Transformer Oil(트랜스포머 오일)

    오일과 페이퍼(또는 프레스보드)는 트랜스포머(변압기)에서 절연체로써 널리 사용된다. 트랜스포머의 서비스 오류는 절연체의 컨디션과 밀접하게 연관되어 있으므로 절연체의 상태를 모니터링하는 것은 매우 중요하다. 전 세계 대부분의 파워 트랜스포머는 미네랄 오일을 주요 트랜스포머 오일로 채택하여 사용하고 있음에도 미네랄 오일은 낮은 발화점과 높은 환경 파괴 위험성을 동시에 가지고 있기도 하다. 특히, 낮은 생물학적 분해성과 높은 독성 성분들로 인해서 현대 사회에 접어들어서는 트랜스포머에 필요한 대체 절연 용액을 강조하여왔다. 최근, 네추럴 에스터 오일은 그것이 가지고 있는 높은 절연 강도, 높은 발화점, 그리고 우수한 생물학적 분해성으로 인해 많은 주목을 받고 있는 중이다. 또한, 에스터 오일은 수분 용해성에 특징과 황(sulfur) 물질을 함유하고 있지 않기 때문에 황(sulfur)과 관련된 부식을 억제할 수 있다. 이러한 특성은 트랜스포머 오일의 기계적 생명을 더 장기화하는데 유리하게 작용된다. 더욱이, 섬유소 기반의 페이퍼 (프레스보드)는 에스터 오일에서의 노쇠화 이후에 더 적은 영향을 받고 있음을 보여주는데 이는 더 높은 더 높은 중합 반응도(degree of polymerisation)을 통해 나타난다. 

 

    오일로 채워진 트랜스포머의 보통의 작동 온도는 60~65℃ 이지만 갑작스러운 부하 전류나 간헐적 폴트(faults)로 인해서 트랜스포머의 절연적 온도는 상승하는 경향을 보인다. 미네랄 오일의 열전도 능력은 매우 낮기 때문에 이로 인해서 특정 영역에 열을 집중 강화시키게 되고 결국 부분적 핫스팟(hotspot)을 야기한다. 핫스팟 부근의 온도는 200℃까지 상승할 가능성이 있으며 이로 인해서 트랜스포머 오일과 페이퍼(프레스보드) 절연체에 영향을 줄 수 있다. 핫스팟 형성이 지속될수록 절연체의 절연적 특성은 변하게 된다. 서로 다른 전기적 스트레스에서 이온적 움직임(mobility)은 절연체의 특성을 이해하는데 매우 핵심적인 단위이다. 잘 알려져 있다시피, 초기의 방전(discharge)은 트랜스포머의 최악의 고장을 야기할 수 있다. 따라서 오일과 프레스보드 재료에서의 표면 방전에서의 코로나(corona) 같은 초기(incipient) 방전(discharge)을 확인하는 것은 매우 중요해졌다. 또한, 광학 방출 기술(optical emission technique)은 방전 또는 지역 플라스마 온도 변화 동안에 형성된 방전 형태를 확인하는데 많은 공헌을 하였다. 

 

    컨버터 트랜스포머(converter transformer)는 AC 전압 스트레스(stress)에 노출될 뿐만 아니라 맥동(pulsating)하는 전압에도 노출된다. AC/DC 변환 아웃풋 전압 파형(waveform)에 왜곡을 야기한다. 추가적으로, 부하(load)의 다양성으로 인한 서로 다른 Total Harmonic DIstortions (THDs)와 함께하는 harmonic 전압의 형성은 높은 dv/dt 스트레스를 절연체에 제공한다. 오일로 함유된 프레스보드(Oil-Impregnated Pressboard, OIP)에서는 펄스의 전압이 부분 방전(partial discharge) 특성에 상당한 영향을 미치는 것으로 보고된다. 따라서, 이는 오일과 OIP 재료를 전압 파형 왜곡(voltage waveform distortion)의 조건하에서 테스트하는 것이 필요하다. 

 

출처: [1] S. Thakur and R. Sarathi, “Investigation on insulation performance of thermally aged natural ester oil impregnated pressboard,” IET Sci. Meas. Technol., vol. 13, no. 8, pp. 1194–1202, 2019.