수전 변압기는 전력회사에서 공급받은 고압 전력을 변전소나 배전 설비에서 소비자가 사용하는 저압 전력으로 변환해주는 장치입니다. 이는 고압 전력을 일정 수준의 저압으로 변환하여 가정이나 산업 시설에서 사용 가능하도록 하는 중요한 역할을 합니다. 수전 변압기는 변전소에서 고객이 요구하는 전압으로 전력을 변환하여 공급하며, 전기 안전과 장비 보호를 위해 여러 가지 보호 장치를 필요로 합니다. 일반적으로 상업용 건물, 산업 시설, 그리고 대규모 전력 수요가 있는 곳에서 사용됩니다.
1. 수전 변압기의 작동 원리
수전 변압기는 전자유도 원리를 기반으로 작동합니다. 기본적인 원리는 패러데이의 전자기 유도 법칙에 따릅니다. 변압기는 두 개의 권선(Primary winding, Secondary winding)을 가지고 있으며, 이 권선들은 철심(Core) 주위에 감겨 있습니다.
1차 측 권선 (고압측): 전력회사가 공급하는 고압 전류가 들어오는 곳으로, 교류 전류가 흘러 자기장을 형성합니다.
2차 측 권선 (저압측): 1차 측의 자기장에 의해 유도된 전압이 발생하는 부분으로, 이 전압이 소비자가 사용하는 전압으로 변환됩니다.
변압기의 전압 변환 비율은 1차 권선과 2차 권선의 권선 수 비율에 의해 결정됩니다. 예를 들어, 1차 측 권선의 감은 수가 10배 많다면 2차 측 전압은 1/10로 변환됩니다. 이 과정을 통해 고압의 전력을 낮은 전압으로 변환하여 안전하게 사용할 수 있도록 합니다.
2. 수전 변압기의 보호 방식
수전 변압기는 중요한 장비이기 때문에 과전류, 과전압, 단락, 온도 상승 등 다양한 문제로부터 보호해야 합니다. 이러한 보호는 변압기의 안정적인 운영과 화재 또는 고장의 위험을 줄이기 위해 필수적입니다. 보호 방식에는 여러 가지가 있습니다
(1) 과전류 보호
과전류 보호는 변압기에 흐르는 전류가 정상적인 범위를 초과할 때 작동합니다. 과전류는 전기 기기의 손상 및 과열을 유발할 수 있습니다.
퓨즈: 일정 전류 이상이 흐르면 단선되어 회로를 차단합니다.
과전류 계전기: 설정된 전류 값을 초과하면 회로 차단기를 작동시켜 전류를 차단합니다.
(2) 과전압 보호
과전압은 변압기의 절연을 파괴할 수 있으므로 반드시 보호가 필요합니다. 과전압 보호는 주로 낙뢰나 서지 전압(일시적인 전압 상승)에 대비한 보호입니다.
서지 억제기(Surge Arrester): 낙뢰 등으로 인한 순간적인 고전압을 흡수하여 변압기를 보호하는 장치입니다. 일정 전압을 초과하면 고전압을 대지로 방전시킵니다.
(3) 단락 보호
단락(Short Circuit)은 전기 회로에서 두 전선이 직접 연결되거나 전기적 문제가 발생하여 전류가 통제되지 않고 흐르는 상황입니다. 이는 변압기의 심각한 손상을 초래할 수 있기 때문에 보호 장치가 필수적입니다.
차단기(Circuit Breaker): 단락이 발생하면 회로를 차단하여 변압기와 그 주변 장비를 보호합니다.
과전류 계전기와 결합하여 단락 시 빠르게 전류를 차단합니다.
(4) 온도 보호
변압기는 전력 변환 과정에서 열이 발생합니다. 만약 변압기가 과열되면 내부 절연이 손상될 수 있어 변압기의 수명이 단축되거나 고장을 일으킬 수 있습니다.
온도계(Thermometer): 변압기의 온도를 지속적으로 모니터링하고, 설정된 온도를 초과하면 경고 신호를 보냅니다.
온도 계전기(Temperature Relay): 온도가 일정 한도를 넘으면 차단기를 작동시켜 변압기의 전원을 차단합니다.
냉각 장치: 변압기의 냉각을 위해 공냉식이나 유냉식 냉각 방식을 사용하여 내부 온도를 유지합니다.
(5) 유면계 및 가스 검출기
변압기 내부의 절연유는 변압기의 절연 및 냉각을 돕습니다. 이 절연유의 양이 줄거나 가스가 발생하면 변압기 고장의 징후일 수 있습니다.
유면계(Conservator): 변압기 내부의 절연유 양을 모니터링하여 부족한 경우 경고를 발신합니다.
가스 검출기(Buchholz Relay): 절연유 내에서 발생하는 가스를 감지하여 내부 고장을 미리 경고합니다. 이는 변압기 내부에서 발생할 수 있는 아크, 절연 손상 등을 조기 탐지합니다.
3. 수전 변압기의 유지보수
수전 변압기는 지속적인 운영을 위해 정기적인 유지보수가 필요합니다. 주요 유지보수 항목은 다음과 같습니다
절연 저항 측정: 변압기 절연 상태를 정기적으로 측정하여 절연 성능을 확인합니다.
오일 분석: 절연유의 상태를 분석하여 내부 고장을 예측하거나, 절연유의 교체 시기를 결정합니다.
온도 모니터링: 변압기 내부 온도와 냉각 시스템의 성능을 점검하여 과열 문제를 방지합니다.
차단기 및 계전기 점검: 과전류, 과전압, 단락 등 보호 장치가 정상적으로 작동하는지 확인합니다.
수전 변압기는 고압 전력을 소비자가 사용하는 저압 전력으로 변환하는 핵심 장치로, 안정적인 전력 공급을 위해 필수적인 역할을 합니다. 다양한 보호 방식(과전류, 과전압, 단락, 온도 보호 등)과 정기적인 유지보수를 통해 변압기의 안전성과 효율성을 보장할 수 있습니다.