몰드변압기 / 유입변압기의 특징 비교

몰드변압기 / 유입변압기의 특징 비교

 

 

1. 몰드변압기의 개요

권선 부분을 에폭시(Epoxy) 수지 (樹脂)로 몰딩 절연한 일종의 건식변압기 절연유 대신에 난연성(難練性) 에폭시를 사용하므로써 화재의 우려가 없고 구조가 간단하며 가벼워지는 이점이 있다.

 

변압기 제조기술은 크게 2 가지 경로에서 비약적인 개발이 되어왔다.

첫째는 발 · 변전소의 송전전압 상승으로 인한 고전압화와 대용량화이고, 둘째는 고품질 전원향상에 대한 사회적 요구이다. 또한 전기기기의 전압에 대한 안전성과 , 신뢰성 , 특히 옥내설비의 경우 불연성 , 소형 , 경량, 저소음 등을 요구하게 되었다. 최근 들어 , 환경보전, 에너지 절약형 , 보수용이와 화재에 대한 안전성 , 즉 Oilless 화된 변압기 개발이 필요하게 되었다.

이와 더불어 고분자 재료의 현저한 발달에 따라 전기적 , 기계적으로 우수한 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 개발되었고, 이를 변압기에 적용하여 몰드변압기가 제조되었고, 현재는 Molding 기술의 진보에 따라 6.6kV 급 뿐만 아니라 22.9kV 급까지 널리 적용되어 점차 고전압 대용량화와 소형 · 경량의 변압기가 생산되고 있다. 이러한 몰드변압기의 주 사용장소로는 도시의 고층빌딩 , 지하상가, 호텔, 병원 및 공공 교통시설인 지하철 , 철도 등 거의 모든 장소에서 사용이 확대되고 있다.

 

 

2. 몰드변압기의 종류

몰드변압기의 종류는 권선의 제작방법에 따라 크게 2 가지로 분류되는데 금형을 사용하여 에폭시 수지를 주입시키는 주형 몰드(Cast Type)와 금형을 사용하지 않고 도체에 수지를 함침시키면서 제작하는 함침형 몰드(Impregnate Type) 등이 있다. 또한 몰드변압기의 냉각방법에 따라 자냉식과 강제 풍냉식의 2 가지가 있다. 이는 유입변압기와 같지만 유입식 변압기는 방열면적 증대를 위하여 방열판이 있으나, 몰드변압기는 권선자체 뿐이라는 차이가 있다. 현재 국내에서는 권선자체에 Air Duct 또는 공기냉각 통로를 구비한 것과 없는 것 등 2가지가있다. 냉각 및 방열 효과, 과부하내량 등을 고려하여 냉각방식을 선정하고 있다. 절연계급별로 분류될 때는 국내에서는 B종과 F종을 선택하고 있다.

 

 

3. 유입 /몰드변압기의 특징 비교

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1) 유입변압기

- 경제성 ; 사용범위가 넓고 저렴하다.

단, 설치공간이 다른 변압기보다 공간을 많이 차지한다. 총용량에 따라서는 고정 소화설비가 필요하다.

- 내습성 ; 오일속에 들어 있으므로 옥외에서도 사용할 수 있다.

- 견고성 ; 철로 덮여 있어 견고하게 제작할 수 있다.

- 보수성 ; 절연유 열화등의 점검이 필요하다.

- 소 음 ; 타변압기 (몰드식 , H 종 건식 )에 비해 낮은 편이다.

- 점 검 ; 2~3 년마다.

- 설치범위 ; 옥내 , 옥외 , 고압수전 , 특고수전등

 

2) 몰드변압기

- 난연성 ; 에폭시 수지가자기소화성을 갖고 있으므로 난연성이 우수하다.

또한 총용량에 따라서는 고정 소화설비의 간소화.

- 내습성 ; 권선 표면이 수지로 덮여 있으므로 흡습에 의한 절연열화가 없다.

- 견고성 ; 충격에 약하지만 권선이 수지로 덮여 있으므로 전기적 , 기계적 특성이 우수하고 내진성이 높다.

- 보수성 ; 절연유 열화에 대한 보수가 불필요하고 또 H 종 건식변압기와 같이 장시간 휴지후의 통전하기 전 습기 제거가 불필요하다. 또한 청소가 간단하기 때문에 메인티넌스 작업이 매우 간단하다.

- 소 음 ; 유입식 변압기 보다 소음이 크다.

- 점 검 ; 1 년 마다.

- 설치범위 ; 옥내 , 고압수전, 불. 난연화대책 , (특고수전에는 잘 사용하지 않는다)

 

 

4. 절연종별과 냉각방식

변압기 절연종별에는 A, B, F, H 등이 있다. 바니쉬 (Varnish) 함침형 건식 변압기가 A, B, F, H종으로 변천되어 , 단지 허용 최고온도가 높다는 것으로만 B 종보다 H 종이 우수하다고는 할수 없다. 몰드변압기의 경우 절연성능 및 흡습성은 B 종 , F 종, H 종이 서로 대동소이하며 제작사마다 절연계급을 달리 채용하고 있다. 몰드변압기 절연은 크게 B 종과 F 종이 있다. B 종을 채용하는 주된 이점은 온도상승 한계치가 낮아 온도상승에 따른 손실이 적고 폐쇄배전반에 수납할 경우, 타기기와 온도협조가 용이하다. F 종을 채용하는 경우는 Cu 도체의 온도시정수가 Al 도체의 시정수보다 약 2.2 배가 높아 순간 과부하시 도체가 최고허용온도에 도달하

는 시간이 길다는 이점이 있다. 권선온도는 부하율에 따라 변화된다. 따라서 변압기의 부하변화로 인한 온도상승 변화는 몰드수지의 열응력으로 나타나며 그 크기는 B 종〈 F 종〈 H 종의 순으로 나타난다.

 

 

5. 열팽창계수와 도체절연특성

몰드변압기의 수명은 권선에 있으며 , 이러한 권선은 도체의 선정 , 에폭시 수지의 배합 및 가공방법 , 주형방법 등의 요소에 따라 그 특성과 우수성이 결정된다. 금속인 도체는 에폭시 수지와 열팽창계수의 차이가 근본적으로 다르므로 온도변화 등에 따른 열적응력 현상으로 Crack 이 발생할 가능성이 있다. 즉 순수한 에폭시 수지만으로는 금속인 도체와의 열팽창율 차이를 극복하지 못하므로 사용하는 도체 재질에 따라 가장 적절하고도 최선의 방법과 보완재료를 선택하여 완벽한 접착 및 열팽창계수의 차이를 최소화 할 필요가 있다.

 

 

6. 내습성과 에폭시수지와의 관계

건식변압기에서 제일 큰 사고원인이 내습성이다. 따라서 몰드변압기에서의 내습성을 확인하기 위한 방법으로 정격전압 5kV, 용량 100kVA 의 몰드변압기를 물탱크에 넣고 단자부분은 수면위로 나오게 한 상태에서 300%의 과부하를 가하여 수주간 확인한 결과 서서히 물이 증발하여 물을 계속 보충하였더니 수분중에 있는 광물질이 권선표면에 부착되어 더 이상 과부하를 인가할 수 없는 상태로 되었지만, 그 외의 문제점은 없어 몰드변압기는 내습성에 강함을 알 수 있다. 또한 철심에는 에폭시로 코팅하기 때문에 철심이 부식될 염려는 없다. 습도100%인 매우 악조건인 상태로 사용하여도 습기침투로 인한 몰드변압기 사용에는 지장이 없다.

 

 

7. 내임펄스와 에폭시수지와의 관계

에폭시 몰드변압기에 있어서 임펄스 내력을 갖게 하는 것은 중요한 과제이다. 이에 임펄스에 의한 취약성을 확인하고자 한다. 우선 가공선에 임펄스파를 발생시켜 어떤 상황이 생기는가를 보기 위해 IEC 규격의 표준 충격파를 가할 경우 최대치에서 가공선에 흐르다 끊어져 절연제의 취약부분 (weak-point)을 알 수 있다. 이 부분에서 연면방전이 발생한다. 그러므로 변압기의 경우 재단파가 발생하면 변압기에 진동이 발생하여 매우 위험하다는 것을 알 수 있다. 결국 이 재단파가 변압기 Coil 에 발생되어 진동이 생긴다