변압기 절연유가 절연 내력을 잃으면 변압기는 불과 몇 주 만에 고장 날 수 있습니다. 절연 파괴 시험은 절연유가 여전히 설계상의 전기적 스트레스를 견딜 수 있는지 가장 빠르게 확인하는 방법입니다. 문제는 널리 쓰이는 시험법이 ASTM D877, ASTM D1816, IEC 60156 세 가지나 되고, 그 결과를 서로 바꿔 쓸 수 없다는 점입니다. 이 가이드에서는 세 시험법의 차이, 각 시험법의 적용 시점, 그리고 보고서에 기재되는 수치를 신뢰할 수 있도록 하기 위해 해야 할 일을 설명합니다.
절연 파괴 시험이 실제로 측정하는 것
절연유 시료를 일정한 간격으로 떨어진 두 전극이 있는 셀에 넣습니다. 시험기는 전극 사이에 아크가 발생할 때까지 교류 전압을 일정한 속도로 상승시키며, 이때의 전압이 kV로 표시되는 절연 파괴 전압입니다. 깨끗하고 건조한 신유는 높은 절연 내력을 가집니다. 용존수나 유리수, 입자(셀룰로스 섬유, 탄소, 금속), 슬러지, 기포는 절연 내력을 떨어뜨립니다.
이 시험이 알려 주지 않는 것도 이해해야 합니다. 이 시험은 열화의 원인을 밝히지 못하며 초기 단계의 내부 결함도 검출하지 못합니다. 이를 위해서는 칼 피셔(Karl Fischer)법에 의한 수분 함량(ASTM D1533), 산가(ASTM D974), 계면 장력(ASTM D971), 절연유의 역률, 유중 가스 분석(IEEE C57.104)으로 보완합니다.
ASTM D877, ASTM D1816, IEC 60156: 주요 차이점
세 시험법은 전극 형상, 전극 간격, 전압 상승 속도, 파괴 횟수가 서로 다릅니다. 같은 절연유라도 시험법마다 다른 값이 나오므로, 결과는 반드시 같은 절차로 얻은 것끼리만 비교하십시오.
| 항목 | ASTM D877 | ASTM D1816 | IEC 60156 |
|---|---|---|---|
| 전극 | 모서리가 직각인 25.4 mm (1 in) 평판 원판 | VDE형(버섯형) 구면 캡, 직경 36 mm | 구형 또는 구면 캡형 |
| 전극 간격 | 2.54 mm (0.100 in) | 1 mm 또는 2 mm (0.040 또는 0.080 in) | 2.5 mm |
| 전압 상승 속도 | 3 kV/s | 0.5 kV/s | 2 kV/s |
| 교반 | 없음 | 있음(임펠러 사용) | 선택 사항 |
| 결과 | 5회 파괴의 평균 | 5회 파괴의 평균 | 6회 파괴의 평균 |
ASTM D877의 평판 전극은 가장자리에서 전계가 불균일하게 형성되며, 이 시험법은 소량의 용존수와 미세 입자에 상대적으로 둔감합니다. 교반과 완만한 전압 상승을 적용하는 ASTM D1816의 VDE형 전극은 보다 균일한 전계를 만들어 초기 오염을 훨씬 잘 검출합니다. IEC 60156은 유럽 사양서와 다수 아시아 제조사 사양서에서 기준 시험법으로 사용됩니다.
각 시험법의 적용 시점
- ASTM D877: 배전 설비의 사용 중 절연유에 대한 선별 시험(스크리닝), 심한 오염 검출, 그리고 과거 기록이 모두 이 시험법으로 작성된 경우 이력의 연속성 유지에 유용합니다.
- ASTM D1816: 처리(여과, 탈기, 건조) 후의 신유, 주유 전 절연유의 인수 검사, 그리고 소량의 수분이나 입자도 문제가 되는 전력용·고전압 변압기에 적합한 시험법입니다. IEEE C57.106은 이 시험법을 기준으로 한 신유 및 사용 중 절연유의 한계값을 제시합니다.
- IEC 60156: 변압기 제조사, 프로젝트 사양서 또는 해외 본사가 요구하는 경우에 적용하며, 일반적으로 IEC 60296 또는 IEC 60422의 합격 기준과 함께 사용합니다.
멕시코에서는 광유계 절연유에 관한 NMX-J-123-ANCE(멕시코 국가 표준)도 구매 및 인수 검사 시 자주 참조됩니다. 합격 한계값은 전압 등급, 절연유 종류, 적용 표준에 따라 달라지므로, 일반적인 수치가 아니라 항상 제조사의 기준이나 해당 가이드의 기준을 따르십시오.
시료 채취: 대부분의 결과가 잘못되는 지점
잘못된 시료 채취는 잘못된 값을 만듭니다. 기준이 되는 실무 지침은 ASTM D923입니다.
- 깨끗하고 건조한 용기를 사용합니다. 갈색 유리병이나 기밀 유리 주사기가 적합합니다. 수분이 투과될 수 있는 플라스틱 용기는 피하십시오.
- 시료를 채우기 전에 채취 밸브를 퍼지하여 사구간(dead leg)에 고인 물과 침전물을 제거합니다.
- 비, 안개 또는 높은 대기 습도 속에서는 보호 조치 없이 채취하지 않습니다. 절연유는 공기 중의 수분을 빠르게 흡수합니다.
- 절연유 온도와 주위 온도를 기록합니다. 절연유의 상대 습도는 온도에 따라 달라집니다.
- 큰 공기층이 남지 않도록 채운 뒤 즉시 밀봉합니다. 시료가 차가운 경우, 결로를 방지하기 위해 밀봉된 상태로 실험실 온도에 도달할 때까지 기다린 후 개봉하십시오.
결과에 영향을 미치는 요인
수분. 가장 지배적인 요인입니다. 중요한 것은 ppm 단위의 함량뿐 아니라 상대 포화도입니다. 같은 수분 함량이라도 저온에서는 절연유가 포화에 더 가까워지므로 더 큰 악영향을 줍니다. 따라서 절연 파괴 시험과 함께 칼 피셔법으로 수분을 측정하는 것이 바람직합니다.
입자. 절연지에서 나온 셀룰로스 섬유, 탭 절환기의 아크로 생긴 탄소, 금속 입자 등이 있습니다. 수분이 함께 존재하면 영향이 배가됩니다. 젖은 섬유는 전계 방향으로 정렬하여 브리지를 형성하는 경향이 있습니다.
기포와 가스. 급하게 채운 셀이나 탈기 직후 잘못 취급한 절연유는 낮고 편차가 큰 파괴 전압을 보입니다.
셀과 전극. 표면이 패이거나 연마 상태가 불량하거나 간격이 허용 오차를 벗어난 전극은 시험을 무효로 만듭니다. 전극 간격은 게이지로 확인해야 하며, 셀은 시험할 절연유와 동일한 절연유로 헹궈야 합니다.
편차. 개별 파괴 전압 간의 편차가 크면 평균값은 대표성을 갖지 못합니다. 표준에서는 새 절연유를 채워 재시험할지 판단하기 위한 통계적 기준을 규정하고 있습니다.
시험 주기
단일한 시험 주기는 없습니다. 일반적인 관행으로는 전력용 변압기와 중요 배전용 변압기의 연간 절연유 분석에 절연 파괴 시험을 포함합니다. 다음과 같은 경우에는 더 자주, 또는 즉시 시험하는 것이 좋습니다.
- 신품 또는 수리된 변압기를 가압하기 전, 그리고 절연유 처리나 보충 후.
- 고장, 보호 계전기 트립 또는 비정상 운전 후.
- 이전 결과에서 하락 추세가 보였거나 수분 함량이 증가하는 경우.
- 고부하 설비, 습한 환경, 또는 실리카겔 호흡기의 상태가 불량한 설비.
단일 값보다 더 가치 있는 것은 추세입니다. 매년 같은 시험법, 같은 채취 지점, 비교 가능한 조건을 유지하십시오.
시험 의뢰 전 체크리스트
- 시험법(D877, D1816 또는 IEC 60156)과 누구의 합격 기준(제조사, IEEE C57.106, IEC 60422, 내부 사양)을 적용할지 확정.
- 깨끗하고 건조한 용기, 밸브 퍼지, 온도 기록.
- 보완 시험 요청 여부: 수분, 산가, 계면 장력, 색상, 유중 가스.
- 추세 비교를 위한 과거 결과 이력.
- 가압 또는 무가압 설비의 시료 채취는 자격을 갖춘 인원이 수행하며, 필요한 경우 잠금·표지(LOTO)를 적용.
자주 묻는 질문
ASTM D877 결과와 ASTM D1816 결과를 비교할 수 있습니까?
직접 비교할 수는 없습니다. 전극 형상, 간격, 전압 상승 속도가 다르므로 얻어진 kV 값은 서로 동등하지 않습니다. 추세를 평가하려면 항상 같은 시험법을 사용하십시오.
절연 파괴 시험이 유중 가스 분석을 대체합니까?
아닙니다. 절연 파괴 시험은 절연 매체로서 절연유의 상태를 평가하고, 유중 가스 분석은 과열이나 아크 같은 내부 결함을 검출합니다. 두 시험은 상호 보완적입니다.
현장에서 시험할 수 있습니까?
가능합니다. 시료와 셀의 오염을 관리하면서 휴대용 자동 시험기로 수행할 수 있습니다. 신유의 인수 검사에는 통제된 환경을 권장합니다.
CreativeIT Group은 현장 또는 몬테레이 실험실에서 자동 시험 장비를 사용하여 절연유 절연 파괴 시험을 수행하며, NIST 추적 가능한 결과를 제공합니다. 감사나 본사의 요구가 있는 경우, 고객 입회하의 변압기 절연유 시험에 직접 참관하시거나 사진과 영상으로 기록된 결과를 받아 보실 수 있습니다. 또한 정비 프로그램을 보완할 수 있는 절연유 산가 시험기도 제공합니다. 견적을 요청하십시오. 당사 엔지니어가 직접 분석하며 당일 회신해 드립니다.
