[논문]건식변압기 수명예측에 관한 연구

김민규; 이정기; 정주영; 김익수

[국내논문] 건식변압기 수명예측에 관한 연구
A Study on the lifetime Expectation of Dry type Transformer 원문보기

김민규 (한국전기연구원) , 이정기 (한국전기연구원) , 정주영 (한국전기연구원) , 김익수 (한국전기연구원)

This paper describes a method of lifetime expectation for the dry-type molded transformer which is widely used in the domestic distribution system. And the result of the temperature accelerated aging test for the winding insulation and the analyzed report on the reliability are included in this study.

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절연물의 허용최고온도를 부 하 100 %인 경우로 볼 때 실제 계통운전에서의 부하경감은 설치 및 운전조건에 따라 차이가 있어 일률적으로 정하기는 어렵지만, 부하 80 % 정도에서 운전된다고 볼 때 130 t 절연물의 경우 약 80 C 정도의 온도로 운전된다고 볼 수 있으며, 90% 정도에서는 105 t 정도의 온도로 운전된다고 볼 수 있다. 이러한 조건에서 장기운전이 될 때 기대되는 예상수명을 대수정규분포, 와이블분포 및 지수분포를 가정하여 분석하였다. 이 경우에서는 예측결과의 정확성을 높이기 위해 최악의 경우를 가정하여 다음 주기에서 모든 시료가.

제안 방법

건식몰드 변압기에 대한 수명예측을 위한 가속시험은 실규모 변압기 2대, 모델시료 36개를 사용한다. 모델시료 12개씩 3개 그룹으로 나누어 변압기 최고 허용온도보다 높은 3 수준 (또는 그 이상)의 온도에서 그림 2와 같은 고온의 하온쳄버를 이용하여 열화시험을 실시한다, 시험온도와 한 주기 평가시간은 표 3에 나타낸 바와 같으며, 재료 특성 등을 고려하여 변경될 수 있다. 부분방전 시험과 단락 시험을 위해 적어도 2대의 실규모 변압기 시료를 제일 낮은 온도 수준에서 열화시험을 실시한다.
모델시료 12개씩 3개 그룹으로 나누어 변압기 최고 허용온도보다 높은 3 수준 (또는 그 이상)의 온도에서 그림 2와 같은 고온의 하온쳄버를 이용하여 열화시험을 실시한다, 시험온도와 한 주기 평가시간은 표 3에 나타낸 바와 같으며, 재료 특성 등을 고려하여 변경될 수 있다. 부분방전 시험과 단락 시험을 위해 적어도 2대의 실규모 변압기 시료를 제일 낮은 온도 수준에서 열화시험을 실시한다.
현재까지의 시험에서 획득한 수명자료를 정리한 결과를 표 4에 나타낸다. 아레니우스 가속수명 모델을 이용하여 최우추정법으로 수명자료를 각각의 수명분포에 대해서 해석을 하였다.
모델 시료 36개, 실규모변압기 2대를 제작하여 수명을 도출하기 위한 온도 가속열화시험을 실시하고 신뢰성 해석 프로그램을 활용한 통계적인 해석방법으로 수명예측을 실시한 결과 및 예측방법에 대해 살펴보았다. 현재까지의 수명자료가 완전자료가 아닌 관계로 정확한 수명의 예측은 불가하지만, 해석 프로그램으로 분석한 결과 실제 현장에서의 운전조건을 가정할 때 절연물에 대한 열적, 전기적 내구성의 장시간특성은 상당히 우수하며 충분한 설계수명이 유지될 수 있다고 생각되며, 향후 수명예측 결과를 검정하기 위한 지속적인 시험을 고려 중에 있다.

대상 데이터

건식몰드 변압기에 대한 수명예측을 위한 가속시험은 실규모 변압기 2대, 모델시료 36개를 사용한다. 모델시료 12개씩 3개 그룹으로 나누어 변압기 최고 허용온도보다 높은 3 수준 (또는 그 이상)의 온도에서 그림 2와 같은 고온의 하온쳄버를 이용하여 열화시험을 실시한다, 시험온도와 한 주기 평가시간은 표 3에 나타낸 바와 같으며, 재료 특성 등을 고려하여 변경될 수 있다.

성능/효과

표 5에서 보는 바와 같이 고장이 전혀 일어나지 않는 경우에 95 % 단측 신뢰구간의 하한값(90 % 양측 신뢰구간의 하한값과 거의 동일함)을 정확하게 예측하는 것은 곤란하다 따라서 평균수명, 즉 50 % 백분위수(percentile of 50 %)와 10%가 고장이 일어나는 시간을 가리키는 Bio 수명이 동일한 결과를 가져왔다. 그러나 무고장 시험 데이터만을 가지고 예측한 건식몰드변압기의 평균수명은 130 t 절연물의 최고허용온도를 기준으로 할 때 50, 539시간으로 나타났다.
표 5에서 보는 바와 같이 고장이 전혀 일어나지 않는 경우에 95 % 단측 신뢰구간의 하한값(90 % 양측 신뢰구간의 하한값과 거의 동일함)을 정확하게 예측하는 것은 곤란하다 따라서 평균수명, 즉 50 % 백분위수(percentile of 50 %)와 10%가 고장이 일어나는 시간을 가리키는 Bio 수명이 동일한 결과를 가져왔다. 그러나 무고장 시험 데이터만을 가지고 예측한 건식몰드변압기의 평균수명은 130 t 절연물의 최고허용온도를 기준으로 할 때 50, 539시간으로 나타났다.

후속연구

모델 시료 36개, 실규모변압기 2대를 제작하여 수명을 도출하기 위한 온도 가속열화시험을 실시하고 신뢰성 해석 프로그램을 활용한 통계적인 해석방법으로 수명예측을 실시한 결과 및 예측방법에 대해 살펴보았다. 현재까지의 수명자료가 완전자료가 아닌 관계로 정확한 수명의 예측은 불가하지만, 해석 프로그램으로 분석한 결과 실제 현장에서의 운전조건을 가정할 때 절연물에 대한 열적, 전기적 내구성의 장시간특성은 상당히 우수하며 충분한 설계수명이 유지될 수 있다고 생각되며, 향후 수명예측 결과를 검정하기 위한 지속적인 시험을 고려 중에 있다.

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