변압기 오일 변압기는 운송, 보관, 사용 과정에서 외부 또는 오일 자체의 산화 작용으로 인해 수분이 함유된 상태로 존재할 수 있으며, 이때 생성되는 물은 다음과 같은 상태로 존재합니다. 첫째는 자유수이고, 둘째는 물에 용해된 극미세 입자입니다. 절연 섬유 분자는 포도당(C6H12O6) 분자입니다. 물이 섬유 분자 내부로 들어가면 분자 간 인력이 감소하고, 가수분해를 촉진하여 저분자 물질로 분해되며, 섬유의 기계적 강도와 중합도를 저하시킵니다.

현재, 전력 변압기변압기는 전력 시스템에서 가장 중요하고 값비싼 장비 중 하나일 뿐만 아니라, 전력 시스템에서 가장 많은 사고를 일으키는 장비 중 하나이기도 합니다. 변압기가 갑자기 고장 나기 전에는 절연 열화와 잠재적 결함으로 인해 작동 전압의 작용으로 빛, 전기, 소리, 열, 화학적 변화 등 일련의 현상과 정보가 발생합니다. 따라서 국내외에서 예방 점검에 기반한 정기적인 예방 정비뿐만 아니라, 온라인 모니터링에 기반한 예측 정비 전략을 연구하여 잠재적 결함이나 고장을 실시간으로 또는 정기적으로 온라인에서 모니터링하고 진단하는 것이 중요합니다. 변압기 절연유의 수분 함량은 변압기 절연 품질을 결정하는 중요한 지표입니다. 변압기 온라인 지능형 진단 장비는 오일 내 수분 함량을 자동으로 수집 및 분석하여 고장 원인을 파악하고 해결책을 제시함으로써 사용자가 변압기에 내재된 잠재적 위험을 적시에 해결하고 사고를 예방할 수 있도록 지원합니다.

1. 변압기 오일 내 수분의 상태 및 유해성

변압기는 운송, 보관 및 사용 과정에서 외부 물질에 노출되거나 오일 자체의 산화로 인해 물이 생성될 수 있으며, 생성된 물은 다음과 같은 상태로 존재할 수 있습니다.

첫 번째는 자유수입니다. 외부에서 물이 침투하여 물과 잘 섞이지 않는 경우를 말합니다. 이는 오일의 절연 파괴 전압에는 영향을 미치지 않지만, 오일에 용해된 물이 있을 가능성을 시사하므로 즉시 처리해야 합니다.

두 번째는 극미세 입자가 물에 용해된다는 것입니다. 일반적으로 공기 중의 입자가 오일에 들어가 오일의 절연 파괴 전압을 급격히 감소시킵니다. 이로 인해 매체 손실이 증가하고 진공 필터로 오일을 여과해야 합니다.

셋째, 유화수. 석유 정제가 불량하거나 장기간 운전으로 인해 석유가 노화되거나 석유가 유화로 오염되면 석유와 물 사이의 계면 장력이 감소하여 석유와 물이 혼합되어 유화 상태를 형성하게 됩니다. 이러한 경우 유화분리제를 첨가해야 합니다.

그로 인한 피해는 다음과 같습니다. 첫째, 석유 제품의 절연 파괴 전압을 낮춥니다. 100~200mg/kg의 불순물이 함유된 경우 절연 파괴 전압이 1.0kV까지 떨어지는데, 이는 석유 속 섬유 불순물이 수분을 쉽게 흡수하여 전기장의 작용으로 전극 사이에 전도성 "다리"를 형성함으로써 절연 파괴가 쉽게 발생하기 때문입니다.

두 번째는 매체의 손실 계수를 증가시키는 것입니다. 현탁 유화된 물이 가장 큰 영향을 미치며 균일하지 않습니다. 절연 섬유 분자는 포도당(C6H12O6) 분자입니다. 물이 섬유 분자 내부로 들어가면 인력이 감소하고 저분자 물질로의 가수분해가 촉진되어 섬유의 기계적 강도와 중합도가 저하됩니다. 실험 결과, 120℃에서 절연 섬유의 수분 함량은 1배 증가하고 섬유의 기계적 강도는 1/2로 감소하는 것으로 나타났습니다. 온도가 상승하면 오일 내 수분 함량은 증가하고 섬유 내 수분 함량은 감소하며, 온도가 하강하면 그 반대가 됩니다. 따라서 오일 내 수분 함량을 모니터링해야 하며, 이를 통해 절연 섬유의 노화를 모니터링해야 합니다. 네 번째는 물이 유기산의 부식성을 촉진하고 금속 부품의 부식을 가속화한다는 것입니다. 요약하자면, 오일의 수분 함량이 높을수록 오일 자체의 노화, 장비 절연체의 노화 및 금속 부품의 부식이 빨라지므로 오일의 수분 함량, 특히 용존수 함량을 모니터링하는 것이 필요합니다.

2. 변압기 절연유의 수분 함량 측정 방법

습도 평가 절연 재료 변압기의 신뢰성과 수명을 보장하는 데 있어 습도는 중요한 요소입니다. 절연유의 습도는 끊임없이 변화하며, 이는 변압기의 품질에 악영향을 미칠 수 있습니다. 특히, 대부분의 습기는 절연지에 분포되어 있습니다. 습도는 고체 및 액체 절연재료의 절연파괴 강도에 영향을 미치고, 셀룰로오스 절연재료의 노화 속도와 과부하 시 기포 발생 경향에도 영향을 줍니다.

주변 온도, 부하, 노화, 누설 등 여러 요인으로 인해 변압기의 습도는 지속적으로 변화합니다. 따라서 변압기 온도의 주기적인 변화에 따른 지속적인 모니터링 및 진단이 필요하며, 이는 특히 과부하 또는 피크 부하 변압기에 필수적입니다. 변압기 절연 시스템의 총 습도는 셀룰로오스와 액체의 수분 함량에 의해 결정됩니다. 절연지와 절연유 사이의 습도 관계는 온도에만 의존합니다. 온도가 상승하면 절연유의 수분 용해도(용액의 수분 보유 능력)가 증가하고, 절연지에서 절연유로 수분이 이동합니다.

온도가 낮아지면 과정은 역순으로 진행되지만, 액체 매체에서 고체 절연 재료로의 수분 이동은 매우 느립니다. 따라서 냉각 시 절연유의 수분 함량은 가열 시보다 높습니다. 그러므로 변압기 내부의 습도 분포를 정확하게 파악하려면 변압기의 열 순환 과정 중 어느 단계에 있는지 알아야 합니다. 액체 매체의 수분 함량을 모니터링하여 절연지의 실제 습도를 파악하려면 변압기가 비교적 안정적인 온도 상태에 있어야 합니다.

절연유 내 수분의 상대적 포화도는 표준화가 필요합니다. 절연유 내 습도는 온도 변화와 밀접한 관련이 있으며, 변압기 주함 내부에는 일반적으로 상단이 하단보다 온도가 높은 온도 구배가 존재하기 때문입니다. 표준화를 위해 전문가 시스템 분석을 통해 하단부의 상대적 포화도를 백분율로 도출합니다. 이는 센서에서 보고된 온도와 샘플링 위치를 이용하여 얻을 수 있습니다.

본 분석은 변압기 상단 온도가 하단 온도보다 10℃ 높다고 가정합니다. 상단이나 하단 이외의 위치를 ​​샘플링 지점으로 사용할 경우, 온도 편차를 명시해야 합니다. 전문가 시스템은 상대 습도 포화도와 측정된 특정 온도를 이용하여 절연지 습도 계산 결과를 특정 백분율의 상대 습도 포화도로 산출합니다. 단, 이 계산은 단일 측정값을 기반으로 하므로, 특히 변압기가 급격한 온도 변화를 겪은 후에는 절연지의 실제 습도 농도를 정확하게 반영하지 못할 수 있다는 점에 유의해야 합니다.

전문가 시스템이 변압기가 평형 상태(절연지가 습기를 방출하거나 흡수하지 않는 상태)에 있다고 판단하면, 변압기가 평형 상태일 때 측정한 최근 30회 상대 포화도 값의 평균을 계산하여 두 번째 상대 포화도를 산출합니다. 위에서 기록된 온도 및 변동률은 평형 상태 여부를 판단하는 기준이 됩니다.

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