14편 – 변압기의 절연과 내전압 시험의 원리

변압기는 고전압과 저전압을 동시에 다루는 장치이기 때문에 절연 성능이 매우 중요하고, 이 절연 성능이 변압기의 수명과 안전성에 직접적인 영향을 미친다. 전력 설비 중 절연의 중요성을 가장 크게 다루는 분야가 바로 변압기인데, 이는 내부 구조가 고전압 권선, 저전압 권선, 철심, 절연유, 절연지 등 여러 절연체로 이루어져 있기 때문이다. 이러한 절연체들은 서로 다른 역할을 수행하면서 전기적 간섭을 방지하고, 외부 이상전압이나 내부 전압 스트레스에도 견딜 수 있는 수준의 강도가 요구된다. 변압기는 운전 중 높은 전압이 걸리기 때문에 권선과 권선 사이, 권선과 철심 사이, 절연유와 탱크 사이 등 다양한 부분에 전기적 스트레스가 존재하며, 이를 안전하게 유지하기 위해 절연 구조가 정교하게 설계된다.

 

 

변압기 절연에서 가장 기본이 되는 구조는 권선 사이 절연과 층간 절연이다. 고전압 권선은 저전압 권선보다 더 많은 절연을 필요로 하기 때문에 종이 절연지, 절연 판, 고밀도 프레스보드 등이 사용되며, 절연유로 채워진 공간 또한 전체 절연 시스템의 일부로 동작한다. 절연유는 단순히 절연 기능뿐 아니라 열을 식히는 냉각 기능도 함께 수행하여 변압기 내부에서 아주 중요한 역할을 한다. 절연유의 품질이 떨어지거나 산화되면 절연 성능이 급격히 저하되기 때문에 정기적인 절연유 절연내력 시험이 필요하며, 이를 통해 변압기의 절연 상태를 확인하고 노화 여부를 판단한다. 절연유의 산화는 시간이 지날수록 진행되며, 수분이나 불순물이 섞이면 절연내력이 크게 떨어지기 때문에 변압기의 절연유 관리는 운전 유지보수에서 가장 기본이 되는 필수 작업이다.

 

절연 성능을 검증하기 위한 가장 중요한 시험이 바로 내전압 시험이다. 내전압 시험은 변압기가 정격운전 중 겪게 될 수 있는 이상전압에 견딜 수 있는지를 확인하는 절차로, 고전압을 인가하여 절연이 파괴되지 않는지 확인한다. 내전압 시험은 주로 공장 출고 시 시행되는 공장 시험과 현장 설치 후 시행되는 현장 시험으로 나뉘며, 시험 전압은 정격 전압보다 훨씬 높은 전압으로 설정된다. 이는 변압기가 실제 전력 계통에서 낙뢰, 개폐 서지 등 변동성 있는 고전압에 노출될 수 있기 때문에 일정 수준 이상의 안정성을 확보해야 하기 때문이다. 내전압 시험 중 절연 파괴가 발생하면 즉시 시험이 중지되며, 이는 장치의 절연 시스템이 기준에 만족하지 못한다는 의미이므로 변압기는 일반적인 운전 상태에서도 위험한 고장을 일으킬 가능성이 매우 커진다.

 

변압기의 절연은 유기 절연물, 무기 절연물, 절연유 등 다양한 소재의 특성과 구조적 배치를 통해 종합적으로 구성되며, 이를 통해 고전압 환경에서도 안정성을 유지할 수 있도록 설계된다. 절연 시스템은 단순히 절연 강도만 높은 것이 중요한 것이 아니라, 열에 대한 내성, 수분 흡수율, 장기적인 노화 속도까지 고려해 균형 있게 설계되어야 한다. 또한 절연 시험 결과는 변압기의 상태를 직접적으로 나타내기 때문에 정기적인 관리가 매우 중요하며, 시험 결과에 따라 절연 상태가 불량한 경우 오일 교체, 건조 처리, 내부 점검 등의 조치가 필요하다. 절연 문제가 발생하면 고전압 설비 전체가 위험에 노출될 수 있으므로, 변압기의 절연 관리와 내전압 시험은 전기기사 시험뿐 아니라 실제 실무에서도 매우 중요한 핵심 요소이다. 결국 변압기의 절연 시스템을 이해하는 것은 전기설비의 안전성과 장기적 신뢰성을 확보하는 데 필수적인 지식이며, 전기기사로서 반드시 숙지해야 할 기본 이론이다.