몰드 변압기에 대하여

안녕하세요? 오늘은 몰드식 변압기에 대하여 포스팅하겠습니다. 익히 아시는 바와 같이 변압기는 고전압을 저전압으로 바꿔주는 장치입니다. 보통 한국전력공사에서는 22.9kV의 높은 전압을 보내주지만 그것을 그대로 사용할 수 없기 때문에 변압기를 이용하여 우리가 사용할 수 있는 전압으로 낮춰서 사용하고 있습니다. 

1. 변압기의 기본원리

출처: https://www.electronics-tutorials.ws/

변압기는 위와 같이 2개의 권선으로 구성이 됩니다. 왼쪽은 1차 권선이고 오른쪽은 2차 권선입니다. 1차 측에서 변압기는 전력을 공급받고, 2차측으로는 부하쪽으로 전력을 공급하게 됩니다. 1차측 권선이 전력을 자기장으로 변환하고 그 자기장이 2차측 권선에서 전류를 생성하게 됩니다. 여기서 나오는 원리가 패러데이의 전자유도법칙입니다. 패러데이의 전자유도법칙에 대해 궁금하신 분은 아래 포스팅을 참고해 주세요.

2020/10/20 - [별의 시설관리/전기이론] - 앙페르의 법칙, 패러데이의 법칙, 렌츠의 법칙

2. 몰드식 변압기 설치 위치

몰드식 변압기는 수배전반에서 위와 같은 위치에 설치합니다. SHV는 특고압, LV는 저압을 의미하고 변압기는 특고압을 받아서 저압으로 변성해주는 역할을 합니다. 통상적으로 우리나라 건물들은 22.9kV의 특고압 전기를 한전으로부터 수전 받아서 380V, 220V의 저압으로 변성하여 줍니다. 익히 아시는 바와 같이 380V는 선간전압이고 220V는 상전압입니다.  

위에서 보시는 변압기는 Δ-Y결선으로 되어 있습니다. Δ-Y 결선의 장점은 Δ 결선에 3고조파를 보내 순환하게 함으로 유도장해가 없는 것이고, Y 결선에는 중성점을 접지하여 이상전압을 저감시킬 수 있습니다. 그리고 Y 결선의 선간전압은 380V이고 상전압은 220V이므로 두 개의 전압을 사용할 수 있는 장점이 있습니다. 이런 이유로 통상적으로 건물의 수배전반에 가면 Δ-Y 결선이 흔하게 사용되는 것을 볼 수 있습니다. 

3. 몰드식 변압기 외형

위 사진은 필자가 근무하는 곳의 몰드 변압기 모습입니다. Δ 결선 쪽이 사실 수배전반 큐비클에서는 뒤쪽에 위치하지만, 전력순서로 보면 이곳이 앞쪽입니다. VCB를 거쳐서 변압기의 Δ 결선 쪽으로 케이블이 연결이 되어 있습니다. 

오른쪽의 사진은 저압 쪽 Y 결선 쪽이고 보시는 바와 같이 출력은 위쪽으로 나가게 되어있습니다. 그리고 권선에는 온도계가 꽂혀 있습니다. 그리고 오른쪽 그림의 왼쪽 아래 쪽에 보시면 잘 보이지는 않지만, 접지선이 연결되어 있습니다. 

변압기 사진과 위 3선 Diagram을 비교해서 보시면 이론으로만 공부하셨던 분들은 조금은 얻을 것이 있을 것입니다. Δ결선 쪽의 케이블 헤드의 생김새가 저렇게 생겼다는 것을 먼저는 확인할 수 있구요. 3상으로 왔다가 N상을 포함하여 4선으로 가는 과정에서 중성선이 변압기에서 시작이 되었다는 것을 확인할 수 있습니다. N상과 접지선을 구별하지 못하는 분들이 간혹 있으신데, 위 그림이 참고가 될 것 같습니다.  

4. 몰드 변압기 온도 조절

변압기 1기에는 위와 같이 2개의 온도조절계가 들어 있습니다. 왼쪽 것은 위에서 말씀드렸던 권선에 꽂혀 있는 온도계와 연결되어 있습니다. 즉 권선의 온도에 따라서 환풍기가 켜지거나 꺼지는 타입입니다. 오른쪽의 온도조절기는 왼쪽의 온도조절기 판넬을 열면 나옵니다. 

이것은 권선이 아닌 변압기반 내부 공기의 온도가 올라갔을 때 자동으로 팬을 기동시키는 장치입니다. 필자가 근무하는 곳에서는 오른쪽의 온도조절기의 세팅 값을 30℃로 해 놓았습니다. 이렇게 2중으로 온도계를 설치하는 것을 보면 변압기는 열이 많이 발생하는 장치임을 미루어 짐작할 수 있습니다. 

변압기 온도조절장치의 시퀀스입니다. 붉은색 박스안에 보시면 접점이 2개가 병렬로 연결되어 있습니다. 즉 둘 중 한가지만 조건이 충족되어도 FAN이 둘다 작동한다는 것입니다. 도면에서 TEMP FAN은 변압기 권선에 연결되어 있는 온도계로부터 신호를 받아 온도조절계(P-100C)가 내보내는 출력입니다. 

도면의 THERMOSTAT은 위쪽 오른쪽의 사진에서 보여드린 30℃수동식 온도조절계입니다. b접점이라 의아하실수도 있겠지만 평상시에는 b접점이 떨어져 있다가 30℃가 넘으면 붙는다고 생각하시면 됩니다. 온도계 바로 왼쪽의 Door Open시 켜지는 직부등도 마찬가지 원리입니다. 아래에 변압기 온도계 메뉴얼을 첨부하니 참조하시기 바랍니다. 

P-100C(한글).pdf

상기 내용은 필자가 근무하는 곳에 설치된 변압기 메뉴얼에 나와 있는 내용입니다. 여기서 주위 온도가 -20℃~40℃ 사이를 유지하라고 되어 있습니다. 만약 주위온도가 40℃이상이 되면 별도로 문의하라고 되어 있네요. 그래서 필자의 경험상 여름에는 전기실에 에어컨을 빵빵하게 틀어 놓구요. 겨울에는 아무 조치를 하지 않았습니다. 변압기 자체에서 열이 나오기 때문에 외기가 심하게 들어오지 않는 이상 저 온도범위를 벗어나지는 않더라고요. 

5. 몰드 변압기와 유입 변압기

출처: https://electrical-engineering-portal.com

왼쪽은 몰드변압기이고 가운데는 유입 변압기입니다. 이것만 보셔도 몰드변압기의 장점이 나오는데요. 일단 몰드변압기는 크기가 작습니다. 그리고 매우 간단합니다. 유입변압기는 브흐홀쯔 계전기니, 콘서베이터니 하는 장치들이 많기 때문에 몰드변압기 대비 복잡합니다. 

그리고 몰드변압기가 유입변압기 대비 가장 큰 장점은 오일을 사용하지 않아 화재의 위험이 적다는 것입니다. 오른쪽 사진과 같이 유입변압기는 화재의 위험을 항상 안고 있습니다. 필자가 공장에 근무하였을 때에도 유입변입기를 사용하였는데 재보험사에서 계속 변압기에 물 분무 소화설비를 설치하라고 권고해서 할 수 없이 설치하였습니다. 드물기는 하지만 실제로 화재의 위험이 있기 때문에 법규는 아니지만 물 분무 소화설비를 하라고 권고하는 것이죠. 

이런 장점들 때문에 건물들에 사용하는 변압기는 몰드변압기가 대세가 되가고 있습니다. 다만 몰드변압기는 가격이 비싸고 Surge에 대비하여 써지흡수기(Surge Absorber)를 설치해야 하는 단점이 있습니다. 써지흡수기에 대해 궁금하신 분은 아래 포스팅을 참고하세요.

2020/08/09 - [별의 시설관리/전기] - 피뢰기(Lightning Arrester)에 대하여

6. 몰드 변압기 절연재료

위의 표는 전기기사나 산업기사를 공부하신 분들이라면 한번쯤 보셨을 내용입니다. 필자가 근무하는 곳의 변압기 절연재료는 고압측은 H종, 저압측은 F종 또는 H종인 것을 확인하였습니다. 

오늘은 몰드 변압기에 대해서 말씀드렸습니다. 오늘도 긴글 읽어주셔서 감사합니다.