품질 담당자의 시선으로 바라본 몰드 변압기 이야기
지금 생각해 보면 처음 LS ELECTRIC QS 부서에 입사했을 때 나의 운명은 3가지 중 하나로 정해져 있었다
LS ELECTRIC 청주 2공장에서 제조하는 대표 제품인 배전반, 몰드 변압기, GIS가 그 3가지다.
QS 부서 역시 해당 part들로 나누어져 있고 입사 당일에서야 나는 변압기, 정확히는 몰드 변압기 품질 담당자가 되리라는 것을 알 수 있었다.
전기기사 자격증을 취득하고 전기전자공학부를 전공했지만 부끄럽게도 변압기에 대해 ‘전압을 승압하거나 강압하는 역할을 하는 기기' 외에는 잘 알지 못했다.
하지만 입사한 지 1년 6개월이 지난 지금은 변압기를 많이 접하고 공부하다 보니 그래도 남들에게 설명할 수 있을 정도의 지식은 갖추게 되었다.
변압기에 대한 기본 지식, 가령 '변압기가 무엇이고 왜 필요한지 등'에 대한 정보는 이미 많이 노출돼 있어 쉽게 찾아볼 수 내용이다.
하지만 제품의 제조 과정과 납품 전/후의 품질을 책임지는 품질 관점에서 바라본 변압기에 대한 이야기는 어디서도 볼 수 없는 색다른 내용일 것이다.
그래서 이번 칼럼에서는 QS의 가장 기본인 제품의 제조 과정과 시험 방법에 대해 알아보고 고객 품질 요청 사례와 대응의 중요성에 대해 살펴보겠다.
몰드변압기 제조 과정
몰드 변압기의 제조 과정은 권선 작업, 에폭시 수지 주형 및 경화, 철심 조립, 코일과 철심 결합 이렇게 4가지 단계로 구성된다.
권선 작업은 코일 내부의 알루미늄 혹은 구리 도체 권선을 절연지와 함께 금형에 감는 작업을 말한다. 이때 권선기는 정확한 권선수와 밀도를 유지하며 도체와 절연지를 감아야 한다.
권선 작업이 끝난 코일은 외측 금형 틀 안에 넣어 에폭시 수지 주형 작업을 진행한다. 이때 내부 환경은 진공 상태로 만들어줘 코일 내부의 절연을 강화한다. 주형 작업이 끝난 코일은 액체 에폭시 수지를 고체로 굳히는 경화 작업을 거친 뒤에 외측 금형을 벗겨내 코일 제작을 완성한다.
철심 조립 단계는 철심의 자재인 방향성 규소 강판을 매우 얇은 두께로 절단해 절단된 철심을 적층하여 조립한다.
이렇게 제작된 코일과 철심을 결합하고 프레임 결합, 용접, 도장 과정을 거치면 변압기 제작이 완료된다.
몰드변압기의 시험
제작된 몰드 변압기 성능이 기준을 만족하는지 확인하기 위해서는 IEC 규격에 부합하는 테스트를 거쳐야 한다. 테스트를 통과한 변압기만이 고객에게 납품될 수 있기 때문이다.
몰드 변압기 테스트는 크게 루틴 시험(Routine Test)과 특성 시험(Type Test)으로 나뉜다.
루틴 시험은 생산된 변압기 전량을 진행해야 하는 가장 기본적인 시험이고
특성 시험은 고객의 요청이 있을 때만 진행하며 기종당 한 개만 확인하는 시험이다.
<Routine Test>
1. 구조 및 외관 검사 : 치수 측정, 외관 상태, 상별 라벨 확인, 부스바 용접 상태 등 변압기의 외관과 구조를 육안으로 확인하는 시험이다.
2. 변압비, 위상각 측정 : HV 권선에 10~250V를 인가해 LV 권선의 전압을 측정하여 권선의 비율을 확인하고 시험 변압기 권선이 정확한 벡터 그룹에 연결되어 있는지 확인하여 비율 측정기로 점검한다.
3. 권선저항 측정 : 권선 저항은 부하 손실을 계산하고 온도 상승 시험 종료 시 권선 온도 상승을 결정하는 데 사용된다.
4. 절연 저항 측정 : 권선과 접지 사이의 절연 상태를 증명하고 절연물에서 불순물과 수분의 영향에 의한 절연 이상 유무를 확인하기 위해 실시한다.
5. 상용주파 내전압 시험 : 권선에서 대지까지 혹은 권선 사이의 절연 강도를 확인한다.
6. 무부하 시험 : 변압기의 무부하손실(철손)을 측정해 코어 강재의 품질과 적재 기술력을 입증한다.
7. 부하 시험 : 변압기의 부하 손실(동손)과 임피던스 전압을 측정한다.
8. 소음 측정 : 변압기에 의해 발생하는 소음을 표준에 설정된 소음과 비교해 기준 값 이하로 나오는지 확인한다.
9. 유도 내전압 시험 : 코일 내에 있는 도체 권선 간의 절연을 확인한다.
10. 부분 방전 측정 : 코일 내부에 공극이나 불순물이 없어 부분적으로 방전이 발생하지 않는지 코일 내부의 절연을 확인한다.
11. 효율 및 전압 변동률 계산 : 측정한 무부하 손실, 부하 손실 값, 임피던스 전압을 활용해 변압기의 효율과 전압 변동률을 계산한다.
<Type Test>
1. 온도 상승 시험 : 변압기가 전부하 상태에서 과열 없이 운전 가능한지, 규정 값보다 온도가 낮은지를 확인한다.
2. 뇌임펄스 내전압 시험 : 뇌서지에 의한 변압기의 리드 및 코일 층간의 절연 강도가 적합한지를 확인한다.
고객 품질 요청 사례와 대응의 중요성
변압기 시험을 끝낸 이후에는 출하 전 고객들이 공장에 방문해 제품을 직접 확인하는 작업인 '입회'를 진행한다.
입회 시 '제품이 잘 제작됐는지, 성능 시험에 문제가 없는지, 구조 및 외관이 발주 스펙대로 잘 갖춰졌는지' 등을 주로 확인하는데 고객마다 체크하는 항목이 각양각색으로 다를 때가 많다.
대표적으로 변압기에 부착된 명판과 시험 성적서에 추가 문구 기재를 요청하는 경우가 있으며 I-Marking 추가, 탭 단자 변경 요청 등이 있다.
변압기 품질 담당자로서 이러한 고객의 요청 사항들을 신속하고 정확하게 들어주는 것이 매우 중요하다고 생각하는데 이는 단순한 서비스 이상의 의미를 가지며 고객 만족도를 높이며 신뢰 관계를 강화하는데 크게 기여하기 때문이다.
또한 잦은 요청 사항을 반영함으로써 제품을 개선해 시장에서의 경쟁력을 높일 수 있어 역설적으로 까다롭고 나를 힘들게 한 고객일수록 품질 개선에 도움이 되는 경우가 많다.
1년 6개월간 품질 담당자로서 변압기와 밀접하게 일하면서 느낀 점이 2가지가 있다.
첫 번째는 품질 개선은 끝이 없다는 것이다. 전 세계적으로 다양한 제조사와의 경쟁에서 우위를 점하기 위해서는 지속적인 품질 개선이 필수적이며 더 나은 효율, 절연을 위해 새로운 자재를 도입하거나 공정을 자동화해야 하기 때문에 품질 개선 활동은 끝없이 해야 한다.
두 번째는 변압기는 다가올 에너지 혁신 시대의 없어서는 안 될 필수적인 기기라는 것이다. 재생 에너지의 확대, 전기차의 증가, AI 발전에 따른 데이터센터 수요 확장과 같은 전력 주도의 새로운 패러다임에서 변압기는 전력 시스템의 핵심 요소로 다양한 전기 기기와 인프라가 원활하게 작동하도록 하는 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
