전기용 적층목재는 변압기 절연에서 어떤 역할을 하나요? 주요 장점

전기용 적층목재는 전기 절연 시나리오를 위해 개발된 공학 목질 재료로, 자작나무, 단풍나무 등의 천연 목재를 기재로 하여 수지 함침, 고온 고압 적층 공정 등을 거쳐 제조됩니다. 그 제조 공정은 정밀하게 제어됩니다:

재료 선택과 건조: 기계적 성능이 안정된 목재를 선별하고 건조 처리하여 수분을 제거, 가공 중 변형을 방지합니다.

수지 함침: 페놀 수지, 에폭시 수지 등의 절연 수지를 목재 섬유에 침투시켜 우수한 전기적 성능과 내열성을 부여합니다.

적층 성형: 여러 층의 함침 목재를 고온(120℃~180℃), 고압(5~15MPa)에서 압축하여 섬유가 방향성 있게 배열된 치밀한 구조를 형성합니다.

후처리 가공: 필요에 따라 절단, 연마하여 패드, 스페이서, 절연판 등의 변압기 절연 구조 부품으로 가공합니다.

전기용 적층목재의 변압기 절연 시스템에서의 역할

기계적 지지와 절연

권선, 철심 및 클램프 등의 지지 구조로 사용되며, 다음과 같은 요구 사항을 충족해야 합니다:

권선의 전자기력, 진동과 같은 기계적 응력을 견디면서도 안정적인 전기 절연을 제공하여 단락 또는 방전을 방지합니다.

격리와 고정

전압 등급 격리: 고압과 저압 권선 사이에 물리적 장벽을 형성하여 서로 다른 전위 부품의 접촉으로 인한 단락을 방지합니다.

고정: 스페이서, 패드 등의 구조 부품으로 권선 위치를 고정하여 운전 중 이동으로 인한 절연 마모를 방지하며, 특히 고부하 변압기의 단락 저항 설계에 적합합니다.

내열성과 안정성

변압기의 장기 운전 온도(105℃~130℃, B급/F급 절연 등급 해당)에서 적층목재의 치수와 절연 성능이 안정적으로 유지되며, 열화로 인한 탄화 또는 균열을 방지합니다.

다공성 구조와 수지의 상호 작용으로 인해 절연유에서 열 전도 효율이 15%~20% 향상되어 권선의 방열을 지원합니다.

전기용 적층목재의 다른 절연 재료 대비 주요 장점

높은 기계적 강도

적층 공정으로 목재 섬유가 방향성 있게 배열되어 압축 및 굴곡 강도가 크게 향상되며, 일반 목재나 일부 플라스틱보다 우수하여 변압기 운전 중 기계적 응력에 적합합니다.

우수한 전기적 성능

낮은 유전 손실과 높은 유전 강도로 에너지 손실을 줄이고 높은 전계 강도를 견디며, 특히 절연유 침지형 변압기(절연유와의 시너지 효과로 성능 향상)에 적합합니다.

열 안정성과 내노화성

수지 함침과 고온 압축 후 내열성이 향상되어(B급 또는 F급 절연 등급 달성 가능) 장기 운전 중 변형, 균열 또는 탄화가 발생하기 어렵습니다.

친환경성과 경제성

재생 가능한 목재를 기재로 사용하여 완전 합성 재료(예: 에폭시 수지) 대비 비용이 저렴하며, 복잡한 형상(예: 패드, 스페이서)으로 가공하기 쉽습니다.

흡유성과 호환성

다공성 구조로 변압기 오일을 쉽게 흡수하여 오일-종이 복합 절연 시스템을 형성, 절연 강도와 방열 효율을 추가로 향상시킵니다.

내습성과 화학적 안정성

수지 처리된 적층목재는 흡습률이 낮고 오일 중 분해되기 어려우며, 오일 내 산성 물질과 온도 변동을 장기간 견딥니다.

전기용 적층목재의 대표적 적용 사례

절연유 침지형 전력 변압기에서 전기용 적층목재는 다음과 같이 광범위하게 사용됩니다:

권선 지지 구조: 철심 패드, 권선 스페이서 등으로 변압기 절연 부품 중량의 20%~30%를 차지합니다.

리드 절연 부품: 리드 브래킷, 절연 튜브 등으로 고전압 리드의 공간적 격리를 보장합니다.

코어 접지 장치: 절연과 기계적 고정 기능을 모두 갖추어 철심의 다중 접지 고장을 방지합니다.

특고압 변압기(1000kV 이상)와 고부하 변압기의 발전에 따라 전기용 적층목재는 고내열 등급(H급 절연 확대), 저유전 손실, 극한 운전 조건 내성 등의 방향으로 업그레이드되고 있으며, 신재생 에너지 변압기(풍력, 태양광)에서의 적용도 점차 확대되고 있습니다.