전력 트랜스포머가 고장 났을 때 어떻게 될까요?

변압기 고장이 발생하면 장비 자체의 손상에서부터 전체 전력망의 마비, 심지어 화재나 폭발과 같은 안전 사고까지, 매우 심각한 상황이 발생할 수 있습니다. 정확히 어떤 일이 발생하는지는 고장의 유형, 심각성, 변압기의 설계, 그리고 보호 장치가 얼마나 빨리 작동하는지에 따라 달라집니다.

다음은 몇 가지 가능한 시나리오입니다.

이상 현상 (관찰 가능한 징후):

과열: 고장 지점에서 많은 양의 열이 국부적으로 발생하여 오일 온도 또는 권선 온도가 급격히 상승합니다. 온도계 또는 열화상 카메라가 경보를 울립니다.

이상 소리: 강한 "윙윙거리는 소리", "탁탁거리는 소리", "파열음" 또는 심지어 "굉음"이 내부에서 들립니다. 이는 아크 방전, 절연 재료 파열, 코어의 느슨함 또는 심각한 과전류로 인해 발생하는 강한 전자기 진동으로 인해 발생합니다.

오일 레벨 변화 이상: 내부 고장으로 인해 생성된 가스 또는 아크에 의한 절연유의 고온 분해로 인해 생성된 다량의 가스는 오일 레벨의 비정상적인 증가 (압력 증가) 또는 감소 (누출)를 유발할 수 있습니다.

오일 분사 또는 오일 누출: 내부 압력의 급격한 증가는 압력 릴리프 밸브에서 오일을 분사하게 하거나, 오일 탱크, 파이프, 라디에이터 및 기타 부품이 과열, 압력 또는 기계적 응력으로 인해 파열되어 오일이 누출될 수 있습니다.

연기 및 화재: 고온 및 아크는 절연유 또는 고체 절연 재료에 점화하여 변압기에서 연기가 나거나 심지어 화재가 발생할 수 있습니다.

가스 발생: 절연유는 고온 및 아크 하에서 분해되어 수소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 일산화탄소, 이산화탄소 등과 같은 가스를 생성합니다. (용해 가스 분석/DGA는 중요한 고장 진단 방법입니다). 다량의 가스 축적은 압력의 급격한 증가를 유발할 수 있습니다.

쉘 변형 또는 파열: 극단적인 경우, 엄청난 내부 압력 또는 아크 에너지는 변압기 탱크를 팽창시키거나 변형시키거나 심지어 파열시킬 수 있습니다.

내부 손상:

권선 고장:

턴 간 단락: 동일한 권선의 인접한 턴 사이의 절연이 손상되어 단락 루프가 형성되고 국부적인 과열을 유발합니다.

층간 단락: 권선 층 사이의 절연이 손상됩니다.

상간 단락: 서로 다른 상 권선 사이의 절연이 파괴됩니다.

권선 대 접지 단락: 권선과 코어 또는 탱크 (접지) 사이의 절연이 파괴됩니다.

권선 개방 회로: 전선이 끊어지거나 연결 지점이 납땜되지 않았습니다.

권선 변형/변위: 엄청난 단락 전동력은 권선을 기계적으로 변형시키거나 느슨하게 하거나 심지어 붕괴시킵니다.

코어 고장:

코어 다중 지점 접지: 코어는 하나의 신뢰할 수 있는 접지점만 갖도록 설계되어야 합니다. 추가 접지점이 있으면 순환 전류가 형성되어 국부적인 과열 또는 코어의 용융을 유발합니다.

코어 조각 간 단락: 절연 페인트 손상으로 인해 조각 간 단락이 발생하여 와전류 손실 증가 및 과열이 발생합니다.

절연 시스템 고장:

고체 절연 (판지, 스테이 등)의 노화, 습기 및 파괴.

절연유의 노화, 습기, 오염, 탄화 및 절연 파괴 강도 감소.

탭 스위치 고장: 불량 접촉, 접촉 침식, 절연 파괴, 기계적 잼 또는 구동 메커니즘 고장.

부싱 고장: 섬락, 오염된 방전, 내부 습기 또는 균열로 인한 파괴, 또는 씰 고장 및 오일 누출.

냉각 시스템 고장: 라디에이터 막힘, 팬/오일 펌프 정지, 냉각 파이프라인 누출로 인해 열 발산 불량, 온도 상승, 절연 노화 가속 또는 고장 발생.

전기 시스템에 미치는 영향:

계전 보호 작동: 변압기에는 여러 보호 장치 (차동 보호, 가스 보호, 과전류 보호, 압력 릴리스 보호, 온도 보호 등)가 장착되어 있습니다. 고장이 발생하면 관련 보호 장치가 이상 (전류 불균형, 가스 발생, 압력 증가, 과도한 온도)을 신속하게 감지하고 작동합니다.

트립: 변압기에 연결된 회로 차단기를 분리하고 고장난 변압기를 전력망에서 격리합니다. 이는 사고 확산을 방지하기 위한 가장 중요한 링크입니다.

경보: 소리 및 빛 신호 또는 원격 경보 정보를 보냅니다.

전압 변동 또는 강하: 고장 자체 또는 보호 트립으로 인해 변압기에 연결된 버스 전압이 즉시 강하하거나 변동하여 다운스트림 사용자의 전력 공급 품질에 영향을 미칩니다.

전원 공급 중단: 고장난 변압기가 전원 공급 체인의 핵심 노드인 경우, 트립으로 인해 공급하는 지역에서 대규모 정전이 발생합니다.

시스템 안정성 문제: 대형 주 변압기 고장의 트립은 전력망의 전력 균형 및 안정성을 방해할 수 있으며, 심각한 경우 더 광범위한 정전 또는 시스템 붕괴 (연쇄 고장)를 유발할 수 있습니다.

단락 전류 충격: 변압기 내부의 단락 고장은 엄청난 단락 전류를 생성하여 변압기 자체에 치명적인 손상을 입힐 뿐만 아니라 버스바, 개폐 장치, 라인 등에 엄청난 전동력 및 열 응력 충격을 가합니다.

안전 위험:

화재 및 폭발: 분사된 고온 가연성 절연유는 공기 또는 아크와 접촉하면 화재를 일으킬 가능성이 매우 높습니다. 밀폐된 공간에서는 오일-가스 혼합물이 폭발할 수 있습니다. 이것이 가장 위험한 상황입니다.

유독 물질 방출: 절연유 및 절연 재료를 태우면 유독 연기 및 가스가 방출됩니다.

장비 손상 스플래시: 폭발 또는 오일 탱크 파열로 인해 고온 오일, 파편 및 부품이 튀어 인원 및 인근 장비에 해를 입힐 수 있습니다.

환경 오염: 대량의 절연유 누출은 토양 및 수원을 오염시킵니다.