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변압기 고장 전류

by 이상3 2024. 6. 8.

변압기는 전자유도를 통해 회로 간 전기 에너지의 전송을 용이하게 하는 전력 시스템의 필수 요소입니다. 그러나 모든 전기 장비와 마찬가지로 변압기도 고장, 특히 고장 전류에 취약합니다. 고장 전류는 변압기에 상당한 손상을 초래하여 정전 및 비용이 많이 드는 수리를 초래할 수 있습니다. 변압기 고장 전류의 본질, 원인 및 그 영향을 완화하는 방법을 이해하는 것은 신뢰할 수 있는 전력 공급을 유지하는 데 매우 중요합니다. 이 종합 가이드는 변압기 고장 전류의 복잡성을 깊이 있게 설명하여 학생과 전문가 모두에게 귀중한 통찰력을 제공합니다.

 

변압기 고장 전류
변압기 고장 전류

변압기 고장의 유형

1. 내부 고장

내부 고장은 변압기 자체에서 발생하며 매우 파괴적일 수 있습니다. 이러한 고장은 주로 세 가지 유형으로 분류됩니다: 권선 고장, 코어 고장, 턴 간 고장.

  • 권선 고장: 권선 내부의 절연체가 손상되어 발생하는 고장으로, 권선 간 또는 서로 다른 권선 간에 단락이 발생할 수 있습니다.
  • 코어 고장: 변압기의 코어가 물리적 손상이나 제조 결함으로 인해 과열되고 변압기 고장이 발생할 수 있습니다.
  • 턴 간 고장: 권선의 인접한 턴 사이에 단락이 발생하여 국부적인 과열과 변압기 손상을 초래합니다.

2. 외부 고장

외부 고장은 변압기 외부에서 발생하며 변압기 작동에 영향을 미칠 수 있습니다. 여기에는 과부하, 단락, 낙뢰가 포함됩니다.

  • 과부하: 변압기가 정격 용량을 초과하는 부하에 노출되면 과열 및 절연 파괴로 이어져 내부 고장을 일으킬 수 있습니다.
  • 단락: 네트워크 외부 단락은 변압기에 높은 고장 전류를 유도하여 열적 및 기계적 스트레스를 증가시킵니다.
  • 낙뢰: 직접 또는 간접적인 낙뢰는 변압기에 고전압 서지를 유도하여 절연 파괴 및 내부 손상을 초래할 수 있습니다.

3. 접지 고장

접지 고장은 라이브 도체가 지면 또는 시스템의 접지된 부분과 접촉할 때 발생합니다. 이러한 고장은 변압기를 통해 상당한 고장 전류가 흐르게 하여 즉시 감지하고 완화하지 않으면 심각한 손상을 초래할 수 있습니다.

  • 단일선 접지 고장: 한 상 도체가 지면과 접촉할 때 발생하여 변압기를 통해 상당한 전류가 흐르고 절연 파괴가 발생할 수 있습니다.
  • 이중선 접지 고장: 두 상 도체가 동시에 지면과 접촉할 때 고장 전류가 더 높아져 변압기 손상의 위험이 증가합니다.
  • 삼상 접지 고장: 가장 심각한 유형의 접지 고장으로, 세 개의 상 도체 모두가 관련됩니다. 이 경우 고장 전류가 매우 높을 수 있으며 변압기 고장을 방지하기 위해 강력한 보호 메커니즘이 필요합니다.

변압기 고장 전류의 원인

1. 절연 파괴

절연은 변압기 내부의 전기적 고장을 방지하는 데 매우 중요합니다. 시간이 지남에 따라 절연 재료는 열적, 전기적, 기계적 스트레스로 인해 열화될 수 있습니다.

  • 열적 스트레스: 장기간 고온에 노출되면 절연 재료가 열화되어 효과가 감소하고 내부 고장의 가능성이 증가합니다.
  • 전기적 스트레스: 낙뢰나 스위칭 작업으로 인한 고전압 서지는 절연 파괴를 초래하여 고장 전류를 발생시킬 수 있습니다.
  • 기계적 스트레스: 진동 및 물리적 충격은 특히 하중 변화가 빈번하거나 지진 활동이 있는 환경에서 절연을 손상시킬 수 있습니다.

2. 노후화 및 마모

변압기는 모든 기계 장치와 마찬가지로 수명이 한정되어 있습니다. 노후화된 구성 요소는 고장에 더 취약합니다.

  • 절연유 열화: 변압기에 사용되는 절연유는 시간이 지남에 따라 열화되어 절연 및 냉각 효과가 감소합니다.
  • 구성 요소 마모: 탭 체인저와 같은 움직이는 부품은 마모되어 기계적 고장을 초래할 수 있으며, 이는 전기적 고장을 유발할 수 있습니다.
  • 부식: 변압기 내부의 금속 부품은 시간이 지남에 따라 부식되어 구조가 약화되고 잠재적인 고장이 발생할 수 있습니다.

3. 과부하

변압기를 정격 용량 이상으로 운영하면 과열 및 후속 고장이 발생할 수 있습니다.

  • 열적 과부하: 과도한 전류 흐름은 변압기가 열을 방출할 수 있는 것보다 더 많은 열을 발생시켜 절연 파괴 및 내부 고장을 초래합니다.
  • 전기적 과부하: 지속적인 고전류는 권선 및 기타 전기 구성 요소에 스트레스를 가하여 고장의 가능성을 높입니다.
  • 기계적 과부하: 과도한 전류로 인한 물리적 스트레스는 기계적 고장을 초래하여 전기적 고장을 더욱 악화시킬 수 있습니다.

변압기에 대한 고장 전류의 영향

1. 열적 영향

고장 전류는 과도한 열을 발생시켜 변압기 구성 요소에 심각한 손상을 초래할 수 있습니다.

  • 절연 녹음: 고장 전류로 인한 강렬한 열은 권선의 절연을 녹여 단락 및 추가 고장을 초래할 수 있습니다.
  • 코어 손상: 과열은 변압기 코어를 변형시키거나 손상시켜 효율성을 감소시키고 전체 고장으로 이어질 수 있습니다.
  • 절연유 열화: 절연유는 과열로 인해 냉각 및 절연 효과를 잃어 추가 고장의 위험을 증가시킵니다.

2. 기계적 영향

고장 전류의 기계적 충격은 심각하여 변압기에 물리적 손상을 초래할 수 있습니다.

  • 권선 변형: 높은 고장 전류는 강한 전자기력을 생성하여 권선을 변형시키거나 파손시킬 수 있습니다.
  • 구조적 손상: 고장 전류로 인한 물리적 스트레스는 변압기의 탱크 및 지지 구조와 같은 구조적 구성 요소를 손상시킬 수 있습니다.
  • 진동 및 소음: 고장 전류는 과도한 진동과 소음을 발생시켜 기계적 고장 및 추가 전기적 고장을 초래할 수 있습니다.

3. 전기적 영향

고장 전류는 변압기와 더 넓은 전력 시스템의 작동을 방해하는 중요한 전기적 영향을 미칠 수 있습니다.

  • 전압 변동: 고장 전류는 전압 변동을 유발하여 전력 시스템의 안정성과 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.
  • 보호 시스템 활성화: 높은 고장 전류는 회로 차단기 및 계전기와 같은 보호 시스템을 작동시켜 정전을 유발하고 서비스를 복원하기 위한 수동 개입이 필요합니다.
  • 시스템 불안정: 반복적인 고장은 전력 시스템을 불안정하게 하여 연쇄적인 고장 및 광범위한 정전을 초래할 수 있습니다.

변압기 고장 전류 완화

1. 정기적인 유지보수

정기적인 유지보수는 변압기 고장을 예방하고 그 영향을 최소화하는 데 매우 중요합니다.

  • 절연 테스트: 절연 재료의 정기적인 테스트는 고장으로 이어지기 전에 잠재적인 문제를 식별할 수 있습니다.
  • 절연유 분석: 절연유의 주기적인 분석은 열화 및 오염 물질을 감지하여 적시에 개입할 수 있습니다.
  • 구성 요소 검사: 기계적 구성 요소의 정기적인 검사는 마모를 식별하여 선제적으로 교체 및 수리를 가능하게 합니다.

2. 보호 장치

보호 장치를 설치하면 고장 전류의 영향을 완화하는 데 도움이 됩니다.

  • 회로 차단기: 이러한 장치는 고장 전류를 차단하여 변압기 및 기타 구성 요소의 손상을 방지합니다.
  • 계전기: 보호 계전기는 고장 조건을 감지하고 회로 차단기를 작동시켜 고장의 영향을 최소화합니다.
  • 서지 억제기: 이러한 장치는 낙뢰 및 스위칭 작업으로 인한 전압 서지를 방지하여 절연 파괴 및