IEC 파헤치기 · IEC deep dives KS C IEC 60076-7:2005, 60076-12

IEC 60076-7 파헤치기: 변압기는 왜 열로 늙는가IEC 60076-7 deep dive: why transformers age with heat

고온점 온도, 6 K마다 두 배가 되는 열화, 과부하 한도와 수명 손실 계산
Hot-spot temperature, ageing that doubles every 6 K, overload limits and loss of life

읽는 시간 약 15분 · about 15 min · 기초 코스 5/6

기준 문서: KS C IEC 60076-7:2005 (2008 제정, IEC 60076-7:2005 기초). 건식은 KS C IEC 60076-12. · Based on KS C IEC 60076-7:2005.

① 한 장 요약 One-page summary

변압기의 수명은 권선에서 가장 뜨거운 곳(고온점)의 온도로 정해집니다. KS C IEC 60076-7은 부하·주위온도로 그 온도를 계산하고(8장), 온도에서 열화율과 수명 손실을 구하고(6장), 넘으면 안 되는 한도를 정한(7장) 유입 변압기 부하 지침입니다. 유입 변압기 권선의 셀룰로오스 절연지는 뜨거울수록 빨리 분해되어 강도를 잃기 때문입니다.

Transformer life is set by the winding hot-spot temperature; IEC 60076-7 calculates it (clause 8), turns it into ageing and loss of life (clause 6) and sets limits (clause 7).

② 구조 지도 Structure map

1–4 일반1–3 적용범위·인용·용어4 기호 및 약어5 정격 초과 부하의 영향5.2 일반적 결과5.3–5.4 단시간·장시간 비상 부하5.5 변압기 크기5.6 향상 절연지6 상대 열화율·수명6.2 상대 열화율 식 (2)(3)6.3 수명 손실 계산6.4 절연 수명7 제한7.1 전류·온도 제한7.2–7.4 크기별 한도 (표 4)8 온도의 결정8.1 정상상태 고온점8.2 변동 부하 (지수·차분)8.3 주위온도·가중·외함9 탭변환기9.1–9.4 단락회로 손실·손실률·부하 계수부속서 (참고)A 권선·오일 시간 계산B 지수방정식 사례C 미분방정식 해법 예D 순서도E 과부하 데이터 계산 예
계산의 뼈대는 8장(온도) → 6장(열화) → 7장(한도), 검증 예제는 부속서 C·E · the calculation backbone is clauses 8 → 6 → 7

③ 핵심 조항 Key clauses

8.1 정상상태 고온점 Steady-state hot spot

식
θh = θa + Δθo + Δθh, Δθo = Δθor·[(1 + R·K²)/(1 + R)]^x, Δθh = Hgr·K^y. 오일은 전체 손실로, 권선은 부하 전류로 더 데워집니다.
상수
배전용 ONAN 대표값(표 5·E.1): Δθor 55 K, Hgr 23 K, R 5, x 0.8, y 1.6. 실제는 온도 상승 시험값으로 바꿉니다.
상부 오일 · top oil탱크 · tankθa 20.0 °C+ Δθo 70.6 Kθo 90.6 °C+ Δθh 30.8 Kθh 121.4 °C한도 120 °C
주위 20 °C, 1.2 p.u. 정상상태의 온도 사다리 · temperature ladder at 1.2 p.u.

6.2 상대 열화율: 6 K마다 두 배 Relative ageing: doubling every 6 K

식
일반 절연지 V = 2^((θh − 98)/6)(식 (2)), 향상 절연지는 110 °C 기준 식 (3). 6.3: 하루 수명 손실 L = ∫V dt, 1 440분이면 정상.
부하율 KΔθo [K]Δθh [K]θh [°C]열화율 V
0.841.316.177.40.093
1.055.023.098.01.00
1.162.626.8109.43.72
1.270.630.8121.414.94
1.379.135.0134.164.74
1.597.444.0161.41508.85

배전용 ONAN, 주위 20 °C. 1.2 p.u.로 계속 운전하면 고온점 121.4 °C에서 정상보다 약 15배 빠르게 늙고, 0.8 p.u.이면 거의 늙지 않습니다.Running continuously at 1.2 p.u. ages the insulation about 15 times faster than normal.

8.2 변동 부하: 짧은 과부하는 괜찮다 Varying load: short overloads are acceptable

뜻
오일 시간상수가 길어(배전용 약 180분) 짧은 피크는 정상상태 값까지 오르지 못하고, 밤의 낮은 부하에서 수명을 "벌어" 하루 평균으로 정상 수명을 지킬 수 있습니다. 부속서 C의 차분 계산입니다.
예
주거 패턴(저녁 최대 1.2 p.u.), 주위 25 °C: 정상상태라면 126.4 °C지만 실제 최대 114.1 °C, 하루 892분 / 1 440분 → 상대 열화 0.62. 같은 최대 1.2 p.u.라도 낮 8시간 가까이 이어지는 사무실 패턴은 121.0 °C, 상대 열화 2.44.
255075100125°Cθh 한도 120 °Cθo 한도 105 °C00.511.5K 한도 1.50h3h6h9h12h15h18h21h24hK
주거 패턴 하루의 부하와 온도 · a residential day

Judge by the shape of the day, not the peak alone.

7 한도 (표 4) Limits (Table 4)

배전용 변압기전류고온점상부 오일
정상 주기 부하1.5 p.u.120 °C105 °C
장시간 비상 부하1.8 p.u.140 °C115 °C
단시간 비상 부하2 p.u.규정 없음규정 없음

수명과 별개로 이 값을 넘으면 오일 속 기포나 부싱·탭절환기 손상 위험이 있습니다. 중간급·대용량 변압기는 한도가 따로 있습니다(7.3·7.4).

8.3 주위온도 Ambient temperature

뜻
열화가 온도에 지수적이므로 산술 평균이 아니라 가중 주위온도(식 (10))로 1년 열화를 봅니다. 외함·지하실처럼 환기가 나쁘면 표 6의 보정 온도를 더합니다.

④ 숫자 모음 The numbers in one table

항목값조항
열화 기준 고온점일반 98 °C, 향상 110 °C6.2
열화 배가 온도6 K (일반 절연지)6.2 식 (2)
정상 하루 수명 손실1 440분 (V = 1 기준)6.3
배전용 정상 주기 한도1.5 p.u., 120 °C, 오일 105 °C표 4
배전용 장시간 비상1.8 p.u., 140 °C, 오일 115 °C표 4
배전용 ONAN 대표 상수Δθor 55 K, Hgr 23 K, R 5, x 0.8, y 1.6, τo 180분표 5, E.1
건식 H종 (180 °C)정격 열점 170 °C, 최고 205 °C, +6 K에 노화율 2.0060076-12 표 1·3

⑤ 계산기로 확인 Check it with the calculator

변압기 계산기는 부속서 C 예(표 C.2)와 부속서 E 예를 테스트로 재현하는 같은 모델을 씁니다. 부하 패턴·주위온도·외함을 바꾸거나 측정 부하를 붙여 넣어 하루 열화를 확인하세요.

⑥ 함정과 원문 확인 Traps and source notes

  • 판(edition) 차이: 국내 KS는 IEC 60076-7:2005 기초입니다. IEC는 2018년에 2판을 냈으므로, 최신 IEC 문헌의 상수·식과 다를 수 있습니다. 이 사이트는 KS판을 따릅니다.
  • 표 상수는 대표값: 실제 변압기는 제작사 온도 상승 시험값(Δθor, 권선 기울기)으로 바꿔야 정확합니다.
  • 환기 불량: 지하 전기실·외함에서 표 6 보정을 빠뜨리면 수명을 크게 과대평가합니다.
  • 최대값만 보지 말 것: 같은 1.2 p.u. 피크라도 지속 시간에 따라 상대 열화가 몇 배 달라집니다(위 주거·사무실 예).
  • 건식은 다른 규격: 몰드 변압기에 60076-7 상수를 쓰면 안 됩니다. 60076-12의 절연 등급별 상수를 씁니다.

확인 퀴즈 Check your understanding

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Q1. 일반(비향상) 절연지에서 고온점 온도가 6 K 오르면 열화 속도는?Non-upgraded paper: hot spot +6 K changes the ageing rate by…
Q2. 하루 동안 상대 열화가 1이라는 뜻은?A daily relative ageing of 1 means…
Q3. 배전용 변압기의 정상 주기 부하에서 표 4의 한도로 맞는 것은?Table 4 limits for normal cyclic loading of distribution transformers?
Q4. 짧은 피크 부하에서 고온점이 정상상태 계산보다 낮게 나오는 주된 이유는?Why is the hot spot during a short peak lower than the steady-state value?

계산기로 확인하기 Try it in the calculators

규격 원문의 문장과 표를 옮기지 않고 풀어 썼으며 조항 번호로 근거를 밝혔습니다. 그림은 이 사이트에서 직접 그렸습니다. · Paraphrased with clause references; figures drawn by this site.