KR100279548B1

KR100279548B1 - 수배전 장치

Info

Publication number: KR100279548B1
Application number: KR1019970063168A
Authority: KR
Inventors: 최형석; 박기주
Original assignee: 이기표; 주식회사케이디파워; 박기주
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 2001-03-02
Also published as: KR19990042368A

Abstract

본 발명은 초소형 특고압 폐쇄형 수배전반에 관한 구성으로써 기기의 적층구 조배치와 통전순서에 의한 순차배열로 소형화하고 열원의 (28)에 의한 발생근본부분의 밀폐차단 및 냉각으로 타 기기로의 전기적, 기계적 특성 및 영향을 최소화하여 안전된 회로를 구성하며, 특고압 전로의 인접부분 문 개폐, 온.습도 감지센서, 양측면의 충격감지센서, 이상소음감지센서,전류감지센서 등을 복합한 상황판단지능센서 알고리즘을 이용하여 안정된 전기적 회로를 구성하여 일체화된 1면의 판넬로 구성하였다. 그리고, 외부에서 문 개폐없이 내부를 투시하여 전로부분 접근없이 일상적인 관리를 손쉽게 하도록 하였다. 종래의 폐쇄형 수배전설비는 다수개의 분리된 패널로 구성되어, 본 발명에 비하여 넓은 소요면적과 공간이 필요하고 다수개의 구획분리 판넬 구성에 따른 설치비용이 막대하였던 바 본 발명은 안전성 확보, 열원의 차단 및 열원 발생부분의 최소 구획 및 냉각으로 기기 효율성의 증대, 불필요한 공간 낭비 지향으로 공간구획을 최소 규모로 적절하게 유지하여 이의 기능과 역할을 충분하게 발휘될 수 있도록 구성한 매우 유용하고 실용적인 발명으로써 본 구성방법을 활용하여 건설공기의 단축, 소요, 비용절감, 부지소요면적의 축소, 전기적인 안정성과 사용상의 안전성을 꾀할 수 있는 매우 바람직한 발명이다.

Description

수배전 장치

본 발명은 6,600V이상의 고압 수배전반 시설의 설계 및 제작 과정에 최대로 공간 이용 효율을 높임과 아울러 전력공급 안전성 및 사용상의 안전성의 극대화를 추구할 목적으로 개발된 수배전 장치에 관한 것이다.

종래의 특고압 수배전반 시설은 통상 전력 인입부분부터 자동구간 선로개폐기(Auto Section Switch), 피뢰기(Lightening Arrester), 선로차단기(Power Fuse or COS), 전력량 계량기(Metering Out Fit), 변압기(Electric Potential TR), 중앙콘트롤 차단기(Main Control Breaker)를 평면적으로 배치해왔고 또한 감전사고 등의 안전을 고려하여 각 구성요소들간에 충분한 이격거리를 유지시켜 왔기 때문에 수배전시설을 설치하는데 넓은 설치면적이 요구되었고, 고압측의 누설에 따른 안전사고의 예방차원에서 접지수단과 실드를 위한 케이스를 다중으로 설치하고 있어 변전설비의 중량이 더욱 증가하게 되었다.

이러한 수배전장치의 사이즈 증가 및 중량 증가는 시설기간 및 증설기간의 증가를 초래하여 설치비용을 증가시키게 된다.

따라서 본 발명은 이러한 종래의 수배전장치가 가지고 있는 단점을 개량 보완하기 위하여

제1도는 본 발명의 내부 구조를 보인 도면.

제2도는 본 발명의 정면도.

제3도는 본 발명의 배면도.

제4도는 본 발명의 좌측면도.

제5도는 본 발명의 변압기용 케이스를 밀폐시키는 변압기 상부 밀폐용판과 가스켓트를 보인 도면.

제6도는 본 발명의 변압기용 케이스를 보인 구조도.

제7도는 본 발명의 변압기용 케이스를 보인 평면도.

제8도는 본 발명의 통전 회로도.

제9도는 종래의 수배전장치를 보인 도면.

제10a,b,c,d는 본 발명의 방열구조체를 보인 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

2 : 열반사 단열재 3 : 방수커버

4 : 투명안전커버 5,5' : 도어

6 : 피뢰기 7 : 파워 휴즈

8 : 램프 9 : 계기함

10,10',33,33a : 냉각공기통로 11 : 변압기

11',14',1",15',32 : 공간 11a : 변압기용 케이스

12 : 레일 13 : 케이스

14 : 전력량 계량기 15 : 회로보호용 선로구간 자동개폐기

16 : 받침용 브라켓트 16',16" : 수직 브라켓트

17 : 버스바(BUS BAR) 18 : 고압축 단자 애자

19 : 저압측 단자 애자 22 : 변압기 표면

23 : 차단스위치 24 : 브레커 스위치 노브

26 : 변압기 상부 해치 28 : 변압기 상부 밀폐용판

29 : 가스켓트 30 : 고압선로

31,31',31" : 투시창 34 : 냉각공기노즐

35 : 방열구조체 35' : 인입구

35" : 경사유도부

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도8은 수배전장치의 통전 회로도로써 주용 구성 및 전로의 주요 흐름순에 의거하여 설명하면 회로보호용 선로구간 자동개폐기(15)에서 고압전력이 피뢰기(6), 파워휴즈(7), 전력량 계량기(14), 변압기(11)를 순차적으로 통과하는 것인데 종래에는 보편적으로 이러한 과정에 각각의 기기를 개별 케이스에 설치하여 사용하였다.

도1은 본 발명의 일체화된 수배전장치 내부에 회로보호용 선로구간 자동개폐기(15), 피뢰기(6), 파워휴즈(7), 전력량 계량기(14), 변압기(11)가 배치된 상태를 보인 도면이다.

본 발명의 케이스(13) 내부 공간은 받침용 브라켓트(16)에 의해 상하부로 나뉘어지며, 받침용 브라켓트(16)와 수직 브라켓트(16')(16")에 의해 상하부 공간이 전방과 후방으로 나뉘어진다.

받침용 브라켓트(16)와 수직 브라켓트(16')에 의해 나뉘어진 하부의 전방 공간(11')에는 변압기용 케이스(11a)내에 넣어진 변압기(11)가 레일(12)위에 얹혀지게 배치되며, 수직 브라켓트(16')의 후방 공간(14')으로는 전력량 계량기(14)와 계기함(9)이 배치된다.

받침용 브라켓트(16)와 수직 브라켓트(16")에 의해 나뉘어진 상부의 전방 공간(15')에는 회로보호용 선로구간 자동개폐기(15)가 설치되며, 수직 브라켓트(16")의 후방 공간(14")으로는 피뢰기(6)와 파워휴즈(7)가 배치된다.

또한 상기 케이스(13)의 하부 패널(10a)에는 도1과 도3에 도시된 바와 같이 상기 하부 전방 공간(11')과 연결되는 냉각공기통로(10,10')가 형성되어있다.

이 하부 패널(10a)에는 변압기의 냉각에 필요한 공조용 소형 브로어(Blower)나 환기 휀(Fan)류의 사용이 바람직하며 경우에 따라서는 냉각의 효율을 높이기 위하여 냉각공기의 방향을 결정할 수 있다.

즉 본 발명은 하나의 케이스(13) 내부 공간이 받침용 브라켓트(16)와 수직 브라켓트(16')(16")에 의해 상하좌우로 분할된 공간(11')(15')(14")(14')에 변압기(11), 회로보호용 선로구간 자동개폐기(15), 피로기(6) 및 파워휴즈(7), 전력량 계량기(14) 및 계기함(9)이 배치됨으로서 종래의 수배전장치에 비하여 그 설비공간을 줄일 수 있게 된다.

이렇게 상부 공간을 이용할 수 있는 적층 구조를 갖는 본 발명의 케이스(13)는 가로(L5):세로(L1)의 비율이 1:1.2 ~ 1:1.5 범위를 유지시킬 수 있는 것으로 도9에 도시된 바와 같은 설비가 평면적으로 배치되는 종래의 수배전장치에 있어서는 가로 : 세로의 비율이 대략 1:3.5 ~ 1:4의 비율이 유지되어야 가능하다.

또한 도시하지는 않았지만 케이스(13)를 레일 위에 설치하거나 하부에 바퀴를 설치하여 제작하면 이송, 이설이 용이해지는 바 주로 중, 대형 건설현장이나 시공 기간이 긴 플랜트 설비현장에서 설치 위치를 변경해가며 임시 전력 공급용으로도 간편하게 사용할 수 있다.

종래의 수배전장치는 넓은 설치공간을 필요로 하기때문에 부하 발생 중심지에 배치하기가 곤란하여 주로 지하 또는 옥상 등 인적이 드문 공간 활용도가 떨어지는 장소에 설치할 수 밖에 없어 수배전장치로 부터 부하까지 연결하는 많은 전로 공사가 필요한데 반하여 본 발명의 수배전장치는 부하 발생 중심지에 배치될 수 있어 전로 공사 요소를 경감할 있고, 사용시 전기 이용 효율을 자연스럽게 높일 수 있다.

도2는 본 발명의 케이스(13) 외관을 보인 정면도로써, 전방에는 도시된 바와 같이 상시 개폐 가능하여 배전용 저압측의 스위치 및 브레커 노브(24) 등을 조작할 수 있게 하는 도어(5)가 설치되어있으며, 이 도어(5)에는 투시창(31)이 구비되어있고 이 투시창(31)을 통해 도어(5)를 열지 않고도 배전용 저압측의 스위치 및 브레커 노브(24) 등을 육안으로 점검할 수 있다.

도3는 본 발명의 케이스(13)외관을 보인 배면도로써, 후방에는 도시된 바와 같이 응급상황 대처용 상황판단 제어 알고리즘에 의해 제어되는 상태 표시용 계기함(9)이 투시창(31')을 통해 육안으로 확인되는 도어(5')가 설치되어있다.

상기 도어(5)(5')는 공지의 자석 이용식 푸시형 도어를 취부 요소별로 장착 할 수 있는 것으로 이 방식은 도어의 푸시버튼을 1회 누르면 열리도록 구성된다.

특히 유압식 변압기(11)를 사용하는 경우에는, 레일(12)을 통해 변압기(11)를 외부로 인출하여 점검 및 보수가 용이하도록 실시할 수 있다.

도4는 본 발명의 케이스(13) 외관을 보인 측면도로써, 양 측면에는 내부의 설비를 육안으로 확인할 수 있는 투시창(31")이 구비되어있다.

변압기(11)의 외관을 감싸는 상기 변압기용 케이스(11a)는, 도5에 도시된 것과 같은 형태의 변압기 상부 밀폐용판(28) 및 가스켓트(29)에 의해 상면이 밀폐된 구조를 갖는다.

또한 변압기용 케이스(11a)는 도6에 도시된 바와 같이 레일(12)에 의해 이격된 공간이 냉각공기통로(33)가 되며, 하부에는 냉각공기통로(33)로 유입된 냉각공기가 방열구조체(35)로 분사되는 냉각공기노즐(34)이 다수 형성되어있고, 방열구조체(35) 위로는 공기가 측벽을 통해 외부로 배출되는 냉각공기통로(33a)가 형성되어있다.

즉 본 발명은 변압기(11)를 변압기 상부 밀폐용판(28)과 가스켓트(29)에 의해 밀폐되는 상태로 변압기(11)의 종류 또는 용량이나 크기 규모에 맞추아 설정된 제한된 공간에 설치하고 냉각공기노즐(34)을 통해 분사되는 냉각공기에 의해 냉각 함으로서 변압기(11)의 설치공간을 최소화할 수 있게 한 것이다.

변압기(11)에서 발생하는 열은 통상적으로 몰드식 변압기의 경우에는 그다지 높지 않으나 유입식 변압기의 경우는 몰드식 변압기의 경우보다 높으므로 반드시 냉각이 필요하다.

본 발명은 유입식 변압기와 몰드식 변압기에 제한없이 이용할 수 있다.

전체적으로 어느 형식을 사용하거나 관계없이 제한된 공간의 부피가 자체 변압기의 부피를 감산한, 즉 변압기용 케이스(11a)의 부피에서 변압기(11)의 부피를 뺀 부피만큼의 공간을 냉각하면 되기때문에 냉각이 필요한 공간이 줄어들게 되어보다 더 집약화되고 콤펙트(Compact)한 장치의 제작 구성이 가능하여 진다.

냉각공기통로(33)로부터 냉각공기노즐(34)을 통해 분사되는 냉각공기의 노즐선단 압력은 1.5 ~ 3.0atm 이상의 풍압을 유지시켜줄 필요가 있으며 '열역학 제1법칙'에 의거하여 냉각공기의 압축 및 압축 해지비율이 높을 수록 바람직하므로 이의 계산을 통하여 냉각에 필요한 충분한 냉각열량을 확보할 수 있도록 하여야 하는데 적절한 냉각만으로도 변압기의 정격용량을 몰드식 변압기의 경우 30 ~ 50%까지 향상시킬 수 있고, 유입식 변압기의 경우에는 10 ~ 20% 정격용량을 증가시킬 수 있다.

또한 상기 변압기용 케이스(11a)의 내부공간에는 냉각공기의 인입구(35')로 부터 절개된 부분이 경사유도부(35")를 형성하는 다수의 방열구조체(35)가 도10b에 도시된 바와같이 경사유도부(35")가 층마다 엇갈리게 배치되는 복층 구조로 설치된디.

이 경사유도부(35")에 냉각공기노즐(34)로부터 분사되어 상부의 공기공기통로(34a)로 빠져나가는 냉각공기가 부딪혀 난류를 형성하게됨으로서 보다 나은 냉각효과를 얻을 수 있게 한다.

실제로 변압기용 케이스(11a)의 냉각을 위한 제한공간을 1m³이하로 할 수 있는바, 일반적인 공기의 비열은 0℃에서 약 0.3105kcal/m²℃이고 변압기 기동에 따른 변압기 내부권선의 부하손실율이 노후되어 상승률이 5%라고 가장하여도 부하손실에 따른 냉각에 필요한 실제 열량은 변압기(11)의 일반적인 최대부하 발열량을 충분히 감안하여 통상적으로 대략 1,000KVA용량의 경우 600W정도이므로 다음 식에 의하여 냉각공기가 이동되어 팽창의 일을 수행하는데 요구되는 필요 공기량을 계산 할 수 있다.

△E = △q + △w -------------------- 식(1-1)

= △ q + (-△ P_ext△ V) -------- 식(1-2)

= △ q -△ P_ext△ V) ----------- 식(1-3)

여기서 △ E는 에너지 변화량이며 △ q는 열의 이동량이고, △ w는 일의 이동량이다.

△ P_ext는 외부로부터 가해진 압력과 해지된 압력의 차로써 상향류식 압축 냉각공기의 단열팽창을 이용하면 △ V 냉각기체의 용적변화가 발생하게 되어 보다 큰 효과를 거둘 수 있다.

또한 제한된 공간의 필요 냉각공기의 효과적인 이용의 목적을 달성하기 위하여는 발열체인 변압기(11)보다 빠른 열방산이 필요한 바 본 발명의 냉각과정이 주로 대류 및 전열과정에 의하여 발열을 제어하고져 하였으며, 열을 방산하는 변압기 표면(22)의 온도 T1과 외기온도 T2의 차이를 최대한 이용하기 위한 대류 및 전열의 효율을 높여줄 필요성이 있으므로 도6 및 도10에 도시된 바와 같은 방열구조체(35)를 변압기 표면(22)주변에 밀착시켜 구성하면 보다 더 효율을 높일수 있는데 이때 방열구조체(35)는 전열 효과가 높은 알루미늄 박판이나 전해 동박판, 금속인 주철 또는 철 입사판을 사용하여 자연대류시보다 전열계수를 높여서 사용하는 것이 바람직하며, 변압기 표면(22)과 방열구조체(35)를 둘러싸고 있는 열반사 단열재(2)의 경우는 열전도율이 매우 낮으며 전기적 통전성이 매우 낮은 목재나 가죽, 고무 셀룰로이드 또는 슬레이트 등을 사용할 수 있다.

이때 본 발명에 있어서 냉각을 위한 제한 공간내의 변압기 표면(22)과 방열구조체(35)의 냉각에 소요되는 필요공기량은 다음과 같은 식으로 고찰 할 수 있는데 냉각공기노즐(34) 선단의 압력 P1과 상향류되면서 해지되는 압력 P2의 차이 △ P와 변압기표면(22)의 온도 T1과 외기온도 T2의 차이 △ T는 언제나 상수로 계측기에 의한 검지가 가능한 바 윗식과 연산하여 쉽게 필요공기량과 소요 에저지량을 산출할 수 있다.

P1 V1 = T1 ---------------------- (식2-1)

P2 V2 = T2 ----------------------- (식2-2)

(P1 - P2)(V1 - V2) = (T1 - T2) --- (식2-3)

따라서 △ P(V1 - V2) = △T ------- (식2-3-1)인데

여기서 V2 용적용 변압기 상부 밀폐용판(28)에 의해 제한 하였으므로 상수인 관계로 공급되어야 할 필요공기량 V1을 용이하게 연산할 수 있다.

그러므로 필요공기량은 제어시스템에 의해 연산으로 계산되어 실제에 적용할 수 있으며, 구체적인 각각의 개별 상수의 대입의 참고 예는 다종 다양한 기종 및 용량에 적용할 수 있는 것이기 때문에 생략하였다.

또한 열방산은 아래식과 같은 특성이 있으므로 외부 공기의 인입을 하부에서부터 시작하는 것이 바람직하며 방열의 과정을 보다 더 제한되고 작는 공간에서 효과적으로 달성하기 위해서는 방열 계수(Ec)가 높아야 함을 발견하였다.

상향류의 경우,

하향류의 경우,

따라서 위의 결과를 종합하여 볼때 냉각공기의 기온이 상온인 것으로 가정하면 냉각통로에 요구되는 냉각공기량은 변압기표면(22)과 변압기 상부 밀폐용판(28)에 의하여 제한된 공간의 자연수의 배수로 T1,T2의 상기 온도측정을 통하여 비례적인 함수를 계산할 수 있으며 여유있는 냉각장치의 크기를 결정할 수 있을 뿐만 아니라 통기량을 변화시킬 수 있는 송풍모터의 비례제어 연산의 어드레스(address)를 설정할 수 있었다.

본 발명은 냉각공기통로(10)(33)(33a)(10')를 형성하여 변압기(11)에서 발생된 열을 효과적으로 제어할 수 있는바 냉각공정운도에 필요한 제어요소는 동작 정지의 신호를 받아서 연동하게 되며 급속하게 흐르는 공기가 냉각공기노즐(34)을 통해 압축되었다가 압력이 해지되는 과정에서 발생된 단열팽창 기체에 의하여 냉각된 공기가 적층된 다수의 방열구조체(35)에 접촉됨으로써 효과적인 냉각이 이루어지게되어 변압기(11)의 수명을 연장시키는데 일조할 수 있으며, 특히 경사유도부(35")에 의해 난류가 형성되는 상향류 냉각시 더 큰 효과를 기대할 수 있으며 개괄적인 개방 공간구조의 단순 대류방식인 종래의 냉각시서에 비하여 월등한 운전관리의 편리성을 추구할 수 있다.

미설명된 도면 부호 (3)은 방수커버이고, (4)는 투명 안전커버, (8)은 램프, (17)은 버스바, (18)은 고압측 단자애자, (19)는 저압측 단자애자, (23)은 차단스위치, (26)은 변압기 상부 해치, (30)은 고압선로 이다.

이와같이 본 발명은 투시창(31)(31')(31")를 통해 내부 설비의 상태를 육안으로 확인할 수 있으며 전후방에 구비된 도어(5)(5')를 열고 각종 스위치의 조작 및 보수 작업이 가능하면서도 상면이 밀폐되고 변압기(11)측의 냉각이 효과적으로 이루어지는 구조를 갖는 변압기용 케이스(11a)에 의해 설비가 수용되는 케이스(13)내부의 공간이 효과적으로 분할될 수 있게 함으로써 수배전장치의 설치에 필요한 공간을 최소화할 수 있게 한 것이다.

본 발명에서와 같이 수배전장치 최소화할 수 있다는 것은 설비의 제작비용을절감하는 것 뿐만이 아니라 결과적으로 부하의 중심지에 수배전장치를 설치함으로써 설비로부터 부하측에 연결되는 배선선로 시설 규모를 대폭 축소시키고 설비의 관리 및 보수작업을 용이하게 해주는 효과를 갖게 된다는 것을 의미한다.

Claims

내부 공간이 받침용 브라켓트(16)에 의해 상하부로 나뉘어지는 동시에 받침용 브라켓트(16)와 수직 브라켓트(16')(16")에 의해 상하부 공간이 전방과 후방으로 나뉘어지며, 전후방에는 투시창(31)(31')이 구비되어 배전용 저압측 스위치 및 브레커 노브(24) 및 계기함(9)을 외부에서 확인할 수 있는 도어(5)(5')가 설치되고, 양 측면에는 내부를 육안으로 확인할 수 있는 투시창(31")이 설치되며, 하부패널(10a)에는 상기 받침용 브라켓트(16)의 하부 전방 공간(11')과 연결되는 냉각공기통로(10,10')가 형성된 케이스(13); 상기 받침용 브라켓트(16)와 수직 브라켓트(16')에 의해 나뉘어진 하부의 전방 공간(11')의 레일(12) 위에 얹혀지게 배치된 변압기(11); 변압기 상부 밀폐용판(28) 및 가스켓트(29)에 의해 상면이 밀폐되고, 레일(12)에 의해 이격된 공간이 냉각공기통로(33)가 되며, 하부에는 상기 냉각공기통로(10)(33)를 거쳐 유입된 냉각공기가 방열구조체(35)로 분사되는 냉각공기노즐(34)이 다수 형성되어있고, 방열구조체(35) 위로는 공기가 측벽을 통해 외부로 배출되는 냉각공기통로(33a)가 형성되어 상기 변압기(11)가 넣어진 변압기용 케이스(11a); 상기 받침용 브라켓트(16)와 수직 브라켓트(16')에 의해 나뉘어진 하부의 후방 공간(14')에 배치된 전력량 계량기(14) 및 계기함(9); 상기 받침용 브라켓트(16)와 수직 브라켓트(16")에 의해 나뉘어진 상부의 전방 공간(15')에 설치된 회로보호용 선로구간 자동개폐기(15); 상기 받침용 브라켓트(16)와 수직 브라켓트(16")의 후방 공간(14")에 배치된 피뢰기(6) 및 파워휴즈(7)로 이루어진 것을 특징으로 하는 수배전장치.
제1항에 있어서, 상기 방열구조체(35)는 냉각공기 인입구(35')로 부터 절개된 부분이 경사유도부(35")로 형성되고, 이 경사유도부(35")의 방향이 층마다 엇갈리게 배치되는 복층 구조로 설치된 것을 특징으로 하는 수배전 장치.