변압기(Transformer)의 오일 탈기(Oil-Degas)와 기체 배출
변압기(Transformer)는 전기의 전압을 높이거나 낮추는 장치로, 가정이나 산업 현장에서 전압을 낮추고 전기를 안전하게 사용하는데 사용됩니다.
변압기는 손가락만한 크기부터 건물 크기만한 변압기까지 다양한 크기와 종류로 제작됩니다.
그 중 전력망이나 산업용 시설에서는 유입 변압기(Oil-immersed Transformer)를 사용합니다.
유입 변합기는 변압기의 코일과 권선이 절연유에 담겨 있는 변압기로 코일과 권선이 서로 접촉하는 것을 방지하고 전기의 열을 흡수해 냉각하는 역할을 합니다.
이번 시간에는 유입 변압기 오일의 탈기와 기체 배출에 대해 알아보겠습니다.
왜 변압기의 오일을 탈기해야 하나?
변압기의 오일 속에는 전기적 합성이나 열로 인한 분해 현상으로 인해 산소와 수소 등 다양한 기체가 발생합니다.
이 기체들은 눈에는 보이지 않지만 분자 단위로 오일 속에 분산되어 있으며, 아크나 코로나 방전, 과열 등을 일으켜 번압기의 전기 효율과 수명을 감소시킬 수 있습니다.
또한 변압기 속에는 일정 부분의 수분도 존재할 수 있는데, 30ppm(parts per million) 정도 수준의 수분은 오일의 절연도에 영향을 미칠 수 있습니다.
변압기에서 수분을 제거하는 것은 오일을 채우기 전에 진행하는 것이 훨씬 쉽고 효율적입니다.
변압기의 에너지 효율에 대한 표준이 지속적으로 높아지고 있는 상황에서, 향후에는 변압기 오일에 대한 탈기가 더욱 중요해 질 것으로 예상됩니다.
오일 속의 기체를 제거하기 위해서는 압력을 낮춰야 합니다.
이는 탄산 음료의 병뚜껑을 제거할 때와 비슷한데, 병뚜껑을 열면 용기 내부의 압력이 낮아지고 음료 속의 녹아 보이지 않던 이산화탄소 중 일부가 기포로 나오는 현상과 비슷합니다.
변압기 오일에 녹아 있는 기체를 제거하려면 압력을 충분히 낮춰야 기체 분자들이 모일 수 있습니다.
기포는 기체가 압력이 낮아지면 부피가 증가해 자연적으로 팽창하는데, 오일 속의 기체가 효과적으로 제거되고 있는지 알기 위해서는 압력 측정을 통해 정확한 압력 측정이 필요합니다.
적절한 계측 장치가 설치되어 있으면, 압력을 모니터링해 수분 및 다른 기체가 제거되었는지 확인할 수 있습니다.
목표
- 압력 측정을 통해 탈기 과정의 효율성 향상
- 변압기의 압력을 모니터링을 통해 오염물의 제거 확인
- 오일 탈기 시, 압력 측정에 적합한 계측 장치 선택
변압기 오일의 탈기 방법
변압기 오일의 탈기 과정은 대기압에서부터 펌핑을 통해 압력을 낮춰, 사전에 지정된 진공 수준에 도달할 때 까지 계속됩니다.
용해된 기체의 요구사항, 오일의 온도, 그리고 기체를 방출하는 방법에 따라 일반적으로 0.1 ~ 5 Torr로 설정되며, 이를 위해서는 subTorr 범위의 압력을 정확하게 측정할 수 있는 진공 게이지를 필요로 합니다.
게이지의 또 다른 중요한 요구 사항은 견고하고 오일 환경에 내성이 있어야 한다는 것입니다.
다이얼 게이지는 이 작업에 충분한 정확도를 제공할 수 없으며, 다이얼 게이지의 시각적 출력만으로는 이 현장에서 필요한 요구 사항을 모두 충족시키기 어렵습니다.
전자 인터페이스 및 세트 포인트 설정과 같은 기능을 통해 작업 간소화 및 작업자로부터 발생하는 오류 감소, 그리고 데이터 로깅을 통한 측정 값의 데이터화 등을 실현할 수 있습니다.
변압기의 기체 배출 방법
변압기를 채우기 전에 펌핑을 통해 미리 기체를 배출하면 충전 오일의 순도를 저하시키는 미량의 액체 및 기체 불순물을 제거할 수 있습니다.
변압기가 습한 환경에 노출되어 코일 절연체 및 다른 내부 구조에 흡수된 습기는 충전 오일을 100ppm 이상으로 쉽게 오염시킬 수 있으며, 남아있는 용매와 청소용 액체 등도 오일의 절연 성질을 심각하게 저하시킬 수 있습니다.
이런 오염물을 제거하는데 가장 효과적인 방법은 펌핑을 진행하며 가벼운 베이킹 과정을 추가하는 것입니다.
특별한 경우를 제외하고 일반적인 변압기를 기준으로 진공도가 0.1 ~ 0.5 Torr 정도면 성공적으로 기체 배출이 진행된 것으로 볼 수 있습니다.
이러한 접근 방식은 오염 제거가 충분하게 이뤄지고 특정 공정에 대한 사이클 시간을 최소화할 수 있기 때문에 시간을 기준으로 하는 것보다 효과적입니다.
이상적인 시스템은 기체를 배출하는 동안 압력을 계속 모니터링하며, 여기에 압력 대 시간 데이터를 포함하는 것입니다.
2 개의 세트 포인트를 설정하는데, 한 쪽은 10 Torr에서 설정되어 미리 정해진 시간이 초과되면 작동하도록 설정하고, 다른 세트 포인트는 0.1 Torr로 설정해 기체 배출 사이클이 끝날 때 작동하도록 합니다.
이 데이터는 품질 지표를 제공해 과도하게 오염된 부품을 특정할 수 있습니다.
계측기의 선택
오일 탈기 및 변압기의 기체 배출 과정은 매우 다르지만, 진공 게이지의 요구사항은 매우 유사합니다.
두 환경 모두 견고한 구조와 0.1 Torr 이하의 측정 범위를 갖는 게이지가 필요한데, 전기적 인터페이스 및 자동화의 필요성에 따라 전기 출력, 설정 가능한 세트 포인트, 디지털 통신 등의 추가 기능이 필요할 수 있습니다.
측정 요구사항에 이상적으로 부합하는 것은 DV-4 진공 게이지입니다.
DV-4는 0.1 ~ 10 Torr 범위에서 높은 신뢰성과 감도를 제공하는 열전대 진공 게이지 튜브입니다.
스테인레스 스틸 몸체를 가진 견고한 제품이며, 1/8" NPT를 포함해 다양한 표준 피팅을 제공하기 때문에 표준 변압기의 기체 배출 및 오일 탈기 환경에 추천할 수 있는 센서입니다.
DVT와 결합하면 LED 디스플레이를 통해 쉽게 측정 값을 확인할 수 있으며, 아날로그 디스플레이를 선호한다면 VT-4가 높은 가성비를 제공할 수 있습니다.
이는 0~1 Volt 출력 및 최대 두 개의 설정 가능한 세트 포인트 릴레이를 포함한 인터페이스 구성을 선택할 수 있습니다.
인포라드는 높은 정확도와 빠른 응답 속도로 신뢰도가 높은 열전대 진공 게이지 튜브를 제공하고 있으며, 다양한 압력대의 진공 센서와 그리고 기체 유량을 측정하는 Mass Flow Meter / Mass Flow Controller도 제공하고 있습니다.
문의사항은 아래 링크를 이용하시기 바랍니다.
출처