변압기 내부에서 발생된 가스는 변압기의 상부에 축적되어 파이프를 통해 가스검출계전기의 내부로 들어가게 된다.

2. 변압기

Ⅲ. 변전실무분야

축적된 가스의 힘으로 계전기에 가득차 있던 절연유가 계전기실내로 내려오게 되며 계전기의 전면에 있는 지시침이 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 배전반에서 이를 인지할 수 있도록 하며, 또한 축적된 가스를 채취하여 가스 성분을 검사할 수 있도록 가스채취변이 변압기의 외측 하부까지 연결되어 있다.

【그림 100】 가스검출계전기

2-123 OLTC 보호계전기

(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 전기적으로 회로를 구성하는 리드 접점(reed contact), 시험단자와 단자대 등으로 구성되어

【그림 101】 OLTC 보호계전기 설치

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.

【그림 102】 OLTC 보호계전기 구조

2-124 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 교환할 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.

【그림 103】 열전대식 유온계와 포켓

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 측정방법으로는 열전대식, 저항식 측온체식으로 크게 나눌 수 있으며, 측온체에 따라 시스 측온 저항체, 써어미스터를 사용하고, 또 측온부와 계기를 연결하는 관속에 액체(수은, 알콜, 에틸에텔)를 충만시켜 액체의 팽창을 이용하는 부르돈(burdon)식도 사용된다.

일반적으로 유온 측정은 시스 측온 저항체 방법과 부르돈식이 가장 많이 이용된다. 시스 측온 저항체는 금속 시스 내에 0℃에서 PT 100□의 저항을 갖는 저항소자, 저항소자와 연결된 내부 도선, 금속 시스와 내부 구성체의 절연을 위한 무기 절연물로 구성된다.

【그림 104】 시스 측온저항체와 내부구조

2-125 권선온도계

(Winding Thermometer)

변압기 권선저항으로 인하여 부하전류가 흐르게 되면 열이 발생하는데, 이 열이 권선을 절연하는 절연체를 열화시키므로 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 변압기의 경우 배전반의 원격 디지털 지시온도계와 연결되고, 1단계 접점(65∼70℃)은 1그룹에 속한 냉각용 선풍기, 송유펌프를 가동시키며, 2단계 접점(70∼75℃)은 2그룹에 속한 냉각용 선풍기와 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.)

【그림 105】 3접점 권선온도계

온도상승에 따라 기동된 냉각장치는 권선온도가 55℃에 도달하면 정지하도록 온도계에 정정할 수 있으며, 또한  디지털 지시온도계는 각 접점의 동작 범위를  조절할 수 있도록 되어 있다.

권선 온도계는 열을 전류로 변환하는 시스 측온 저항체(0℃에서 PT 100□), 가열코일, 조정저항, 계기로 구성되어 있다.

2-126 열영상(Thermal Image)

변압기와 같이 고전압의 권선 온도를 직접 측정하기 위해 권선에 온도계를 삽입하는 것은 매우 위험하며, 절연으로 인한 감도의 저하로 정확한 온도를 측정하기 어려우므로, 변압기의 한 단자에 흐르는 2차전류(붓싱 변류기를 통하여 얻은 부하전류에 비례하는 전류)를 절연유의 최고 온도부에 부착한 가열코일을 가열토록 하여 권선의 최고온도를 모의적으로 재현하고, 가열된 온도를 측온체가 측정하여 권선의 온도로 환산하는 것으로, 온도상승의 시험결과로 측온부의 온도가 권선온도와 일치하도록 붓싱 변류기의 탭을 적당하게 선택하는 간접적인 방식을 사용한다.

이러한 방식을 열영상에 의한 온도측정방법이라고 한다.

【그림 106】 열영상 권선온도 측정방법

2-127 유면계(Oil Level Indicator)

절연유는 변압기 절연과 냉각에 필수적인 요소이므로 그 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 컨서베이터의 측면에 유리관을 부착한 것으로 유면을 직접 볼 수 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 전력용변압기에는 주로 다이알형 유면계가 사용된다.

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

【그림 107】 다이알형 유면계

2-128 유류계와 수류계

유류지시계는 송유풍냉식, 송유수냉식 변압기의 유펌프에 연결되는 흡입파이프나 배출파이프에 부착되어 유의 흐름시 지시 날개판으로 작동한다.

수류지시계는 송유수냉식의 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.

2-129 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.

① 브리지방식             ② 선형방식

【그림 108】 NLTC 탭 선택 방식

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, 계통변전소에 설치된 변압기는 345kV 송전선로 환상망이 완성된 이후에는 거의 채택하지 않는다.

【그림 109】 대용량 변압기에 설치된 NLTC

2-130 부하시 전압조정기(OLTC, On

Load Tap Changer)

변압기의 전압을 조정하기 위하여 변압기를 공급중인 선로에서 분리하여 탭을 조정한다는 것은 조작의 번거로움과 양질의 전력을 공급하는 측면에서 매우 불합리하다. 따라서 부하를 공급하면서 전압을 조정하는 것이 바람직하다. 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.

【그림 110】 M Type OLTC

또한, 현장제어와  원격제어를 할 수 있으며, 원격제어반에는 탭 위치표시기, 자동전압조정기, 고장경보표시등 등이 구비된다.

상판에는 탭 체인저를 변압기내에 부착하기 위한 연결부, 유격실의 절연유를 여과하기 위해 필요한 유인출·인입관, OLTC의 보호에 필요한 보호기기의 설치와 유보존에 필요한 관 등이 연결될 수 있는 구조로 되어 있다.

2-131 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(OL -TC 보호계전기)나 방압장치에 의해 유격실내의 기기를 보호하고 변압기를 통전선로에서 분리하게 된다.

【그림 111】 유격실

2-132 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 요구된다.

① 기어 유니트   ② 절연지지기둥  ③ 절연구동축

④ 에너지축적기  ⑤ 전환개폐기    ⑥ 쉘(고정자)

⑦ 천이저항      ⑧ 방전갭

【그림 112】 전환개폐기 유니트

유격실 안에 설치되어 동력을 전달하는 구동부, 접점의 개폐를 담당하는 가동자와 고정자로 이루어진 전환 개폐기, 전류제한 임피던스[천이저항(한류저항),또는 한류리액터], 방전갭 등으로 구성된다.

전환개폐기의 절연원통(쉘) 내면에는 고정접점이 배열되어 있고, 쉘 안에는 가동접점이 쉘 내면의 고정접점과 마주 바라보는 위치에 배열되어 있다.

접점은 평상시 부하전류가 흐르기 위한 병렬접점과 주아크접점 및 보조아크접점으로 구성되어 있다.

A, B : 병렬접점(M III 500 이상, M I 1200 이상에 사용)

a, b : 주아크접점,  a1, b1 : 보조아크접점

Ra, Rb : 천이저항

【그림 113】 전환개폐기 접점 동작시간

2-133 전류제한 임피던스

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

【그림 114】 천이저항

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.

【그림 115】 천이저항을 이용한 저항식 OLTC

【그림 116】 진공차단기를 이용한 리액터식 OLTC

2-134 에너지축적기

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

【그림 117】 에너지축적기

2-135 제네바기구

(Geneva Wheel, Gear)

OLTC의 동작에서 탭 선택기와 탭 범위 확장기가 하나의 구동축에 의해 순차적으로 동작하여야 하므로, 이를 만족하기 위해 제네바기구를 사용한다.

【그림 118】 OLTC 구동력 전달과정

제네바 휠이 상·하로 배열되어 있고 구동력 전달 롤러가 180°간격으로 2개가 있어 한 개의 롤러는 상측, 다른 롤러는 하측 제네바 휠만 움직이도록 되어 있는데, M Type OLTC의 경우에는 중앙축이 180°

회전하는 동안에 제네바 휠은 약 72°정도 회전하도록 되어 있다.

이러한 원리에 의하여  탭 선택기의  가동접점 2조가 1탭 동작시마다 교대로 한 번씩 움직일 수 있게 된다.

2-136 탭 선택기(Tap selector)

연동구동장치에 의해 전환 개폐기와 연결되어 전환 개폐기가 동작하기 전에 희망하는 탭을 선택하여 전환개폐기에 접속하는 역할을 한다.

탭 선택기는 고정자와 가동자로 구분되고, 원형으로 된 고정자의 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 vol- tage 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 전위전환방식이 널리 이용된다.

【그림 120】 역스위치방식  【그림 121】 Coarse

(극성전환방식)              Tap 방식

【그림 122】 극성전환형 탭 선택기

2-137 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 내장되어 있다.

【그림 123】 OLTC와 구동장치

또한 OLTC 여과기의 제어를 담당하는 전원과 타이머 등이 설치된다.

【그림 124】 구동장치