캐나다 북부에 위치한 유틸리티 엔지니어가 1월에 기온이 -40°C 이하로 떨어지는 변전소에서 작동할 25 MVA 변압기에 대한 사양을 설계하고 있습니다. 변압기는 대형 냉각 장치를 갖추고 있으며, 탱크는 강한 바람과 눈 하중을 견딜 수 있도록 특별히 제작되었으므로 엔지니어를 괴롭히는 유일한 것은 탱크에 사용되는 오일의 종류입니다. 이 사람은 잘못된 선택이 무엇을 의미하는지 알고 있습니다. 변압기 오일 추운 기후에서 작동하기 위해. 기온이 떨어지면 오일이 점도가 높아지고, 펌프가 캐비테이션을 시작하며, 오일이 냉각 장치를 통해 흐르지 않게 되어, 외부 온도가 -30°C일지라도 권선이 가열됩니다. 테스트를 성공적으로 통과한 변압기는 첫 번째 겨울 시즌에 경고 발생기처럼 작동할 것입니다.
이 기사는 추운 기후 지역의 오일 충전 변압기에 대한 변압기 오일 선택에 대해 구매자 또는 사양 엔지니어가 알아야 할 모든 것을 논의하며, 주요 특성, 기준, 파라핀 및 나프텐 오일 사용의 장단점, 가격 차이 및 오일 선택 알고리즘을 포함합니다.
변압기 오일이 문제를 일으키는 이유
변압기 오일은 두 가지 주요 목적이 있습니다 — 변압기 권선을 탱크 벽으로 열을 제거하여 냉각하고, 전기 스트레스로부터 권선을 절연합니다. 두 기능 모두 오일의 흐름 능력에 의존하지만, 추운 기후에서는 오일의 점도가 증가하고 순환이 느려져 외부 온도가 낮을 때 변압기 권선이 가열됩니다. 매우 낮은 온도에서는 광유가 유동점에 도달할 수 있으며 — 오일이 완전히 흐르지 않게 되는 온도는 냉각이 중단됨을 의미합니다.
겨울철 오일과 관련된 또 다른 도전 과제가 있습니다: 수분 응축. 보존 장치가 있는 변압기 내의 오일은 작동 중에 이동하며, 따뜻하고 습한 공기가 차가운 탱크를 통해 들어오면 물이 식어 오일과 결합합니다. 변압기 오일 내의 물은 오일의 유전 특성을 파괴하며; 수백 부분의 물이 오일의 파괴 전압을 60 kV에서 30 kV 이하로 감소시킵니다. 따라서 추운 기후에서 변압기 오일 선택의 도전 과제는 유동성과 수분 관리 모두를 이해하는 것입니다.
겨울철 작동의 마지막 특이한 특징은 시동입니다. 변압기에서 사용되는 오일은 먼저 가열하지 않고 오일의 동결점에서 전기를 공급받아야 하며, 전기를 공급한 직후 오일은 순환하여 변압기의 모든 부분에서 필요한 온도 조건을 만들어야 합니다.
주요 저온 특성
| 특성 | 측정하는 것 | 한랭 지역 목표 | 표준 등급 (온대) |
|---|---|---|---|
| 유동점 | 오일이 흐르는 최저 온도 | -40°C에서 -60°C | -30°C |
| 40°C에서의 운동 점도 | 작동 온도에서의 기본 유동성 | 8-12 mm²/s | 9-12 mm²/s |
| -30°C에서의 운동 점도 | 저온 유동성; 주요 저온 수치 | 1,500 mm²/s 이하 (일반적인 한계) | 명시되지 않음 |
| 인화점 | 화재 안전; 높을수록 좋음 | > 135°C (광물), > 250°C (에스터) | > 135°C |
| 절연 파괴 전압 (BDV) | 조건화 후 절연 강도 | > 70 kV (신규, IEC 60156) | > 70 kV |
| 수분 함량 | 수분 수준; 최소화해야 함 | < 30 ppm (신규 오일) | < 30 ppm |
추운 기후 지역에서는 유동점과 저온 점도가 중요한 역할을 합니다. -10도 섭씨의 기후에는 -30도 섭씨의 값이 적합하지만, -40도 섭씨의 온도에서는 완전히 비효율적입니다. 해당 오일은 기록된 최소 온도에서도 유동점 이상을 유지해야 합니다.
추운 지역을 위한 오일 유형
| 오일 유형 | 유동점 | 인화점 | 리터당 가격 | 최적 사용 |
|---|---|---|---|---|
| 표준 광물 오일 (IEC 60296) | -30°C | > 135°C | $1.5-$2.5 | 온대 기후 |
| 저유동점 나프텐 광물 오일 | -40°C에서 -60°C | > 135°C | $2.5-$4 | -50°C까지의 추운 지역 |
| 고분자량 탄화수소 | 다양함 | > 250°C | $4-$8 | 화재 위험이 있는 추운 장소 |
| 합성 에스터 (IEC 61099) | -40°C에서 -60°C | > 250°C | $6-$15 | 추위 + 화재 안전 + 생분해성 |
| 실리콘 유체 | -50°C 이하 | > 300°C | $15-$30 | 특수 화재 안전 응용 프로그램 |
대부분의 산업 및 공공 유틸리티 프로세스에서 차가운 지역에서는 낮은 유동점의 나프텐 광유가 주요 역할을 합니다. 이들은 합성 에스터의 약 절반 가격으로 필요한 유동성을 제공합니다. 합성 에스터는 화재 규정 및 환경 법규에 따라 필요할 때 사용되며, 이는 차가운 성능을 규제하고 300°C 이상의 인화점을 제공합니다. 실리콘 유체는 매우 높은 비용으로 높은 성능을 제공하는 선택지를 나타냅니다.
나프텐유 vs. 파라핀유
| 특성 | 나프텐유 | 파라핀유 |
|---|---|---|
| 왁스 함량 | 매우 낮음 | 더 높음; 추운 곳에서 왁스 결정 형성 |
| 유동점 | 자연적으로 낮음 (-40°C에서 -60°C 달성 가능) | 더 높음; 강한 탈왁스 필요 |
| 저온 유동 | 우수함 | 유동점 근처에서 급격히 분해 |
| 산화 안정성 | 좋음 | 양호 (약간 더 나은 기본) |
| 가스 흡수 행동 | 더 나은 가스 흡수 | 일반적으로 괜찮지만 왁스가 문제 |
| 차가운 등급에서의 가용성 | 차가운 지역 사양에 대한 표준 | 차가운 지역에선 드물게 사용됨 |
엔지니어들 사이에서 차가운 지역에서 나프텐유 사용에 대한 뚜렷한 합의가 있습니다. 파라핀유에 왁스가 포함되어 있는 사실은 겨울철에 주요 문제를 일으키며, 왁스가 차가워지면 고체화되어 점도가 증가하고 결국 유체가 흐르지 않게 됩니다. 이는 겨울철 변압기 냉각이 비효율적인 문제를 초래합니다. 나프텐유의 낮은 유동 온도와 차가운 조건에서 잘 작동하는 능력은 차가운 지역의 모든 심각한 사양에 대해 공식적으로 수용되며, 많은 변압기 제조업체들이 실제로 유체 시스템 도면에서 선호하는 나프텐 등급을 지정합니다.
사양 매개변수 및 한계
다음 값을 포함하는 것이 필수적입니다:
표준: 광유에 대한 IEC 60296; 합성 에스터에 대한 IEC 61099; 북미에 대한 ASTM D3487.
유동점: 약 -30°C의 온도에서 최소 -40°C; -35°C 이하의 온도에서 최소 -60°C.
40°C에서의 운동 점도: 8에서 12 mm²/s 및 제조업체가 설정한 최대 순환 한도 이하인지 확인하기 위해 -30°C에서 점도를 확인하십시오; 이 한도는 일반적으로 약 1,500 mm²/s입니다.
인화점: 광유에 대해 135 °C 이상; 인증서에 명시된 정확한 값을 참조하십시오.
유전 파괴 강도: IEC 60156 표준에 따라 새 기름에 대해 70 kV 이상.
수분 함량: 최대 30 ppm; 기름의 방출은 이 요구 사항을 준수해야 합니다.
유전 강도 및 산 농도: 새 기름에 대해 IEC 60296에 명시된 특성을 준수합니다.
계약서에 유동점을 언급하는 것을 잊지 마십시오. “차가운 지역 기름”은 충분히 명확하지 않습니다. 차가운 지역 기름은 때때로 저온 기름이라고도 하며, 계약서에 유동점이 언급되지 않은 상태에서 -30°C 표준 등급 기름을 구매하게 될 수 있습니다.
다음 매트릭스는 특정 사이트에 대한 최소 온도를 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다:
| 사이트 극한 최소 | 요구되는 유동점 | 기름 계열 | 리터당 대략 가격 | 비고 |
|---|---|---|---|---|
| -20°C 이상 | -30°C | 표준 광유 (IEC 60296) | $1.5-$2.5 | 표준 등급이면 충분 |
| -20°C에서 -35°C | -40°C | 저온 유동 나프텐 | $2.5-$3.5 | 가장 일반적인 한랭 지역 사양 |
| -35°C에서 -50°C | -50°C에서 -60°C | 나프텐 또는 합성 에스터 | $3.5-$15 | 저온 점도 확인 |
| -50°C 이하 | -60°C 이하 | 합성 에스터 또는 실리콘 | $8-$30 | 펌프 및 가스켓 등급 확인 |
선택 과정
현장의 최저 온도를 결정합니다. 평균 겨울 온도보다는 극한의 최저 온도를 고려하고, 10 또는 15 K의 안전 여유를 추가합니다.
필요한 유동 점을 결정합니다. 예를 들어, 현장 온도가 -40°C인 경우, 오일이 액체 상태를 유지할 수 있도록 -55°C 또는 -60°C 유동 점 오일을 지정합니다.
저온 점도 확인. -30°C의 경우 변압기 제조업체에 오일 점도에 대해 문의하십시오. 이는 냉각 시스템의 효과성을 보장하는 정보입니다.
오일 유형을 선택합니다. 경제성이 목표라면 나프텐 광유를 사용하고, 화재 및 환경 규정의 경우 합성 에스터를 사용하며, 의무적인 경우에만 실리콘을 사용합니다.
변압기의 호환성을 확인합니다. 가스켓, 펌프 및 통풍 장치가 오일과 호환되며 극한 온도를 지원하는지 확인하십시오. -40°C 현장에서는 이러한 저온에 맞게 설계된 특수 가스켓을 선택해야 할 수 있습니다.
인증서를 반드시 받으십시오. 요구 사항에 따라 유동 점, 점도, BDV, 수분 함량 및 인화점이 포함되어야 합니다.
지역 및 기후별 적용
- 북부 중국, 몽골, 북부 미국 지역 (-30°C에서 -40°C): -40°C 유동 점을 가진 저유동 점 나프텐 오일.
캐나다, 시베리아, 북부 스칸디나비아 (-40°C 이하): -55°C에서 -60°C 유동 점을 가진 오일이 사용되며, 가장 추운 현장에서는 종종 합성 에스터가 사용됩니다.
고산지대 (안데스, 티베트, 알프스): 추운 환경과 고도에서의 냉각 감소의 조합으로 인해 감량이 필요하고 저온 등급 오일을 사용해야 합니다.
해양 및 차가운 해양 조건: 엄격한 수분 관리를 요구하는 나프텐 및 에스터 오일 사용.고도가 추운 어려움을 더합니다: 3,000미터에서 공기 밀도는 대략 30% 낮아져 자연적으로 변압기를 냉각하는 효율성이 떨어지며, 온도가 다루어지기 전에 감량되거나 더 높은 냉각 단계가 할당되어야 합니다.
브랜드 및 가격 비교
| 브랜드 | 원산지 | 냉지역 제공 | 리터당 대략 가격 |
|---|---|---|---|
| 쉘 | 네덜란드/영국 | Diala S4 ZX-I, Diala AX (저유동 점 나프텐) | $2-$4 |
| 엑손모빌 | 미국 | Mobil 3910-60 (파라핀, 유동 점 -60°C), Unvolt | $2.5-$4.5 |
| 나이나스 | 스웨덴 | Nytro Libra, Nytex 620 (나프텐 전문) | $2-$4 |
| 에르곤 | 미국 | Hyvolt III, 저온 등급 나프텐 오일 | $2-$3.5 |
| MIDEL (M&I 재료) | 영국 | MIDEL 7131 합성 에스터 (유동 점 -56°C) | $8-$15 |
| 장쑤 수비안 전력 (브랜드명 오일 포함) | 중국 | 지정된 저온 등급 오일로 채워진 변압기 공급 | 오일 번들; 경쟁력 있는 가격으로 단위 가격 책정 |
석유 산업은 Shell, ExxonMobil, Nynas, Ergon 및 MIDEL과 같은 윤활유 및 에스터를 전문으로 하는 글로벌 기업들이 지배하고 있으며, 이들의 저온 제품은 전 세계에서 사용되고 있습니다. 변압기의 경우, 오일 유형은 일반적으로 계약서에 명시되며, Jiangsu Subian Electric Power와 같은 회사는 계약서에 따라 지정된 저온 오일로 변압기를 제공하고 인증서에 오일 충전을 표시합니다. 실제로 이는 추운 지역에서 매우 중요합니다. 왜냐하면 오일은 소모품이 아니며 교체할 수 없기 때문에 변압기의 열 설계의 일부이기 때문입니다. Subian의 저온 지역 변압기는 오일의 유동점과 점도를 나타내는 인증서와 함께 제공되며, 충전된 변압기의 가격은 일반적으로 유럽 제조업체가 생산한 유사 제품의 가격보다 40-60% 저렴합니다.
적절한 오일 선택 방법
사이트의 최악의 경우 추정 최소 온도에 허용 오차를 더하여 유동점 요구 사항을 선택합니다.
추운 환경에서는 나프텐 오일을 선택하고, 유동점 기준을 충족하기 위해 탈왁스 처리되지 않은 파라핀 제품은 피합니다.
냉각 시스템이 작동할 수 있도록 저온에서 점도의 한계를 표시합니다.
온도계뿐만 아니라 화재 및 환경 규정을 준수하는 오일 계열을 찾습니다.
극한 온도 조건에 적합한 개스킷 및 펌프 재료인지 확인합니다.
유동점, 점도, BDV, 수분 함량 및 인화점을 나타내는 인증서를 요구합니다.
취급, 저장 및 저온 시동
저온 지역의 오일 취급은 고유한 규율이 있습니다. 드럼, 탱크 및 열전달 파이프는 오일의 유동점 위에 위치해야 하며, 오일이 펌프 가능 상태를 유지할 수 있습니다. 많은 사이트에서는 가열된 저장 및 전송 라인을 사용합니다. 충전 전에 오일은 진공 탈가스 및 30 ppm 이하의 수분 함량으로 건조해야 합니다. 이는 차가운 공기가 매우 적은 수분을 포함하고, 저장소에서 나오는 따뜻한 오일이 이를 응축하기 때문입니다. 일반적으로 저온 지역에서 변압기를 오일로 충전할 때 1-5 마이크론 필터와 진공 건조기를 설치합니다.
추운 조건에서 장비를 시작할 때는 순서를 따르는 것이 매우 중요합니다. 변압기를 켜고 오일이 10-30분 동안 순환하도록 한 다음, 정체된 차가운 오일에서 핫스팟이 형성되지 않도록 상당한 부하를 걸어야 합니다. 일부 운영자는 펌프를 가장 추운 밤 동안 작동 상태로 유지하며, 펌프되는 오일의 온도에 따라 제어 시스템을 설정하는 대신 그렇게 합니다. 운영 규칙은 사이트의 사양뿐만 아니라 유지보수 매뉴얼에 포함되어야 합니다.
자주 묻는 질문
추운 지역에 적합한 변압기 오일은 무엇인가요?
추운 지역에서의 응용을 위해 IEC 60296에 의해 승인된 저유동점 나프텐 광유를 사용하는 것이 최선의 선택입니다: 이 오일은 -40°C에서 -60°C의 온도에서 액체 상태를 유지하며 리터당 약 $2.5-$4의 비용이 듭니다. 합성 에스터는 리터당 약 $8-$15의 가격으로 제공되며, 향상된 화재 안전성과 생분해성을 제공하지만 추운 지역에서의 성능 수준은 동일합니다. 표준 오일은 -30°C의 유동점을 가지며, 약 -25°C 이하의 온도를 경험하는 장소에는 충분하지 않습니다.
변압기 오일의 유동점이란 무엇을 의미합니까?
유동점은 오일이 여전히 흐르고 있는 온도로 정의됩니다. 이 온도에서 순환이 멈추고, 결과적으로 변압기가 냉각되지 않아, 동결 날씨와 관계없이 권선이 과열됩니다. 변압기의 표준 오일은 -30°C의 유동점을 가지며, 추운 지역의 오일은 사이트에 따라 -40°C, -45°C 또는 -60°C로 평가됩니다.
겨울에 나프텐 오일과 파라핀 오일 중 어떤 것이 더 좋습니까?
확실히 나프텐입니다. 파라핀 오일은 차가운 온도에서 결정화되는 파라핀을 포함하고 있어 점도가 증가하여 오일이 전혀 흐르지 못하게 되며, 이는 변압기가 이러한 온도에서 냉각될 수 없음을 의미합니다. 나프텐 오일은 자연적으로 저유동점이며 추운 날씨에서도 잘 흐르기 때문에, 추운 지역의 오일 사양은 거의 항상 나프텐 등급 오일을 요구합니다.
추운 지역을 위한 변압기 오일의 비용은 얼마인가요?
표준 광물 오일은 리터당 $1.5-$2.5에 가격이 책정되며, 저온 유동점 나프텐 오일은 리터당 $2.5-$4에, 합성 에스터는 리터당 $6-$15에, 실리콘 오일은 리터당 $15-$30에 가격이 책정됩니다. 오일 가격 차이는 10,000리터 변압기에 대해 약 $10,000–$20,000으로, 겨울 고장 비용에 비해 크지 않습니다.
변압기를 단순히 감액하면 표준 변압기 오일을 사용할 수 있나요?
감액은 열에는 도움이 되지만, 차가운 유동성에는 도움이 되지 않습니다. 오일의 유동점이 현장 최소값 이상이면, 변압기가 얼마나 적은 부하를 지니고 있든 오일은 흐르지 않게 됩니다. 사양은 현장 온도에 의해 결정되어야 하며, 변압기와 오일은 하나의 열 시스템으로 선택되어야 합니다. 진정한 추운 지역에서는 냉급 오일이 선택 사항이 아닙니다.
참고 문헌
- IEC 60296 — 전기 기술 응용을 위한 유체, 사용되지 않은 광물 절연 오일 — 광물 변압기 오일 등급 및 유동점에 대한 마스터 표준.
- IEC 61099 — 전기 목적을 위한 합성 유기 에스터 — 합성 에스터 절연 오일에 대한 표준.
- ASTM D3487 — 전기 기기에 사용되는 광물 절연 오일에 대한 표준 사양 — 북미 광물 오일 사양.
- IEC 60156 — 절연 액체, 파괴 전압의 결정 — BDV에 대한 유전 테스트 방법.
- IEEE C57.106 — 절연 미네랄 오일의 수용 및 유지 관리에 대한 가이드 — 오일 수용 기준 및 수분 한계.
- Nynas — 변압기 오일 솔루션 — 전문 나프텐 오일 등급 및 적용 지침.
- M&I Materials — MIDEL 에스터 유체 — 발표된 저온 데이터를 가진 합성 에스터 제품.
결론
이는 추운 조건에서 변압기 오일을 구매하는 것이 단순히 윤활유 자체에 관한 것이 아니라 열 설계와 관련이 있음을 의미합니다. 유동점, 저온 점도 및 수분 함량은 냉각 시스템이 가장 추운 밤에도 작동할 수 있는지를 결정하며, 오일의 종류는 화재 및 환경 위험을 정의합니다. 올바른 정보가 문서화되면 변압기는 수년간 사용될 수 있지만, 그렇지 않으면 겨울에 큰 비용을 치르게 됩니다.
- 카탈로그 기본값이 아닌 현장의 극한 최소값에 여유를 더한 유동점을 지정하십시오.
- 추운 지역에는 나프텐 오일을 선택하고, 화재나 환경이 요구하는 경우에만 에스터를 사용하십시오.
- 제조업체의 순환 한도에 대해 저온 점도를 확인하십시오.
- 오일과 변압기를 하나의 시스템으로 구매하고, 계약서에 인증서를 포함시키십시오.
IEC 60296에 인증된 올바른 냉급 오일로 채워진 오일 침수 변압기에 대해 문의하십시오. 장쑤 수비안 전력 공장에서 www.subian-electric.com — 귀하의 현장 최소 온도와 유동점 요구 사항을 지정하면, 인증서가 포함된 채워진 유닛에 대한 견적을 제공할 것입니다.