[국내논문]3상 22.9/3.3kV 유입변압기의 소손패턴 해석 및 발화원인 판정에 관한 연구 Study on the Damage Pattern Analysis of a 3 Phase 22.9/3.3kV Oil Immersed Transformer and Judgment of the Cause of Its Ignition원문보기
The purpose of this paper is to present the manufacturing defect and damage pattern of a 3 phase 22.9/3.3kV oil immersed transformer, as well as to present an objective basis for the prevention of a similar accident and to secure data for the settlement of PL related disputes. It was found that in o...
The purpose of this paper is to present the manufacturing defect and damage pattern of a 3 phase 22.9/3.3kV oil immersed transformer, as well as to present an objective basis for the prevention of a similar accident and to secure data for the settlement of PL related disputes. It was found that in order to prevent the occurrence of accidents to transformers, insulating oil analysis, thermal image measurement, and corona discharge diagnosis, etc., were performed by establishing relevant regulation. The result of analysis performed on the external appearance of a transformer to which an accident occurred, the internal insulation resistance and protection system, etc., showed that most of the analysis items were judged to be acceptable. However, it was found that the insulation characteristics between the primary winding and the enclosure, those between the ground and the secondary winding, and those between the primary and secondary windings were inappropriate due to an insulating oil leak caused by damage to the pressure relief valve. From the analysis of the acidity values measured over the past 5 years, it is thought that an increase in carbon dioxide (CO2) caused an increase in the temperature inside the transformer and the increase in the ethylene gas increased the possibility of ignition. Even though 17 years have passed since the transformer was installed, it was found that the system's design, manufacture, maintenance and management have been performed well and the insulating paper was in good condition, and that there was no trace of public access or vandalism. However, in the case of transformers to which accidents have occurred, a melted area between the upper and the intermediate bobbins of the W-phase secondary winding as well as between its intermediate and lower bobbins. It can be seen that a V-pattern was formed at the carbonized area of the transformer and that the depth of the carbonization is deeper at the upper side than the lower side. In addition, it was found that physical bending and deformation occurred inside the secondary winding due to non-uniform pressure while performing transformer winding work. Therefore, since it is obvious that the accident occurred due to a manufacturing defect (winding work defect), it is thought that the manufacturer of the transformer is responsible for the accident and that it is lawful for the manufacture to investigate and prove the concrete cause of the accident according to the Product Liability Law (PLL).
The purpose of this paper is to present the manufacturing defect and damage pattern of a 3 phase 22.9/3.3kV oil immersed transformer, as well as to present an objective basis for the prevention of a similar accident and to secure data for the settlement of PL related disputes. It was found that in order to prevent the occurrence of accidents to transformers, insulating oil analysis, thermal image measurement, and corona discharge diagnosis, etc., were performed by establishing relevant regulation. The result of analysis performed on the external appearance of a transformer to which an accident occurred, the internal insulation resistance and protection system, etc., showed that most of the analysis items were judged to be acceptable. However, it was found that the insulation characteristics between the primary winding and the enclosure, those between the ground and the secondary winding, and those between the primary and secondary windings were inappropriate due to an insulating oil leak caused by damage to the pressure relief valve. From the analysis of the acidity values measured over the past 5 years, it is thought that an increase in carbon dioxide (CO2) caused an increase in the temperature inside the transformer and the increase in the ethylene gas increased the possibility of ignition. Even though 17 years have passed since the transformer was installed, it was found that the system's design, manufacture, maintenance and management have been performed well and the insulating paper was in good condition, and that there was no trace of public access or vandalism. However, in the case of transformers to which accidents have occurred, a melted area between the upper and the intermediate bobbins of the W-phase secondary winding as well as between its intermediate and lower bobbins. It can be seen that a V-pattern was formed at the carbonized area of the transformer and that the depth of the carbonization is deeper at the upper side than the lower side. In addition, it was found that physical bending and deformation occurred inside the secondary winding due to non-uniform pressure while performing transformer winding work. Therefore, since it is obvious that the accident occurred due to a manufacturing defect (winding work defect), it is thought that the manufacturer of the transformer is responsible for the accident and that it is lawful for the manufacture to investigate and prove the concrete cause of the accident according to the Product Liability Law (PLL).
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문제 정의
따라서 본 본문에서는 사고가 발생된 3상 22.9/3.3kV 유입변압기의 제작결함 및 소손 패턴을 제시하고자 한다. 또한 유사사고 예방을 위한 절연유 산가 변화 추이를 제시하고 사고원인 규명의 과학적 근거를 제시함에 따라 PL 분쟁 해결을 위한 자료를 확보하는데 있다.
3kV 유입변압기의 제작결함 및 소손 패턴을 제시하고자 한다. 또한 유사사고 예방을 위한 절연유 산가 변화 추이를 제시하고 사고원인 규명의 과학적 근거를 제시함에 따라 PL 분쟁 해결을 위한 자료를 확보하는데 있다.
제안 방법
전기에너지의 원활한 공급을 위해 설치되는 수변전설비의 유입변압기에서 발생될 수 있는 전기사고의 유형은 설계 및 구조 불량, 취급 불량, 공사 불량, 경년 열화(劣化) 및 그 밖의 요인(방화, 실화 등) 등이 있으며 각각의 사고 발생 요인에 대한 분석을 통해서 다음과 같은 결과를 얻었다.
3kV, 8/10MVA 3상변압기이다. 최초 현장조치를 실시한 근로자는 동 전기설비 관리시스템에서 이상 현상을 인지하고 시스템 운용 매뉴얼(SOP; Standard Operating Procedure)에 따라 안전조치를 실시하였다. 사고가 발생된 유입변압기의 외형은 단순히 정압변으로 기름이 유출되어 일부가 오염되었고 그 밖의 부속설비는 소손된 흔적을 발견할 수 없었다.
대상 데이터
그림 4는 W-상 저압 2차 권선의 소손 패턴을 해석하기 위해 나타낸 개략도이다. 상부 bobbin의 bobbin 넓이는 200mm이며, 재료는 동판(copper plate)이다. 그리고 가운데 위치한 bobbin과 하부에 위치한 bobbin의 넓이는 300mm로 동일하다.
성능/효과
(2) 유입변압기는 1993년 설치되어 약 17년 경과된 설비로 그 동안 시스템을 운용하는데 특이 사항이 없었을 뿐만 아니라 변압기의 외함, 내부 배선, 절연지 특성 등을 종합하여 판단할 때 취급불량이라고 단정할만한 사실을 발견할 수 없다.
(3) 공사 불량은 전기공사업자가 관련 기술기준을 준수하여 시공하지 않거나 임의로 회로 변경 및 설계, 부적절한 재료의 사용 등에서 발생할 수 있는 사고인데 제시된 자료 및 진술을 검토한 결과 특이 사항을 발견할 수 없었다.
절연유 온도계는 약 50도를 지시했으며, 유온도계의 상한치가 120도를 나타내고 있었다. 2차 측의 부하 전력(부하률)은 5,200kW(52%) 및 5,000kW(63%)로 가동되었으며 적절한 설계용량을 확보하고 있었다. 즉, 고장의 발생 결과 및 전력의 공급 형태를 고려할 때 방화, 실화 또는 외란(낙뢰, 번개) 등은 배제할 수 있다.
이상의 결과에서 확인된 바와 같이 변압기는 설계 및 시공, 관리 및 운용, 변압기 내·외부의 열화, 절연지의 상태 등이 양호하고 외부인의 출입 및 방화 흔적, 부적절한 설비의 증설 및 회로 변경 등이 없는 것으로 보아 사고의 직접적인 관련성을 배제할 수 있다. 그러나 유입변압기 W-상의 2차권선 上 bobbin과 中 bobbin 사이 및 中 bobbin과 下 bobbin 사이에 용융이 확인되었고 V-패턴이 형성된 점, 권선의 하부보다 상부에서 탄화의 심도가 깊고 넓은 점, 철심에 권선을 감을 때 불균일한 장력으로 2차권의 안쪽에 심한 물리적 굴곡과 변형이 발생한 점 등을 종합할 때 제작 결함(권선 작업)에 의해 발생한 것이 명확한바 사고에 대한 책임은 변압기를 제작한 업체에 있고, 구체적인 원인 규명도 제조물책입법(PL)에 의거 제작사가 증명하는 것이 적법하다고 판단된다.
표 5는 고장이 발생된 변압기의 외형, 내부 절연저항 및 보호계통을 점검한 결과를 나타낸 것이다. 대부분의 항목에서 합격 판정을 받았으나 방압밸브의 파손, 절연유의 유출, 1권선과 외함, 2차 권선과 대지 및 1차권선선과 2차권선 사이의 절연 특성은 부적합한 것으로 측정되었다.
표 6은 고장이 발생된 변압기의 계전기 시험 결과를 나타낸 것이다. 모든 계전기가 정성으로 작동하였고, 적절하게 경보한 것으로 확인되었다. 즉, 사고는 변압기 차체에서 발생한 것으로 한정할 수 있으며, 외부적인 인자(방화 또는 실화 등)는 배제할 수 있음을 의미한다.
표 7은 변압기가 설치되어 있던 고압반의 점검 결과를 나타낸 것이다. 모든 보조 설비, 도체, 스위치, 경보(표시) 등은 정상 작동하였고 인접한 시스템과 적절하게 연동된 것으로 확인되었다.
이상의 결과에서 확인된 바와 같이 변압기는 설계 및 시공, 관리 및 운용, 변압기 내·외부의 열화, 절연지의 상태 등이 양호하고 외부인의 출입 및 방화 흔적, 부적절한 설비의 증설 및 회로 변경 등이 없는 것으로 보아 사고의 직접적인 관련성을 배제할 수 있다.
후속연구
일본의 전기 관련 기준은 메탄(CH4)은 100ppm 이하, 에틸렌(C2H4)은 10ppm 이하, 총량(TCG)은 500ppm 이하를 유지하도록 권장하고 있다. 우리나라의 권장치보다 엄격한 값을 제시하고 있는 현실을 고려할 때 유입변압기 사고 예방을 위한 과학적 근거 마련을 위한 연구가 필요한 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
변압기는 내철형과 외철형이 있는데, 각각은 어떤 모양인가?
변압기는 하나의 회로에서 교류 전력을 받아 전자 유도 작용(electro magnetic induction)에 의해서 이것을 같은 주파수의 교류 전력으로 변환해서 다른 회로에 공급하는 기기를 말한다. 변압기는 내철형(core type)과 외철형(shell type)으로 구별되며, 내철형은 권선이 철심을 둘러쌓은 모양으로 되어 있고, 외철형은 철심이 권선을 둘러쌓은 모양이다. 변압기의 철심은 규소를 약 4% 포함한 규소 강판을 겹쳐 쌓은 성층 철심이 보통 사용된다.
변압기의 규소 강판을 겹쳐 쌓은 성층 철심의 두께와 크기는?
변압기의 철심은 규소를 약 4% 포함한 규소 강판을 겹쳐 쌓은 성층 철심이 보통 사용된다. 철심의 두께는 0.3~0.6mm, 크기는 915×1,830mm 정도이다. 또한 변압기는 철심 위에 피복 권선을 감는 형태에 따라 직권 (direct-wound)과 형권(former-wound) 등이 있다.
변압기란?
변압기는 하나의 회로에서 교류 전력을 받아 전자 유도 작용(electro magnetic induction)에 의해서 이것을 같은 주파수의 교류 전력으로 변환해서 다른 회로에 공급하는 기기를 말한다. 변압기는 내철형(core type)과 외철형(shell type)으로 구별되며, 내철형은 권선이 철심을 둘러쌓은 모양으로 되어 있고, 외철형은 철심이 권선을 둘러쌓은 모양이다.
참고문헌 (12)
W.M. Flanagan, "Handbook of Transformer Design and Applications 2nd Edition", McGraw Hill, Chap.1,8,11, 1992.
고태언 외 7, "전기기기", pp. 245-368, 2007.
손제봉 외 4, "전기기기", pp. 104-204, 형설출판사, 2007.
한국표준협회, "한국산업규격 KS C 4311", 2002.
한국표준협회, "한국산업규격 KS C 2516", 2002.
최충석 외 5, "전기화재공학", 도서출판 동화기술, pp. 60, 189-198, 202, 2004.
최충석 외 2, "과전류에 의해 용단된 소선의 특성 해석에 관한 연구", 한국산업안전학회 논문지, Vol. 19, No. 1, pp. 60-65, 2004.
최충석, 김향곤, "열 스트레스에 의한 비닐절연전선의 탄화 패턴 및 결정 구조의 변화", 대한전기학회논문지, Vol. 57P No. 3, pp. 332-337, 2008.
최충석 외 3, "직렬아크에 따른 도체의 산화물 증식 및 전압 파형 분석", 대한전기학회논문지, Vol. 55P No. 3, pp. 146-152, 2006.
최충석, "층간 단락된 3상 몰드변압기의 소손 패턴 및 금속 조직 해석", 한국안전학회논문지, pp. 86-91, 제25 권 제6호, 2010.
Chung-Seog Choi et al, "Temperature Diffusion Distribution of Electric Wire Deteriorated by Overcurrent", IEEJ Trans. PE, Vol. 128, No. 1, pp. 194-198, 2008.
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