의 자력에 의해 수직으로 세워진 부표가 뒤로 밀려 넘어지며 리드 접점을 동작시킨다. 동작시 OLTC를 고장의 지속에서 분리하도록 전기적으로 결선되어, 변압기 1, 2차 차단기를 개방하게 된다. 계전기의 정상 동작여부는 in service, off 2개의 푸쉬 버튼에 의하여 복귀와 차단을 시험할 수 있다.

온도 측정

1. 유온계(Oil thermometer)
유온 측정장치는 봉상 온도계, 다이알 온도계(열전대식, 저항식 측온체식) 등이 있다.
유온계의 감온부는 직접 절연유속에 삽입되지 않고 포켓 속에 넣어 온도계 고장시 본체 절연유와 무관하게 교
환할 수 있다. 일반적으로 유온계는 유온이 최고가 되는 본체 최상부나 외측 상부에 부착된다.
봉상 온도계는 흔히 볼 수 있는 막대형 온도계로서 내부에 알콜 또는 수은이 봉입되어 유관, 수관의 온도 측정과 변압기 상부온도를 측정하기 위해 사용된다.

다이알 온도계는 유온을 지침에 의하여 직접 읽을 수 있는 것으로 계측기, 변환기, 측온체, 보상접점, 경보회로 등으로 구성되어 있다.
다이알 온도계의 종류는 측정 방법에 따라 전기적 측정 방법으로는 열전대식, 저항식 측온체식으로 크게 나눌 수 있으며, 측온체에 따라 시스 측온 저항체, 써어미스터를 사용하고, 또 측온부와 계기를 연결하는 관속에 액체(수 은, 알콜, 에틸에텔)를 충만시켜 액체의 팽창을 이용하는 부르돈(burdon)식도 사용된다.

다이알형은 부표가 유면과 함께 상하로 움직이면 가동 마그네트에 전달되어 다이알 표면의 지침이 자력으로 움직이도록 되어 있으며 저유면 경보를 위한 경보접점이 구비되어 있다.

2. 유류계와 수류계(Oil / Water flow indicater)
유류지시계는 송유풍냉식, 송유수냉식 변압기의 유펌 프에 연결되는 흡입파이프나 배출파이프에 부착되어 유의 흐름시 지시 날개판으로 작동한다. 수류지시계는 송유수 냉식의 냉각수관에 설치된다.
유류지시계는 유펌프가 OFF시, 역회전시, 유의 흐름이 제한될 때, 유의 통로가 막혔을 떄 “PUMP OFF”에서 지시 날개판이 멈추도록 되어 있다. 수류지시계도 유류지시계와 동일하게 작동한다.

전압조정장치

1. 무부하 전압조정기(NLTC, No Load Tap Changer)
변압기를 주통전 선로에서 분리하여 무전압 상태에서 탭을 바꿔 전압을 조정하는 것으로 1,000kVA이하의 중, 소용량 유입변압기나 건식변압기에 적용하며 탭의 단자를 권선 부근의 단자판에 연결하여 접속편을 필요한 단자에 볼트로 조여서 탭을 조정한다.
대용량 변압기에서는 본체 내의 유중에 탭 조정기를 설치하여 외부에서 삼상을 일괄 조작하는 것이 일반적이며, 조작핸들, 탭 위치지시판을 구비하여야 한다. 발전소용 변전소에 설치된 변압기는 대부분 NLTC를 사용하고, 계통 변전소에 설치된 변압기는 345kV 송전선로 환상망이 완성된 이후에는 거의 채택하지 않는다.

2. 부하시 전압조정기(OLTC, on Load Tap Changer)
변압기의 전압을 조정하기 위하여 변압기를 공급중인 선로에서 분리하여 탭을 조정한다는 것은 조작의 번거로 움과 양질의 전력을 공급하는 측면에서 매우 불합리하다.
따라서 부하를 공급하면서 전압을 조정하는 것이 바람직 하다. 이러한 목적으로 권선 전압의 지정된 범위를 자동적으로 조정할 수 있는 기능을 가지고 변압기에 설치된 것이 부하시 전압조정기이며 이 부하시 전압조정기가 설치된 변압기를 부하시 전압조정변압기라 한다.
OLTC는 상판(Head), 전환개폐기(Diverter switch unit), 탭 선택기(Tap selector, Arcing tap switch), 구동장치, 보호기기, 여과기, 컨서베이터 등으로 구성되어 있다.

또한, 현장제어와 원격제어를 할 수 있으며, 원격제어 반에는 탭 위치표시기, 자동전압조정기, 고장경보표시등 등이 구비된다. 상판에는 탭 체인저를 변압기내에 부착하기 위한 연결 부, 유격실의 절연유를 여과하기 위해 필요한 유인출․인 입관, OLTC의 보호에 필요한 보호기기의 설치와 유보존에 필요한 관 등이 연결될 수 있는 구조로 되어 있다.