길거리나 도로를 지나가다 보면 직사각형의 상자 같은 것을 본 적이 있을것이다. 그것은 변압기이다. 먼저 변압기란 전자 상호 유도 작용을 이용하여 교류 전압을 높이거나 낮추는 장치이다. 조금 쉽게 말해 발전소에서 고전압의 전기를 만들어서 보내주면 우리가 사용할 수 있도록 규격에 맞게 전기를 110V, 220V로 변환 시켜주는 기기이다. 만약 변압기가 없다면 우리는 고전압을 그대로 받아 빈번한 감전사고가 발생할 것이다. 또 규격에 맞지 않아 가전제품을 이용할 수 없을 것이다.
변압기는 우리가 가정용으로 사용하는 소형 변압기부터 지하철이나 큰 회사 등 옥외용으로 사용하는 대형 변압기까지 그 범위가 다양하다. 좀 더 세부적으로 변압기의 종류를 나누어 보면 가격과 사용하는 절연체의 특성에 따라 유입식, 몰드식, 건식, 가스식 등으로 구분 할 수 있다.
그렇다면 변압기가 도로나 횡단보도 옆에 설치되어있는 이유는 무엇일까?그 이유는 전선을 땅에 매설했기 때문이다. 예전에는 전선을 공중에 매설하는 가공전선의 방법을 사용했다. 하지만 공중에 전선을 연결하다 보니 외관상 좋지도 않을뿐더러 번개나 비 등 자연재해에 의한 전선의 부식과 감전사고의 문제가 발생하였기에 이러한 문제를 해결하기 위해 땅에다가 전선을 묻기 시작했다. 전선이 땅 밑으로 가게 되면서 변압기는 땅 위에 바로 설치하게 되었고, 이런 이유로 우리는 길거리를 지날 때마다 변압기를 쉽게 볼 수 있게 되었다.
변압기의 종류
변압기의 종류를 좀 더 알아보자. 먼저 몰드 변압기를 알아보았다. 몰드 변압기는 권선 부분을 에폭시수지로 굳혀 절연한 건식 변압기로, 바니스함침 타입의 H종 건식변압기에 비하여 내습성이 있다. 절연방식으로는 철형에 의한 주형 타입, 철형이 없는 프리프레그 타입이 있다. 그 중 주형몰드와 함침몰드의 특성을 비교해볼 것이다. 주형몰드는 외관이 보기 좋으며 대량생산이 가능하고, 단락강도(BIL)가 크다.
하지만 특수사양의 경우 비경제적이며 고도의 주형기술이 필요하다는 단점이 있다. 주형몰드의 용도는 가장 일반적이며 현재주류를 이루고 있다. 함침몰드는 설계가 자유롭고 다종의 개별사양 변압기에 대응할 수 있다. 그리고 대형 변압기의 경우 주형몰드보다 경제적이다. 하지만 주형몰드보다 외관이 떨어지며 코일에 먼지 등이 부착할시 보수점검이 곤란하고 단락강도가 작으므로 서지업서버 등이 고가가 된다는 단점이 있다. 함침몰드의 용도는 양산성은 떨어지나 설계의 자유도를 살려서 대용량 특별고압, 스포트 네트워크 변압기 등에 주로 많이 사용한다.
몰드변압기
몰드변압기는 자기소화성이 있으며, 열경화성이므로 화재가 확산되지 않는다. 사고시 발화, 폭발의 위험성이 없고 소화설비가 간소해진다. 수지 층에 차폐물이 없으므로 운전 중 접촉해서는 안된다. (운전 중 수지표면의 전위가 도체전위와 동일해진다.) 코일 및 충전부가 에폭시수지로 쌓여 내습, 내진성이 양호하고 에폭시수지의 높은 절연내력 활용으로 소형 경량화 할 수 있다. 직접 공랭식으로 냉각되므로 중, 대형에서 유입변압기에 비해 현저하게 전력손실이 줄어든다. 일체화된 몰드 코일로 되어 있어서 운전 중에 진동, 단락시의 전자기자력, 외부의 기자력, 이상진동 등에 강하다. 그리고 해체와 조립이 간단하다. 특징별로 난연성과 안전성을 고려하면 고층빌딩, 병원, 호텔 등에 쓰이고 내습, 내진성을 고려하면 토목, 건축, 공업용으로 쓰이고 소형, 경량화를 고려하면 큐비클용 일반빌딩 등에 쓰인다.
유압식 변압기
두 번째는 유입식 변압기이다. 유입식 변압기란 절연유가 담긴 탱크속에 권선을 담근 구조로써 제작이 쉽고 사용범위가 넓어 소용량에서 대용량까지 가장 많이 사용되는 변압기이다. 가장 큰 특징으로 첫 번째는 유입식 변압기는 밀폐된 구조로 만들어져 옥내/옥외 구분없이 사용이 가능합니다.
두 번재는 절연유를 사용하므로 화재의 우려가 있으며 유입식 변압기는 수명 예측이 가능하다. 마지막으로 세 번째는 소음, 진동이 작고 서지에 강하다. 유입식 변압기는 단권형 변압기와 복권형 변압기 두 종류로 나뉜다. 먼저 단권형 변압기는 한 개의 권선으로 권선하여 1차 코일과 2차 코일의 일부분이 공통으로 되어있다. 단권형 변압기는 가격이 저렴하고 가볍다는 장점이 있다. 부하가 많이 걸리지 않는기기에 사용되며 1차 전압과 2차 전압의 전압편차가 적은 제품에 많이 사용된다. 복권형 변압기는 권선방식을 1차축과 2차축을 완전히 분리하여 두종류의 권선으로 제조한다. 복권형 변압기는 안정적인 전압과 감전의 위험이 적으며 2차측 전원이 누진되었을때 1차측 전원은 기기에 영향을 주지않으며 절연트랜스로 주로정밀기기나 1차 전압과 2차 전압의 변압편차가 큰 기기에도 사용할 수 있다.
건식 변압기
다음은 건식 변압기이다. 건식 변압기란 절연유 속에 담그지 않고 사용하는 변압기이다. 절연유 대신 고체 절연체를 사용하여 절연을 유지한다. 화재예방을 위해 건물에 사용하였다. 소용량 강압용 변압기에 주로 사용된다. 건식 변압기는 절연유가 없기 때문에 화재에 의한 인명 및 재산 피해를 최소화한다. 또한 화재에 안전한 난연성 자재를 사용한다. 게다가 우수한 과부하 용량에 부분 방전 발생 최소화, 균열 발생 또한 없고 우수한 단락 충격 내력이 있다. 내가 생각하기에 건식 변압기에서 가장 좋은 점이 이것이라고 생각된다.
이것은 바로 환경 친화적이라는 것이다. 앞에서 말했듯 절연유를 사용하지 않을뿐더러 낮은 가격으로 도체의 재활용이 가능하다는 것이다. 또 건식 변압기가 좋다고 생각되는 이유는 절연유는 고전압의 절연과 냉각효과를 증진시키기 위해 사용되는데, 소용량의 것 또는 화재예방 등 특수 목적에만 사용되었으며, 공기의 코로나 발생전압이 낮고 충격절연내력이 약하기 때문에 22kV 이상에는 사용하기 곤란하였다.
절연유는 최고온도 90℃까지밖에 사용할 수 없다. 그러나 실리콘 계통의 좋은 절연물을 사용하면 180℃ 이상에도 견딜 수 있으므로, 절연유를 사용하지 않은 변압기가 성능이 좋다. 그러므로 절연유를 사용하지 않은 건식 변압기가 좋다고 생각된다. 그렇다면 절연유가 사용되는 소형변압기를 알아보자.
일상생활에서 변압기가 자주 쓰이는 때는 해외여행 때인 것 같다. 각국에서 사용하는 전기 규격이 나라마다 다른데 이런 이유로 해외여행 시 우리나라 기기를 사용할 수 없는 경우가 자주 발생하며 이 때 가장 필요한 것이 변압기이다. 우리나라는 옛날에는 110V를 사용하였으나 현재는 220V를, 일본은100V, 대만은 110V 등 그 규격도 매우 다양하다. 그래서 해외여행 때 가장 필요한 것 중 하나가 바로 소형 변압기이다. 소형 변압기를 이용하면 외국의 전기규격에 맞게 전기를 사용할 수 있기 때문에 어디서든지 사용이 가능하다는 장점이 있다. 이 소형 변압기는 여행뿐만 아니라 집안에서도 사용할 수 있어서 규격이 맞지 않았던 해외 전자제품을 사용할 수 있도록 도움을 준다. 마지막으로 가스 절연 변압기의 이점에 대해 알아보자.
첫 번째는 불연성이다. 가스 절연 변압기는 무색, 무취, 가스인 SF6를 이용하여 내부 절연을 한다. 또 소방 설비의 단순화가 가능하고 설치공간을 나누는 벽을 제거하는 등의 변전소 공간 활용의 이점이 있다. 두 번째는 외함의 견고성이다. 변압기 내부의 아크 발생 등이 사고에 의하여 변기 내부의 압력은 급격히 상승하게된다. 가스 절연 변압기의 경우에는 SF6 가스의 압축성 때문에 일반 유입식 변압기에 비하여 압력의 증가가 훨씬 적다. 가스 절연 변압기에는 방압관과 같은 장치를 부착할 필요가 없다. 세 번째는 소형 경량화이다. 가스 절연 변압기의 경우, 콘서베이터, 방압관과 같은 장치가 필요가 없으므로 변압기의 높이가 줄어든다. 가스 절연 차단기와 직접 연결되므로 변전소 공간을 최소화 할 수 있고 변전소 공간 활용에 상당이 효과적이다. 네 번째는 절연가스는 가스 보관통에서 변압기로 직접 투입이 가능하기 때문에 가스의 투입은 최소한의 도구를 이용하여 청결하고 빨리 진행된다.
그리고 SF6 가스는 유입 변압기 절연유에 비하여 열화가 느리고 주기적인 모니터링으로 SF6 가스의 압력만 점검하면 된다. 마지막으로 절연유 누유와 같은 문제가 없으므로 가스 절연 변압기에서 비롯되는 오염이 없어 청결의 유지가 가능하다.
변압기는 우리 실생활에 꼭 필요한 제품이지만 전기와 연관되어 있는만큼 안전관리를 소홀히 할 경우 큰 사고로 이어질 수 있다. 지하철 변압기 폭발 사고도 빈번히 일어나고 있다. 1호선 금정역 사고, 4호선 산본역 사고가 모두 변압기의 과부하로 인한 폭발 사고였다. 이 뿐만이 아니라 서울 왕십리 변전소에서도 변압기 폭발 사고가 있었다. 왕십리 사고가 난지 1분 후 청평 수력발전소에서 예상치 못한 블랙아웃 상태가 나타났다고 한다. 이유를 조사해보니 청평 수력 2호기 보호계전기가 왕십리 사고를 감지해 오동작 한 것으로 드러났다고 하는데, 이렇게 변압기 폭발 사고는 그 현장 이외에도 다른 곳까지 피해를 주기 때문에 특별히 더 조심해야 한다.
우리 생활이 더욱 더 편리할 수 있도록 도와주는 변압기는 고마운 도구이지만 관리를 소홀히 한다면 수백 수천 명의 생명을 뺏어 갈 수 있는 무서운 존재인것 같다. 이 사고를 미연에 방지하기 위해서는 변압기 사용과 관리에 대한 사용자의 관심과 함께 한국전기안전공사의 주기적이고 철저한 안전관리를 받는 것이 가장 좋다. 안전은 사고가 발생한 후에 챙기는 것이 아니라 사고가 발생하기 전에 미리 예방하기 위해 지켜야 할 수칙이라고 생각한다. 안전은 우리를 지켜주는 보호막과도 같다. 따라서 누구보다도 우리가 먼저 안전에 대해서 더 생각하고 인지해야 할 것이다.
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