변압기의 온도상승 및 냉각방식

>몰드형 변압기가 설치 되어있습니다.

>수변전 용량은 2500kva 입니다.

>세대 변압기 중 두대는 온도가 40~45도 사이가 나오는데 한대는 57~67도 이렇게 나옵니다.

>사용전류를 보았더니  두대는 220,100,50  이정도 나오고 한대는 500,499,350 이렇게 나옵니다.

한대의 변압기가 이렇게 마니 나오는데 별다른 이상은 없는지 이걸 서로 분배 해서 사용하는 방법은 없는지 궁금합니다.

 

 

[ 변압기 온도상승 및 냉각 방식 ]

<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />1. 변압기 온도상승의 개요

변압기를 운전하면 무부하손이나 부하손에 의하여 철심 및 권선이 발열하게 된다.

이때 발생하는 열은 유입변압기의 경우에는 절연유를, 건식인 몰드변압기는 대기중의 공기를 매개체로 하여 방사,

대류 등에 의해서 외기 중에 방열하게 되며 발열량이 방열량 보다도 큰 동안은 온도가 상승하지만 양자가 평형을

유지하게 되면 온도는 일정하게 유지 된다.

이때 외기 온도와 변압기 온도와의 차이를 변압기의 온도상승 이라고 한다. 이의 한도는 각 규격에서 정하고

있으며 정격에서 규격이 정하는 온도상승 한도를 벗어나서는 안된다.

따라서 유입변압기의 경우는 규격이 정하는 절연유 및 권선의 온도상승을, 건식인 몰드변압기는 권선의 온도상승

한도만을 고려, 제작 검토 되어져야 한다.

 

2. 변압기 온도 상승의 한도

(1) 운전방법에 의한 온도상승패턴

연속사용

일정한 부하로 변압기의 온도상승이 일정하게 되는 시간 이상으로 계속 운전되어지는 사용.

단속 부하 연속 사용

일정한 부하로 변압기의 온도상승이 최종 치에 도달하지 않는 범위의 어떤 시간 동안계속 운전한 후 부하를 분리하고

온도가 외기 온도까지 내려가지 않는 시간 내에 다시 부하를 걸어 운전 되어지는 사용.

단시간 사용

일정한 부하로 변압기의 온도상승이 최종 치에 도달하지 않는 범위의 제한된 어떤 시간 동안만 운전한 후 부하를 분리,

운전 되어지는 사용

 

(2) 변압기온도 상승의 한도

변압기의 온도상승이란 변압기 각 부분의 측정 온도와 기준 냉매 온도와의 차이를 일컫는다.

기준 냉매 온도는 변압기 주위의 냉각모체, 즉 등가 주위 온도를 말하며 변압기의 온도상승을 측정할 때의 기준이 되는

냉매 온도를 기준 냉매 온도라 한다.

변압기의 온도상승은 각 규격에 의해 규정하고 있으며 이의 한도 내에서 사용하여야 한다.

온도 상승의 한도는 변압기에 사용하고 있는 절연물에 허용되는 최고온도에 의해 결정되는데 정격 용량에서 계속 운전하는 경우, 30년 정도의 수명을 기대할 수 있는 것을 전제로 하여 정하고 있다.

즉, 온도상승의 한도와 수명의 관계를 JEC 2200의 유입식 예에서 보면, 우선 냉매 온도가 25℃로 일정한 경우로 상정하고 권선의 온도상승 한도를, 절연유 자연 순환의 경우 55℃, 절연유 강제 순환의 경우 60℃로 정하고 있다.

또한 권선 최고 온도와 저항법에 의하여 측정되는 평균 권선 온도와의 차를 다수의 실례에 대하여 검토,

절연유 자연 순환의 경우 …….. 15℃

절연유 강제 순환의 경우 …….. 10℃의 결과로 하고 있다.

따라서 냉매 온도 25℃일 경우, 최고점 온도는

최고점 온도 = 냉매온도 + 권선 온도 상승 한도 + 권선 온도 차이

절연유 자연 순환의 경우 = 25℃ + 55℃ + 15℃ = 95℃

절연유 강제 순환의 경우 = 25℃ + 60℃ + 10℃ = 95℃

즉, 이 규격에 따른 변압기의 수명은 최고점 온도 95℃ 연속 운전한 경우 30년 정도의 수명을 기대할 수 있다는 것을 전제하는 것이다.

유입식 변압기(호흡형)인 경우는 JEC 2200 규격에서 절연유 온도상승 한도를 50℃ / 권선의 온도 상승 한도를 55℃

규정하고 있고 몰드변압기(F종) 의 경우는 IEC에서 권선의 온도상승 한도를 100℃로 규정하고 있으나 실제로 온도계에

표시되는 온도(유온 및 권선온도)는 주위 온도가 가산된 것이 된다. 즉, 주위온도가 25℃일 경우 유입 및 몰드변압기의

절연유 및 권선온도계가 지시할 수 있는 최고 허용온도는 다음과 같다.

절연유의 최고 허용온도 = 주위온도 + 절연유 온도상승 한도 = 25℃+ 50℃ = 75℃

권선의 최고 허용온도 (유입변압기) = 주위온도 + 권선 온도상승 한도 = 25℃+ 55℃ = 80℃

권선의 최고 허용온도 (F종의 몰드변압기) = 주위온도 + 권선 온도상승 한도 = 25℃+ 100℃ = 125℃

 

(3) 규격별 온도 상승의 한도

규격별 온도 상승의 한도는 아래의 표와 같으며 효성 유입식 배전변압기는 JEC 규격을,

몰드 배전변압기는 IEC 규격을 기준하여 적용하고 있다.

구 분	적 용 내 용	측정 및 절연 구분		온 도 상 승 한 도 [ deg]
		측정법	절연 구분	JEC 2200	IEC 76	ANSI C 57.12
유 입 변압기	권 선	저항법	Oil 자연 순환	55	65	65
			Oil 강제 순환	60	65 (70)	65
	절연유	온도계법	* 외기 접촉	55	55	65
			* 외기 미 접촉	50	55	65
몰 드 변압기	권 선	저항법	A 종 절 연	55	60	-
			E 종 절 연	70	75	-
			B 종 절 연	75	80	80
			F 종 절 연	95	100	115
			H 종 절 연	120	125	150
◆ 효성 몰드변압기는 B종 및 F종 절연에 대해서 적용, 제작됩니다. ◇ ANSI의 건식 변압기에는 B, F, H종 절연이라는 분류 호칭이 없지만 비교 편의상 위와 같이 구분하여 표기 함. ◇ IEC의 ( )값은 권선 내 Oil 강제 순환인 경우에 적용 됨. ◇ * 는 변압기 본체 탱크내의 절연유가 직접 외기와 접촉하는 부분과 접촉하지 않는 부분 으로 구분하여 적용 한다는 의미. ◇ BS 171 적용 규격은 IEC 726 규격과 동일 함.

- 변압기 온도 상승 한도의 규격별 비교 -

 

절연물의 최고 허용온도

적 용 분 류	JEC 2200	ANSI C 57.12.80	IEC 85 / BS 2757
A종 절연	105	105	105
E종 절연	120	-	120
B종 절연	130	150	130
F종 절연	155	*185	155
H종 절연	180	220	180
◆ 유입 변압기는 A종 절연, 몰드 변압기는 B종 또는 F종 절연을 적용한다. ◇ *는 ANSI C 89.2(1974)에 의거한다.

- 변압기 절연물의 최고 허용온도의 규격별 비교 -

 

3. 변압기 냉각 방식 및 장치

변압기 운전 시 발생하는 손실은 모두 열 에너지로서 권선 및 철심의 표면에서 방산하여

변압기 온도를 높이고 절연물을 열화 시켜, 일반적인 변압기 정규 기대 수명을 단축 시킨다.

따라서 적절한 냉각 방식을 취하여 절연물의 온도상승을 그 절연물에 규정한 일정한 허용값 이하로 억제,

관리 하여야 한다.

변압기 냉각 방식은 냉각 매체 및 이의 순환 방식의 조합에 따라 여러 가지가 있으며 기호

표시에 의해 명판에 기재 하여야 한다.

 

(1) 변압기 냉각방식의 종류 및 기호 표시

주요 냉각 방식의 종류 및 적용 규격별 기호 표시는 다음과 같으며 변압기 용량 및 특성에

따라 적절한 방식을 채택, 사용한다.

변압기 냉각 방식 및 규격별 표시 기호

냉 각 방 식		규격별 기호 표시		권선, 철심의 냉 각 매 체		주위 냉각매체
		JEC 2200 IEC 76	ANSI C 57.12	종 류	순환방식	종 류	순환방식
유 입 변압기	유입 자냉식	ONAN	OA	기름	자연	공기	자연
	유입 풍냉식	ONAF	FA	기름	자연	공기	강제
	유입 수냉식	ONWF	OW	기름	자연	물	강제
	송유 자냉식	OFAN	‐	기름	강제	공기	자연
	송유 풍냉식	OFAF	FOA	기름	강제	공기	강제
	송유 수냉식	OFWF	FOW	기름	강제	물	강제
몰 드 변압기	건식 자냉식	AN	AA	공기	자연	‐	‐
	건식 풍냉식	AF	AFA	공기	강제	‐	‐
	건식밀폐자냉식	ANAN	GA	공기	자연	공기	자연
	건식밀폐풍냉식	ANAF	‐	공기	강제	공기	강제
◇ BS 171은 JEC 2200 또는 IEC 76과 동일 함. ◇ 유입 자냉식을 유입 풍냉식으로 대체하면 20 ~ 30%의 용량 증가를 기대할 수 있다. ◇ 건식 자냉식을 건식 풍냉식으로 대체하면 33 % 이상의 용량 증가를 기대할 수 있다.

참고> 주요 약어의 설명

AN : Air Natural AF : Air Forced / onAN(OA) : Oil Natural Air Natural

ONAF(FA): Oil Natural Air Forced / OFAN : Oil Forced Air Natural

OFAF(FOA) : Oil Forced Air Forced / onWF(OW) : Oil Natural Water Natural

OFWF(FOW) : Oil Forced Water Forced

 

(2)변압기 냉각방식별 개요

변압기 냉각 방식별 주요 특성은 다음과 같다.

유입 자냉식 배전용 유입변압기에서 가장 일반적으로 사용되는 냉각 방식

발생열은 기름의 대류에 의해서 외함 및 방열기에 전달되어 대기중으로 방산된다.

유입 풍냉식 유입 자냉식 변압기의 방열기에 냉각 팬을 설치함으로써, 냉각효과를 더욱

증가 시키는 방식이다. 유입 자냉식에 비하여 20 ~ 30%의 용량증대를 기대할 수 있다.

유입 수냉식 외함 내부에 설치된 냉각관에 물을 통과시켜 냉각하는 방식.

양질의 물을 풍부하게 필요로 하는 외에 냉각수 계통의 보수가 대단한 것으로 최근 이 방식은 감소하고 있다.

송유 자냉식 절연유을 송유 펌프로 강제 순환시켜 내부 방생열을 방열기로 대기중에 방산하는 방식 이다.

송유 풍냉식 절연유를 송유 펌프로 강제 순환시켜 냉각 팬을 설치한 공냉식 유닛 쿨러로

보내어 냉각하는 방식 이다. 송유 풍냉 방식은 유입 풍냉 방식에 비해서 크기를 상당히 작게 할 수 있는 특징이 있으며,

대용량 변압기에서 많이 사용하는 방식이다.

송유 수냉식 절연유을 송유 펌프로 강제 순환시켜 수냉식 유닛 쿨러로 보내어 냉각

하는 방식 이다. 소음 문제가 있는 도시 및 그 주변 지역의 변압기 등에 채용 된다.

건식 자냉식 및 풍냉식 절연유를 사용하지 않으며 철심 및 권선을 대기노출 상태에서 공기 및 냉각 팬에 의해서

냉각하는 방식 이다.

이 방식은 냉각 효과가 좋지 않기 때문에 F종 및 B종 절연 등 내열성이 좋은 절연물이 사용되며,

일반적으로 몰드변압기가 이에 해당된다.

-자료출처:효성변압기-