오늘은 변압기에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
1. 산업용 변압기로는 우리가 흔히 볼 수 있는 전신주의 주상 변압기가 대표적입니다.
한국전력공사에서 일반 가정에 공급하는 것은 220V인 것은 맞지만, 최초 발전소에서 22kV로 공급되어 승압변전소에서 765kV/345kV로 올려서 송전한 뒤 1, 2차 변전소를 거치고 흔히 도로에서 쉽게 볼 수 있는 전봇대에는 22,900V의 교류 전기가 들어오게 된다. 전압이 높을수록 전력손실이 줄어들기 때문에 장거리 송전설비에서는 대부분 765kV로 송전한다. 전봇대에서 가정이나 소규모 공장에 단상 220V/3상 380V 60Hz 전압을 공급하기 위해 전봇대에 변압기를 설치한다. 대규모 공장 등에서는 전봇대에서 22.9kV 전압을 받던가, 용량이 정말 큰 경우에는 154kV, 345kV를 한국전력공사 변전소에서 철탑으로 직접 받아 수용가 내에서 자가 소유의 변압기를 운영하게 된다. 철탑 설치는 수용가 부담이라 대규모 공장에서만 볼 수 있습니다.
또는 학교나 건물 등에는 주상 변압기 말고도 더욱 더 큰 변압기도 존재하며, 지중화가 이루어진 곳은 한국전력공사에서 길가에 변압기를 설치하기도 한다. 큰 길가를 걷다보면 네모난 철제 박스가 보이는데 이게 그것입니다.
한편 엄청난 용량을 자랑하다 보니 저런 변압기 안에는 절연유(변압기유)라는 일종의 기름이 들어가서 누전을 막아 준다. 이러한 종류의 변압기를 유입변압기(油入變壓器, Oil Immersed Transformer)라 하며 일반적인 사무용 건물 등에는 절연유가 필요 없는 몰드변압기(Molded Transformer)가 널리 설치된다. 유입변압기 내에 있는 기름은 시간이 흐르면 빗물이나 먼지에 의해 산패되고, 기름 내부에 습기가 차면 폭발까지 이르기도 한다. 이를 어느 정도 억제하기 위해 콘서베이터라는 장치를 설치한다. 구형 변압기의 절연유 안에는 인체에 유해한 PCB라는 물질이 들어가 있어서 절연유를 사용한 변압기는 꼬박꼬박 시, 군, 구청 환경과에 설비 현황을 보고해야 한다.
여름철에 종종 변압기 폭발로 일부 지역이 단전되는 이유 중 하나가 절연유 불량이다.
2. 몰드변압기
권선 부분을 에폭시수지로 굳혀 절연한 건식변압기로, 바니스함침 타입의 H종 건식변압기에 비하여 내습성이 있다. 절연방식으로는 철형에 의한 주형 타입, 철형이 없는 프리프레그 타입이 있다.
몰드변압기의 장점으로는
1. 자기소화성*이 우수하므로 화재의 염려가 없다
* 자기소화성 : 화염을 근접시키면 거기에 의해서 온도가 상승하여 연소하지만, 그 염(炎)을 제거하면 연소를 계속할 수 없기 때문에, 자연히 불이 꺼져버리는 성질이 있다. 난연성 물질의 대개가 가지고 있는 성질이다
몰드 변압기를 덮는 에폭시 소재는 열경화성* 이 크기 때문에 습기에 강하고(내습) 튼튼하며(내구성이 강하고) 진동에 강해요(내진성)!
*열경화성 : 어떤 종류의 중합체가 가열에 의해 경화하는 성질.
2. 내습, 내구성이 강하고 내진성이 우수하다
몰드 변압기는 에폭시 소재로 꽁꽁 싸여 있기 때문에 변압 시 발생하는 진동과 소음 자체가 유입변압기나 건식 변압
기보다 저진동이고 저소음이죠.
3. 저진동, 저소음이다
그리고 에폭시 소재는 높은 절연 내력을 가지고 있어서 다른 변압기보다 절연체가 적게 들어가 소형 경량으로 제작 가능해요
4. 소형 경량화할 수 있다
몰드 변압기 제작 시 고진공 상태에서 몰딩을 해요! 이 제작 과정 덕분에 열용량이 크고 온도 상승에 대한 시정수* 가 커서 단시간 과전류(부하) 내량이 큽니다!
*계기(計器)나 제어용 기기의 전기 및 전자 회로 따위에서 입력의 변화에 따라 출력에 응답이 나타나는 데 걸리는 시간. 또는 이를 보기 쉽게 하는 상수.
5. 단시간 과부하 내량이 크다
또 유입변압기와 다르게 절연유를 사용하지 않아 절연유 교체와 같은 유지 보수가 필요 없습니다!
6. 절연유를 사용하지 않으므로 보수 및 점검이 용이
마지막으로 직접 공랭식*으로 운영되어 유입 변압기 대비해서 전력 손실이 감소, 효율이 높아집니다!
*공랭(空冷, 영어: air cooling)은 기계장치 등에서 발생된 열을 공기로 냉각하는 방법 중 하나이다.
7. 전력손실이 감소된다
하지만 단점도 있습니다.
1. 가격이 비싸다.
두 번째로 몰드 변압기는 전 포스팅에서 설명했던 절연 등급이 B종 (95KV), F종 (125KV)로 유입 변압기 A종 (150KV)에 비해 기준 충격 절연강도가 약합니다.
2. 기준 충격 절연강도(BIL)이 약함 (유입식 대비)
3. 안전성 문제 있음
이 몰드 변압기를 오랜 기간 사용하면 열화가 생깁니다.
3. 유입변압기.
유입변압기는 내부에 절연유가 들어있어 화재의 위험을 내포하고 있습니다. 또한 절연유는 유해한 물질이므로 누출되었을 때 토양등으로 스며들지 못하게 방유탁등을 설치해야 합니다.
유입변압기는 몰드변압기와는 반대라고 생각하시면 됩니다.
장점으로는
1. 가격이 싸다
2. 온도관리하기가 쉽다
3. 보호기능이 많습니다. (브흐홀쯔,압력반 등)
4. 외부에 설치가 가능합니다.
단점으로는
1. 서지와 고조파에 강한 내력을 갖고 있다.
2. 절연유를 관리해줘야한다
3. 실리카겔도 주기적으로 관리해줘야 한다.
4. 공간을 많이 차지한다.
5. 화재에 취약하다.
여기까지 저희가 주로 보는 변압기에 대해서 알아보았습니다. 감사합니다.
