침수형 변압기는 어떻게 진공 충진을 통해 60kV 항복 전압을 달성합니까?

업계 데이터에 따르면 조기 변압기 고장의 약 30%는 절연 오일의 과도한 수분 및 가스 함량에 직접적으로 기인합니다. 수분이 15ppm만 증가해도 변압기 오일의 항복 전압을 60kV에서 30kV 미만으로 줄일 수 있습니다. 이러한 절연 내력의 극적인 감소는 변압기 제조에서 진공 충진 공정의 중요성을 강조합니다. 대한기름에 잠긴 변압기33kV 이상의 정격에서 60kV 항복 전압을 달성하고 유지하는 것은 품질 목표가 아니며 변압기의 30~40년 사용 수명 동안 안정적인 작동을 위한 기본 요구 사항입니다.

이 기사에서는 침지 변압기가 진공 충진을 통해 60kV 항복 전압을 달성하는 방법에 대한 체계적인 기술 분석을 제공합니다. 논의에서는 오일 전처리 및 품질 검증, 코어 및 권선 절연체의 진공 건조, 제어된 매개변수를 사용한 진공 충전 프로세스, IEC 및 ASTM 표준에 따른 충전 후 테스트 등 4가지 필수 프로세스 단계를 다룹니다. 각 단계는 특정 프로세스 매개변수, 장비 요구 사항 및 품질 관리 체크포인트를 참조하여 검사됩니다. 또한 이 기사에서는 일반적인 고장 모드를 다루고 변압기 제조업체와 최종 사용자를 위한 실용적인 품질 관리 프레임워크를 제공합니다.

목차

• 1. 오일 전처리 및 품질 기준
• 2. 변압기 코어 및 권선의 진공 건조
• 3. 진공 충진 공정 매개변수
• 4. 오일 테스트 및 항복 전압 검증
• 5. 일반적인 실패 모드 및 품질 관리 포인트
• 6. 자주 묻는 질문(FAQ)
• 7. 결론

1. 오일 전처리 및 품질 기준

60kV 항복 전압을 달성하기 위한 여정은 변압기 오일이 변압기 탱크에 들어가기 전에 전처리하는 것부터 시작됩니다. 새롭고 정제된 변압기 오일에도 일반적으로 필요한 절연 강도를 달성하기 위해 제거해야 하는 용해된 수분, 가스 및 미립자 오염 물질이 포함되어 있습니다. 전처리 공정은 가열 시스템, 진공 탈수 장치 및 다단계 여과 장비를 포함하는 전용 오일 처리 공장에서 수행됩니다. 오일이 변압기 충전에 적합한 것으로 간주되기 전에 다음 매개변수를 확인해야 합니다.

• 항복 전압(BDV):≥ 60kV(IEC 60156에 따라 측정)
• 수분 함량:≤ 10ppm(Karl Fischer 적정으로 측정)
• 용존 가스 함량(DGA):≤ 0.5%(가스 크로마토그래피로 측정)
• 소산계수(tan δ):90°C에서 ≤ 0.001(IEC 60247에 따라 측정)
• 입자 수:100mL당 입자 ≤ 500개(≥ 5μm 크기)
• 저항력:90°C에서 ≥ 101² Ω·cm

오일 정화 과정은 3단계 순서를 따릅니다. 첫 번째 단계는 가열입니다. 오일을 60-70°C로 가열하여 점도를 줄이고 용해된 가스와 수분의 방출을 촉진합니다. 두 번째 단계는 진공 탈수입니다. 가열된 오일은 0.1-0.5mbar에서 작동하는 진공 챔버로 유입됩니다. 이러한 진공 상태에서는 물의 끓는점이 낮아지고 수분이 증발하여 진공 펌프에 의해 빠져나가게 됩니다. 일반적인 탈수 시간은 오일 양과 초기 수분 함량에 따라 4~8시간입니다. 세 번째 단계는 여과입니다. 탈수된 오일은 5μm 및 1μm 등급의 일련의 필터를 통과하여 미립자 오염 물질을 제거합니다. 그런 다음 처리된 오일은 지정된 모든 매개변수에 도달할 때까지 시스템을 통해 재순환됩니다.

다음 표에는 전처리 매개변수와 해당 허용 기준이 요약되어 있습니다.

~에루가오전력(주), 당사는 10,000리터 오일 탱크, 300L/min 진공 탈수 장치, 1μm 절대 필터를 갖춘 폐쇄 루프 여과 시스템을 갖춘 전용 오일 처리 시설을 유지 관리합니다. 처리된 오일의 각 배치는 변압기 충전 승인을 받기 전에 샘플링 및 테스트됩니다. 테스트 결과는 변압기의 사용 수명 동안 변압기와 함께 제공되는 배치 인증서에 문서화됩니다. 이 엄격한 전처리 프로토콜은 변압기에 유입되는 오일이 충전 후 테스트되는 오일과 동일한 품질 표준을 충족하도록 보장하여 60kV 항복 전압을 달성하기 위한 기반을 구축합니다.

2. 변압기 코어 및 권선의 진공 건조

변압기 절연은 본질적으로 흡습성이 있는 셀룰로오스 기반 재료(종이, 합판, 목재)로 주로 구성됩니다. 일반적인 대기 조건에서 이러한 물질은 중량 기준으로 최대 8%의 수분을 흡수할 수 있습니다. 변압기에 전원이 공급되면 절연체가 가열되고 존재하는 수분이 증발하여 고체 절연체와 주변 오일의 유전 강도가 감소합니다. 진공 건조는 변압기에 오일을 채우기 전에 절연 시스템에서 이 수분을 제거하는 과정입니다. 오일이 정제된 후에도 절연체에 갇힌 수분이 시간이 지남에 따라 오일로 침출되어 항복 전압이 감소하기 때문에 건조 공정은 매우 중요합니다.

진공 건조 공정에는 일반적으로 다음 단계가 포함됩니다. 먼저 변압기를 건조 오븐에 넣거나 냉각 시스템을 통해 뜨거운 오일을 순환시켜 가열합니다. 코어와 권선은 수분 방출을 촉진하기 위해 85~105°C로 가열됩니다. 그런 다음 진공 펌프를 사용하여 변압기 탱크를 비우고 압력을 0.1-0.5mbar로 줄입니다. 이러한 진공 상태에서 물의 끓는점은 약 40~50°C로 감소하여 단열재의 수분이 증발합니다. 증발된 수분은 진공 펌프에 의해 탱크 밖으로 배출됩니다. 단열재의 수분 함량이 0.5중량% 미만으로 떨어질 때까지 건조 공정이 계속됩니다.

건조 종말점은 다음 두 가지 방법 중 하나로 결정됩니다.

• 압력 상승 방법:진공 펌프는 변압기 탱크와 격리되어 있으며, 정의된 기간 동안 압력 상승률이 측정됩니다. 4시간 동안 압력 상승 속도가 시간당 0.1mbar 미만이면 건조가 완료된 것으로 간주됩니다.
• 이슬점 방법:변압기에서 배출되는 가스의 이슬점은 지속적으로 모니터링됩니다. 이슬점이 -40°C 아래로 떨어지면 건조가 완료된 것으로 간주됩니다.

진공 건조 공정 기간은 변압기 크기, 절연체 유형, 주변 조건에 따라 다릅니다. 일반적인 10MVA 변압기의 경우 건조 과정은 48~72시간이 걸릴 수 있습니다. 대형 전력 변압기의 경우 프로세스가 며칠까지 연장될 수 있습니다. 다음 표는 다양한 변압기 등급에 대한 일반적인 건조 매개변수를 제공합니다.

Lugao.에서는 필요한 수분 제거를 달성하기 위해 열 진공 건조와 뜨거운 오일 순환을 결합하여 사용합니다. 냉각 시스템을 통해 뜨거운 오일을 순환시켜 변압기를 가열하는 동시에 탱크를 비웁니다. 이 방법은 균일한 가열을 제공하고 건조 과정을 가속화합니다. 건조 사이클이 완료된 후, 오일 충전 공정이 시작될 때까지 변압기는 진공 상태로 유지되어 대기 중 수분의 재흡수를 방지합니다. 이러한 접근 방식은 절연 수분 함량이 60kV 항복 전압을 달성하고 유지하는 데 필수적인 0.5% 임계값 미만으로 유지되도록 보장합니다.

3. 진공 충진 공정 매개변수

변압기 코어와 권선이 필요한 수분 함량까지 건조되면 오일 충전 공정이 시작됩니다. 이 단계 중 오류가 발생하면 절연 시스템의 절연 강도가 손상될 수 있으므로 이는 변압기 제조에서 가장 중요한 단계입니다. 진공 충진 공정은 변압기 탱크가 진공 상태로 유지되는 동안 수행됩니다. 정제된 오일은 탱크 바닥으로 유입되어 천천히 상승하여 진공 상태를 대체합니다. 기포 형성을 방지하고, 절연체의 완전한 침투를 보장하며, 권선의 손상을 방지하기 위해 공정 매개변수를 주의 깊게 제어해야 합니다.

진공 충전의 주요 공정 매개변수는 다음과 같습니다.

• 사전 충전 진공 수준:0.1-0.5mbar, 건조 사이클이 완료된 후 최소 2시간 동안 유지됩니다.
• 충전 시 오일 온도:60-70°C, 낮은 점도와 우수한 흐름 특성을 보장하기 위해 유지됩니다.
• 채우는 속도:≤ 300L/h(중소형 변압기의 경우, 대형 변압기는 비례적으로 더 높은 유량을 사용할 수 있지만 오일이 절연체에 침투할 수 있는 속도를 초과해서는 안 됩니다).
• 채우는 압력:탱크 바닥에는 약간의 양압(0.1-0.2bar)이 가해져 오일이 권선 안으로 강제로 유입됩니다.
• 채우는 동안 진공:오일이나 단열재에서 방출될 수 있는 가스를 제거하기 위해 충전 과정 중에 진공이 유지됩니다.
• 충전 후 정착:탱크가 가득 찬 후 변압기를 진공 상태 또는 양압의 건조 질소 상태에서 12~24시간 동안 방치하여 남아 있는 기포가 빠져나가도록 합니다.

충전 속도가 특히 중요합니다. 오일을 너무 빨리 주입하면 난류로 인해 거품이 생길 수 있고 오일이 단열재에 완전히 침투하지 못할 수 있습니다. 오일을 너무 천천히 주입하면 공정이 비효율적이 됩니다. 충전 속도는 일반적으로 오일 펌프의 유량을 조정하거나 감압 밸브를 사용하여 제어됩니다. 대형 변압기의 경우 충전 공정은 단계적으로 수행될 수 있으며, 다음 단계가 시작되기 전에 오일이 절연체에 침투할 수 있도록 잠시 멈춥니다. 다음 표에는 다양한 변압기 용량에 대한 권장 충전 속도가 나와 있습니다.

충전이 완료된 후 변압기는 일반적으로 냉각 시스템을 사용하여 50~60°C로 가열되어 잔류 가스와 습기를 흡수하는 오일의 능력을 향상시킵니다. 그런 다음 변압기는 오일에 흡수되었을 수 있는 가스를 제거하기 위해 "최종 탈기"라고 알려진 최종 진공 처리를 거칩니다. 이 마지막 단계는 오일의 항복 전압이 60kV 이상의 목표 수준으로 유지되도록 보장합니다. Lugao Power Co.,Ltd.에서는 타임 스탬프가 찍힌 진공 수준, 온도 및 유속 로그를 포함하여 각 변압기의 모든 공정 매개변수에 대한 자세한 기록을 유지 관리합니다. 이러한 기록은 변압기 품질 문서의 일부이며 장비 수명 동안 유지됩니다.

4. 오일 테스트 및 항복 전압 검증

변압기에 오일을 채우고 고정시킨 후 절연 시스템을 테스트하여 필요한 항복 전압 사양을 충족하는지 확인해야 합니다. 주요 테스트는 IEC 60156 또는 ASTM D1816에 따라 수행되는 오일 파괴 전압 테스트입니다. 이 테스트에는 오일이 분해될 때까지 제어된 속도로 변압기 오일 샘플에 전압을 가하는 작업이 포함됩니다. 테스트는 결과가 반복 가능한지 확인하기 위해 여러 샘플에 대해 수행됩니다. 오일 테스트 외에도 전체 변압기 절연 시스템은 무결성을 확인하기 위해 절연 테스트를 거칩니다.

오일 파괴 전압 테스트는 2.5mm의 간격으로 분리된 두 개의 전극으로 구성된 표준 테스트 셀을 사용하여 수행됩니다. 시험 전압은 2kV/s의 속도로 적용됩니다. 테스트는 6개의 오일 샘플에 대해 수행됩니다. 첫 번째 테스트 결과는 폐기되고 나머지 5개 테스트의 평균이 계산됩니다. 평균값은 ≥ 60kV여야 합니다. 평균값이 60kV 미만이면 오일이 테스트에 실패한 것으로 간주됩니다. 테스트 절차 및 승인 기준은 다음 표에 요약되어 있습니다.

오일 파손 테스트 외에도 변압기는 전체 절연 시스템의 무결성을 확인하기 위해 다음과 같은 절연 테스트를 거칩니다.

• 전력 주파수 내성 테스트:변압기에는 60초 동안 정격 전압의 2~3배의 전압이 가해집니다. 고장이나 부분 방전은 허용되지 않습니다.
• 유도된 과전압 테스트:변압기는 60초 동안 정격 전압의 2배의 전압에서 100-400Hz의 주파수를 받습니다. 단열재의 파손이나 눈에 보이는 변형은 허용되지 않습니다.
• 부분 방전 테스트:변압기는 정격 전압의 1.1배의 전압에서 부분 방전 테스트를 거쳤습니다. 부분 방전 수준이 측정되며 지정된 제한(일반적으로 오일 충전 변압기의 경우 20-50pC)보다 낮아야 합니다.
• 탄델타 테스트:절연 시스템의 소산계수는 90°C에서 측정됩니다. 값은 IEC 60076에 지정된 제한 내에 있어야 합니다.

루가오전력(주)에서는 모든 변압기를 배송하기 전에 이러한 테스트를 수행합니다. 테스트 결과는 변압기와 함께 제공되는 포괄적인 테스트 보고서에 문서화되어 있습니다. 오일 파괴 전압 테스트는 충전 및 침전 과정 후 변압기 탱크에서 채취한 오일 샘플에 대해 수행됩니다. 이는 변압기의 오일이 테스트된 오일과 동일함을 보장합니다. 오일이 항복 전압 테스트에 실패하면 오일이 사양을 충족할 때까지 전체 과정이 반복됩니다. 이 엄격한 테스트 체제는 당사의 유침 변압기가 최고 수준의 품질과 신뢰성을 충족함을 보장합니다.

5. 일반적인 실패 모드 및 품질 관리 포인트

위에서 설명한 엄격한 프로세스 제어에도 불구하고 진공 충전 중에 여전히 오류가 발생할 수 있습니다. 일반적인 실패 모드를 이해하고 강력한 품질 관리 체크포인트를 설정하는 것은 일관된 제조 품질을 유지하는 데 필수적입니다. 이 섹션에서는 가장 빈번한 실패 모드를 식별하고 프로세스의 각 단계에 대한 품질 관리 프레임워크를 제공합니다.

실패 모드 1: 불완전한 진공 건조.변압기 절연체가 필요한 수분 함량까지 건조되지 않으면 항복 전압이 감소합니다. 불완전 건조의 가장 흔한 원인은 진공 수준이 충분하지 않거나 가열 시간이 부족하기 때문입니다. 이러한 실패를 방지하려면 건조 주기 동안 진공 수준을 지속적으로 모니터링해야 합니다. 끝점을 확인하려면 압력 상승 또는 이슬점 테스트를 사용해야 합니다.

실패 모드 2: 오일 재오염.장비를 적절하게 청소하지 않으면 취급, 보관 또는 충전 중에 오일이 다시 오염될 수 있습니다. 먼지, 물 또는 기타 입자와 같은 오염 물질은 연결을 통해 또는 이동 중에 오일에 들어갈 수 있습니다. 이를 방지하려면 모든 장비를 사용하기 전에 철저히 청소하고 건조시켜야 합니다. 오일 저장 탱크는 닫혀 있어야 하며 건조 질소로 채워져야 합니다.

실패 모드 3: 공기 포집.충전하는 동안 변압기에 공기가 갇히면 기포가 형성되어 항복 전압이 감소할 수 있습니다. 충전 속도가 너무 빠르거나 충전 중에 진공 수준이 유지되지 않으면 공기가 갇힐 가능성이 더 높습니다. 이를 방지하려면 충전 속도를 줄여야 하며, 공정 전반에 걸쳐 진공을 유지해야 합니다.

진공 충전 공정의 각 단계에 대해 다음과 같은 품질 관리 체크포인트가 권장됩니다.

Lugao에서는 이러한 체크포인트를 표준 운영 절차에 통합하는 품질 관리 시스템을 구현합니다. 프로세스의 각 단계가 문서화되고 모든 편차가 조사되고 수정됩니다. 품질 관리에 대한 이러한 체계적인 접근 방식은 고객이 유침 변압기 제품에 기대하는 높은 수준의 신뢰성을 유지하는 데 필수적입니다.

6. 자주 묻는 질문(FAQ)

질문 1: 60kV 항복 전압은 전체 변압기 수명 동안 보장되는 값입니까, 아니면 시간이 지남에 따라 감소합니까?

답변: 60kV는 제조 및 시운전 시 보장되는 최소값입니다. 변압기의 작동 수명 동안 오일 성능 저하, 습기 침투 및 입자상 물질 축적으로 인해 항복 전압이 점차 감소합니다. 그러나 주기적인 오일 테스트, 여과, 건조 등 적절한 유지 관리를 통해 항복 전압을 허용 가능한 수준 이상으로 유지할 수 있습니다. 산업 표준에서는 일반적으로 항복 전압이 30kV 미만으로 떨어지면 오일을 교체하거나 수리해야 합니다.

질문 2: 진공 충진 변압기와 기존 충진 변압기 간의 항복 전압 차이는 무엇입니까?

답변: 기존 방식으로 충전된 변압기(진공 건조 없이 대기압 하에서 충전됨)는 일반적으로 30-40kV의 항복 전압을 달성합니다. 적절한 사전 건조 및 진공 처리를 갖춘 진공 충진 변압기는 지속적으로 60kV 이상을 달성합니다. 이 20-30kV 차이는 안전 마진과 신뢰성이 크게 향상되었음을 나타냅니다. 항복 전압이 높을수록 특히 전압 서지나 낙뢰 발생 시 절연 실패 위험이 줄어듭니다.

질문 3: 소형 배전 변압기(10kV 이하)에는 진공 충진이 필요합니까?

답변: 정격이 10kV 이하인 배전 변압기의 경우 진공 충전이 항상 필수는 아니지만 점차 모범 사례로 간주되고 있습니다. 이러한 변압기는 30~40kV의 항복 전압으로 작동할 수 있지만 진공 충진은 더 높은 안전 마진과 향상된 장기 신뢰성을 제공합니다. 이제 많은 유틸리티에서는 품질 보증 요구 사항의 일부로 정격 전압에 관계없이 모든 새 변압기 구매에 대해 진공 충전을 지정합니다. Lugao Power Co.,Ltd.에서는 모든 유침식 변압기 제품에 진공 충전을 적용합니다.

질문 4: 변압기 오일은 작동 중에 어떻게 항복 전압을 유지할 수 있습니까?

답변: 작동 중 항복 전압을 유지하려면 포괄적인 유지 관리 프로그램이 필요합니다. 정기적으로 오일 샘플을 채취하여 항복 전압, 수분 함량 및 용해된 가스 함량을 테스트해야 합니다. 항복 전압이 45kV 아래로 떨어지면 오일을 여과하고 탈수해야 합니다. 수분 함량이 20ppm을 초과하면 오일을 건조해야 합니다. 일부 변압기에는 수분과 입자를 지속적으로 제거하여 오일 품질을 최적의 수준으로 유지하는 온라인 오일 여과 시스템이 장착되어 있습니다.

질문 5: 충전 후 오일 파괴 전압 테스트에 실패할 경우 시정 조치는 무엇입니까?

답변: 충전 후 오일 항복 전압 테스트가 실패하면 일반적으로 변압기를 재처리합니다. 고장난 오일이 배출되고 변압기는 절연체에서 수분을 제거하기 위해 새로운 진공 건조 사이클을 거칩니다. 그런 다음 동일한 진공 충전 공정을 사용하여 신선하고 정제된 오일을 주입합니다. 다시 채운 후 오일을 다시 테스트합니다. 항복 전압이 지정된 요구 사항을 충족할 때까지 이 프로세스를 반복해야 할 수도 있습니다. 드물게 오일 자체가 문제의 원인인 경우, 오일을 새 제품으로 교체해야 할 수도 있습니다.

7. 결론

침지 변압기에서 60kV 항복 전압을 달성한 것은 오일 정화부터 시작하여 진공 건조, 제어된 충전 및 엄격한 테스트를 통해 확장되는 세심하게 제어된 제조 공정의 결과입니다. 이 공정의 각 단계에서는 최종 제품이 필수 절연 강도 사양을 충족하는지 확인하기 위해 중요한 매개변수(온도, 진공 수준, 충전 속도, 테스트 조건)를 정밀하게 제어해야 합니다. IEC 60156, ASTM D1816 및 IEC 60076을 기반으로 이 문서에 설명된 표준 및 관행은 이 중요한 품질 벤치마크를 달성하기 위한 기술 기반을 제공합니다.

루가오전력(주)에서는 이러한 프로세스 제어 및 테스트 표준을 변압기 제조 작업에 통합하는 포괄적인 품질 관리 시스템을 구현했습니다. 당사의 유침 변압기 제품은 서비스 수명 동안 안정적인 성능을 제공하도록 설계 및 제조되었습니다. 자세한 기술 정보, 프로세스 문서 또는 제품 사양에 대해서는 당사 엔지니어링 팀에 문의하세요.

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