변압기의 유지보수 검사 창

전구는 토마스 알바 에디슨이 발명했다는 것을 누구나 알고 있습니다. 하지만 지금까지 개발된 전기 기계 중 가장 중요하다고 할 수 있는 변압기를 발명한 사람은 누구였을까요? ZBD 모델의 교류 변압기는 1885년 오스트리아-헝가리 제국의 Ganz Works에서 일하던 Karoly Zipernowsky, Otto Blathy, Miksa Deri라는 3명의 헝가리 엔지니어들이 발명했습니다(ZBD는 이들의 이니셜을 따서 지어짐). 오늘날 변압기는 어디에나 있으며, 가정과 기업에 다양한 전압을 공급합니다. 상업 또는 산업 환경에서 변압기가 고장나면 시설 운영의 상당 부분에 차질이 생길 수 있습니다.

우리가 고객 인프라 자산의 중요도 평가를 수행할 때, 정격 전력이 500KVA 이상인 주 변압기는 보통 위험 우선순위에서 매우 높은 위치를 차지합니다. 변압기는 높은 교체 비용, 통상적으로 12주 이상의 긴 리드 타임, 높은 내부/외부 스왑 비용, 현장에서 수리할 수 없는 다양한 유형의 고장으로 인해 배전 시스템의 안정성에 약한 고리가 될 수 있습니다. 배전 시스템을 각 변압기에 명판 용량의 50% 미만으로 부하가 걸리는 Main-Tie-Main 구성과 같이 이중화로 설계하면 고장의 영향을 완화할 수 있지만, 이것이 유일한 고려사항은 아닙니다. 일부 고장 유형에 수반되는 대량의 결함 에너지는 잠재적으로 사람에게 유해할 수 있으며 많은 변압기가 오일로 채워져 있어서 가연성과 환경 영향도 추가 고려사항에 영향을 미칩니다. 더 나은 방법은 처음부터 문제를 탐지하여 고장을 예방하는 것입니다. 변압기가 고장 나면 수리 및 가동 중단으로 많게는 수만 달러의 비용이 쉽게 추가 발생할 수 있습니다.

다행히도 변압기의 임박한 고장에 대한 조기 경고 신호를 포착하는데 사용할 수 있는 많은 유형의 상태 기반 보전(CBM) 기술이 있습니다. 적외선 검사는 열 순환으로 인한 느슨한 연결, 약한 압착 및 케이블 이동 등을 감지할 수 있습니다. 접촉식 초음파(고체기인 초음파)는 느슨한 권선 및 기타 기계적 문제를 감지할 수 있습니다. 공중 초음파는 20kHz 이상의 초음파 스펙트럼에서 고주파 신호를 방출하는 아칭, 트래킹 및 광환 현상을 모두 탐지할 수 있습니다. 자외선(UV) 카메라를 사용하면 광환 현상의 정확한 위치를 확인할 수 있습니다. 육안 검사로는 대기 오염 물질, 침수 및 해충 유입을 감지할 수 있습니다. 전기 기술자들은 변압기 단자실 내의 따뜻하고 건조한 조건을 찾아 들어오는 뱀, 거미 또는 설치류 때문에 많이들 "놀랍니다".

오일이 채워진 변압기에서 주기적인 오일 분석은 종이 열화, 오일 열화, 누출 및 과도한 산도(절연 파괴)를 감지할 수 있습니다. 오일의 용존 가스 분석은 변압기 단자실 내부의 열 결함 및 부분 방전 활동의 징후를 추가로 감지할 수 있습니다. 마지막으로, 또 다른 형태의 부분 방전 활동인 과도 접지 전압(TEV) 검출은 변압기의 절연 부품 내에서 숨겨진 결함을 찾을 수 있습니다.

이러한 CBM 기법의 대부분은 장비에 전원이 공급되고 정상 부하 조건에서 작동하여 유용한 정량적 데이터를 제공해야 합니다. 물론, 이렇게 하려면 특히 NFPA 70E 2018 에디션에 포함된 새로운 지침을 면밀히 검토한 후 몇 가지 안전 고려사항을 고려해야 합니다. 이러한 검사 작업 중에 변압기의 도어 또는 커버를 열어야 하는 경우에는 아크 섬광이나 감전과 관련된 작업자의 위험이 높아집니다. 작업자는 자격을 갖추는 것 외에도 아크 섬광 사고 에너지에 따라 적절한 수준의 개인보호장비(PPE)를 착용해야 합니다. 변압기에서 이러한 아크 섬광 위험은 중대할 수 있으며 검사 및 데이터 수집 작업을 모두 수행하는 데 있어 장벽이 될 수 있습니다. 또한, NFPA 70E에 포함된 통제 계층구조 개념은 위험 작업의 비위험 작업 "대체"를 포함하여 개방 패널 작업에 대한 다른 대안을 가능한 실용적으로 배치하도록 요구합니다.

다행히도, 사실상 이러한 모든 검사 유형에 대해 안전-설계 접근법과 전기 유지보수 안전 장치(EMSD)의 사용을 통해 보다 안전한 데이터 수집 방법을 "대체"하는 실용적인 솔루션이 존재합니다.

FLIR에서 제공하는 것과 같은 유지보수 검사 솔루션은 거의 모든 변압기에 설치할 수 있으며 사용자는 단일 기기를 통해 육안, 적외선 및 자외선 검사를 수행할 수 있습니다. 대형 IRW-XPx 직사각형 창은 LV 연결에 단일 기기를 사용하고 변압기의 HV 연결에는 다른 기기를 사용할 수 있음을 의미합니다. 이러한 유형의 창의 커버를 조작하는 동안에는 장비가 폐쇄되고 보호된 상태로 유지되며 기술자는 제한된 접근 경계를 위반하지 않게 됩니다. 즉 NFPA 70E 표 130.5(C)에 따라 아크 섬광 발생 가능성이 증가하지 않으므로 특별한 PPE를 착용할 필요가 없습니다.

또한 안전한 샘플링이 가능한 레트로피트 키트를 제공하는 여러 벤더와 함께 변압기 케이블 칸 밖으로 오일 샘플링 포트를 가져갈 수 있으며, 진공을 완화하기 위해 선택 가능한 외부 압력 게이지와 질소 인서트를 제공할 수도 있습니다. 물론, 접촉식 초음파 및 PD(TEV) 검사는 폐쇄된 상태에서 장비의 외부 스킨에 실시되므로, 이러한 유형의 검사에는 일반적으로 특별한 전기 유지보수 안전 장치(EMSD)가 필요하지 않습니다.

다양한 검사 기법의 최적 빈도는 해당 자산의 중요도에 따라 달라집니다. 각 시설은 다기능팀의 고장형태 영향분석(FMEA) 접근법에 따라 교체 비용, 리드 타임, 평균 수리 비용, 평균 수리 시간(MTTR), 고장의 잠재적 안전성 영향, 고장의 잠재적 환경 영향 및 자산의 가동 중단 비용을 기준으로 자산을 분류하려고 노력해야 합니다. 그런 다음 자산은 시설 운영에 중요 또는 합의된 포인트 시스템에 기초하여 시설에 제한적인 영향을 미치는 지원 자산으로 분류됩니다.

표 1은 변압기 자산 중요도를 기반으로 다양한 CBM 기법의 검사 빈도에 대한 일반적인 권장사항을 보여줍니다. 데이터를 수집하고 시간 경과에 따라 추세를 파악하는 것이 중요합니다. 이러한 측정 매개변수 중 많은 매개변수의 경우, 변압기가 가동된 직후 "정상" 작동에 대한 기준선을 설정할 수 있습니다.

데이터를 수집하고 시간 경과에 따라 추세를 파악하는 것이 중요합니다. 이러한 측정 매개변수 중 많은 매개변수의 경우, 변압기가 가동된 직후 "정상" 작동에 대한 기준선을 설정할 수 있습니다.

자산 건전성 평가는 정기적인 간격으로 데이터를 수집하고 장기 추세를 비교하는 방식으로만 실시할 수 있습니다. 각 검사 유형에 대해 수집되는 주요 매개변수는 다음과 같습니다.

적외선

• 부트 연결부의 온도
• 압착 연결부의 온도
• 볼트 연결부의 온도
• 오일 탱크 온도 스캔 (문제가 발생할 수 있는 고온 및 저온 지점)
• 부하시 절환장치 탱크와 메인 탱크의 온도 차이

육안

• 먼지 유입, 물 유입, 해충 유입
• 이전에 고인 물에서 발생한 물 얼룩
• 부식
• 부분 분비물의 시각적 징후(다른 CBM 기법으로 검출된 경우)
• 팬 작동
• 오일 누출
• 더러워진 부싱

공중 초음파

• 사전 결정된 테스트 지점의 데시벨 값
• PD 특성 결정을 위한 파형 분석(시간 및 주파수 영역 분석)

고체기인 초음파

• 정의된 시험 지점의 데시벨 값
• 결함 유형 결정을 위한 파형 분석

TEV(부분 방전)

• 사전 결정된 테스트 지점의 데시벨 값
• 위상분해 부분 방전 플롯(추세에 대한 비교 분석)

오일 샘플링

• 오일 압력 (게이지 판독)
• 오일 온도 (게이지 판독)
• 대기 가스, 탄소 산화물, 탄화수소 및 수소를 포함한 오일 품질(산성, 수분 함량, 유전체 특성) 용존 가스 수준(ppm)

요약하면, 변압기의 유지보수 검사 창 및 외부 오일 샘플링 포트와 같은 EMSD를 사용하면 CBM 데이터 수집 작업에서 위험을 제거하고 통전된 개방형 패널 작업의 필요성을 제거할 수 있습니다. 위험을 제거함으로써, 번거로운 아크 섬광 PPE 없이도 단일 기술자를 통해 검사가 가능해지며, 이는 데이터 수집을 훨씬 더 효율적으로 수행할 수 있음을 의미합니다. 검사 주파수가 증가하면 변압기의 예기치 않은 고장을 일으키는 잠재적인 문제를 조기에 감지하여 예방 조치를 취할 수 있습니다. 이렇게 하면 NFPA 70E 지침을 준수할 수 있을 뿐만 아니라 중요한 변압기 자산을 모니터링하고 보호하는 것도 경제적으로 타당해집니다. 경험에 따르면 퓨즈만으로 변압기를 보호하는 것은 단락 시 화재를 방지하기에 적절하지 않습니다. 핵심은 CBM 기법으로 조기 경고 신호를 탐지하여 단락의 가능한 원인을 방지하는 것입니다.