브흐홀쯔 계전기(부흐홀쯔, Buchholz Relay) 동작원리 및 사례

브흐홀쯔 릴레이는 동작매체는 가스에 의해 작동하는 릴레이입니다. 변압기 용량에 따라 보호계전기 사용이 다르지만, 보통 대용량 변압기는 비율차동계전기, 과전류계전기, 지락과전류계전기등의 전기적 보호를 하며, 기계적 보호장치 중에 하나가 브흐홀쯔 계전기인데 변압기 내부에서 결함 또는 고장시 발생하는 가스에 의해 동작하는 장치이며, 아래 그림과 같은 모양을 하고 있으며, 콘서베이터와 변압기 사이 배관에 설치됩니다. 보통 750kVA이상의 변압기에 설치하는 것이 보통 엔지니어 Thumb of Rule이랍니다.

유입변압기(Oil-filled Transformer)는 보통 광유로 채워져 있는데, 권선 또는 철심 결함과 관련된 국부적인 가열 또는 아크의 결과로 변압기의 절연유가 분해되면 수소 및 CH계열 가스가 생성됩니다. 이렇게 발생한 가스는 가볍기 때문에 변압기에서  배관을 통해 콘서베이터로 향하는데, 이 중간에 이 릴레이를 거치게 됩니다. 이 브흐홀쯔릴레이는 보통 절연유로 채워져 있는데, 화장실 변기 부표처럼 두개의 작은 부표가 절연유 위에 떠 있게 됩니다. 변압기 내부 권선 또는 철심에서 경미한 결함이 발생하는 경우 가스가 변압기의 상부에서 컨서베이터로 이동하면서 브흐홀쯔 계전기 상부에 축적되는데, 계전기 상부에 설치된 1단 부표가 점차 하강하게 되며, 부표에 연결된 접점회로를 동작시켜 경보신호를 발생하게됩니다. 변압기 내부의 경미한 고장 발생시와, 외기온도의 급격한 하강으로 인한 절연유의 수축시 절연유에 용해된 질소가스가 분리되어 계전기 상부에 축적되거나, 또는 컨서베이터내에 절연유가 부족하여 질소가스가 부흐홀쯔 계전기 상부에 축적되는 경우, 누유로 인하여 공기가 계전기 상부에 축적된 경우에도 이루어져 계전기의 오동작을 유발시키기도 한다.[변전보수반, 한전 인재개발원] 아래 사진은 누유로 인해 공기가 계전기 상부에 축적된 경우로서 색깔로서 어느정도 공기유입으로 판단을 할 수 있습니다. 이때 절연유 분석을 할 필요가 있으며, 기존 절연유 분석결과 대비 산소, 질소등이 급증하였고, 점검창에서 색깔이 뿌였다면 공기유입으로 판정될 수 있습니다. 그럼 오일을 배유하고 진공을 걸거나 등의 방법으로 공기유입 부위를 찾아야 합니다.

변압기 내부에 고장이 발생하는 경우 가스의 급격한 발생뿐 아니라 변압기에서 콘서베이터로 절연유가 이동하게 되는데 절연유 흐름이 급격해져 브흐홀쯔 계전기의 방유판(paddle)을 밀고 부표를 움직여서 회로를 동작시키게됩니다.  아래 그림에 보면 Paddle을 보통의 경우 흐름이 많지 않기 때문에 Paddle을 밀어낼만한 힘이 없습니다. 그리고 브흐홀쯔 1단 릴레이 동작시 리셋을 위해 가스 방출 코크를 열어 계전기내의 가스를 외부로 배출할 때 점검창의 절연유 Level이 점차 상승하게 되는 것을 볼 수 있습니다.