양회장 블로그

철심 (鐵心, Core)

변압기에서 전자유도작용을 하기 위한 자속의 통로, 즉자기회로는 철로 구성되어 있으며, 이를 철심이라 한다.
철심을 사용하는 것은 자속통로의 자기저항을 감소시키 고, 여자전류, 철손을 적게 하기 위해서다. 철심은 변압기의 외함을 제외한 중량의 절반 이상의 무게가 되고, 변압 기의 가격, 크기 및 특성에 큰 영향을 준다.
영국의 로버트 하드필드가 규소강판을 발견하였으며, 수년 후 독일의 굼리히가 규소강판의 공업적 생산에 성공 하여 널리 사용되게 되었다. 초기에는 규소강판제작이 열간압연에 의한 방법이었으나, 후에 냉간압연방법이 연구되어 현재는 대부분 냉간압연 규소강판을 사용하고 있다.
우수한 자기특성을 가지는 방향성 규소강판의 이용에 의해 변압기의 소형 경량화와 대용량화를 실현할 수 있었 으며, 성층에 의한 철심조립으로 변압기의 특성과 제작에 많은 변화를 가져오게 되었다.
철덩어리로 철심을 만들면, 철심자체가 전기회로를 형성하여 큰 전류가 철 내부를 순환하여 과대한 철손을 발생시킨다. 이 순환전류 즉 와전류를 억제하고 와류손을 감소시키기 위해, 얇은 철판을 겹쳐 적층한 성층철심이 메이 슨에 의하여 고안되어 널리 사용되며, 철판의 두께는 얇을수록 와류손을 줄이는데 유리하나 표면의 무기질 절연피막 때문에 占積率이 저하하고, 또 철심 조립시간이 증가하 므로 현재 변압기에 사용되는 철판의 두께는 0.27mm～ 0.35 mm까지 사용되고 있다.
철심에 교번자속이 통과하면 히스테리시스손이 발생한 다. 이 손실을 감소시키기 위해 규소강판이 사용된다. 규소의 함유량은 3～4%이다.
변압기에 사용되는 규소강판은 열간압연강판(규소함유량 4%)과 냉간압연강판(규소함유량 3%)의 두 종류가 있고, 현재는 거의 냉간압연규소강판이 사용되고 있다. 이 냉간압연 규소강판은 자속의 방향이 압연방향과 일치되었을 때 양호한 자기특성(높은 투자율과 저손실)을 나타내며, 자속의 방향이 압연방향과 차이가 생기면 특성이 크게 저하한다.
자화방향과 압연방향이 일치하도록 제작한 냉간압연규소 강판을 방향성 규소강대(방향성 규소강대, Grainoriented magnetic steel sheet and strip)라고도 한다.
철심구조의 설계에 있어서 자속은 가능한 한 압연방향과 일치하도록 할 필요가 있다.
이 방향성 규소강대는 기계적인 외력을 가하게 되면 자기특성이 저하하고, 특히 절단시, 또는 구멍을 뚫을 떄 발생하는 burr에 의하여 손실이 증가하여 과열의 우려가 있으므로, 가공시 각별히 유의하여야 하며, 조립시 강대에 국부적으로 조이는 힘이 작용하지 않도록 하여야 한다

철심의 구성

1. 내철형(內鐵型, Core type)
내철형은 철심과 코일의 상호관계를 다음과 같이 표시 한다.

A부분을 자속이 통과하며 권선이 감기는 다리(leg)라고 하고, B부분을 자기회로를 형성하는 계철(yoke)이라 하며, C부분을 권선이 차지하는 창(window)이라고 한다.

내철형의 변압기에서는 먼저 다리와 하부 계철을 조립하고, 권선을 넣은 다음, 상부 계철을 조립한다.
철심에 발생하는 진동과 소음을 줄이기 위해 다음과 같은 방법을 사용하여 철심을 조립한다. 다리 부분의 철심에는 딱딱한 절연판이 삽입되어 와류와 자기회로의 단락을 억제하며, 철심편의 이탈을 막기 위하여 합성수지를 함침한 유리섬유 테이프로 묶고, 절연볼트로 철심을 관통하여 조인다. 또한 철심에 발생되는 열을 냉각하기 위해 유통로를 만들기도 한다.

2. 외철형(外鐵型, Shell type)

외철형은 권선을 수직으로 한 상태에서 하부 지지틀 위에 세우고, 권선의 안쪽 철심과 바깥쪽 철심을 차례로 쌓아 올려 상부 지지틀을 조여 완성한다.

3. 철심의 적층방법

1) 적철심(積鐵心, Laminated Core)
적철심은 규소강대에서 낱장철판을 특정한 형으로 찍어내어, 이 철판을 조립하여 성층하고 자기회로를 형성한다. 철판의 조립 방법에는 중접합법(重接合法, Lap joint)과 충두접합(衝頭接合, But joint)이 있으나, 충두접합은 이은 곳의 공극으로 인하여 여자전류가 증대되고 자기적 흡인력 때문에 진동과 소음이 커지므로 잘 사용하지 않으며, 대부분 중접합법이 많이 사용된다. 중접합법은 철편의 접합부분이 30∼60°되게 찍어 내어 홀, 짝의 순서로 번갈아 쌓아 적층하게 된다.

방향성 규소강대를 사용할 경우 찍어낸 철판의 압연방향과 자기회로의 방향이 일치하지 않으면 철손이 증가하므로, 철판의 절단과 적층시 이에 대한 고려를 하여야 한다.
적철심은 특히 압연방향과 직각에 가까운 방향에서는 자기특성이 매우 변화하므로 철심의 구성에 있어서 다리와 계철에서의 자속의 흐름은 모두 압연방향과 일치가 되도록 하여야 한다.

2) 스텝랩 접합(Step lap joint)
철심 적층시 스텝랩 접합을 적용하면 변압기의 소음을 4～5dB 정도 줄일 수 있다.

3)  권철심(卷鐵心, Strip-wound core)
일정한 폭의 규소강대를 고리 형태로 감은 것이고, 자속은 압연방향과 일치하여 통과시키도록 한 형태이다. 권선을 감기 위해 수지로 성형하고 2개소를 절단하여 권선을 넣은 cut core와 철심을 자르지 않은 non cut core 두 종류가 있다. 권철심은 주로 주상변압기 등에서 많이 사용된 다

용도별 변압기 구분

1.  전력용변압기(Power transformer)
발전기와 1차 배전회로 사이의 변전소에 설치되어 전력 계통에서 대전력을 공급하기 위한 변압기이다.

2. 배전용변압기(Distribution transformer)
1차 배전회로에서 2차 저압배전회로 또는 수용가에 전력을 공급하는 변압기이다.

3. 접지용변압기(Grounding transformer)
△결선 또는 비접지계통에서 접지를 위한 중성점을 제공하는 변압기로서 지그재그접지변압기, Y-△접지변압기, T형 접지변압기 등이 있다.

4. 정류용변압기(Converter transformer)
교류계통의 기본주파수에서 운전하고, 하나 이상의 권선을 정류기의 주전극에 접속하여 운전하는 변압기이다.
HVDC 변환소에 설치․운전한다.

5. 부하시 전압조정변압기 (Load tap changing transformer)
부하의 공급을 중단하지 않고 공급전압을 단계적으로 조정하기 위해 탭 권선과 부하시 전압조정기(On Load Tap Changer)가 설치된 변압기이다. 전압조정기 종류와 결선에 따라서 송출전압의 조정뿐만 아니라 송출전압의 위상각도 조정할 수 있다.

송출전압의 크기와 위상각을 같이 조정할 수 있는 변압 기를 부스터변압기(Booster transformer) 또는 Regulating transformer라고 하며, 송출전압의 위상만을 조정하는 변압기를 위상조정변압기(Phase shifting transformer)라 한다.

6. 이동용변압기(Mobile transformer)
변전소에 설치된 변압기의 고장시 이를 대체하여 전력을 공급하기 위해 차량에 변압기를 탑재하여 이동이 가능하도록 한 변압기이다. 경우에 따라서는 변압기뿐만 아니라 개폐장치와 배전반까지 장착한 것도 있다. 이를 이동용변전 차라고도 한다. 국내에서 이동용변압기는 154kV 40MVA 급 까지 개발되어 있다.

절연매질별 변압기 구분

1. 유입변압기(Liquid-immersed transformer)
절연유 속에 철심과 권선을 넣어 내부 절연을 유지하고 냉각하는 변압기이다. 대부분의 전력용변압기와 배전용변 압기가 이에 해당한다.

2. 가스절연변압기 (GIT : Gas Insulated Transformer)
도심에 건설되는 변압기 화재 방지를 위해 1956년 제네랄 일렉트릭(GE)社와 웨스팅 하우스(WH)社가 개발을 시작하여 절연매체로써 SF 6 가스를 이용하여 만든 변압기이 다. GE사는 냉각매체로서 파플루오르카본(플루오르카본 이라고도 함. C 8 을 주성분으로 한 불소화합물, C 8 F 16 O)을 이용하여 증발냉각식으로 제작하였고, WH사는 냉각매체로 SF 6 가스를 이용하였다. 미국에서는 1960년대에 많이 생산되어 138kV급, 40MVA급까지 제작되었다.
일본에서는 미국보다 약 10년 뒤진 1967년에 최초의 가스변압기로써 69kV, 3000KVA급이 제작되었다. 일본에서 GIT가 개발이 가속화된 이유는, 1972년 PCB유의 제조금 지와 가스차단기 및 가스절연개폐장치(GIS)의 발전 등을 들 수 있다.
고전압화의 관점에서 볼 때 GIT는 높은 전압까지 적용 할 수 있으므로 점차 생산량이 늘고 있으며, 1991년 봄부터 관서전력의 변전소에서 삼상 275kV, 300MVA급 액체 냉각식 GIT가 운전되고 있다.
국내에서는 전력용으로 복합건물의 지하변전소에 설치하기 위해, 현대중공업과 효성중공업에서 단상 154kV 20MVA급 가스강제순환수냉식(GFWF) 가스절연변압기를 1999년에 개발하였다.
가스절연변압기는 절연을 SF 6 가스와 고체와의 복합절 연으로 구성한 불연성 변압기이다. SF 6 가스는 광유에 비하여 열전도율, 열용량이 적으므로 열밀도가 커지는 대용 량기에서는 손실을 외부에 효과적으로 방사해 냉각능력의 향상을 꾀할 필요가 있다. 따라서 냉각방식에는 가스를 자연순환 또는 강제순환시키는 방식의 가스냉각식과 대용량 기에서 채용하는 액체냉방식의 두가지 방식이 있다. 액체 냉각방식의 냉매는 불연측면에서 안정, 안전한 액체로 파플루오르카본과 같은 불연액체가 사용된다.
가스절연변압기의 단점은 가격이 너무 고가인 점(동일 용량 유입식변압기의 7～12배)과 가스절연변압기용 OLT C, 가스송풍기, 기계적 보호장치 등과 같은 부속장치를 별도 개발하여야 하는 것, 운전시 가스압력의 저하에 대한 대책 등을 들 수 있다.

3. 방재형변압기
지하변전소 또는 옥내변전소에 설치된 전력용변압기의
화재 방재를 위해 인화점이 일반 광유보다 높은 난연성절 연유를 사용한 변압기이다. 점도가 큰 난연성절연유를 사용하는 경우에는 냉각구조를 일반 유입변압기와 달리 할필요가 있으며, 기존의 유입변압기에 난연성절연유를 사용하는 경우에는 변압기 용량의 감소와 권선과 절연유의 온도상승에 유념하여야 한다.

4. 건식변압기(Dry type transformer)
철심과 권선이 공기 중에서 사용되는 변압기이다. 35kV 30MVA급까지 개발되어 주로 유럽에서 사용되고 있다. 개방통기형으로서 권선을 H종 절연물로 피복하고 합성 수지를 도포한 형태로 제작된다.
장점으로 kVA당 크기와 중량의 감소가 가능하고, kVA당 가격이 저렴하고, 보수가 용이하며, 부분방전과 균열의 위험성이 없다.
단점으로는 흡습으로 인한 절연내력의 감소와 고전압, 대용량화가 어렵다.

5. 몰드변압기(Molded transformer)
건식변압기의 일종으로서 권선을 절연물로 피복하고, 권선을 진공형틀에 넣어 진공 후 합성수지를 주입하여, 권선 전체를 수지로 피복한 변압기이다. 수지 주조형 변압기 라고도 한다.
장점으로서 크기와 중량을 줄일 수 있고, 충격내전압이 크므로 200kV급까지 제작이 가능하고, 20MVA까지 용량이 가능하며, 혹독한 환경(습도가 높은 지역)에서도 사용이 가능하다. 국내에서는 주로 22.9kV 3MVA이하의 정격인 몰드변압기가 사용된다.
단점으로서는 부분방전에 의한 고장 가능성이 크며, 절연물 균열의 위험성이 있다.

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.

OLTC 구성

1.  유격실(Diverter chamber)
유격실은 전환 개폐기 유니트와 이에 필요한 절연유를 본체와 별도로 관리하기 위한 절연통으로서 탭 선택기와 전환 개폐기를 연결하는 접점이 설치되어 있다. 이 유격실내에 이상이 발생하면 보호계전기(OLTC 보호계전기)나 방압장치에 의해 유격실내의 기기를 보호하고 변압기를 통전선로에서 분리하게 된다.

2. 전환개폐기 유니트(Diverter switch unit)
전환개폐기 유니트는 탭을 전환하기 위해 유중에서 사용중인 탭을 주통전 회로에서 개방하고, 동시에 탭 선택기에 의해 선택된 탭을 주통전 회로에 연결하는 기능을 수행하는 OLTC에서 가장 중요한 부분이므로 가능한 한 동작이 확실하고, 접점의 소모가 적으며 높은 신뢰도가 요구 된다.

유격실 안에 설치되어 동력을 전달하는 구동부, 접점의 개폐를 담당하는 가동자와 고정자로 이루어진 전환 개폐 기, 전류제한 임피던스[천이저항(한류저항),또는 한류리액 터], 방전갭 등으로 구성된다.
전환개폐기의 절연원통(쉘) 내면에는 고정접점이 배열 되어 있고, 쉘 안에는 가동접점이 쉘 내면의 고정접점과 마주 바라보는 위치에 배열되어 있다.
접점은 평상시 부하전류가 흐르기 위한 병렬접점과 주아크접점 및 보조아크접점으로 구성되어 있다.

3. 전류제한 임피던스
OLTC 접점의 개폐 중 폐회로를 이룬 두 탭간의 전위차에 의해 흐르는 순환전류를 제한하기 위한 임피던스로 고속전환용으로 저항[천이저항(한류저항)]이 사용되고, 저속 전환용으로는 리액터(한류리액터)가 사용된다.

전자를 저항식, 후자를 리액터식이라 부르며 일반적으로 저항식이 많이 사용된다.
저항식은 스프링의 장력에 의해 수 싸이클내에 탭의 개폐가 이루어져 짧은 시간 동안 저항에 전류가 흐르므로 열용량이 작아 기기 전체를 소형화 할 수 있다.

4. 에너지축적기
에너지축적기는 모터구동장치에서 전달된 회전력을 전환개폐기에서 접점이 선형동작하기 위한 변환장치로서 편심캠과 스프링, 와인드업 슬래지, 콕킹 슬래지 등으로 구성되어 있다.

5. 제네바기구 (Geneva wheel, gear)
OLTC의 동작에서 탭 선택기와 탭 범위 확장기가 하나의 구동축에 의해 순차적으로 동작하여야 하므로, 이를 만족하기 위해 제네바기구를 사용한다.

제네바 휠이 상․하로 배열되어 있고 구동력 전달 롤러가 180°간격으로 2개가 있어 한 개의 롤러는 상측, 다른
이러한 원리에 의하여 탭 선택기의 가동접점 2조가 1탭 동작시마다 교대로 한 번씩 움직일 수 있게 된다.

6.  탭 선택기(Tap selector)
연동구동장치에 의해 전환 개폐기와 연결되어 전환 개폐기가 동작하기 전에 희망하는 탭을 선택하여 전환개폐 기에 접속하는 역할을 한다.
탭 선택기는 고정자와 가동자로 구분되고, 원형으로 된고정자의 각 단자는 지지목에 설치되어 변압기의 탭 권선에서 나온 리드들이 연결되어 있으며, 가동자는 중앙에서 회전하여 고정자의 탭을 선택하게 된다.
또, 탭의 선택 방식은 전압의 조정범위에 따라 여러 가지가 있으며, 전압의 조정 폭을 크게 하기 위해 탭의 선택 범위를 넓게 하는 탭 범위선택 확장기를 사용하기도 한다.
탭의 선택 방식은 선형 전압 조정방식(Linear voltage regulation), 역스위치방식(Reversing switch, buck and boost connection 극성전환방식), Coarse Fine tap selector connection(전위전환방식) 등으로 나눌 수 있으며, 이는 탭의 조정범위에 따라 선택된다. 전압조정범위를 확대하기 위해 역스위치방식과 전위전 환방식이 널리 이용된다.

7. 구동장치(Driving unit)
탭 조정시 탭 체인저의 구동을 위한 구동력의 생성과 조정을 담당하는 장치이다. 변압기 외함에 부착되어 있으며 구동축으로 전환 개폐기 유니트와 연결되어 있다. 대부분 전동기에 의해 구동하며 수동으로도 동작이 가능하다. 전동기, 기어박스, 캠 스위치, 전원 스위치, 탭 위치표시판, 동작회수기록계 등이 부착되어 있고, 탭 조정시 각 탭의 이동을 단계적으로 제어할 수 있는 각종 보조장치가 내장 되어 있다.

8.  활선여과기(Oil filter)
부하시 전압조정기는 부하를 공급하면서 전압조정을 하기 때문에 이의 동작시 발생되는 아크로 인하여 절연유가 분해되며, 이로 인한 절연유의 오손은 유격실내의 절연파괴를 유발할 수 있으므로, 이를 방지하고자 활선 상태에서 유격실내의 절연유를 여과하기 위한 장치가 필요하게 된다.

여과기는 부하시 전압조정기의 상판에 연결된 파이프를 통하여 유입된 유격실내의 절연유를 여과하는 필터, 절연 유를 순환시키는 유펌프, 타이머, 온도계, 압력계, 외함 등으로 구성된다. 여과기의 전원과 제어는 구동장치에서 이루어지며, 부하시 전압조정기가 동작시 반드시 여과기가 지정된 시간만큼 동작하여 유격실내의 절연유를 여과하도록 되어 있다.

9. 자동전압조정기 (AVR, Automatic Voltage Regulator)
부하변동과 전원전압의 변동시에도 변압기 2차측의 송출전압을 일정하게 유지하기 위하여 OLTC의 탭을 조정

하는 장치이다. 변압기 2차측 CT와 2차측 모선PT에서 부하전류의 크기와 모선전압을 감지하고, 설정된 내부의 기준전압과 비교하여 기준전압을 유지하기 위해 변압기의 탭을 조정하는 신호를 OLTC 구동장치로 송출한다. AVR에는 AVR의 동작범위를 설정하는 기능, 부하선로의 임피던스에 따라 선로전압강하의 크기를 정하는 기능, 송출전압의 조정을 위한 동작시간 조정기능(시간 지연), 송출전압 설정기능 등이 포함된다.
종류로서 MK-20, MK30, VC100-BU, YVC-01 등이 있다.

1) 대역폭(Band width)
OLTC의 스텝전압, 즉, 각 탭간의 전압과 OLTC가 설치된 변압기의 정격전압과의 비를 뜻하는 것으로서, 변압기 송출전압의 변동시 AVR의 동작범위를 결정하기 위한 값이다.
설정 전압과 송출전압의 차가 커져 대역폭을 초과하면 AVR에서 상승 또는 하강의 탭 조정신호가 송출되게 된다. 대역폭을 설정할 때 계산된 값보다 작게 설정하면 부하 변동에 따라 자주 OLTC가 동작하고, 또, 계산된 값보다 크게 설정하면 부하변동시에도 OLTC가 동작하지 않을 수도 있다.
대역폭 ＝스텝전압 /정격전압

2) 선로전압강하보상기(Line drop compensator)
변압기에서 송출하는 전압은 변압기 2차측에 연결된 선로의 길이와 선종에 따라 결정되는 선로 임피던스에 의해 선로의 각 지점(전압 송출점과 선로의 중간점, 선로의 말단)에서 그 크기가 달라진다. 이는 부하전류의 크기에 따라 선로임피던스에 의한 전압강하가 다르게 나타나기 때문이다. 따라서, 변압기에서 전압을 송출시 이를 고려할필요가 있다.
AVR을 이용한 전압조정에서 이러한 선로전압강하를 보상하기 위해 사용되는 것이 선로전압강하보상기이다.
선로전압강하보상방식을 적용하여 사용할 때, 선로의 저항성 전압강하성분(U r ), 유도성 전압강하성분(U x )을 정확히 구하여 적용하면, 선로 말단의 전압은 부하에 관계없이 일정하게 된다.
이 방식은 전압․전류의 벡터적 보상으로서 U r , U x 값이 정확하면 선로전압강하의 판정이 정확하다.

3) Z-보상(Z-Compensation)
부하의 크기에 관계없이 선로 말단의 전압을 일정하게 하기 위하여, 필요한 전압상승[%]을 구하여, 이를 AVR에 설정하는 방식으로서, 변압기의 과도한 전압상승을 방지 하고 일정한 전압보상을 행하기 위해 적용한다.

4) 부하조절(송출전압 단계조정, Load Shedding)
전력공급과 수요가 일치하지 않아 수요가 공급을 초과할 때, 공급전압기준에 설정된 전압보다 송출전압을 낮추어 공급하거나 제한송전과 같은 조치를 취하게 된다.
이를 부하조절이라 하며 AVR에 상기의 송출전압을 낮추어 공급하는 기능이 부가되기도 한다.
이러한 송출전압 단계조정은 단계별로 송출전압의 몇 %를 낮추어 공급할 것인가를 AVR에 설정하여, 수급비상시 단계별로 실행할 수 있다. 이러한 기능은 MK-30, VC100-BU등에서 실행할 수 있다.

5)  병렬운전장치
삼상변압기 2대 이상을 병렬로 조합하여 AVR에 의해 전압조정을 자동으로 실행할 때 필요한 장치이다. 스텝전 압의 동일성 여부에 관계없이 용량 및 전압이 유사한 변압기에 적합하다.
종류로는 SKB-20, SKB-30 등이 있으며, 두 대의 VC100-BU로서도 병렬운전이 가능하다.
VC100-BU를 이용할 때는, 탭 위치에 대한 정보는 필요치 않은 변압기간의 송출 전압차를 최소화하는 최소 순환 전류법(the minimum circulating reactive current method), 병렬운전변압기가 정격전압, 스텝전압, 탭 수 등이 동일할 때에 적용이 적합한 주종제어법(Master-Follower, 동기제 어) 등 두 가지 방법에 의하여 자동전압조정 병렬운전을 할수 있다.

10. OLTC의 분류
부하시 전압조정기의 탭을 조정시 탭 권선의 설치 위치에 따라 자속과 전압의 변동이 상이하게 된다. 이를 IEC 76-4에서 다음과 같이 분류한다.
① CFVV(Constant Flux Voltage Variation) : 자속밀도는 항상 일정하고, 탭이 없는 권선의 전압은 항상 일정하며, 탭이 있는 권선의 전압은 변하는 방식이다. 345kV 단권변압기에 적용된다.

② VFVV(Variable Flux Voltage Variation) : 탭 권선이 설치된 권선의 자속밀도가 변하고, 탭이 있는 권선의 전압은 항상 일정하며, 탭이 없는 권선의 전압은 변하는 방식이다. 765kV 단권변압기에 적용된다

③ bVV(Combined Voltage Variation) : 탭 권선이 설치된 권선의 자속밀도가 변하고, 탭이 있는 권선의 전압은 항상 일정하며, 탭이 없는 권선의 전압은 변하는 방식이다.

11.  탭 전압

1) 전용량 탭전압
지정된 온도상승의 한도를 초과하지 않고 정격용량으로 사용 가능한 탭전압이다.
2)  저감용량 탭전압
지정된 온도상승의 한도를 초과하지 않고 사용할 때에는 정격용량을 저감하지 않으면 안되는 탭전압이다.

12.  진공건조
변압기를 제작할 때, 조립된 중신을 진공실에 넣어 1～ 5[㎜Hg] 정도의 고진공을 유지하여 권선제작과 중신조립시 절연물에 침투된 수분과 먼지, 이물질을 제거하는 방법 이다. 진공건조를 3～4회 반복한 후, 고진공(3Torr 이하) 하에서 절연유를 함침한다.

13.  열유건조 (Vapor Therm)
조립된 변압기 중신을 절연유 탱크 속에 넣고, 절연유를 가열하며 동시에 절연유가 없는 공간에 진공을 걸어 변압기 절연물에 침투된 수분, 먼지, 이물질을 제거하는 방법 이다.
절연유는 진공을 걸때는 80～100[℃], 진공을 걸지 않을 때는 110～115[℃] 정도까지 가열하고, 송유펌프를 통하여 계속 순환시키며 여과하여 절연유 중의 수분과 이물질을 제거한다. 절연유 가열 후, 온도가 목표치에 도달하면 탈기장치와 진공장치를 가동한다.
절연물 중의 수분 배출량은 tanδ를 측정함으로써 알 수 있는데, 절연물의 수분이 점차 배출됨에 따라 tanδ값이 점점 감소하여 포화된다. 포화된 후 2～3일간 건조를 계속한 다. 또한 절연유 중의 수분함유량을 측정하여 건조정도를 측정할 수 있다. 열유건조를 한 변압기는 매우 좋은 건조도를 얻을 수 있다.

변압기 정격

1. 정격전압
명판에 기재된 변압기 권선의 단자전압 실효치를 뜻하 며, 탭이 없는 권선의 단자간 또는 탭이 있는 권선은 기준 탭에 접속되는 단자간에 인가되는 지정전압 또는 무부하시 전압이다.

2. 연속정격용량
명판에 기재된 피상전력으로 정격 2차 전압, 정격주파수 및 정격역률에서 지정된 온도상승한도를 초과하지 않고 2차 단자 사이에서 얻을 수 있는 값이다. kVA, MVA 로 표시한다.

3. 단시간정격(Short Time Rating)
냉각상태에서 시작하여 지정된 일정 시간, 지정된 조건 하에서 사용할 때 규격에 정한 온도상승한도를 초과하지 않는 정격을 말한다.

4. 연속여자단시간정격
무부하로 최종온도에 도달한 후에 지정된 일정 단시간, 지정된 조건에서 사용할 때 규격에 정한 온도상승한도를 초과하지 않는 정격이다.

5. 충격기록계 (Impact Recorder)
변압기 운반시 변압기에 가해지는 충격을 기록하여 변압기 중신의 상태를 알 수 있도록 한 장치이다.
충격기록계는 가로, 세로, 수직 3방향의 충격을 G의 단위로 기록할 수 있으며 변압기 본체에 부착하여 기록지를 날인 후 봉인하여 변압기를 설치 위치에 정치한 후, 운송중 변압기에 가해진 충격의 정도를 판독한다.
현재 적용되는 변압기 운반시 허용되는 충격의 정도는 다음과 같다.
․가로방향(X축) : ±1G 이하 ․세로방향(Y축) : ±2G 이하 ․수직방향(Z축) : ±1G 이하

6. 여자돌입전류 (Inrush Current)
변압기를 운전하기 위해 v 1 = V 1m sin(ωt+ϕ)의 전원을 t＝0 일 때 1차측에 공급하면 그 투입위상φ＝0 일 때돌입전류는 정격전류의 수배에 달하는 최대치를 갖는다.
또, 2차 돌발고장이 발생하면 정상단락시의 약 두 배의 순시전류가 흐르는데 이는 정격전류의 수 십 배이다. 이와 같은 대전류가 흐르면 전자기계력에 의한 권선의 변형과 파손, 권선의 온도상승, 내부 압력상승에 의한 외함의 파손 등을 초래할 수 있다.
변압기 2차를 개방하고 1차측 차단기를 투입하는 경우, 충격전류는 차단기 투입시에 가해진 전압의 위상, 변압기 철심의 잔류자속에 의해 그 크기가 달라지고, 때로는 정격전류의 수배에 도달하여 계전기 오동작의 원인이 되기도 한다. 철심에 잔류자속이 없고, 전압이 파고치에 도달한 시점 (a')에서 차단기를 투입한다고 하면, 자속은 0에서 출발하여 정현파로 되고, 정상 운전시와 같이 여자전류는 작은 값이 된다.

그러나, 전압이 0인 점 a에서 차단기가 투입되었다고 하면, 1차 권선에 가해진 전압과 같은 역기전력을 유지하기 위하여, 1차 권선과 쇄교하는 자속은 정현파로 변화하여야 한다. 그런데 최초에 변압기의 자속은 0이므로, 1/2(cycle) 동안에 2Φ m 의 자속변화를 하여야 하며, 철심에 잔류자속 Φ r 이 있다면 철심에 흐르는 자속의 최대치는 2Φ m +Φ r 과 같게 된다. 이렇게 되면 철심은 포화되고 여자인덕턴스가 감소되어 큰 여자전류가 흐른다. 이를 변압기의 여자돌입 전류라고 한다.

시동시의 돌입전류의 최대치

돌입전류는 회로의 저항분, 와류손, 히스테리시스손 등에 의하여 시간이 지남에 따라 점점 감쇠한다.
돌입전류의 파형을 분석해 보면 기본파형을 100%로 할때 직류성분이 50～60%, 제2고조파성분이 30～50%, 제3 고조파는 제2고조파의 1/2정도, 제4고조파 이상의 성분은 적다.
그러나, 내부 고장전류의 파형을 분석해 보면 제2고조 파성분이 비교적 적게 포함되어 있으므로, 돌입전류 발생시 변압기의 내부고장 보호계전기에 고조파필터를 설치하여 제2고조파성분을 제거함으로서 오동작을 방지할 수 있다.
삼상의 경우 A상의 전압이 0인 순간에 투입되었다 하더라도 다른 상의 위상은 120°차이가 있으므로, 다른 두상의 돌입전류는 A상의 충격전류보다는 크지 않다. 따라서 돌입전류의 최대 파고치만을 문제로 하면 전압이 0인 순간 접속된 상만 고려하면 되며, 잔류자속의 크기와 방향, 투입 차단기 각상의 투입시간 등에도 다소의 차가 있어 삼상의 돌입전류는 엄밀히 구하기 어렵다.

7. 중성점접지리액터 (NGR, Neutral Ground Reactor)
154kV/23kV 변압기의 운전시 배전선로 지락이 매우 빈번하고 이에 의해 발생하는 지락고장전류와 고장전류의 변압기에의 유입은 변압기 권선에 큰 충격을 주게 되며, 이는 변압기 권선고장으로 진행되는 경우가 많다.
배전선지락에 의한 변압기고장을 감소하기 위해 1988년 부터 이에 대한 연구가 시작되어, 1992년부터 연구결과를 바탕으로 변압기 지락고장전류제한장치를 변압기 2차측 중성점에 설치 운전하게 되었다. 이에 따라 변압기에의 지락고장 유입전류는 20～30% 정도 감소하고 변압기 권선에 가해지는 충격을 저감하므로써 변압기 권선고장을 줄이게 된다. 유입식과 건식 두 종류가 있으며, 단시간 전류정격은 10초를 적용하고, 변압기 용량에 따라 전류정격이 비례하며, 자체 임피던스는 변압기 1차측의 결선방식(△결선의 경우 0.4[Ω], Y결선의 경우 0.6[Ω])에 따라 달라진다. NGR의 사용은 2차측 중성점에 임피던스를 가진 코일을 접속하는 것이므로, 이를 비유효접지로 생각할 수 있으나, 임피던스가 매우 작으므로 직접접지로 간주한다.
변압기 운전시 NGR 단선은 중성점의 분리를 의미하므로 이에 대한 대비책으로서 중성점에 단극 단로기를 설치 하여 NGR 고장시 중성점을 직접접지로 운전하여 중성점 비접지가 되지 않도록 하여야 하며, NGR 고장시 변압기 보호를 위해 영상전압검출계전기(59G)를 설치한다.

8. 변압기 운전

(1) 유효접지운전
선로에 1선 지락이 발생되면 건전상의 선로 단자와 대지간에 선간전압이 걸리며, 이 값은 상규대지전압의 3 배이다. 유효접지계통에서는 1선지락시 상용주파과전압은 선간전압보다 낮아 80% 이하가 된다. 80%는 접지계 수로서, 이는 1선지락시 고장점에서 건전상의 대지전압이 달할 수 있는 최고의 실효치를 고장 제거후의 선간전압으로 나누어 %로 표시한 값이다. 이 계수는 피뢰기 정격전 압을 결정하는 중요한 조건이다.
유효접지계는 계통에 접속된 발전기용량의 1/3이상의 변압기 중성점을 직접 대지에 접지하므로써, 1선 지락시
에도 건전상의 대지전압상승이 선간전압의 80%를 초과하지 않게 된다. 이 조건은 계통의 영상리액턴스와 정상리액 턴스의 비가 3이하이고, 또 영상저항과 정상리액턴스의 비가 1이하일 때이다.
계통에서 일부 변압기의 중성점을 접지하여 유효접지계가 유지된다면, 다른 변압기들의 중성점을 모두 접지할 필요는 없다. 154kV Y-Y-△ 변압기 운전시 일부 변압기의 1차 중성점을 접지하지 않고 피뢰기를 거쳐 접지하는 것이 이에 해당한다. 단로기로 직접 접지할 수 있으며, 유효접지 조건 유지시 피뢰기를 통해 접지가 가능한 결선

(2) 병렬운전
변압기 부하의 증가, 경제적인 이유 또는 부하전환과 같은 여러 경우에, 여러 대의 변압기를 병렬로 운전할 필요가 있다. 변압기의 병렬운전에 필요한 조건으로서는 각 변압기가 자기의 용량에 비례하는 부하를 분담하고, 순환전 류를 실용상 지장이 없을 정도로 제한하여야 한다.
병렬운전의 조건으로서는

1) 1차, 2차의 정격전압 및 극성이 같을 것

2) 상회전의 방향 및 각변위가 동일할 것

3) 권선비가 같을 것

4) 백분율 임피던스 전압강하차가 ±10% 이내일 것

5) 용량비가 3:1 이내일 것
단상 변압기 병열운전의 경우는 위상관계는 동상이거 나, 혹은 2π의 위상차를 가지는 두 가지 경우밖에 없으므로 극히 간단하나, 3상 변압기의 경우는 단자전압이 동상 이라도 1상의 전압이 Y결선과 △결선에서도 30°의 위상차가 있고, 또 상간에는 각각 120°만큼 위상차가 있으므로 병렬운전에 있어 결선에 특히 주의하여야 한다.
만일 위상이 맞지 않으면 그 위상차 만큼 국부적인 순환전류가 흐르고 변압기에 나쁜 영향을 준다. 병렬운전이 가능한 결선에서는 각변위가 동일하여야 한다.

삼상변압기의 병렬운전 결선 조합

(3) 통합운전

변압기의 통합운전은 전력손실을 경감하기 위해 변압기의 병렬운전대수가 최소가 되도록 일부 변압기를 정지하여 운전하는 것이다.
구체적으로 아래의 조건을 구비하는 경우 통합운전을 시행한다.
1) 변압기의 총합손실을 경감할 수 있을 것,

2) 변압기의 통합운전 중, 설비고장이 있더라도 공급 신뢰도를 유지할 수 있을 것,
3) 변압기의 단시간 과부하조건을 만족하는 조건하에 실행하여야 한다.

(4) 절연지 수명

유입변압기에 사용되는 절연지의 열 열화에 따른 수명L은 온도θ와의 함수관계로 표시된다.

Montsinger는 절연지의 수명이 반감되는 온도상승치가 8[℃]로 보았고, 여러 종류의 절연지에서도 5～10[℃] 온도가 상승하면 수명이 반감되는 것으로 보고되어 있다. 여기에서 언급하는 수명은 절연지의 인장강도가 초기치의 유입변압기에 사용되는 절연지의 열 열화에 따른 수명L은 온도θ와의 함수관계로 표시된다.
여기에서 언급하는 수명은 절연지의 인장강도가 초기치의 50% 이하로 떨어지는 것을 의미한다.

9. 변압기 소음
변압기에 전압을 인가하면 교번자속의 변동과 누설되는 자속, 전류에 의한 권선의 진동 등에 의하여 소음이 발생 한다. 이 소음의 크기는 무부하시에 가장 크고, 경부하시에 작다.
변압기의 철심은 인가전압 주파수의 두 배에 해당하는 주파수로 진동하므로 소음은 두배 주파수의 고조파로 구성된다. 따라서, 보통 120[Hz], 240[Hz], 360[Hz] 등의 정현파가 섞인 소음이라고 할 수 있다.
60[Hz] 소음은 잘 지각되지 않으며, 480[Hz] 이상의 성분은 공기와 구조물에 의하여 잘 흡수되므로, 실제적인 소음의 주성분은 120[Hz], 240[Hz], 360[Hz] 대역이라고 할수 있다.

10. 능동소음제어 (Active Noise Control)
소음을 제어하는 방법은 수동소음제어와 능동소음제어로 나뉘는데, 대부분 흡음재나 방음재를 사용하여 발생된 소음을 흡수하는 수동소음제어를 적용한다. 수동소음제어는 사용재료의 특성상 무게와 부피의 증가로 설치에 넓은 공간과 많은 비용이 필요하며, 500[Hz] 이하의 저주파에 대하여 성능이 떨어진다.
따라서, 다른 음원을 이용하여 소음과 동일한 진폭의 반대 위상을 갖는 인공음을 발생시켜 중첩시킴으로서 소음의 음압레벨을 줄이는 능동소음제어가 변압기의 소음과 같은 저주파소음의 제어에 적용될 수 있다.

11. 과부하운전 (Over Load Operation)
변압기는 정격연속출력의 범위 내에서 운전되어야 하나 갑작스런 부하의 증가로 정격연속출력을 초과하여 운전할 경우도 있다. 과부하 운전이란 정격연속출력 범위를 초과하여 운전하는 것으로 이로 인하여 변압기의 수명을 단축 하는 것을 피하여야 한다.

1) 사용년수가 15년 이상인 변압기

2) 유중가스분석 결과 가연성가스 총량의 값이 “요주의(1000ppm)” 치를 초과하는 변압기

3) 수리경력이 있거나 절연물의 수리실적이 있는 변압기

4) 직렬기기(CB, LS, CT등)의 상태가 과부하 운전시 정격을 초과하는 경우

5) 주위온도가 40[℃]를 초과는 경우
과부하 운전을 대비하여 변압기 및 직렬기기(차단기, 단로기 등)의 상태, 단자 접속부의 과열여부 등을 파악하여야 하며, 보조냉각장치(살수장치 또는 무상분무장치)는 부하가 정격용량의 80%를 초과하거나, 권선온도가 70[℃]인 주변압기에 설치한다.
과부하 운전을 적용할 수 있는 조건은 주위온도 저하, 온도상승시험기록, 단시간 과부하 운전, 여러 조건이 중첩된 경우의 과부하 운전 등 다양하므로 이를 충분히 고려 하여 결정하여야 한다.

온도상승 허용한도

변압기의 온도상승 허용한도는 주위온도가 40℃를 초과 하지 않고 변압기 최저 전압탭에서 연속정격출력을 낼 때 변압기의 온도상승 허용한도의 값을 넘어서는 안된다.

변압기의 온도상승 허용한도

※ 온도상승 계산시 냉각매체 기준온도는 다음과 같다
- 유입자냉식, 유입풍냉식, 송유풍냉식 : 주위온도

- 송유수냉식 : 냉각수 유입온도

- 냉매냉각식 : 냉매기화온도

온도상승 시정수

변압기의 운전시 부하전류에 의해 변압기 권선의 온도가 상승하는데, 이 온도상승은 어느 정도 시간이 지나게
되면 포화한다.
이를 식으로 표현하면 온도 θ＝θ t (1－e -t/T )로 일정한 온도까지 오르는 시간은 거의 비례하여 상승하나, 일정 온도후 최종온도에 이르기까지의 시간은 상당히 오래 걸리게 되는데, 이때의 시간 T를 온도상승 시정수라 한다.

변압기 절연 시험

1. 절연저항측정
고전압 대용량 변압기의 절연저항을 측정할 때는 정격 전압 2,000[V], 2,000～5,000[MΩ] 절연 저항계를 사용한 다.(1,000[V] 절연 저항계도 가능).

측정하려는 변압기의 선로 단자의 충전 여부를 확인하고, 변압기 단자에 연결된 각종 리드선과 피뢰기 등을 분리한 다. 붓싱의 애관을 잘 청소하여 누설 전류에 의한 절연 저항 측정의 오차요인을 제거한다.(오차가 생긴다고 판단될때에는 가이드링을 부착하여 측정한다.)
절연 저항은 측정 대상의 온도에 영향을 받으므로, 변압 기의 경우 정전 직후 유온이 가장 높은 시점, 유온이 어느 정도 떨어진 시점, 유온이 주위온도와 비슷한 시점 등 적어도 3번 이상은 측정하여야 하며, 측정시 주위온도, 습도, 날씨 등을 기록 유지하여, 전 측정치와의 비교를 통하여 절연물의 상태를 알 수 있도록 하여야 한다.

2. 절연유 내전압시험
날씨가 맑고 습도가 높지 않은 날을 택하여 변압기 본체 하부에서 시료를 채취한다. 또한 OLTC와 컨서베이터가 있는 경우 필요에 따라 별도로 채취하여 시험하기도 한다. 시료의 온도는 15∼35[℃]로 한다.
채취한 절연유로 시험 용기를 세척 후 기포가 발생하지 않도록 서서히 시험용기의 상부 적색 눈금까지 채운다(유 면이 전극 상단에서 20[㎜] 이상이 되도록). 시험 용기는 직경 12.5[㎜]의 구상 전극을 가진 마이크로게이지로 전극간 간격이 2.5[㎜]가 되도록 조정한다. 용기를 시험기의 단자에 올려놓고 볼트를 조여 고정시킨다.
1종과 7종이 30 또는 40[kV] 이상, 6종이 50[kV] 이상이 어야 한다.(2회 시료 채취하여 3분간 방치 후 거품이 가라 앉은 다음 초당 3000[V]의 속도로 전압을 상승시켜, 각 시료에 5회씩 측정을 되풀이하여 각각 처음 값을 제거한 8개의 값을 더하여 8로 나누어 평균치를 구한다. 6종의 경우는 5개의 평균치를 구한다.)동일 시료를 2회 시험시 시 험결과의 차가 10[kV]를 초과하지 않아야 한다.

3. 전산가(Total Acid Number)
전산가(Total Acid Number, TAN)는 전기절연유의 열화 정도 평가지표로써, 절연유의 장기간 사용이나 열화 등으로 인하여 산성 생성물이 발생되면 절연유의 절연특성이 저하되어 절연유로서의 기능이 감소된다. 즉, 절연유의 전산값은 절연유의 여과, 정제 또는 교체의 필요 여부 등 그의 품질을 판정할 수 있는 중요한 기준이 된다. 따라서 전산값 측정결과에 따라 적당한 조치를 취함으로써 전력기 기에 의한 사고발생을 예방할 수 있을 뿐만 아니라 전력 기기의 수명을 연장시킬 수 있다.
전산값 측정은 측정 키트(Kit)를 이용하며 혼합액의 색깔 로써 상태를 판정한다. 기준으로 판정기준은 다음과 같다

【표 46】전산값 판정기준

측정방법은 시료 20[g]을 규정된 용기(300[㎖] 삼각 플라 스크)에 넣고 혼합 용제(Tolene3V＋Ethnol)에 용해시킨 후 Alkali Blue-6B를 지시약으로 하여 중화액(0.1N-KOH)를 표준용액으로 적정하여(액이 자색 띤 적색 변화가 15초간 유지) 이때 소요되는 KOH의 양[㎎]으로 산가를 계산한다.
즉, 절연유의 전산가는 절연유 1[g]중에 포함되는 전 산성성분을 중화하는데 필요한 수산화칼륨(KOH)의 [mg] 수로 나타낸다.

4. 절연유 수분 측정
절연유의 수분은 절연내력 저하와 밀접한 관계가 있으 며, 변압기의 고압측 전압에 따라 그 함유량이 제한된다. 절연유의 수분 측정은 칼피셔 시약을 이용한 수분측정기로 행하며 ppm단위로 측정한다.
알킬 벤젠의 흡습성은 광유계 절연유의 약 2배, 실리콘 유의 흡습성은 광유계 절연유의 약 3배이다.
1종 4호와 7종 4호에 대해 탱크차인 경우 30ppm 이하, 드럼의 경우 40ppm 이하로 규정되고, 6종은 60ppm 이하로 규정하고 있다.

5. 유중가스분석(Gas-in-oil Analysis)
변압기는 양질의 안정적인 전력을 공급하는데 있어서 매우 중요한 설비로서 변압기 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출하거나 절연을 목적으로 절연유를 포함하여 여러 가지의 절연재를 사용하고 있다.

그러나 이들 절연재들은 사용기간이 증가함에 따라 경년 열화 현상이나 또는 변압기 내부이상(절연파괴, 순환전류, 접촉불량 등)시 아크나 국부과열에 의한 발열을 수반하게 되고, 발열원에 접촉한 전기절연유, 절연지, Pressboard (Backlite) 등의 절연재료는 이상부위의 온도에 따라 열분 해되어 H 2 , CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , C 2 H 2 , C 3 H 8 , CO, CO 2 등과 같은 가스를 발생한다. 발생가스는 대부분 전기절연유 중에 용해상태로 존재하므로 변압기에서 전기절연유를 채취하여 용해가스를 기화, 가스분석기(Gas Chromatograph)에 의해 분석하고 그 성분과 가스량 그리고 조성비로 변압기 내부 이상 유무와 이상 정도를 진단한다.

이는 절연유 중에 용해된 여러 발생가스들을 분리관을 통해 각 성분들을 분리하고 TCD(Thermal conductivity detector, 열전도 검출기)와 FID(Flame ionization detector, 불꽃 이온화 검출기)로 정량하여 변압기의 수명예측이나 이상여부를 진단하는 진단법으로서 절연유중 용존가스 관리기준에 의한 상태 판정과 개량 IEC법 CODE 및 주 발생 가스 패턴에 따른 이상 유형을 판단하고 가연성 가스량 증가속도, 절연유 일반시험 등의 분석결과를 종합하여 변압기 이상진단을 실시한다.
가스분석은 초기운전 변압기와 중기/장기 변압기를 대상으로 구분하여 관리하며, 초기운전 변압기는 가압운전후 3년 이내 변압기에 적용한다.
진단방법으로는 이상가스 분석결과에서 이상의 종류 (Arc방전, 부분방전, 과열), 이상개소 및 정도, 긴급성을 판단하는 경우 다음과 같은 몇 가지 방법을 병용하여 진단한다.

가. 가스 Pattern에 의한 방법

횡축에는 가연성 가스를 H 2 , CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , C 2 H 2 ,로 나열하고 종축에 가연성 가스 중에서 최대치를 1로 하여, 다른 가스의 조성비를 도시한다.
이때 최대가스의 종류에 따라 H 2 주도형, C 2 H 4 (CH 4 ) 주도형, C 2 H 2 주도형으로 분류한다.

이 방법의 특징은 현상을 감각적으로 이해하는데 용이하고 이상현상의 내용변화를 관찰할 수 있으며 과거의 고장 예와 비교에 도움이 된다.

나. 가스 조성비에 의한 방법

특정성분 가스의 조성비를 구하여 이상현상의 내용을 판단하는 것으로 몇 가지 방법이 제시되어 있으나, 가장 보편적인 방법은 I.E.C 방법이다.

다. 특정가스에 의한 방법
① 아세칠렌 (C 2 H 2 )에 의한 진단
절연유의 열분해에 의해서 발생하는 가스중에 서 C 2 H 2
는 이상현상을 구분하는데 편리한 가스로 고온 열분해(유중 Arc)시 다량 발생, 접촉불량 등의 과열시에 소량 발생 되며 아세칠렌 (C 2 H 2 )의 발생은 Arc에 의한 발생, 국부방
전에 의한 발생, 국부과열에 의한 발생으로 구분된다.
② CO (일산화탄소), CO 2 (이산화탄소)에 의한 진단
절연유 등 고체 절연물의 과열시 특정한 가스는 CO, CO 2 이다. CO 2 는 경년 열화에 의해서도 발생 되기 때문에 적중률이 낮고, CO에 의한 진단이 적 절하다.
CO가 300ppm 이상 검출시 절연지, 베이크라이트 등의 고체 절연물의 소손 가능성이 크다. 100ppm 이하이면 고체절연물 소손 가능성이 적다
③ 가연성가스총량 (TCG : Total Combustible Gas)
유중가스분석에서 추출된 가스로서 산소와 결합할 수있는 수소, 일산화탄소, 메탄, 에탄, 에칠렌, 아세틸렌 등의 총합을 뜻한다.
④ 체적저항률
절연유의 체적 저항률[Ω․㎝]이란, 절연유에 인가한 직류 전계[V/cm]와 그 때 절연유 속을 흐르는 단위 단면적 당의 전류[A/㎠]와의 비이다. 이 값은 절연유의 1변 1[cm] 의 정육면체의 상대하는 면 사이의 저항과 같다. 절연유 체적저항률의 변화요인으로는 수분, 유기산, 전해질, 용해가스와 절연유 자체의 Ion化 등을 들 수 있다. 수분에 의해 Ion의 전도가 용이하게 되고 유중의 이온성 물질의 점도가 높아지면 체적저항률은 낮아진다. 이 값은 불순물의 혼입상태와 온도에 의해 변화하므로 시험시 일정온도를 유지하여야 한다.
체적저항률은 절연파괴전압과는 달리 절연물 본래의 절연성을 표시하는 중요한 요소이며 전산가의 증가에 따라 점차 낮아지는 경향이 있다.
시험방법은 전극 용기에 시료를 넣고 Tera-ohm Meter 로 DC 250[V]를 인가하여 1분 후의 전류치로부터 체적저 항률을 구한다. 이때, 시험온도는 80±1[℃]를 유지한다.

⑤ 절연역률(Power Factor)
절연체를 전기회로로 등가화 할 때 이를 R-C병렬회로로 생각할 수 있다. 절연체 등가회로의 저항성분은 전압이 인가되었을 때, 절연체에서 소비되는 손실전력을 나타 낸다. R p 는 일반적으로 절연체에서 바람직하지 않은 성분 이다. 그러나, 어느 정도의 손실은 대부분 절연체에서 정상적 이다.
⑥ 유전정접(Dissipation Factor)
유전정접이란 절연유를 충전한 전극간에 교류 전압을 가했을 때에 발생한 손실 전류의 충전전류에 대한 비를
말한다. 유전정접은 절연성을 나타내는 하나의 척도이고 절연유 분자의 유전 분극에 기인한 쌍극자 손실과 이온이나 하전 미립자의 진동에 따르는 도전 손실에 의해서 정해지지만, 일반적으로 절연유일 경우에는 도전손실이 주원인이 된다. 따라서 유전정접은 수분, 기타 오염 물질의 함유량 또는 절연유 자체의 열화의 정도와 관계되는 중요한 성질이다.
⑦ 절연열화(Insulation Aging)
전기설비의 절연물은 인가된 전압과 열의 발생, 빛, 산소, 수분과의 접촉 등에 의하여 절연성능이 변화하며, 사용함에 따른 경년열화는 절연물 저항성분의 감소에 따라 손실전류가 증가하여 절연물의 손실전력을 증가시킨다. 절연물 손실전력은 정상적인 손실과 오염 성분, 열화 성분에 의한 것의 합으로 생각할 수 있으며, 오염 성분은 수분, 탄소, 먼지, 이물질 등에 의한 것이고, 열화 성분은 탄
화, 코로나, 방전 등에 의해 발생한 것으로 볼 수 있다.
이러한 열화에 의해 절연물은 내전압, 체적저항률 등이
감소하고 산가, 점도, 불순물 입자의 수 등이 증가하게 된다.
⑧ 부분방전(Partial Discharge)
전극과 전극사이를 채우고 있는 절연물 내에서의 전기적 방전을 뜻하며, 부분방전은 원래 기체 상태에서 발생하고 기체가 매우 높은 에너지를 받아 이온화되는 현상을 말한다. 방전 펄스는 인가전압이 상승함에 따라 점차 크기와 수가 증가하여 전압이 최대치에 도달한 후 소멸되며, 전압의 극성이 바뀜에 따라 다시 음의 영역에서 방전이 시작되어 최대치에 도달한 후 소멸되는 특성을 가진다.
부분방전의 형태는 내부방전, 연면(표면)방전, 코로나방 전, 전기적 트리(tree)에서의 내부방전 등으로 분류할 수 있다. 내부방전은 절연재료의 수명에 관계되는 요인이라할 수 있다.
부분방전이 발생하는 원인으로서는 절연체내에 많은 불순 물이 함유되어 있는 경우, 절연물 내에 공극이 형성되어 있는 경우, 전기적 트리가 형성되어 있는 경우 등을 들 수 있다.
변압기에서 부분방전이 발생하면 전기적인 펄스전류와 그것에 동반된 초음파가 발생한다. 따라서 부분방전을 변압 기의 운전상태에서 검출할 수 있는 방법으로는 부분방전에 의한 전류펄스를 검출하는 전류법, 변압기 외함에 초음파 센서를 설치하여 초음파 신호를 검출하는 음향법이 있다.

또한, 음향법과 전류법 두 가지 방법을 조합하여 내부방 전을 판단하는 방법도 사용되고 있다. 이 방법은 전기펄스와 초음파 펄스를 동시에 측정하고, 로고스키 코일에서 검출된 전기 펄스에서 소정의 레벨 이상의 펄스를 기점으로 초음파 펄스가 검출되기까지의 시간을 측정하고, 설정치
내에 있으면 코로나로 판정한다.

가. 전기적측정

전기적 측정법은 변압기 내부에서 부분방전이 발생하면 접지회로에는 펄스형의 방전전류가 흐르게 되는데, 이러한 방전전류를 측정함으로써 부분방전의 크기를 측정할 수 있다. 부분방전에 의한 전류펄스를 검출하는 방법은 다른 방법에 비하여 고감도이고 부분방전의 초기 검출이 가능하다.
측정장치는 로고스키 코일(rogowski coil) 또는 유도성 탐침(Inductive Probe), 용량성 센서(Capacitive Sensor)와 신호분석장치로 구성되며, 출력감도는 약 0.05[pC], 검출범 위는 약 0.05～10,000[pC]이다. 신호처리는 전기펄스의 발생 수를 나노초(10-9sec) 단위까지 샘플링하여 출력하며, 출력 신호는 발생 크기, 발생율, 검출시각 및 경보출력 등이다.
전기적인 측정방법은 그 값이 매우 정확하고 비교적 소규모의 부분방전도 감지할 수 있는 장점이 있으나, 운전중인 변압기에서는 외부에서 침입하는 전기펄스 및 노이즈 들이 많기 때문에 측정된 누설전류로부터 부분방전을 구분하기가 상당히 어렵다. 따라서 수천[pC]에 이르는 변전소의 각종 노이즈를 억제할 수 있는 잡음 제거대책이 있어야 한다. 이러한 노이즈는 주로 변압기의 공급전압이 갖고 있는 고조파, 개폐 서어지, 주변 고압 송전선에 의해서 측정회로에 유도되는 유도전압, 방송 등에 의해 유입되는 전자파, 주위에 비접지된 금속 부유물과 고압측 간의 표류 용량(stray capacity)에 의한 고주파 전류, 기타 기기에서의 부분방전 등이다.
변전소에서 외부잡음을 측정한 결과 2.0～6.0 [MHz]의 범위는 비교적 외부잡음이 적은 것으로 알려져 있으므로, 로고스키코일 접지전류 센서의 주파수 특성은 3[MHz] 부근을 선택한다.
접지전류 센서는 페라이트 코어에 코일을 감은 구조로, 그 특성은 코아의 형상, 권선수, 측정용 동축케이블의 길이에 따라 변한다. 대부분의 외부잡음은 센서의 주파수 특성및 필터에 의하여 제거되며, 필터를 통과한 신호는 비교 측정기에 입력되어 설정레벨 이상인 경우 Pulse-Counter 로 측정되고, 펄스가 일정시간 이상 계속될 경우에는 내부 부분방전으로 판단한다.
변압기에서의 부분방전에 의한 전류펄스를 검출하는 방법으로는 권선 중성점에 상용주파 전류와 중복되어서 흐르는 방전전류를 검출하는 중성점 접지선을 이용하는 방법, 변압기 본체 접지선에서 방전전류를 검출하는 본체 접지선을 이용하는 방법 및 고압 붓싱에서 방전전류를 검출 하는 붓싱 탭 측정법이 있다.
(1) 중성점이 직접 접지된 경우에는 중성점의 접지선에 고주파 특성의 로고스키 코일이나, 유도성 탐침을 이용하여 부분방전 펄스전류를 검출할 수 있다. 이 방법은 감도적으 로는 붓싱을 이용하는 방법에 비하여 약간 떨어지지만 설치가 용이하므로 실용적이다. 그러나 중성점 접지선을 이용하는 방법은 변압기가 직접 접지된 경우에만 사용 가능 하며, 감도가 떨어지는 단점이 있다.
(2) 부분방전 펄스전류는 변압기 본체의 접지선에서도 검출할 수 있다. 이 방법은 활선상태에서도 로고스키 코일을 설치하기가 용이하고 구조가 간단한 이점이 있다.
국내의 변전소에 설치된 변압기는 다중접지되어 있으므로 단일 CT를 통한 부분방전 펄스전류를 측정하기는 매우 힘든 형편이나, 유도성 탐침과 용량성 센서로 방전펄스를 측정하고, 컴패래터를 이용한 잡음의 분리로 부분방전 측정이 가능하다.
(3) 변압기에 콘덴서형 붓싱을 사용하는 경우에는 붓싱의 시험용 단자에서 부분방전에 의한 펄스전압을 검출할 수있다. 이 방법은 공장에서의 부분방전 펄스 검출방법과 같이 감도적으로는 아주 우수하지만, 상시측정을 위해서는 붓싱 제작시 상시 부분방전 측정용 시험단자를 확보하여야 한다.

나. 초음파 측정

변압기 내부에 부분방전이 발생할 경우, 국부적인 절연유 기화로 인해 압력변화가 나타난다. 이로 인해 펄스형태의 충격파가 발생되어 변압기 외함까지 전달되는데 이것을 검출하여 변압기 상태를 파악하는 것이 초음파 진단이다.
초음파는 가청주파수 이상의 음파(20kHz 이상)로 파장이 수 ㎛∼10㎝로 짧아 공기 중에서 감쇠가 크지만, 액체나 고체에서 감쇠가 적고 지향성이 강한 것이 특징이다.
변압기 초음파 진단을 위한 장치는 초음파 센서, 신호 증폭기, 연산처리장치 및 출력 장치 등으로 구성된다. 초음파 센서는 변압기 외함에 부착되어 물리적인 신호를 전기적인 신호로 변환시켜주며, 변환 방식으로는 압전 방식과 정전효과 방식이 있다. 센서는 저주파수 잡음을 피하기 위해 50㎑∼300㎑ 대역의 센서가 주로 이용되고 있다. 신호증폭기는 센서로부터 검출된 미소한 신호를 증폭시켜 주며, 100㎑∼300㎑ 범위의 신호만을 선별하여 통과시킨 다.
또한 연산처리장치는 이득값 조정, 트리거 레벨 설정, 기준 이상 레벨을 계수 등의 연산처리를 수행하며 출력장치를 통해 결과를 표시해 준다.
부분방전에 의한 초음파 파형의 지속시간은 는 주로 수 ㎳∼수백㎳의 특징을 가지며, 크기는 센서의 접촉상태와 이득값 설정에 따라 달라진다. 초음파 측정에 의한 부분방전 발생 여부의 판단은 파형의 형태, 지속시간, 주파수 범위, 다채널 센서에서의 신호 비교 등 종합적인 분석을 통해 결정한다.

기계적 변형 진단(SFRA : Sweep Frequency Response Analyzer)

SFRA는 권선형 기기[발전기, 변압기, 리액터 등]의 고유 R, L, C회로에 대한 주파수 응답을 측정하여 기기 내부의 구조적 변형을 분석할 수 있는 기기이다. 권선형기기가 운반 중 외부 충격으로 인한 손상, 고장전류 및 절연파괴로 인한 변형, 기기노후로 인한 권선의 이탈, 단락 등이 생겼을 경우 SFRA를 활용하여 효과적인 진단이 가능하다.
FRA[Frequency Response Analyzer]는 1960년대에 소개되어 1980년대 HP Network Analyzer로 사용되었다. 이후 1990년 Doble社에서 SFRA Test set를 개발함으로써 범용화 되었다. 현재 SFRA는 전 세계 대부분의 전력기기 제작사 및 전력회사에서 기기의 품질증명과 이상 진단을 판단하기 위한 중요한 Tool로 사용되고 있다. 권선형 기기 내부에는 철심 및 여러 권선의 조합으로 R-L-C 회로로 모델링이 가능하다.
권선∼권선, 권선∼대지, 권선-철심간에는 주로 캐패시 턴스[C] 값을, 철심에 감겨있는 권선에는 주로 인턱턴스 [L]와 저항[R] 값을 측정할 수 있다.
SFRA의 측정목적은 정확한 R[Ω], L[mH], C[pF] 값 측정이 아니며, 이동함수를 이용하여 해당기기의 주파수 응답특성을 입력대 출력비로 나타낸 데시벨[db] 값으로 초기 Data와 비교 분석을 하기 위함이다

신뢰성곡선 (Bathtub Curve)

일반적으로 전력기기에서 신뢰성곡선은 초기치의 50%이하에서는 수명기(우발고 장기간)에 들어가며, 이 단계에 도달되면 열화의 진행속도는 완만하나, 절연재료 특성이 마모기(열화고장기간)에 들어서면 고장 확률이 급속히 증가하므로, 이 시점에서 예방 정비 기술을 활용하여 기기를 정비함으로서 어느 정도 낮은 고장율로 장시간 사용이 가능하게 된다.

변압기 시험 및 측정

1. 구조 및 외관검사
제작된 변압기가 승인사양과 계약의 요구에 따라 적합 하게 설계, 제작이 되었는지를 검사하는 것으로 검사방법및 판정기준은 아래와 같다.
가. 외관, 부품, 치수검사 승인된 부품의 사용여부, 취부위치, 누유 및 기타 결함이 있는지 검사하고, 줄자로 치수를 확인한다.
나. 도장검사

(1) 제품표면의 도장상태를 육안으로 점검하여 균열, 벗겨짐, 흘러내린 주름 부위가 있는지 확인한다.
(2) 도막두께는 1[㎤]당 4군데씩 도막두께를 측정하여 그평균치를 취한다.
다. 판정 기준 승인사양과 일치하여야 하며 허용공차는 도면에 명시한 공차를 따른다.

2. 변압비 측정
변압기 각 권선의 권수비가 올바른지를 확인하여 정격 전압 인가시 요구된 출력전압으로 변환되는지를 확인하는 시험으로 시험방법과 판정기준은 아래와 같다.
가. 측정방법

(1) 유기기전력을 비교하는 방법 한쪽 권선에 전압을 인가하고 대응하는 상대측 권선의 유기전압을 측정하여 변압비를 확인한다. 탭이 설치된 변압 기에 대해서는 모든 탭에 대해 변압비를 측정하여야 한다.
(2) 비오차시험기를 이용하는 방법 비오차시험기(Ratio Meter)는 Bridge 회로를 이용하여 변압비를 측정하는 시험기기.
일반적으로 비오차시험기를 사용하면 변압비뿐만 아니라 극성, 각변위, 상회전 시험이 동시에 가능하여 대부분의 제작사에서는 비오차시험기를 사용하고 있다.

나. 판정 기준각 탭에서의 정격 변압비 계산치의 ±0.5 % 이내이어야 한다.

3. 극성 및 각변위 시험
변압기의 극성을 확인하고 권선의 내부 결선, 위상각 및상회전 방향이 옳은지를 확인하기 위한 시험으로 우리회 사에서는 감극성을 표준으로 한다. 극성 및 각변위를 시험 하는 방법은 다음과 같다.
가. 권선 방향에 의한 극성 확인

(1) 감극성두 개의 권선이 동일 방향으로 권선 된 경우 감극성이라 한다.

(2) 가극성두 개의 권선이 반대 방향으로 권선 된 경우 가극성이라 한다.

나. 교류전압에 의한 극성 확인 전압측정에 의한 방법은 고압권선측에 전압을 인가하고 전압계로 전압을 측정한다.
이때 전압계의 지시전압이 인가전압보다 높으면 가극성, 낮으면 감극성이다.

다. 각변위 시험

(1) 시험방법 3상 변압기(단상 변압기 3대로 Bank 구성된 변압기 포함) 의 고압 및 저압권선의 한 단자(U와 u)간을 단락한 후 고압 권선측에 전압을 인가하고 고-저압 단자간(V-v, V-u, W-v, W-u)의 전압을 측정하여 벡터도를 작성하고, 측정 전압을 비교하여 극성 및 각변위를 확인한다. 3권선 변압 기인 경우 1-3차간도 동일한 방법으로 시험한다.

(2) 판정기준

(가) YNyn0인 경우 V-w ＝ W-v 〉V-v ＝ W-w

(나) YNd1인 경우 V-w 〉V-v ＝ W-v ＝ W-w

(다) Dyn1인 경우 V-w〉W-v ＝ W-w 〉V-v

4. 권선저항 측정
변압기 권선의 단선유무를 검사하고 변압기의 권선의 동손 및 온도 상승치 계산을 위한 자료로 활용한다.
가. 시험방법

(1) 시험절차 권선저항 측정방법으로는 브리지법과 전압-전류계법이 있으며, 정밀도 면에서 브리지법이 우수하다.
권선의 정격전류가 1[A] 미만인 경우에는 브리지법을 적용하는 것이 좋으며, 저항값이 1[Ω]이상인 경우 휘스톤 브리지, 1[Ω] 미만인 경우 켈빈브리지를 주로 사용한다.
전압-전류계법은 브리지법에 비해 적용이 편리하다.
권선의 정격전류가 1[A] 이상인 경우에 적용하는 것이 좋고, 권선에 직류를 인가하고 흐르는 전류와 권선 양단의 전압을 측정하여 옴의 법칙에 의해 저항을 계산한다. 이때, 직류전원은 건전지를 사용하는 것이 좋다.
측정은 각 상마다 고저압 권선별로 정격 탭 및 탭에서 한다. 권선저항은 온도에 따라 변화하므로 측정시 권선온 도가 유온과 같다는 것이 보장되어야하며, 다음의 절차로 시험한다.
1) 변압기를 유입상태에서, 권선의 크기에 따라, 측정 전 3～8시간동안 여자하거나 전류를 흘리지 않은 상태로 방치한다.
2) 권선저항을 측정하고, 동시에 유온을 측정하여 이를 권선온도로 한다.
3) 이때 상부 유온과 하부 유온의 차이가 5[℃]를 넘지 않아야 한다.
4) 송유식인 경우에는 송유펌프를 운전하여 절연유 전체가 거의 같은 온도가 되도록 한 후 측정한다.

5. 부하손과 임피던스전압 측정
부하손 및 임피던스전압이 규정된 사양에 적합한지를 확인하기 위해 시험하며, 측정된 값은 효율과 전압변동률을 계산하고, 단락강도 시험이 있는 경우 단락전류 계산에 활용한다.

가. 시험방법

(1) 시험조건 단락시험을 위한 조건으로는 유온이 안정된 상태에서, 상․하부 유온의 차가 5[℃]를 넘지 않아야 하고, 시험 전 후 권선 온도를 측정하여 그 차이가 5[℃]를 넘지 않아야 한다. 또한, 3권선 변압기의 경우에는 시험하지 않는 권선은 단락한다.
(2) 시험절차
1) 변압기의 탱크를 접지하고, B.C.T는 반드시 단락한다.
2) 변압기의 한쪽권선을 단락하고(일반적으로 저압권선을 단락시킴) 단락하지 않은 권선에 정격주파수의 전압을 인가하여, 권선에 정격전류가 흐를 때의 전압과 손실(전력)
을 측정한다.
3) 측정은 최대탭, 정격탭 및 최소탭에서 실시한다.

6. 무부하손과 여자전류 측정
무부하손 및 여자전류가 사양치에 적합한 지를 확인하고 변압기의 효율을 산출하기 위한 자료로 활용한다

가. 시험방법 
(1) 변압기의 탱크를 접지한다.
(2) 변압기의 한쪽 권선을 개방하고 다른 쪽 권선(일반적으로 2차측)에 정격주파수의 정격전압을 인가하여 이때 발생하는 손실과 여자전류를 측정한다.
(3) 시험설비 사정으로 정확한 정격전압을 인가하지 못하는 경우 정격전압보다 낮은 전압과 정격전압보다 높은 전압(정격전압의 약 90%와 110%사이)을 2회 이상 인가하여 측정된 자료로 커브를 그려서 100% 전압에서의 손실과 여자전류를 구한다.
(4) 온도보정 무부하손은 철심의 온도에 따라 변화하므로 기준온도 (20[℃])로 환산할 필요가 있다. 하지만 무부하손을 변화 시키는 원인이 설계에 따라 또는 동일한 설계에서도 변압 기에 따라 다르므로, 변압기의 운전조건에 따라 변화하는 온도범위에 맞는 정확한 계산식의 표현은 실용적이지 못하다. 따라서 아래와 같은 조건이 만족되면 보정을 하지않아도 된다.
① 상부 유온이 기준온도의 ±10[℃] 이내
② 상하부 유온의 차가 5[℃] 이내 만일 어떠한 이유로 시험이 규정된 온도범위 밖에서 이루 어질 경우 다음과 같은 경험식으로 기준온도로 환산할 수 있다.
P r (T r ) = P c ( T m ) { 1 + ( T m - T r )K T }……(2) P r ( T r )：기준온도 T r 로 보정한 무부하손

변압기 시험전압 만일, K T 의 실제값을 알 수 없는 경우 0.00065 p.u의 값을 적용한다.

7. 유도내전압 시험
변압기의 각 턴간 및 섹션간의 절연강도 검증이 시험의 주목적이며, 부분방전 측정을 병행하여 실시한다.

변압기 시험전압

판정 기준

(1) 시험 중 관측에 의한 판정 시험 중 인가전압의 붕괴 없이 절연이 견디어야 하며 다음을 확인한다.
․절연유 내에 연기나 기포 발생 여부 ․탁 때리는 듯한 소리 ․시험 중 전류의 급격한 증가 등

(2) 부분방전 측정에 의한 판정 부분방전 측정 결과가 아래와 같으면 양호한 것으로 판정한다.
․부분방전 측정치가 100[㎶] 이내 ․1 시간 동안 부분방전의 증가가 30[㎶]를 넘지 않을것 ․시험중 부분방전의 꾸준한 증가 또는 최종 20분간 갑작스러운 증가가 없을 것

8. 부분방전 시험
변압기 내부에서 발생하는 RIV(Radio Interference Voltage)를 측정하여 변압기 내부의 이상유무를 판단하기 위하여 시행한다.
가. 시험방법

(1) 시험조건

(가) 측정주파수 1[MHz]를 표준으로 하며, 현지 여건에 따라 0.85～ 1.15[MHz]범위에서 선택 가능

(나) 측정위치 붓싱 탭에서 측정하며, 붓싱 탭과 대지간의 정전용량에 의한 분압효과를 보상하기 위한 적절한 장치 및 외부영향을 최소할 수 있도록 고려하여야 한다.
(2) 교정 정확한 측정을 위하여 아래의 절차에 따라 교정한다.
․시험하고자 하는 단자에 약 100[㎶]의 신호를 인가한다.
․시험단자에 직접 연결된 RIV meter로 시험단자의 전압을 측정한다.
․부분방전 시험회로를 구성하고 동일한 측정기로 전압을 측정하여 그 결과로부터 교정계수를 구한다.
(3) 시험절차 유도내전압시험의 1 hour level 전압에서 실시한다.
나. 판정기준 유도내전압시험의 판정기준에 따른다.

9. 상용주파내전압 시험
변압기의 권선과 권선간 및 권선과 대지간의 절연강도를 확인하기 위하여 실시한다.
가. 시험방법

(1) 시험조건
․시험주파수：60[Hz] ․시험시간： 1분

(2) 시험회로 구성
․고, 저압 권선별로 3상 일괄하여 선로측 단자와 함께 단락한다.
․시험하고자 하는 권선의 선로측 단자에 리드를 연결 하고 시험하지 않는 권선은 모두 접지한다.
․시험 중 규정된 전압보다 10%이상 인가되는 경우 방전될 수 있도록 relief gap을 설치한다.
(3) 시험절차 ․변압기의 탱크 및 시험하지 않는 권선을 접지한다 ․B.C.T는 필히 단락 시킨다.
․시험하고자 하는 권선에 규정된 전압을 인가하고 1분간 유지한다.

․전압의 인가는 처음에 규정전압의 1/4 이하에서부터 점진적으로 증가시키고(약 15초 이내) 시험 후 약 5초 이내에 1/4이하 전압까지 감소시킨다.
나. 판정 기준 시험중 인가전압의 붕괴 및 탱크내의 이상음이 없어야 하며 유도내전압 시험의 관측에 의한 판정방법과 동일하다.

10. 절연역률측정 시험
변압기 절연물의 열화 정도 및 열화 추이 분석을 위한 초기 데이터 제공을 위해 측정하며 이를 통해 절연물의 건조, 오손, 열화상태를 확인한다.
가. 시험방법

(1) 시험조건
․모든 절연물은 절연유 중에 함침 되어야한다.
․고, 저압측 권선별로 단락한다.(상분리형 단상변압기는 각 상별로 측정한다.) ․권선온도 및 유온은 기준온도인 20[℃] 근처인 것이 좋다.
(2) 시험절차 절연역률 측정은 우리회사의 절연열화 측정 기준과 ANSI /IEEE의 방법이 약간의 상이점이 있으므로, 우리회사의 절연열화 측정기준서의 절차에 따라 측정한다.
나. 판정 기준 

시험 결과가 합․부판정에 영향을 미치지 않으나 잠정적으로 %PF 0.5를 기준치로 관리하고 있으며 자세한 사항은 기준서를 참고한다.

11. 온도상승 시험
변압기의 정격 운전조건에서 권선 및 절연물의 온도상승이 규정된 한도 내에 있는지를 검증하기 위한 시험이다.
가. 시험방법

(1) 주위온도 측정 (가) 풍냉식 변압기 ․시험시 주위온도는 10[℃]∼40[℃]의 범위 내 이어야
한다.
․시험 중 변압기 주변 세 곳에서 변압기 높이의 1/2, 거리는 변압기로 부터 1～2[m] 정도 떨어진 위치에서 측정하여야 한다.
(나) 수냉식 변압기 ․냉각수 공급량[ℓ/분], 냉각수 인입구 및 출구의 온도를 측정한다.

․인입 냉각수의 온도는 35[℃] 이하여야 한다.
(단 ANSI/IEEE의 기준은 20[℃]∼30[℃]로 규정됨)

(2) 절연유의 온도상승 측정 (가) 측정조건 ․절연유의 온도포화는 연속적인 3시간 동안 각각의 온도변화가 1[℃]이내인 경우 만족된 것으로 한다.
․온도포화에 필요한 시간을 단축하기 위해 초기에 과부하 조건으로 온도를 빨리 상승시키는 것이 허용된다.
(나)유온 측정 및 평균온도 계산 ․상부 유온의 측정은 절연유 최상부로부터 약 50[㎜] 정도 아래의 절연유 온도를 thermocouple 등을 이용 하여 측정한다.
․평균 온도상승의 계산을 위해서는 하부 유온을 측정하여 상하부 유온의 차를 구하여야한다.
․하부 유온을 직접적으로 측정하기 곤란한 경우 냉각 기의 절연유 인입구 및 출구의 표면온도를 측정 온도 차를 구한다.

(3) 평균 권선온도상승 측정

(가) 측정조건 ․권선의 온도측정은 저항법에 의한다.
․온도상승 계산을 위한 열저항 측정은 변압기의 전원을 차단하고 가능한 한 빨리, 적어도 4분 이내에, 시작하여 일정한 시간 간격으로 4회 이상 측정한다(측 정결과로 시간-저항 곡선을 작성하여 변압기 전원차단 순간의 저항치를 추정하므로 가능한 한 빨리 측정을 시작하여 여러 번 측정하여야 오차를 줄일 수 있다).
․저항을 측정하는 동안은 냉각설비 및 유순환 펌프를 차단하여야 한다..
시험의 정확성면에서는 실부하법이나 반환부하법이 효과적이나 대용량 변압기를 시험하는 방법으로는 적당치
않아 온도상승 시험은 주로 단락법을 사용한다.
단락법은 변압기에 정격전압을 인가하지 못하므로 철손을 공급하는데 제약이 있어 철손에 해당하는 손실을 모의 하기 위해 권선을 단락하고 변압기의 전손실에 해당하는 전류를 흘려 유온도 상승을 시험하고, 연이어서 정격전류를 흘려 권선 온도상승을 시험하는 방법을 사용한다.
(나) 시험은 다음과 같은 절차로 진행한다.
․변압기의 2차권선을 단락하고 1차측에 전원을 인가한다.
․변압기의 탭은 최대손실을 발생하는 탭(일반적으로 최소탭)에 둔다.
․유온 상승을 위하여 전손실(철손 + 동손분)에 해당하는 전류를 변압기가 포화될 때까지 연속적으로 공급 한다.
․변압기의 상부온도-주위온도가 3시간동안 연속하여매 시간당 1℃ 이내로 변화할 때 포화된 것으로 간주
한다.
․포화상태에서 유온을 측정하여 유온상승치를 계산한다.
․변압기의 유온측정이 완료되면 즉시 시험전류를 정격전류치(동손분)로 낮추어 1시간동안 공급한다. 시험설비의 제약 등으로 정격전류를 공급하기 어려운 경우 정격과 다른 전류를 인가할 수 있지만 정격전류의 85% 이상이어야 한다.
․정격전류 공급 후 1시간이 흐르면 전류를 차단하고 신속히 권선의 단락결선을 제거하고 15초 또는 30초 간격으로 권선 저항을 측정한다.
․측정값을 LOG-LINEAR GRAPH 용지에 그려 부하 차단시의 권선저항을 산출한다.

12. 뇌충격내전압 시험
변압기가 운전중 뇌로 인한 이상전압에 견딜 수 있도록 규정된 절연계급에 맞게 설계․제작되었는지 검증하기 위한 시험이다.
가. 시험방법

(1) 시험 파형 교정
․뇌충격내전압은 1.2×50[㎲]의 뇌충격전압을 표준파형 으로 한다.
․표준파형에 대한 허용공차는 파두장 ±30%, 파미장 ±20%를 원칙으로 하고, 변압기의 형태나 시험설비상 제약시 약간의 예외가 있다.
․중성점에 대한 충격시험시 파두장은 10[㎲]까지 허용 된다.
․파두장의 측정은 전압인가 파형 파고치의 30%지점과 90%지점 사이의 시간을 1.67배 한 값으로 한다.
․파미장의 측정은 파형이 시작되는 원점과 인가 파형 후단부에서 파고치의 50%지점까지의 시간으로 한다.
․인가 파형의 극성은 부극성(negative polarity)으로 한다.
․재단파(Chopped Wave)란 운전 중 변압기에 뇌격 전압 내습시 붓싱 등 에서 방전이 일어나는 경우를 모의하는 것으로 적당한 방전 Gap을 두어 파두부분에서 외부방전이 일어나는 경우 변압기에 이상이 없는 지를 시험한다.
(2) 시험절차 ․시험하지 않는 권선은 접지한다.
․기준파형을 얻기 위하여 규정된 시험전압의 50%～ 75% 사이의 충격전압을 인가하며 이를 반파라 한다.
․충격전압 인가는 다음의 순서로 한다.

권 선 : 반파 1회→재단파 2회→전파 1회 중성점 : 반파 1회→전파 2회 나. 판정 기준 ․반파와 전파 시험 파형의 전압 및 전류파형이 서로 일치하여야 한다.
․2개의 재단파 파형은 서로 일치하여야 한다.
․반파 파형과 전파 파형, 2개의 재단파 파형이 각각 서로 설명할 수 없는 차이가 있을 경우나, 시험시 변압기 내부에서 이상음이 발생할 경우 불합격으로 한다.

13. 개폐충격내전압 시험
변압기 운전 중 선로 개폐에 의한 발생하는 이상전압에 대해 규정된 절연 계급에 맞도록 설계․제작되었는지를 검증하기 위한 시험이다.
가. 시험방법

(1) 시험 파형 교정 ․개폐충격전압 표준 파형은 파고치에 도달하는 시간 100[㎲] 이상 파고치의 90%이상을 유지하는 시간 200[㎲]이상 파미에서 첫 번째 영점을 지나가는 시간 1000[㎲]이상의 파형을 사용한다.
․파두장의 측정은 전압인가 파형 파고치의 30%지점과 90%지점 사이의 시간을 1.67배 한 값으로 한다.
․인가 파형의 극성은 부극성(negative polarity)으로 한 다.

(2) 시험절차 ․시험하지 않는 권선은 접지한다.
․기준파형을 얻기 위하여 규정된 시험전압의 50%～ 75%사이의 반파를 인가한다.
․충격전압 순서는 다음과 같다.
반파 1회 → 전파 2회 나. 판정 기준 ․전압파형에 있어서 갑작스런 붕괴가 없으면 시험에 성공한 것이다.
․두 개의 전파 파형이 다를 수 있으나 이는 철심의 포화에 의한 것이다.

변압기의 외부회로 단락으로 인한 고장전류가 규정된 크기와 시간동안 흘러도 열적, 기계적 손상 없이 견딜 수
있도록 설계, 제작되었는지를 확인한다.

변압기의 분류

․안정권선을 갖는 변압기는 1, 2차 권선에 최대전류가 흐르는 조건과 3차 권선에 최대전류가 흐르는 조건이 다르므로 1-2차간 단락시험 후 1-3차간 시험을 실시 한다.

단락강도 시험 구성

나. 시험절차

(1) 전류파형의 조정 및 단자전압 제한
․비대칭 단락전류는 투입 위상을 조정하며, 이러한 예비조정은 소요전압의 50% 이하에서 시행한다.
․규정된 대칭분 단락전류의 95% 이상을 얻을 수 있는 전압으로 시행된 시험은 유효한 것으로 한다.
․시험전반을 통하여 변압기 전원전압은 요구되는 대칭 단락전류를 발생시킬 수 있는 단자전압의 95%～ 105% 범위를 유지해야 한다.
(2) 전류측정 ․시험전류의 크기는 변압기 전원이 접속된 단자에서 측정하며, 제 2Cycle 중간의 파고대 파고 포락선의 1/2로 규정한다.
․전원측에 접속된 권선이 Y결선인 경우 각 상 권선의 제1파 비대칭 파고치는 오실로그램에서 직접 측정한다.
․삼각(△)인 경우는 직접 측정할 수 없으므로 다음 방법으로 측정한다.
- 단락측 권선이 Y 결선인 경우는 파고치를 오실로그 램에서 측정하고 권수비에 따라 전원측 권선전류로
환산한다.
- 모든권선이 삼각결선인 경우 적절한 변류비를 가진 변류기를 접속하여 그 변류기를 통해 얻어진 오실로
그램으로 측정한다.
- 적당한 변류기 삽입이 곤란한 경우 대칭전류 파고치 만을 측정하고 투입시간은 최대 비대칭전류가 발생하
도록 조정한다.

다. 시험결과 판정

(1) 육안점검 철심 및 권선을 육안으로 검사하여 기계적 변형이 없어야 한다.
(2) 시험파형 분석 시험 중 단자전압이나 단락전류의 파형에 급격한 변화가 없어야 한다.
(3) 내전압 시험 단락시험 후 유도, 상용주파, 충격내전압시험을 실시하여 이상이 없어야 한다. 단, 시험전압은 규정치의 75%를
넘지 않도록 한다.
(4) 임피던스 변화 허용치 단락시험 후 임피던스 변화는 2% 이내이어야 한다.
(5) 저압 충격시험(LVI ; Low Voltage Impulse) 단락시험 전후 저압 충격시험 파형이 변화가 없어야 한다.
(6) 여자전류 시험전과 비교하여 변화치가 5% 이내이어야 한다.

14. 소음레벨 측정
변압기를 무부하 여자상태에서 철심 및 냉각설비 운전시 발생하는 소음이 규정치에 만족하는 지를 확인하기 위하여 시험한다.
가. 소음레벨 기준 등가 2권선 용량별로 ES 147의 [표 21]을 기준으로 한다.

나. 측정절차 ․가압 전 주변의 암소음을 측정한다.
․변압기의 높이가 2.45[m] 이상일 경우는 변압기 높이의 1/3 및 2/3의 위치에서, 2.45[m] 미만일 경우에는

1/2의 높이에서 측정한다.
․주 배유벨브를 기준점으로 하여 0.9[m] 간격으로 시계 방향으로 회전하며 측정한다.
․기준면으로 부터의 수평거리는 30[cm]로 하며 냉각기의 선풍기에 의해 영향을 받는 부분은 1.85[m] 되는 거리에서 측정한다.
․암소음 보정 측정된 합성소음과 암소음의 차가 7[dB] 이상이어야 하며 [표 21]에 의해 측정치를 보정한다.

암소음 보정표

다. 판정기준 보정한 합성소음이 기준치 이내여야 한다.

15. 절연저항 측정
변압기의 권선간, 권선과 철심 및 대지간의 절연상태를 점검하기 위한 시험이다.
가. 측정 방법 ․변압기의 본체를 접지한다.
․변압기의 각 권선은 서로 단락한다.
․절연저항은 권선간, 권선과 대지사이에 1000[V] 메거
를 사용하여 측정하며, [㏁] 단위로 측정한다.
나. 판정 기준

절연저항은 변압기 내부의 습기 또는 불순물의 함유량에 따라 결정되며 판정기준이 없으므로 절연상태 확인을 위한 참고시험이다.

16. 절연유 시험
절연유시험은 절연유 자체의 특성이 소정의 기준에 적합한 지를 확인하는 특성시험과 변압기 시험 전․후의 가스발생 변화를 통한 이상 유무를 확인하기 위하여 실시한다.
가. 시험방법

(1) 특성시험 ES 246 및 KSC 2301에 의거 비중, 반응, 담점, 유동점, 체적저항률, 유전정접, 수분, 내압, 인화점, 동점도, 증발량, 전산가, 부식성황, 산화안정도 등을 시험한다.
(2) 가스 분석시험 IEC 599에 의거 절연유를 시험 전․후 채취하여 유중가 스를 분석한다.
나. 판정기준 성적서를 검토하여 관련기준에 적합한지 확인한다.

17. 원격배전반 시험, 조작 및 제어회로 절연강도시험

변압기 보호반 및 변압기에 부착되는 조작/제어반의 이상유무를 확인한다.
가. 구조 및 외관검사 배전반의 구조 및 치수가 사양서에 적합하게 제작되었는지를 확인한다.
나. 시퀀스 및 동작시험 배전반에 취부된 각종계기의 정확한 동작 및 결선을 확인한다.
다. 절연저항측정 조작회로와 대지간의 절연을 절연저항계로 측정하여 10[㏁]이상이어야 한다.
라. 내전압시험 절연저항 측정 후 조작회로와 대지간에 A.C 2000 [V]를 1분간 인가하여 절연파괴 없이 견뎌야 한다.

18. BCT 시험
변압기에 내장되는 BCT의 특성을 알기 위한 시험이다.
가. 구조 및 외관검사 ․변류기를 변압기본체에 조립하기 전, 외관상태 및 치수를 확인한다.
․도면에 따라 치수, 부품의 부착위치, 도장 상태, 누유 등을 육안이나 줄자로 검사한다.
․계기용일 경우에는 공인기관 성적서 검토로 시험을 대신한다.
나. 극성시험 
․스위치를 닫는 순간 검류계의 지침이 움직이는 방향을 확인한다.
․위의 결선에서 검류계의 지침이 ＋방향으로 움직이면 감극성이다.
․판정기준 : 감극성이 표준임

다. 변류기 측정 ․변압기 2차측을 단락하고 1차측의 각상에 220/380[V]를 인가한다.
․변압기를 통해 흐르는 전류(즉 BCT 1차전류)와 변류기 2차측 각 단자의 전류를 측정하여 단자별 변류비
를 확인한다.

라. 권선저항 측정 변류기의 1차를 개방하고 2차측에서 가장 높은 탭에서 더블브리지로 측정한다.
마. 여자전류특성시험 변류기의 여자특성을 알기 위한 시험으로 절차는 아래와 같다.
․변류기 1차측을 개방하고 최고 탭에서 2차측 단자에 0[V] 부터 단자전압에 해당하는 전압까지 10 단계로 인가하여 각 단계의 전압마다 여자전류를 구한다.
․측정한 전압과 전류의 상관관계를 곡선으로 나타내어 여자특성을 구한다.
변류기 여자특성 곡선이 각 변류비별 Typical curve의 상부에 위치하여야 한다.(정확히 knee point 하부측은 Typical 곡선 위쪽 25% 이내, 상부곡선은 Typical 곡선 아래쪽 5%이상에 있어야 함)

바. 유도내전압시험 동일권선내의 층간의 절연내력을 확인하는 시험이다.
․변류기 2차 단자에 정격부담에 해당하는 단자전압의 2배의 전압을 인가한다.
․시험시간
120 × 정격주파수/시험주파수 [초] ․판정기준：시험 중 절연파괴 없이 견디어야 한다.
사. 2차 권선 상용주파내전압 시험 ․2차 단자를 일괄 결선하여 2[kV] 60[Hz]를 1분 동안 인가한다 ․판정기준：시험 중 절연파괴 없이 견디어야 한다.

19. OLTC 시험
변압기에 설치되어 있는 OLTC의 이상유무를 판단하기 위한 시험이다.
가. 구조 및 외관검사 ․육안으로 표면 상태, 흠, 녹, 갈라짐 및 사용상 결함이 없으며, Type이 승인사양과 일치하는지 확인한다.
나. 기계적 동작시험 아래와 같은 조건에서 OLTC를 동작상태를 시험한다.
․변압기를 가압하지 않고, 구동장치 정격 조작전압으로 8 CYCLE ․변압기를 가압하지 않고, 구동장치 정격 조작전압의 85%전압으로 1CYCLE ․변압기를 무부하 가압하고, 구동장치 정격 조작전압 으로 1 CYCLE ․정격전류에서 1 CYCLE ․판정기준： 시험 중 이상 없이 동작하여야 한다.
다. OLTC 시퀀스시험 ․기계적 동작시험 중 OLTC 전환개폐기의 동작상태를 오실로스코프 등으로 기록한다.
․판정기준： Type test시 동작 시퀀스와 비교하여 차이가 없어야 한다.
라. 내압력 및 진공시험 ․OLTC에 제작자가 제시한 압력(MR OLTC의 경우 0.6[㎏/㎤])을 가하고 24시간 경과 후 압력을 확인한다.
마. 보조회로 절연시험 ․OLTC 제어회로를 일괄하여 대지간에 A.C 2000[V]를 1분간 인가한다.

20. 전동기(FAN, OLTC용) 시험
변압기 보조설비(냉각설비 Fan, OLTC 구동용 전동기)의 작동 상태와 동력손실을 파악하기 위함이다.
가. 시험방법

변압기를 전부하 상태로 운전하기 위한 모든 냉각설비및 히터를 작동시킨 후 그 손실 값을 측정한다.
나. 판정 기준
측정된 손실이 제작사 제시치 이내인지 확인한다.

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.

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.

변압기 냉각방식의 종류

1. 건식자냉식(AN, AA)
일반적으로 소용량 변압기(10MVA) 미만에 사용한다.

2. 건식풍냉식(AF, AFA)
권선하부에 풍도를 만들고 송풍기로 바람을 보내어 냉각한다. 500kVA 이상에 채용한다.

3. 건식밀폐자냉식(ANAN,GA)
권선과 철심을 밀봉한 함속에 넣고 공기 또는 가스를 봉입한다. 내부 송풍기에 의해 가스를 순환시켜 냉각한다. GIT에 채용하는 경우도 있다.

4. 유입자냉식(ONAN, OA)과 유입풍냉식(ONAF, FA)
유지보수가 간단하고 제일 많이 사용된다. 권선과 철심의 발열량은 전도에 의해 절연유에 전달되고, 절연유의 열이 외함과 방열기에 전해진다. 외함과 방열기의 표면에서 방사와 공기의 대류에 의하여 냉각된다. 외함과 방열기에서 냉각된 절연유는 하강하여 다시 내부를 냉각하고 상승 순환하게 된다.

변압기의 발열손실은 거의 내부의 중량, 즉 치수의 3승에 비례하여 증가하며, 방열은 외함표면적의 제곱에 비례 한다. 따라서 대형기에서는 냉각을 위해 방열면적을 증가 시키기 위하여 다양한 형태의 방열기를 부착하게 된다. 현재 사용되고 있는 방열기의 형태는 판넬형, 플랫튜브형이 주로 사용되고 있다.
이러한 형태의 방열기는 유량이 적고 큰 방열효과가 얻어지며, 또 방열기의 하부나 측면에 송풍기를 부착하여 중부하나 과부하시 유입풍냉식으로 전환 할 수 있다.
유입자냉식에서 유입풍냉식으로 전환시 변압기 용량은약 1/3이 증가한다. 154kV 변압기명판에 정격용량이 OA/FA 30/40, 또는 45/60으로 표시된 것이 이를 뜻한다.
유입풍냉식으로 운전시 송풍기를 2개의 군으로 나누어 변압기 권선의 온도상승에 따라 단계적으로 운전하는 것이 일반적이다.

5. 유입수냉식(ONWF, OW)
외함 내부의 상부에 냉각용 수관을 만들고, 수관속으로 물을 통과시켜 더워진 절연유를 냉각하는 방식이다.

6. 송유풍냉식(OFAF, ODAF, FOA)
유입자냉식에 절연유를 강제로 순환시키기 위한 유순환 펌프를 본체와 방열기 사이에 부착하고 송풍기를 방열기에 달아 냉각성능을 향상시킨 방식이며, 단위냉각기(unit cooler)라고 부르는 냉각기를 소요 수량만큼 부착하여 사용하는 경우도 있다.
단위냉각기의 구조는 가는 지느러미 형태의 방열기에 송풍기와 유순환펌프를 부착한 형태이다.
중부하 또는 과부하시 유입자냉식에서 송유풍냉식으로 전환하면 변압기 용량은 1/3～2/3까지 증가한다.

345kV 변압기 명판에 정격용량이 OA/FOA1/FO A2, 100/133.33/166.67로 표시된 것이 이를 뜻한다.
ODAF는 냉각된 절연유를 권선 사이로 직접 순환시켜 권선을 냉각하는 방식이다.
송유풍냉식을 옥내에 사용할 경우 통풍에 주의하여야 하며, 송풍기와 유순환펌프를 2개의 군으로 나누어 변압기 권선의 온도상승에 따라 단계적으로 운전한다.

7. 송유수냉식(OFWF, FOW)
변압기가 옥내 또는 지하에 설치될 경우 냉각을 위한 통풍에 제한을 받으므로, 이러한 경우에 송유수냉식을 적용한다. 송유수냉식의 냉각기(열교환기)는 유니트형으로 제작한 형태가 널리 사용된다. 냉각기의 내부는 여러 개의 수관으로 구성되며 뜨거운 절연유가 유순환펌프에 의하여 냉각수관 사이를 흘러 냉각된다. 냉각수는 별도의 순환펌 프에 의해 쿨링타워로 보내져 냉각되어 순환되고, 냉각수를 보존하기 위한 별도의 냉․온수조가 설치되기도 한다.

송유수냉식의 경우 일반적으로 유순환펌프가 달린 냉각 기가 2∼3대가 부착되어 변압기를 운전하게 되는 데, 한대의 변압기에 3대의 냉각기가 부착될 경우에는 변압기 가압과 동시에 1대의 냉각기는 운전되고, 권선의 온도상 승에 따라 다른 하나의 냉각기가 운전되며, 나머지 1대의 냉각기는 예비로 남아 운전중인 냉각기의 고장시 대체되어 운전하게 된다.

송유수냉식에서는 내부관의 파열로 인한 물이나 유의 누출에 대비한 감시장치가 별도로 공급되며, 내부관은 대부분 이중관의 형식으로 제작된다.

8. 냉매냉각방식
수냉식의 경우에는 부속설비의 잦은 고장으로 개선이 필요하고, 펌프실 및 물탱크실 등 별도의 공간이 필요하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 냉매냉각 방식을 적용하 였다. 냉매냉각방식은 변압기 발생열과 중력차에 의해 가스냉매가 자연순환 되면서 냉각되는 방식이다. 변압기 폐열을 이용하여 냉매를 끊이는 열교환기에서 기체상태로 변화시키고, 기체상태의 냉매는 배관을 타고 실외에 설치된 응축기로 유입된다.

응축기에서 응축열을 외부로 버리고 액체상태로 냉매로 상태를 변화한다. 응축된 액체상태 냉매는 중력에 의해 자연적으로 열교환기로 유입되어 냉각사이클의 한 주기를 마치게 된다.
냉매냉각은 자연순환식으로 모터가 필요없고 설비가 간단 하고, 저소음으로 환경 친화적이다. 또한 기존 오존층 파괴 물질인 프레온 대신 HCFC-k141b를 냉매로 사용하여 환경적 문제를 해소하였다. 그리고 라디에이터 및 풍도설치 공간이 필요없기 때문에 공간활용 측면 제고에 유리하다.

9. 냉각탑(Cooling Tower)
송유수냉식에서 열교환기에 흐르는 내부 냉각수가 변압 기의 상승된 유온을 냉각하여 온도가 상승되면, 더워진 내부 냉각수를 대기와 외부 냉각수로 다시 냉각하게 된다.
이 내부 냉각수를 냉각하는 장치를 냉각탑이라 하며, 개방 형․밀폐형 두 종류가 있다.
개방형은 열교환기 내부 냉각수를 대기 중에 분산 비하 시켜 냉각하기 때문에 냉각수의 오염과 손실이 커지는 단점이 있고, 밀폐형은 내부 냉각수를 송풍기와 외부 냉각수로 냉각하기 때문에 내부 냉각수의 손실과 오염이 적다.

10. 온도상승 (Temperature rising)
변압기의 철심과 권선에서 발생하는 손실은 열로 변화되어 철심과 권선의 온도를 상승시킨다. 온도가 높아지면 높아질수록 변압기의 절연물은 단기간 내에 열화하여, 결국은 조그마한 쇼크에도 절연파괴가 일어나게 된다. 따라서 변압기를 장기간 안전하게 운전하기 위해서는 적당한 냉각방식을 구비하여 발생된 열을 방산시켜 각부의 온도를 정해진 한도 이하로 유지하도록 하여야 한다.
변압기 내부에서 발생된 열은 최종적으로 외부 냉매 즉공기와 물에 전달된다. 변압기 각부의 온도와 변압기를 냉각하는 공기 또는 물 온도와의 차를 온도상승이라 하며, 단위로는 도(degree)로 표시한다.
변압기의 수명은 온도에 의하여 정해지므로 각부의 온도상승과 냉각문제는 변압기의 운전에 있어 매우 중요하며 온도상승을 적정한 범위 내에서 제한할 수 있으므로 변압기의 대용량화가 가능했다고 할 수 있다.