고전압(HV) 시험 변압기는 전력 주파수 고전압을 발생시키도록 설계된 전용 장치로, 줄여서 시험 변압기라고도 합니다. 승압 변압기로 분류되는 이 변압기는 전기 제품의 절연 성능 시험, 전력 주파수 내전압 시험, 부분 방전 측정 등을 핵심 기능으로 하며, 단시간 운전 특성을 가지고 있습니다.
이 변압기는 1차측에서 0.4kV~10kV의 동작 전압 범위를 가지며, 2차측에서는 100kV~2000kV 이상까지 도달할 수 있고, 용량은 3kVA~9000kVA에 이릅니다. 유입식 자냉형 또는 SF₆ 가스 절연 구조를 채택하고 있습니다.
고전압 권선은 다층 타워 코일 설계를 채택하며, 일반적으로 한쪽 끝은 접지됩니다. 저전압 권선은 외부에 장착됩니다. 10kVA 이상의 용량을 가진 모델은 가동식 철제 권선을 장착하여 소형화 및 경량화라는 특징을 자랑합니다. 단일 장치의 임피던스 전압은 4.5%~10% 범위이며, 여러 대를 직렬로 연결하여 사용할 경우 30%~40%까지 낮출 수 있습니다. 출력 전압 파형은 거의 정현파입니다. 권선 절연재는 폴리에스터 에나멜선과 고전압 내성 복합재를 사용합니다. 변압기 본체는 진공 건조 처리를 거치며, 100kV 이상의 정격 전압 제품에는 진공 오일 충전이 필수적입니다.
- 구조 유형별 분류
- 유입식 고전압 시험 변압기
가장 일반적인 유형인 변압기 본체는 절연유에 잠겨 있으며, 이 절연유는 절연 매체이자 열 방출 매체 역할을 합니다.
장점: 우수한 절연 성능, 대용량, 높은 내전압 등급. 전력 주파수 내전압 시험에 적합하며 발전소, 변전소 및 고전압 전기 장비 제조업체에서 널리 사용됩니다.
단점: 부피가 크고 무게가 무거워 운송 및 설치가 비교적 불편합니다.
- 건식 고전압 시험 변압기
에폭시 수지와 같은 고체 절연 재료를 주조하거나 감아서 캡슐화하기 때문에 절연유를 포함하지 않습니다.
장점: 컴팩트한 크기, 가벼운 무게, 무공해, 손쉬운 유지보수, 습기 및 오염에 대한 강한 저항성. 실험실 테스트, 실내 테스트 또는 습한 환경에 적합합니다.
단점: 유입식 제품에 비해 용량 및 전압 정격이 제한적이며, 동일 사양의 유입식 제품보다 가격이 약간 높습니다.
- 가스 절연 고전압 시험 변압기
육불화황(SF₆)이나 질소와 같은 절연 가스가 금속 밀폐 용기 내에 절연 및 냉각 매체로 사용됩니다.
장점: 높은 절연 강도, 우수한 방열 효과, 콤팩트한 구조, 오일 누출 위험 없음. 고산 지대 및 방폭 시설과 같은 특수 환경에 적합합니다.
단점: 가스 밀봉에 대한 요구 사항이 높으며, 작동 중 정기적인 가스 압력 모니터링이 필요하여 유지 보수 비용이 상대적으로 높습니다.
- 캐스케이드형 고전압 시험 변압기
직렬로 연결된 여러 개의 단일 테스트 변압기로 구성되어 있으며, 단계별 전압 승압을 통해 초고출력 전압을 얻습니다.
장점: 수십만 볼트에서 수백만 볼트에 이르는 초고전압 출력 생성이 가능하여 초고전압 장비의 시험 요건을 충족합니다.
단점: 복잡한 구조, 전압 조정 및 제어의 어려움, 절연 및 전압 균등화 설계에 대한 엄격한 요구 사항.
| 유침형 고전압 시험 변압기 | 건식 고전압 시험 변압기 | 가스 절연 고전압 시험 변압기 | 캐스케이드형 고전압 시험 변압기 |
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- 전압 조정 모드별 분류
자동변압기 조절식 테스트 변압기
내장형 자동변압기를 갖춘 이 제품들은 1차 권선의 권선 수를 변경하여 입력 전압을 조절함으로써 출력 고전압을 변화시킵니다.
장점: 간단한 구조, 쉬운 작동, 저렴한 비용. 소형에서 중형 용량 및 저전압 수준의 테스트 환경에 적합합니다.
별도로 조절되는 테스트 변압기
변압기 본체는 전압 조정기와 분리되어 있으며, 전압 조정기에는 일반적으로 전기식 전압 조정기 또는 유도식 전압 조정기가 사용됩니다.
장점: 높은 전압 조절 정밀도, 안정적인 출력 전압, 원격 제어 지원. 대용량 및 고전압 레벨의 정밀 테스트에 적합합니다.
III. 테스트 파형/주파수에 따른 분류
전력 주파수 테스트 변압기
이 변압기는 50Hz/60Hz 정현파 교류를 출력하며 전기 장비의 전력 주파수 내전압 시험에 사용됩니다. 이는 가장 기본적인 유형의 시험용 변압기입니다.
가변 주파수 직렬 공진 테스트 변압기
공진 승압 장비는 시험 변압기, 여자 변압기, 리액터, 커패시터 전압 분배기 및 기타 구성 요소로 이루어져 공진 회로를 형성합니다.
장점: 컴팩트한 크기, 가벼운 무게, 높은 용량 활용률. 긴 케이블, 콘덴서, 발전기 등과 같은 용량성 시험 대상물의 내전압 시험에 적합하며, 시험 장비의 용량 요구량을 효과적으로 줄일 수 있습니다.
임펄스 테스트 변압기
이 장치들은 낙뢰 임펄스 전압이나 스위칭 임펄스 전압을 생성하도록 특별히 설계되었으며, 전력 시스템의 과전압 서지를 모사합니다.
특징: 순간 출력 전압 피크가 높고 지속 시간이 짧습니다. 임펄스 전압 발생기와 함께 사용해야 하며 변압기 및 서지 보호기 등의 장비 임펄스 내전압 시험에 사용됩니다.
- 기타 특수 유형
휴대용 고전압 시험 변압기: 대부분 건식 또는 소형 유입식이며, 크기가 작고 가벼워 현장 시험에 편리하게 이동할 수 있습니다. 전력선 및 배전 설비의 현장 검사에 적합합니다.
AC-DC 겸용 시험 변압기: AC 고전압 또는 DC 고전압을 출력할 수 있으며, 정류 장치를 통해 전압을 전환할 수 있습니다. 하나의 장치로 여러 용도를 충족하여 장비 투자 비용을 절감할 수 있습니다.
기본 소개
전기 장비는 출고, 인수인계 또는 주요 유지보수 후 실제 과전압 상황에서의 절연 수준을 평가하기 위해 교류 내전압 시험을 거쳐야 합니다. 따라서 교류 내전압 장비는 제조 및 운영 부서 모두의 고전압 실험실 또는 시험장에 설치해야 합니다.
고전압 시험 변압기는 간단히 시험 변압기라고도 하며, 일반적으로 승압 변압기입니다. 이러한 시험 변압기는 2차측에 유도되는 전력 주파수의 고전압을 이용하여 다양한 전기 제품 및 절연 재료의 절연 성능 시험을 수행합니다.
시험용 변압기는 모터, 변압기 및 전기 제품의 유지 보수 및 제조 과정에서 내전압 시험에 필수적인 전기 장비입니다.
시험용 변압기의 주요 용도는 전기 제품의 전력 주파수 내전압 시험, 부분 방전 측정, 절연 매체의 열 안정성 시험 등입니다. 중주파 및 고주파 전기 장비의 경우, 특수 주파수 시험용 변압기를 사용하여 내전압 시험 및 관련 전기적 매개변수를 측정할 수도 있습니다.
시험용 변압기는 1차 권선과 2차 권선 간의 전압비가 큽니다. 1차 전압은 0.4kV, 3kV, 6kV, 10kV 등으로 다양하며, 2차 전압은 100~2000kV 이상으로 설계할 수 있고, 용량은 3kVA에서 9000kVA까지 다양합니다.
전력 설비의 현장 시험에는 일반적으로 경량 시험용 변압기가 사용됩니다. 6kV 및 10kV 변압기와 같은 전력 설비의 내전압 시험에는 50kV 승압 시험용 변압기가 적용되며, 35kV 이상의 고전압 및 초고전압 전력 설비의 내전압 시험에는 시험 대상 설비의 정격 1차 전압의 5배 이상인 초고전압 시험용 변압기, 예를 들어 특정 용량 등급의 500kV, 700kV, 800kV 승압 시험용 변압기가 사용됩니다.
시험용 변압기의 작동 원리는 전력용 변압기와 동일합니다. 차이점은 시험용 변압기는 높은 작동 전압, 짧은 사용 시간, 작은 온도 상승을 특징으로 하며, 일반적으로 방열판이 장착되어 있지 않다는 것입니다. 또한, 시험용 변압기는 주로 용량성 부하와 같은 작은 부하를 처리하며, 용량도 전력용 변압기에 비해 상대적으로 작습니다.
기능
고전압: 시험용 변압기의 1차 전압은 220V 또는 380V이며, 단일 시험용 변압기의 2차 전압은 수천에서 수만 볼트에 이르는 경우가 많습니다. 2차 전압이 750kV를 초과하는 시험용 변압기는 일반적으로 다중 변압기 직렬 연결 구조를 채택합니다.
낮은 전류: 시험용 변압기의 정격 전류는 실제로는 시험 대상의 용량성 전류이므로 일반적으로 1A 미만입니다. 그러나 케이블 및 대형 모터 시험, 외부 절연 오염 시험, 선로 코로나 시험 등에 사용되는 시험용 변압기는 수 암페어의 2차 전류를 가질 수 있습니다.
짧은 운전 시간: 시험 대상 제품의 내전압 시간이 짧기 때문에, 외부 절연 오염 시험, 선로 코로나 시험 및 케이블 시험에 사용되는 변압기를 제외하고, 시험용 변압기는 일반적으로 0.5시간 또는 1시간의 단시간 운전 시스템을 채택합니다.
단상 및 실내 설치: 시험용 변압기는 일반적으로 단상 실내 설치형 장치입니다(일부는 실외 설치형으로 설계됨). 모든 변압기는 두꺼운 권선 절연층을 갖춘 유입식 자냉 구조를 채택하고 있으며, 고전압 권선은 일반적으로 한쪽 끝이 접지됩니다.
2차 권선의 절연 레벨 불균일: 2차 권선의 헤드 엔드는 고전위 상태이고, 테일 엔드는 직접 접지되거나 전류계를 통해 접지됩니다.
높은 설계 및 제조 요구사항: 높은 작동 전압으로 인해 절연 구조는 시험용 변압기의 전체 크기에 결정적인 영향을 미칩니다. 변압기 본체는 일반적으로 진공 건조가 필요하며, 100kV 이상의 제품에는 진공 오일 충전이 필수적입니다.
분류
구조별 분류: 철갑 시험 변압기 및 절연 외함 시험 변압기.
전력 주파수별 테스트: 전력 주파수, 주파수 배율, 중주파수 및 고주파수와 같은 주파수 레벨로 변압기를 테스트하십시오.
전압 레벨별: 저전압, 고전압 및 초고전압 시험용 변압기.
적용 형태: 경량 이동형 및 고정형; 단일 장치용 시험 변압기 및 2개 이상의 장치를 직렬 연결하여 사용하는 시험 변압기.
시험용 변압기는 일반적으로 유입식 자냉 구조를 가진 단상 실내 장치입니다. 높은 작동 전압 때문에 권선 절연층이 비교적 두껍고, 고전압 권선의 한쪽 끝은 접지되어 있습니다.
시험용 변압기의 구체적인 구조 유형은 일반적으로 단일 부싱형, 이중 부싱형 및 절연 실린더형의 세 가지 유형으로 나뉩니다.
기술 요구 사항
출력 전압 파형: 시험 변압기의 출력 전압 파형은 가능한 한 정현파에 가까워야 합니다. 무부하 전류의 고조파 성분이 전압 조정기 및 변압기의 임피던스를 통과할 때 발생하는 고조파 전압으로 인한 파형 왜곡을 줄이기 위해, 철심 자화 곡선의 선형 구간에서 자속 밀도를 선택해야 합니다. 또한, 파형 왜곡이 적은 전압 조정 장비를 사용해야 하며, 필요한 경우 필터 장치를 추가할 수 있습니다.
임피던스 전압: 시험 변압기의 2차 전류는 일반적으로 용량성 전류입니다. 2차 전류가 전압 조정기 및 시험 변압기의 임피던스를 통해 흐르면 출력 전압이 전압비로 결정된 값을 초과하게 됩니다. 따라서 시험 변압기의 임피던스 전압은 너무 높아서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 시험 결과의 정확도에 영향을 미치고 시험 장비의 단락 용량을 감소시킬 수 있습니다. 반대로 임피던스 전압이 너무 낮으면 시험 대상의 절연 파괴 또는 섬락 시 단락 전류가 증가할 수 있습니다. 단일 시험 변압기의 임피던스 전압은 일반적으로 4.5~10%이며, 여러 대를 직렬로 연결할 경우 30~40%까지 허용됩니다.
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