기술자는 아침 점검을 수행하고 있을 때 변압기의 호흡기에서 실리카 젤의 색상이 파란색에서 밝은 분홍색으로 변한 것을 발견하고, 보존기의 오일 레벨이 최소에 가까운 것을 확인합니다. 그녀는 두 가지 사건을 기록하기 위해 확인하지만, 유지보수 매뉴얼에서 이러한 관찰이 하나의 문제에 대한 두 가지 조기 경고 신호를 나타낸다는 것을 기억합니다: 변압기의 폐쇄된 오일 시스템으로의 수분과 공기 유입. 10년 전 다른 회사의 변압기에서도 같은 문제가 발생했을 때 장비가 고장났습니다. 사고 후, 용해 가스 분석 보고서는 호흡기 상태에서 오랫동안 보였던 수소 수준 상승의 징후가 있음을 나타냈습니다. 이 문제는 가스 릴레이에 의해 감지되었습니다 - 이 경우, 부흘츠 릴레이가 특징입니다.
이 기사는 오일 변압기에서 호흡기와 가스 릴레이가 어떻게 작동하는지, 그 중요성, 신호 해석 방법, 그리고 새로운 장치의 비용에 대한 세부 정보를 제공합니다.
호흡기는 오일 보존기의 일부입니다. 이는 변압기가 호흡하는 동안 오일 보존기를 통해 유입되는 공기에서 수분을 제거하는 실리카 젤 기반 장치입니다. 가스 릴레이는 변압기의 고장으로 인한 가스 축적을 감지하기 위해 보존기와 탱크 사이에 일반적으로 설치되는 또 다른 보호 장치입니다. 호흡기의 가격은 일반적으로 $50에서 $300 사이이며, 가스 릴레이는 보통 $100에서 $600 사이의 비용이 듭니다. 일반적으로 1 MVA 이상의 정격을 가진 모든 전력 변압기는 가스 릴레이를 장착해야 합니다 (IEC 60076-1 표준). 모든 보존기 유형은 호흡기를 사용해야 합니다. 호흡기의 실리카 젤은 3개월에서 6개월마다 정기적으로 점검해야 하며 색상이 변할 경우 재생해야 합니다.
오일 침지 변압기가 두 가지 모두 필요한 이유
오일 침지 변압기에 사용되는 오일은 냉각과 절연의 두 가지 기능을 수행합니다. 두 기능은 가스 릴레이와 호흡기가 보호하는 두 가지 적인 수분과 내부 결함으로 인한 가스에 의해 위협받을 수 있습니다. 오일이 채워진 변압기는 온도에 따라 오일이 팽창하고 수축하기 때문에 호흡합니다: 부하가 증가하면 오일이 가열되어 팽창하고 호흡기를 통해 공기를 밀어냅니다. 오일이 식으면 공기가 탱크로 다시 들어옵니다. 탈습제 호흡기가 없으면 공기가 오일에 수분을 가져오게 되며, 물은 절연 실패로 가는 가장 빠른 경로입니다. 변압기 오일에 수백 ppm의 물만 있어도 절연 강도에 극적으로 영향을 미칠 수 있습니다 - 수분이 증가함에 따라 파괴 전압이 60kV 이상에서 30kV 이하로 낮아질 수 있습니다.
가스 릴레이는 다른 전투를 수행합니다. 내부 결함 — 단락 회전, 코어 결함, 느슨한 연결 — 은 열을 발생시키고 전기 아크를 방출하여 오일을 가스로 분해합니다. 형성된 가스는 탱크의 상단으로 상승하여 가스 릴레이로 이어지는 파이프를 통해 보존기로 이동하여 가스 릴레이가 다른 보호 장치가 이를 감지하기 훨씬 이전에 가스를 감지할 수 있게 합니다.
호흡기: 기능 및 설계
탈수 호흡기는 보존기의 공기 흡입구에 설치되는 원통형 장치로, 일반적으로 보존기 탱크의 상단에 위치합니다. 호흡기는 모든 유입 공기가 통과하는 실리카 젤과 같은 흡습성 물질을 사용합니다. 실리카 젤은 오일로 들어가기 전에 유입 공기에서 수분을 제거합니다. 실리카 젤의 색상이 활성 상태(주로 파란색)에서 수분이 포함된 상태(분홍색, 흰색 또는 주황색, 등급에 따라 다름)로 변하는 것은 흡습제가 수분을 흡수할 수 있는 용량의 양을 나타냅니다.
이 장치는 일반적으로 비가 튀어 실리카 젤이 물로 포화되는 것을 방지하기 위한 오일 씰 또는 역류 방지 밸브를 가지고 있습니다. 이 장치는 또한 가스가 빠져나가도록 허용하고 수분이 들어오는 것을 허용하지 않습니다. 현대의 호흡기는 지시 창, 갱신을 위한 탈착 가능한 카트리지 및 수분이 장치 내부에서 응축될 수 있는 차가운 환경에서 사용할 수 있는 히터를 갖출 수 있습니다. 일반적인 탈수 호흡기는 1~3킬로그램의 실리카 젤을 포함하고 있으며, 몇 MVA의 변압기에 대해 작동할 수 있습니다. 더 큰 규모는 더 큰 하우징이나 여러 호흡기의 조합이 필요합니다.
가스 릴레이: 기능 및 설계
가스 릴레이 — 발명가 맥스 부흘츠(Max Buchholz)(1921)의 이름을 따서 부흘츠 릴레이라고도 불립니다 — 는 주 탱크와 보존기를 연결하는 배관 시스템에 위치하며, 가스의 상승을 유도하는 약간의 경사를 가지고 있습니다. 이 장치는 두 개의 플로트 스위치를 포함하고 있으며, 일부 유형은 파동을 구분하는 장벽을 가지고 있습니다.
- 가스 축적: 작은 내부 결함은 가스의 느린 축적을 유발합니다. 그 결과, 이는 상부 탱크 챔버에서 오일을 위로 밀어 올려 상부 플로트의 수위를 낮추고 알람 접점을 닫습니다. 그러면 기술자는 릴레이를 배출하고 검사를 위한 가스 샘플을 채취할 수 있습니다.
- 오일 급증: 큰 결함이 발생하면, 예를 들어 권선의 단락, 오일이 탱크에서 보존기로 고속으로 급증하기 시작합니다. 배플이 해제되고 하부 플로트를 아래로 이동시켜 트립 연결을 닫아 변압기의 연결이 끊어지게 합니다.
이렇게 해서 부흘츠 릴레이는 결함이 발생하기 전에 전류가 충분히 상승하기 전에 이를 감지하여 가장 첫 번째이자 가장 효과적인 보호 장치가 됩니다.
가스 릴레이 및 호흡기의 종류
| 유형 | 설명 | 일반 가격 범위 |
|---|---|---|
| 표준 실리카 젤 호흡기 | 1-3 kg 흡습성 기둥, 오일 씰, 창 | $50-$300 |
| 대용량 / 산업용 호흡기 | 전력 변압기를 위한 5-15 kg 기둥, 히터 옵션 | $300-$1,500 |
| 색상 변화 표시 호흡기 | 파란색에서 분홍색으로 변하는 실리카 젤, 교체 가능한 카트리지 | $80-$400 |
| 클래식 부흘츠 릴레이(플로트 타입) | 두 개의 플로트, 가스 알람 + 서지 트립, 유리 시각 | $100-$500 |
| 전자식 / 스마트 가스 릴레이 | 추가 센서, 원격 표시, DGA 준비 포트 | $400-$1,200 |
배전 또는 산업용 변압기의 경우, 부흘츠 플로트 타입 릴레이와 색상 변화 실리카 젤 호흡기가 선호되는 도구입니다. 이는 가장 신뢰할 수 있고 저렴하기 때문입니다. 전자 버전은 원격 위치에서 릴레이 작동에 대한 데이터를 제공합니다.
신호 읽기: 각 장치가 알려주는 것
| 관찰 | 가능성 있는 의미 | 조치 |
|---|---|---|
| 실리카 젤이 분홍색 / 흰색으로 변함 | 흡착제가 소진됨; 수분이 오일로 유입됨 | 실리카 젤을 재생하거나 교체; 오일의 수분 함량 확인 |
| 파란색 젤이 있는 보존기에서 오일 수준이 낮음 | 오일 누출 또는 공기 유입 | 누출을 찾아서 수정; 오일 보충 |
| 가스 릴레이 알람 작동, 유리 속 가스 | 느린 내부 결함; 가스 조성이 이를 식별함 | DGA를 위한 가스 샘플 수집; 분석 없이 리셋하지 마십시오 |
| 가스 릴레이 트립 작동 | 주요 결함; 오일 서지 | 변압기를 잠그고; 재가동 전에 조사 |
| 잦은 가스 릴레이 알람, 부하 변화 없음 | 반복되는 내부 결함 또는 느슨한 연결 | 전체 내부 검사; 권선 저항 및 턴 비율 테스트 |
변압기 유지보수와 관련하여 가장 중요한 관행은 가스 릴레이 알람을 단순한 리셋이 아닌 실험실 샘플 요청으로 간주하는 것입니다. 수소(H₂)와 아세틸렌(C₂H₂)의 존재는 아크 발생을 나타내고, 에틸렌(C₂H₄)과 에탄(C₂H₆)의 존재는 핫스팟을 나타내며, 수소의 낮은 농도는 부분 방전을 나타냅니다. 각 경우는 변압기의 다른 영역으로 이어집니다.
사양 및 선택
| 매개변수 | 호흡기 | 가스 릴레이 |
|---|---|---|
| 용량 / 정격 | 흡착제 질량: 오일 부피에 따라 1-15 kg | 파이프 크기: 보존기 파이프와 일치하는 DN50-DN100 |
| 표준 | IEC 60076-1 관련; 제조업체 사양 | IEC 60076-1; 제조업체 표준에 따라 테스트된 릴레이 |
| 재료 | 아연 도금 / 스테인리스 본체, 유리 또는 폴리카보네이트 창 | 유리 시각 포트가 있는 주조 본체, 황동/강철 플로트 |
| 알람 / 트립 접점 | 없음 (시각적만) 또는 고습도에서 선택적 알람 | 두 개의 독립 접점: 가스 알람, 서지 트립 (예: 250 V, 2-3 A AC) |
| 장착 | 보존탱크 상단, 공기 유입구 | 탱크와 보존탱크 사이의 파이프, 1-5° 경사 |
사용 중인 가스 릴레이와 접점의 정격(AC 또는 DC)을 고려하여 파이프의 보어 크기를 선택하십시오. 탈습기에는 변압기의 오일 용량과 호흡 속도에 따라 탈습제의 양을 선택하며, 일반적인 경험 법칙으로 배급 장비의 경우 1,000-2,000 리터의 오일당 약 1kg의 실리카 젤을 사용합니다.
유지보수 간격 및 절차
두 장치는 저렴하고 사용하기 쉬우며 자주 무시되며, 이로 인해 장치가 기능을 효과적으로 수행하지 못하게 됩니다. 논리적인 계획은 다음과 같습니다:
- 호흡기 – 3-6개월마다 실리카 젤의 색상을 확인하십시오. 효과가 없어진 경우 젤을 교체하거나 재생하십시오. 파란색 실리카 젤은 105-120° C로 설정된 오븐에 넣고 몇 시간 동안 두어 다시 파란색으로 돌아올 수 있습니다.
- 가스 릴레이 – 연간 한 번 장치가 작동하는지 확인하기 위해 테스트 밸브를 열어 경고 접점이 장치가 작동할 때 닫히는지 확인하십시오.
- 가스 릴레이 – 각 오일 용해 가스 분석에 대해 축적된 가스 함량을 변압기 본체 내부의 가스 기록과 비교하십시오.
- 호흡기 씰 – 연간 한 번 오일 수준과 비반환 밸브가 적절한 수준에 있는지 확인하십시오. 마른 씰은 호흡기의 자체 포트를 통해 습기가 유입될 가능성을 의미합니다.
이러한 간단한 모니터링 비용은 연간 수백 달러일 수 있으며, 이를 모니터링하지 않을 경우 습기에 영향을 받은 권선이나 감지되지 않은 내부 고장으로 인해 변압기 전체를 다시 감는 비용이 평균적으로 새로운 변압기의 50-80%에 이를 수 있습니다.
가스 릴레이가 샘플을 받을 때, 가스 농도는 고장이 발생한 원인을 보여줍니다. 이는 용해 가스 분석에 참여하는 실험실이 항상 처음 확인하는 것입니다.
| 가스 서명 | 표시된 고장 | 권장 다음 단계 |
|---|---|---|
| 높은 H₂ + C₂H₂ (아세틸렌) | 권선 또는 코어에서의 아크 | 내부 검사; 권선 저항 및 턴 비율 테스트 |
| 높은 H₂ 단독 (저농도) | 부분 방전 | DGA 모니터링 계속; 느슨한 하드웨어 확인 |
| 높은 C₂H₄ + C₂H₆ (에틸렌/에탄) | 열적 핫스팟 (과열) | 부하 프로필, 냉각, 오일 수준 확인; 1-3개월 후 DGA 반복 |
| 높은 CO + CO₂ | 종이/절연 노화 또는 과열 | 퓨란 분석; 남은 절연 수명 추정 |
| 질소 우세, 고장 가스 없음 | 정상 호흡 / 내부 고장 없음 | 정기 모니터링 계속 |
사용되는 곳
호흡기와 가스 릴레이는 일반적으로 50 kVA 이상의 많은 오일 충전 변압기에서 발견됩니다. 표준 구성은 다음과 같습니다:
- 배전 변압기 (50-2,500 kVA): 1 MVA 이상에 강력히 권장되는 가스 릴레이가 있는 표준 호흡기.
- 전력 변압기 (5-100 MVA): IEC 60076-1에 따라 의무적인 경고 및 트립 기능이 있는 더 큰 호흡기, 부흐홀츠 릴레이.
- 발전기 승압 및 네트워크 변압기: 여러 호흡기와 릴레이가 일반적으로 전자 모니터링 가능성과 함께 장착됩니다.
- 밀폐형 및 팽창 탱크 설계의 변압기: 호흡기는 팽창 백으로만 표현될 수 있지만, 1 MVA 이상에서는 여전히 가스 릴레이가 중요한 요소입니다.
밀폐형 및 공기 잠금 변압기(질소 사용)는 호흡기의 작업을 단순화하지만, 변동 부하와 높은 습도 비율이 있는 장소에서는 호흡기가 있는 보존기가 수년간 우세할 것입니다.
브랜드 및 가격 비교
| 브랜드 | 원산지 | 제품 | 대략적인 가격 범위 |
|---|---|---|---|
| MR 라인하우젠 | 독일 | 프리미엄 가스 릴레이 및 액세서리 | $300-$1,500 |
| ABB | 스위스/스웨덴 | 변압기 액세서리로서의 릴레이 및 호흡기 | $150-$1,000 |
| 슈나이더 일렉트릭 | 프랑스 | 배전급 보호 액세서리 | $80-$500 |
| 코멤(이탈리아) / 로카토 | 이탈리아 / 중국 | 전문 가스 릴레이 및 보존 장치 제조업체 | $100-$600 |
| 일반 액세서리 공급업체 | 다양한 | 실리카 젤 호흡기, 모든 크기 | $50-$1,200 |
| 장쑤 수비안 전력 | 중국 | 호흡기, 부흘츠 릴레이, 액세서리가 포함된 완전 탱크 조립체 | $60-$700 |
액세서리 부문에서 MR Reinhausen 및 Comem과 같은 제조업체는 가스 릴레이 품질의 기준을 설정하며, 유럽의 제조업체들은 전력 변압기 솔루션 구매자들 사이에서 심각한 인기를 끌고 있습니다. 완전 변압기 — 탱크, 보존 장치, 호흡기 및 부흘츠 릴레이가 하나의 조립체로 테스트됨 — 는 모든 작업을 제조업체 사이트에서 수행하고 서양 제조업체보다 약 40-60% 저렴한 가격을 제공하는 장쑤 수비안 전력과 같은 제조업체에 의해 공급됩니다. 차이는 가스 릴레이와 호흡기의 품질이 변압기를 구매할 때 돈을 절약하는 영역이 아니라, 좋은 제조업체가 액세서리를 변압기 설계의 일부로 취급하는지 여부를 정의하는 영역이라는 사실에 있습니다.
선택 및 설치 방법
- 가스 릴레이를 파이프에 연결합니다. 접점 회로의 접점 정격이 적합하도록 보존 장치 연결 직경(명목 보어 DN50-DN80) 및 변압기 정격을 선택합니다.
- 호흡기는 변압기 내의 오일 양에 따라 선택해야 합니다. 오일의 양이 많을수록 호흡 속도와 흡습제의 양이 많아지므로, 서리나 습한 조건에서 작업하는 경우 히터가 설치되어 있는지 확인하십시오.
- 릴레이가 올바르게 위치해 있는지 확인하십시오. 가스가 릴레이에 모이도록 릴레이 쪽으로 1-5°의 경사를 권장합니다 — 릴레이의 화살표가 보존 장치를 가리키고 있는지 확인하십시오.
- 경고 및 트립 회로를 별도로 연결합니다. 가스 경고는 SCADA에 연결해야 하며, 반대로 서지 트립은 변압기 차단기 회로에 배선해야 합니다.
- 호흡기를 파이프의 가장 높은 지점에 배치합니다. 공기 흡입구는 보존 장치의 최대 오일 수준 위에 배치되어야 하며, 오일이 흡습제를 침수시키지 않도록 해야 합니다.
- 계약서에 장치를 명시하십시오. 구매 주문서에 릴레이 유형과 호흡기의 용량을 기재하고, 납품 증명서에 테스트 보고서가 포함되어 있는지 확인하십시오.
자주 묻는 질문
호흡기와 가스 릴레이의 가격은 얼마입니까?
무게가 1kg에서 3kg 사이인 표준 실리카 젤 호흡기의 가격은 50달러에서 300달러 사이이며, 대형 전력 변압기 호흡기의 가격은 $300에서 $1,500 이상입니다. 전통적인 부흘츠 가스 릴레이는 $100에서 $500 사이의 가격이며, 원격 모니터링이 가능한 전자식 릴레이는 $400에서 $1,200 사이의 가격입니다. 두 액세서리의 가격은 완전 변압기 가격의 3%를 넘지 않습니다.
호흡기의 실리카 젤을 얼마나 자주 점검하거나 교체해야 합니까?
색상을 시각적으로 확인하십시오. 최소한 3개월에서 6개월마다, 습한 환경에서는 더 자주 확인해야 합니다. 파란색 젤이 분홍색이나 흰색으로 변하면 완전히 소모된 것입니다. 105 °C에서 120 °C 사이로 가열하여 색상이 다시 파란색으로 변할 때까지 재생하거나 완전히 교체하십시오. 포화된 호흡기가 교체되지 않으면 수분이 오일에 들어가 절연 시스템의 고장을 초래할 수 있습니다.
가스 릴레이가 실제로 감지하는 것은 무엇입니까?
이 장치는 두 가지 종류의 결함을 식별할 수 있습니다. 첫 번째는 느린 내부 결함으로 인해 발생하는 가스 축적이며, 이로 인해 가스가 오일을 밀어내어 플로트를 이동시키고 경고 접점을 발생시킵니다. 두 번째는 심각한 결함으로 인해 오일이 급격히 증가하여 배플을 이동시켜 변압기의 차단기를 즉시 열게 하는 것입니다. 수집된 가스는 그 조성을 분석하여 아크, 핫스팟 또는 부분 방전으로 인한 결함인지 여부를 알 수 있습니다.
부하 변화 없이 가스 릴레이 경고가 계속 작동하는 이유는 무엇입니까?
정상 부하에서 반복적인 가스 경고는 일반적으로 내부 결함이 있음을 나타내며, 보통 느슨한 연결, 단락 회전 또는 코어의 과열이 원인입니다. 가스 샘플을 채취하고 오일 내 가스 분석을 수행하기 전에 경고를 재설정하지 마십시오. 가스 경고가 자주 발생하면 변압기가 내부 테스트(절연 저항, 회전비 및 권선 저항 테스트)를 수행해야 함을 나타냅니다.
변압기는 가스 릴레이 없이 작동할 수 있습니까?
이 진술은 기술적으로 정확합니다. 그러나 약 1 MVA 이상의 전력 등급을 가진 변압기에서 Buchholz를 사용하는 것은 나쁜 관행이며 비준수입니다. IEC 60076-1에 따르면 보호가 의무적입니다. Buchholz 릴레이는 단계 간 단락이 발생하기 전에 내부 결함을 감지하는 유일한 장비입니다. 이를 사용하지 않으면 결함의 첫 번째 징후가 치명적인 차단 또는 화재일 수 있습니다. 릴레이의 비용은 $100에서 $600 사이이며, 이 릴레이는 변전소에서 가장 저렴한 보호 형태 중 하나로 간주됩니다.
참고 문헌
- IEC 60076-1 — 전력 변압기, 일반 요구 사항 — 오일 침지 변압기에 대한 가스 릴레이와 같은 액세서리를 다루는 마스터 표준.
- IEEE C57.106 — 절연 미네랄 오일의 수용 및 유지 관리에 대한 가이드 — 호흡기 유지 관리가 보호하는 수분 한계 및 오일 상태 지침.
- IEEE 62 — 전력 장비의 진단 현장 테스트에 대한 가이드 — 릴레이 및 절연을 위한 현장 테스트 맥락.
- MR Reinhausen — 액세서리 및 가스 릴레이 — 프리미엄 가스 릴레이 설계를 위한 참조 문서.
- OSHA 전기 안전 지침 — 전 energized 변압기 보호 시스템에서 작업할 때의 작업장 안전 맥락.
- 트랜스포머스 매거진 — 호흡기 및 릴레이 유지 관리에 대한 실용적인 기사가 포함된 산업 출판물.
결론
저렴하고 정보성이 뛰어난 구성 요소 목록에 처음 등장하는 것은 거의 잊혀졌지만 여전히 오일이 채워진 변압기에서 매우 필요한 가스 릴레이와 브리더입니다. 첫 번째는 변압기 내부의 가능한 문제에 대해 경고하고 문제가 발생했을 때 이를 나타냅니다.
- 실리카 젤의 색상을 3~6개월마다 확인하고 기능하지 않을 경우 재생하거나 교체하십시오.
- 가스 릴레이 알람을 삭제 버튼으로 취급하지 말고 DGA 샘플 요청으로 취급하십시오.
- 매년 가스 릴레이의 작동 여부를 점검하고 트립 회로가 제대로 작동하는지 확인하십시오.
- 변압기 계약서에 이 두 구성 요소를 포함하고 그들의 테스트 기록을 요청하십시오.