관련 제품명 : GC용 VUV 검출기 

GC-VUV 변압기를 이용한 변압기 오일 가스(TOGA) 분석

[개요]

일반적으로 유입 변압기는 절연 시스템(절연유, 절연지), 코아, 권선 등 다양한 구성요소로 되어있습니다. 그중 절연유의 중요한 특징은 냉각과 절연이며 관리를 제대로 하지 못하거나 장시간 사용할 경우 폭발 위험성이 있는 가스를 생성하게 됩니다. 이러한 대부분의 가스들은 절연유에 용해되며 용해 후 남아있는 가스는 변압기의 문제를 야기합니다.

※변압기의 종류로는 유입식, 몰드식, 가스식, 건식이 있습니다. 특히, 유입식 변압기는 절연유가 담긴 탱크 속에 권선을 담근 구조로 제작되며, 소용량에서 대용량까지 널리 사용되고 있습니다.

변압기 분해 생성물 및 주요 구성 성분에 대한 용존 가스 분석(DGA, Dissolved Gas Analysis)은 변압기 고장을 예측하고 방지하는 데 중요합니다. 특히, 변압기 오일 중의 용존 가스를 효과적으로 분석하기 위한 TOGA(Transformer Oil Gas Analyzer) 분석 시스템을 통해 발생하는 가스  와 그 양에 따라 오일의 상태 및 교체시기를 판단할 수 있습니다.

전통적으로 TOGA 시스템은 GC/TCD, FID, Methanizer의 조합으로 구성됩니다. 바이오 기반의 변압기 오일 가스를 분석할 때 이 기술을 사용하려면 Methanizer 장치가 필요합니다. 반면, 최신 분석법 GC-VUV는 Methanizer를 사용하지 않고도 바이오 기반 변압기 오일 가스의 특성 분석을 위한 강력하면서도 간단한 솔루션을 제공합니다. 이 새로운 분석법은 VUV 흡광도 스펙트럼의 측정을 통해 고유한 스펙트럼으로 시료의 화학 성분을 식별(Identification) 할 수 있습니다.

[측정 결과]

먼저, GC-VUV를 이용하여 표준시료의 흡수스펙트럼은 (그림 1)과 같습니다. 각 성분의 고유 흡수스펙트럼의 차이가 확연함을 확인할 수 있습니다.(그림 2) 또한, co-elution된 Ethylene과 Acetylene을 디콘볼루션(deconvolution)을 통해 명확하게 식별 가능합니다.(그림 3)

다음으로 Real TOGA samples입니다. 본 실험에 사용한 시료는 아래의 (그림 4)와 같으며 argon-flushed 헤드스페이스 바이알에 15mL의 오일을 주입하였습니다. 샘플을 10분 동안 70  로 가열한 뒤 2-3분 동안 초음파 처리하였습니다. 그 후 Gas Tight Syringe에서 헤드스페이스 1mL를 샘플링 하여 Shimadzu GC 2010에 수동으로 0.25mL 주입하여 분석하였습니다.

- GC-VUV 분석을 통해 식물성 오일(P4와 P5)은 다른 오일보다 더 많은 CO2, ethane 및 C3+ 성분과 Aldehydes을 함유하고 있음을 확인하였습니다.

- 미네랄 오일(광유) P6와 P7은 상당량의 Ethylene과 Acetylene(electrical arcing marker)를 함유하고 있습니다. 또한, 새로운 화합물인 디아세틸렌(diacetylene)도 확인되었습니다. 이것은 아크의 심각성을 나타내는 지표가 될 수 있다고 추측됩니다.

- 오일 X8은 Acetylene/Ethylene과 Propene을 미량 수준만 함유하여 비교적 깨끗하였습니다.

- 오일 C107은 사용되지 않은 미네랄 오일(광유)이었으므로 위에서 언급 한 성분들을 전혀 함유하지 않았습니다.

본 실험으로 각 성분의 고유 흡수 스펙트럼을 통해 물질을 쉽게 정성 및 정량할 수 있으며, co-elution된 물질까지도 디콘볼루션(deconvolution)을 통해 각 성분을 식별함을 볼 수 있습니다. GC-VUV 분석법은 변압기의 가스 분석을 보다 신속하고, 반복 가능한 분석법입니다. 따라서 GC-VUV 분석으로 확인된 화합물의 조성과 발생량에 근거하여 변압기 상태를 조기 진단함으로써 발생될 수 있는 문제를 사전에 예방할 수 있습니다.