KR100536487B1 - 거의 직사각형인 코일을 가진 비정질 금속 변압기 - Google Patents

Abstract

건식 배전 변압기는 거의 직사각형의, 권선된 비정질 금속 철심 및 거의 직사각형의 코일을 가지고 있다. 상기 철심은 상기 코일의 실제적으로 직선인 단면내에 위치하는 거의 직사각형의 철심창(core window)을 가지고 있다. 배전 변압기의 형상이 형성되었을 때, 상기 코일의 실제적으로 직선인 단면의 모양은 상기 철심창의 형성과 일치하게 된다. 상기 변압기는 제조하는 데 비용이 절감하고 저항이 적고 철심 손실이 감소 시킨다. 또한 상기 변압기는 가볍고 조밀하며 작동성이 우수하다.

Description

거의 직사각형인 코일을 가진 비정질 금속 변압기{AMORPHOUS METAL TRANSFORMER HAVING A GENERALLY RECTANGULAR COIL}

본 발명은 변압기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 권선된 비정질 금속 철심 및 거의 직사각형의 레진로 피복된 코일을 갖는 건식 배전 변압기에 관한 것이다.

통상의 건식 배전 변압기는 원형 혹은 환상(toroidal)의 개방형 권선코일 및 권선 혹은 성층된(stacked) 종류의 실리콘 강(steel) 또는 비정질 금속 철심으로 되어 있다. 일반적으로 상기 변압기 철심은 코일이 위치하는 직사각형의 창(window)을 한정하는 직사각형의 형상를 갖는다. 상기 코일의 환상 형상로 인하여 상기 철심창(core window)에 관련한 범위 내에서 상기 철심과 코일 사이의 불일치를 발생시킨다. 즉, 상기 직사각형인 창의 형상는 그 내에 위치하는 코일의 단면 형상와 일치하지 않는다. 그 철심과 코일 사이의 상기 불일치로 인하여 철심과 코일 형상가 거의 일치된 변압기에서 요구되는 것보다 변압기의 크기와 비용이 현저히 크게 한다.

실리콘 강이든 비정질 금속이든 배전 변압기에 사용되는 권선 철심은 직사각형의 단면을 하고, 상기 코일의 원형 형상와 일치하지 않는다. 한편, 성층된 실리콘 강 변압기 철심은 코일의 환상형상와 거의 일치할 수 있는 십자형의 단면을 가질 수도 있다. 비정질 금속 스트립을 다양한 폭으로 절단하거나 주조하는 비용이 커지므로, 십자형 단면을 가진 성층된 비정질 금속 철심으로 하는 것은 비실용적이다. 상기와 같은 이유로 권선된 것이든 성층된 것이든 비정질 금속 철심을 갖는 건식 배전 변압기의 제조에서 철심의 단면형상(예: 직사각형)와 코일의 형상(예: 원형)은 일치하지 않는다. 코일 재료의 사용은 비경제적이고 변압기의 크기가 너무 크게 된다.

배전 변압기는 다양한 곳에 설치될 수 있고 극심한 주변 조건, 예를 들어 미세한 문제(티끌, 먼지 등), 습기, 가성(caustic)물질 등 변압기의 작동과 수명에 악영향을 주는 것과 같은 조건의 영향을 받기 쉽다. 개방형 권선 코일은 상기 악조건의 영향에 대한 방지책이 없다.

본 발명은 첨부된 도면과 다음의 상세한 설명을 참조하면 더 충분히 이해되고 본 발명의 장점을 더 이해할 수 있을 것이다. 인용번호는 몇 개의 도를 통해 동종의 요소를 나타낸다.

도 1A는 본 발명에 따라 제조된 코일을 부분적으로 제거한 외철형(shell-type) 단상 변압기의 정면도;

도 1B는 도 1A의 B-B선을 따라 절단한 단면도;

도 2A는 본 발명에 따라 제조된 내철형(core-type) 단상 변압기의 정면도;

도 2B는 도 2A의 B-B선을 따라 절단한 단면도;

도 3A는 본 발명에 따라 제조된 3상 변압기의 정면도;

도 3B는 도 3A의 B-B선을 따라 절단한 단면도;

도 4는 본 발명에 따른 직사각형의 축(mandrel)으로 권선된, 거의 직사각형이고 저전압 코일에 대한 사시도;

도 5는 본 발명에 따른 직사각형의 축(mandrel)으로 권선된, 거의 직사각형이고 고전압 코일권선의 사시도;

도 6은 본 발명에 따른 거의 직사각형의 코일을 피복하기 위해 형성된 에폭시 수용용기의 사시도;

도 7은 그 속에 거의 직사각형의 코일을 갖고 있는 도 6의 에폭시 수용용기의 평면도;

도 8은 본 발명에 따라 제조된 코일을 피복하기 위한 피복 시스템의 블록도;

본 발명은 권선형 비정질 금속 철심 및 거의 직사각형이며 레진로 피복된 코일을 갖는 건식 배전 변압기를 제공한다. 상기 철심은 거의 레진로 피복된 코일의 거의 직사각형 형상과 거의 일치하는 직사각형의 단면 형상를 하고 있다. 코일의 모양을 철심의 단면의 모양에 일치시킴으로써, 거의 둥근 도는 원형 코일을 갖는 변압기 보다, 제조 비용을 절감하고 저항과 손실을 감소시키며 코일을 감는데 필요한 코일재료를 절감하고 보다 치밀한 구조를 갖는 건식 배전 변압기를 제공한다.

일반적으로, 건식 배전 변압기는 실제적으로 직선단면을 갖는 레진으로 피복된, 거의 직사각형의 코일과, 비정질 금속이나 실리콘강으로 구성되고 그속에 한정된 거의 직사각형의 철심 창(core window)을 갖는 비정질 금속철심을 포함한다. 상기 코일 및 철심은 상기 코일의 실질적인 단면 형상이 상기 철심창의 형상과 일치하도록 하는 크기와 형상을 하고 있다. 상기 코일과 철심을 조립하여 배전변압기를 형성할 때에 실질적으로 상기 코일의 직선단면은 철심창 내에 위치한다. 상기 레진 피복은 주위의 악조건으로부터 코일을 보호하고 상기 코일의 절연 시스템을 보호하고 단락 상태(short-circuit condition)에서 코일의 내구력을 향상시키며, 그리고 공기(강압적이거나 대류에 의한)가 외부에 부드럽고 쉽게 지나갈 수 있도록 코일 외관에 대해 부드럽고 균일한 표면을 제공함으로써 코일의 냉각특성을 향상시킨다.

또한 본 발명의 건식 배전 변압기는 내구성이 있고 튼튼하다. 코일 및 철심재료는 제조비용과 변압기 크기를 현저히 줄이는 매우 경제적인 방법으로 실용화된다. 상기와 같은 특징은 크기, 비용 및 작동이 시장수용을 결정짓는 배전 변압기에 있어서 특히 바람직하다.

도 1A 및 2B를 참조하면, 본 발명의 제1 실시형태의 두가지 다른 형태인, 외철형(shell-type) 단상 배선 변압기(도 1A) 및 내철형(core-type) 단상 배선 변압기(도 1B)가 도시되어 있다. 외철형 단상 변압기는 거의 직사각형이며, 레진으로 피복된 코일(40) 및 2개의 비정질 금속 철심(20)으로 이루어진다. 내철형 단상 변압기(10)는 2개의 거의 직사각형이며, 레진으로 피복된 코일(40) 및 단상 비정질 금속 철심(20)으로 이루어진다. 도 3A는 본 발명의 제2 실시형태를 도시한다. 그 실시형태에서는 외철형 3상 배선 변압기(10)는 3개의 거의 직사각형이며, 레진으로 피복된 코일 및 4개의 비정질 금속 철심(20)으로 이루어진다. 이하, 상세한 설명은 상기 외철형 단상 실시형태를 설명하지만, 당 기술 분야의 숙련자는 도 2A, 2B, 3A 및 3B에 도시된 상기 내철형 단상 및 외철형 3삼 변압기 실시형태에도 적용가능하다는 것을 인지할 것이다. 나아가, 본 발명 및 아래에 제공되는 그 상세한 설명은 다양한 다른 건식 배선 변압기 구성과 설계에 적용된다는 것은 당 기술분야의 숙련자에게는 자명하다. 이와 같이, 아래 제공되는 외철형 단상 변압기에 대한 상세한 설명은 예시로 설명하는 것이지 한정하기 위한 것이 아니다.

여기 사용된 바와 같이, "비정질 금속" 및 "비정질 금속합금"이라는 용어는 실질적으로 임의 장범위 규칙이 결여되고 액체 또는 무기 산화물 유리에서 관찰되는 특징과 정성적으로 유사한 X-레이 회절 강도 최대치로 특징되는 금속합금이다.

비정질 금속합금은 철심을 형성하는데 사용하기에 아주 적합하다. 그 이유는 비정질 금속합금이 (a) 낮은 히스테리시스 손실(hysteresis loss), (b) 낮은 과전류(eddy current), (c) 낮은 보자력(coercive force), (d) 높은 투자율(magnetic permeability), (e) 높은 포화치(saturation value) 및 (f) 온도에 따른 투자율의 최소 변화의 특성의 조합을 가지기 때문이다. .

이러한 합금은 X레이 회절로 결정되는 바와 같이, 최소 약 50% 비정질이다. 바람직한 비정질 금속합금은 M_60-90T_0-15X_10-25식을 갖는 비정질 금속합금을 포함한다. 여기서, M은 철, 코발트 및 니켈 원소 중 적어도 하나이고, T는 전이금속 원소 중 적어도 하나이며, X는 인, 붕소 및 탄소 비금속원소 중 적어도 하나이다. 상기 탄소, 붕소, 인 함량의 80%까지를 알루미늄, 안티몬, 베릴륨, 게르마늄, 인듐, 실리콘 및(또는) 주석으로 대체할 수도 있다. 자기 장치의 철심으로써 사용되는 경우에, 이러한 비정질 금속 합금은 일반적으로 사용되는 통상의 다결정질 금속 합금에 비교하여 우수한 특성을 나타낸다. 바람직하게는 이러한 비정질 합금의 스트립 (strip)은 적어도 80% 비정질이고, 보다 바람직하게는, 적어도 95% 비정질이다.

철심(20)의 비정질 합금은 약 10⁶℃/sec의 속도로 융액을 냉각함으로써 형성하는 것이 바람직하다. 급냉 응고된(rapidly quenched) 연속적인 금속 스티립을 제조하는데 있어 다양한 공지 기술이 적용가능하다. 상기 스트립 재료가 비정질 금속 변압기용 자기 철심에 사용될 때에 철심(20)의 스트립 재료는 어떤 종류의 칠(chill) 표면상에서 또는 냉매(quenching medium)에서 직접 용융된 재료를 주조함으로써 용이하게 마련한다.

이러한 공정 기술은 중간 와이어 드로잉(wire drawing) 또는 리본 성형(ribbon-forming) 과정을 요구하지 않으므로 제조비용을 상당히 절감시킨다.

바람직하게 철심을 이루는 상기 비정질 금속합금은 특정 조성에 따라서 일반적으로 약 200,000에서 600,000 psi의 높은 인장강도를 나타낸다. 이는 어닐링된 조건에서 사용되고 대개 약 4,000에서 8,000 psi 범위를 갖는 다결정질 합금과 비교된다. 보다 높은 강도 합금은 상기 변압기의 서비스 수명을 연장하므로, 높은 인장강도는 높은 원심력이 존재하는 적용에서 중요한 고려사항이다.

게다가, 철심(20)을 형성하는데 사용되는 비정질 금속 합금은 특정 조성에 따라 25℃일때에 160에서 180 마이크로옴-cm의 범위로 높은 전기 저항도를 나타낸다. 종래 선행기술의 재료는 약 45에서 160 마이크로옴-cm의 저항도를 갖는다. 상기 정의된 비정질 금속 합금에 보유하는 상기 높은 저항도는 과전류 손실, 즉 감소되는 철심 손실에 대한 인자를 최소화하는 AC 적용에서 유용하다.

비정질 금속 합금을 사용하여 철심(20)을 형성하는 추가적인 잇점은 실질적으로 동일한 금속 함량에서 종래 기술보다 낮은 보자력을 얻을 수 있다. 이로써, 고가의 큰 비율의 니켈과 비교하여, 비교적 저렴한, 보다 많은 철을 철심(20)으로 유용할 수 있다.

축(mandrel; 미도시) 상에서 연속되는 회전을 권선함으로써 상기 철심(20)의 각각을 형성하고, 기밀한 형성에 영향을 주는 인장 하에서 상기 스트립 재료를 유지한다. 회전의 수는 각 철심(20)의 소망하는 크기에 따라 선택된다. 철심(20)의 상기 스트립 재료의 두께는 1 에서 2 ㎜의 범위가 바람직하다. 여기서 사용되는 비정질 금속 합금의 비교적 높은 인장 강도로 인해, 1 에서 2㎜의 두께인 스트립 재료를 균열의 우려없이 사용할 수 있다. 과전류가 통과해야 하는 반지름 길이의 단위당 다수 경계가 있으므로 상기 스트립 재료를 상대적으로 얇게 유지하는 것은 유효 저항도를 증가시킨다고 고려할 수 있다.

도 1A 및 1B을 참조하면, 외철형 단상, 건식 배선 변압기(10)는 2개의 비정질 금속 철심(20) 및 피복된, 거의 직사각형의 코일(40)로 구성된 철심/코일 어셈블리(12)를 포함한다. 또한, 변압기(10)는 각각 하단 및 상단 코일 지지대(32, 36)를 갖고 상기 철심/코일 어셈블리(12) 내에서 지지하며 실장된, 하단 프레임(30) 및 상단 프레임(34)을 포함한다. 바람직하게는 각 철심(20)은 일반 직사각형의 단면형상(도1B에 도시됨)을 갖는 복수의 금속 스트립 또는 층(28)으로부터 권선한다. 각 철심(20)은 본 발명의 거의 직사각형 코일(40)의 실질적인 직선 중단면 내에 위치한 철심 창(22)을 공동으로 한정하는 2개의 긴 면(24) 및 2개의 짧은 면(26)을 갖는다. 여기서 상기 종횡비, 즉 상기 긴 면과 짧은 면(24,26) 사이의 관계는 상기 창 높이(즉, 긴 면(24)) 대 창 폭(짧은 면(26))의 비로 정해지고, 바람직하게는 약 3.5 대 1에서 4.5 대 1사이이다. 이 바람직한 철심 구성은 그 코일(40)에서 보다 낮은 온도 구배를 얻는 철심(20)을 구성할 필요가 있는 비정질 금속의 권선된 스트립 또는 층의 수를 최소화한다. 에폭시의 층을 긴 면(24)에 따라 적용하여 상기 철심(20)의 높이를 지지한다. 초기 에폭시 층은 일반적으로 연질이고 상기 철심을 이루는 비정질 금속 스트립 또는 층(28) 사이를 침투하는 것이 바람직하다. 후속되는 에폭시 층은 상기 철심(20)의 긴 면(24)에 소망하는 강도를 부여하기 위해 일반적으로 보다 경질이다. 철심(20)은 화학식 Fe₈₀B₁₁SI₉을 갖는 비정질 금속 리본(알라이드시그날 사에서 METGLAS 합금 SA-1 상표로 판매됨)으로 구성되는 것이 바람직한다.

본 발명의 코일(40)의 소망하는 형상은 거의 직사각형이다. 그러나, 다른 기하학적 형상도 본 발명의 범위 내에서 고려된다. 이러한 다른 기하학적 형상은 상기 철심(20)의 거의 직사각형 창(22) 내에 맞는 크기와 형상인 실질적으로 직선 중단면(52)을 포함한다. 예를 들면, 상기 코일(40)은 상기 철심 창(22) 내에 위치하지 않는 둥근 말단부(54)와 상기 철심 창을 통과하고 그 내에 위치한 일반적인 직선 중단면(52)을 가질 수 있다. 예를 들어, 일반적으로 직선 중단면을 갖는 타원을 가질 수 있다.

도 1B에서 보다 분명히 도시된 바와 같이, 본 발명의 거의 직사각형 코일(40)은 절연재(44) 및 선택적으로 배치되는 냉각 덕 공간(46)과 함께 복수의 코일 권선(42)으로 이루어진다(도 4 및 5에 도시됨). 상기 코일 요소를 직사각형 권선 축(60) 주위에 권선함, 즉 복수의 동심층에서 코일 권선(42) 및 절연재(44)를 번갈아 권선함으로써 상기 거의 직사각형(예를 들어, 권선(42)및 절연재(44))이 얻어진다.

바람직한 실시형태에서는, 절연재(44)는 상기 권선된 코일의 최내각 및 최외각 층으로 이루어지고, 나아가 인접한 권선된 코일 권선(42) 사이에 전기적 절연을 제공한다. 직사각형의 권선된 축(60)의 제거하는 경우에 상기 코일(40)의 세로축으로 실질적인 직사각형 코일 채널(56)은 정해진다.

통상적으로 상기 코일 권선재료는 스풀(spool)상에 제공되므로, 상기 재료는 상기 코일(40)을 그 권선재료 메모리에 인해 구부리거나 거의 타원형을 띠게 하는 굴곡 반경(bend radius)을 유지할 수도 있다. 이는 상기 코일의 구축 치수(build dimension)를 불리하게 증가시키고, 특히 바람직하게 실질적인 직선인 중단면(52)에서 조립치수를 증가시키며, 결국, 치수가 너무 커서 상기 철심(20)에 맞지 않는 코일이 될 수 있다. 이와 같이, 코일권선(42)(그리고 상기 코일(40))은 자신이 권선축(60; mandrel)으로부터 제거된 후 거의 직사각형의 형상을 유지하도록 확보할 필요가 있다.

본 발명에 의해 제공되는 하나의 해결책은 상기 코일권선(42)사이의 절연재(44)로서 에폭시가 도트된(epoxy-dotted) 크라프트지(kraft paper)를 사용하는 것을 포함한다. 상기 에폭시는 코일권선(42)에 부착되고 경화된 후, 그 위에 권선재료의 휘어지는 경향을 방지하는 상기 권선(42)에 경화를 부여한다. 선택적으로 권선형(62)(도 4 및 도 5 참조)은 코일권선(42) 및 축(60; mandrel)상에 권선된 코일(40)에 코너를 형성하는 코일 금속코너(64)를 포함한다. 제3 해결책은 예를 들어, 나무 블록 및 나일론 망치를 사용하여,축(60)상에 권선재료를 권선할때에 코일(40)의 거의 직사각형 형상을 형성하는 것을 포함한다. 또 다른 해결책은 상기 코일(40)이 완전히 권선된 후, 피복하기 전에 상기 권선된 축(60)상에 상기 코일(40)을 그대로 두고 클램프(clamp) 사이에 권선(40)의 긴 지지대(leg)를 압박하는 것을 포함한다. 상기 후자의 해결책은 상기 코일(40)에 거의 직사각형의 형상를 제공하는 것은 물론, 상기 코일(40)의 긴 지지대를 압축함으로써 구축범위가 최소화된 단면, 즉 실질적인 직선 중단면(52)에서 상기 권선(42)과 절연재(44) 사이의 구축을 최소화하는 것을 제공한다.

완성된 코일(40)의 크기를 더 최소화하기 위해, 상기 냉각 덕트 공간(46)은 상기 코일의 실질적인 직선 중단면(52)에 배치하지 않는다(그리고 냉각 덕트(58)는 설치하지 않는다). 상기 냉각 덕트 공간(46)은 주변에 불연속적인 냉각 덕트를 필요로하는 원형 혹은 환상 코일에 다른 장점을 제공한다. 따라서 상기 공간(46)의 선택적 장소에 의해 결정된 주변에 불연속적인 냉각 덕트는 실질적인 직사각형의 코일(40)의 말단부(54)에만 제공된다.

상기 절연재(44)는 코일권선(42)의 주변층 사이에 배치되어 그들 사이에서 전기적 절연을 하고 상기 코일(40)의 최내각 및 최외각 층을 형성한다(이하, 기재되는 에폭시 피복은 고려되지 않음). 보다 바람직한 실현에서는, 상기 절연재(44)은 Dupont's Nomex(상표)와 같은 하나 이상의 아라미드지(aramid paper)의 시트(sheet)를 포함한다. 당 기술분야의 숙련자는 본 발명의 사상 혹은 의도에서 벗어나지 않고 다양한 다른 절연재이 사용할 수 있는 것은 자명하다.

절연재(44)의 최내각 및 최외각 시트(sheet)는 코일(40)의 세로 끝보다 약 12mm 더 길게 되도록 적당한 크기로 되어 있다. 더욱이 냉각 덕트(duct) 공간(46)의 각 측면에 위치한 절연재(44)은 코일(40)의 끝을 지나 약 12mm더 길게 한다. 연장된 절연재(44)의 상기 시트는 얇은 에폭시 예를 들어 Magnolia Co., part번호 3126, A/B에 의해 만들어진 에폭시 같은 것으로 봉입되어 있다. 그리고 나서 절연재(44)의 에폭시로 처리된 연장된 시트는 코일(40)의 피복처리(이하에서 상세히 설명함) 과정에서 교정된 에폭시를 포함하도록 한다.

건식 배전 변압기 냉각은 대류식 혹은 공기 강제식이 있다. 덕트를 통해 공기의 흐름을 가능하게 하는 코일 권선사이에 덕트(58) 냉각이 필요하다. 상기 덕트 냉각 공간(46)은 코일(40)이 감겨진 코일권선(42)사이에 삽입될 수 있고 상기 코일(40)이 피복되어진(이하에서 더 상세히 설명함) 후에는 제거될 수 있다. 철심(20)의 철심창(22)내에 코일(40)이 적합하게 될 것이라는 것을 확실히 할 수 있도록 코일(40)의 권선 치수를 제어하는 것이 바람직하기 때문에 상기 냉각 덕트 공간(46)은 조립된 변압기(10)에서 철심창(22)(예를 들어 도 1B에서 명확히 볼 수 있듯이 코일(40)의 세로의 끝에) 내에 위치하지 않는 철심(40)의 단면에 단지 삽입된다. 따라서 상기 코일(40)의 치수는 더 작은 배전 변압기를 차례로 생산하는 더 작은(예: 더 좁은) 코일(40)을 제공함으로써 철심창(22)내에 위치하게 될 단면에서 제어된다. 본 발명에 따른 거의 직사각형의 코일은 직사각형 코일의 둘레에 대해 연속적이지 않는 냉각 덕트(58)의 사용을 가능하게 한다. 선택적으로 상기 냉각 덕트(58)를 위치시키고 주변적으로 연속적이지 않은 냉각 덕트(58)을 제공하는 것에 대해 바람직한 것은 상기 냉각 덕트(58)는 코일의 크기 - 코일(40)의 실질적으로 직선의 중단면에서 특히 바람직함 - 를 증가시킨다는 사실을 명확히 고려한다는 것이다. 본 발명에 따른 거의 직사각형 형상의 코일(40)은 코일(40)의 말단면(54)에 냉각 덕트(58)의 선택적 위치를 허용하는 명확하게 도시된 네가지 측면(둥근 혹은 원형코일은 그렇지 않음)을 제공한다.

배전 변압기의 2차 권선으로 사용된 종래의 변압기같은 저전압코일에서는 상기 코일권선(42)은 하나 이상의 알루미늄 혹은 구리 시트를 포함한다(도 4 참조). 배전 변압기의 1차 권선으로 사용된 종래의 변압기같은 고전압코일에서는 상기 코일권선(42)은 단면적으로 직사각형의 혹은 원형 구리 와이어(wire)를 포함한다(도 5 참조). 저전압과 고전압코일 둘다에 대해서는 상기 코일(40)은 미리 결정된 모가 난 구성을 갖는 금속코너(64)를 지닌 권선 형상(62)와 결합된 직사각형의 축(60 ; mandrel)에 감겨져 있다. 본 발명에 따른 상기 실제적으로 직사각형의 코일(40)은 단지 저전압코일 혹은 고전압코일 혹은 교대로 포함할 수 있고 저전압, 고전압코일을 동시에 포함할 수도 있다. 상기 권선코일(40)은 이하에서 더 상세히 설명하듯이 에폭시 레진층(50)에 의해 완전히 포함되고 피복된다.

도 4 및 도 5에는 특히 저전압 및 고전압 적용에 대해 본 발명에 따라 구성된 일반적으로 직사각형의 코일(40)이 나타나 있다. 도 4에 있는 저전압코일(40)은 일반적으로 직사각형의 권선 축(60 ; mandrel)에 대해 구리나 알루미늄 시트 같은 코일권선(42)을 권선함으로써 형성된다. 전기적으로 권선(42)의 주변 층을 절연시키기 위해서 절연재(44)은 권선의 주변 층 사이에 배치된다. 절연재(44)은 권선코일(40)의 최내각 및 최외각 층을 포함한다. 냉각 덕트(58)는 코일(40)이 감겨져 있는 코일권선(42)사이에 냉각 덕트 공간(56)을 삽입함으로써 권선코일(40)내에 위치한다. 상기 공간(56)은 상기 코일(40)이 피복되고 그 이후에 상기 냉각 덕트(58)가 제거된 공간(46)에 의해 생성된 공동(cavity)에 의해 결정된 다음에 제거된다. 상기 코일권선(42)이 직사각형의 축(60; mandrel)에 대해 나사선 혹은 원형으로 권선된 직사각형 혹은 원형 구리 와이어를 포함하는 것은 제외하고는, 도 5에 도시된 고전압코일(40)은 도 4의 저전압코일(40)의 방법과 비슷한 방법으로 형성된다.

본 발명에 따른 상기 코일(40)은 도 6에서 도시된 바와 같이 용기(70)을 사용하는 에폭시 레진층(50)으로 피복되어 있다. 상기 용기(70)는 첫 번째 및 두 번째 반(72a, 72b), 용기철심(74), 용기바닥(76)을 가지는 용기덮개(vessel shell)을 포함한다. 상기 용기철심(74) 또한 첫 번째 및 두 번째 반(74a, 74b) 혹은 교대로 포함하고, 본 발명에 따른 일반적으로 직사각형의 코일(40)이 권선되고 형성되어 있는 직사각형의 권선 축(60; mandrel)을 포함할 수 있다. 첫 번째 및 두 번째 반(72a, 72b)위에 제공된 브래킷(78; bracket)은 피복과정에서 두 개의 반을 하나로 묶는데 사용될 수 있다.

상기 피복과정은 도 6, 7 및 8을 참조하여 상세히 설명한다. 상기 권선코일(40)은 경화후 에폭시 내에서 어떤 요동에도 견디도록 약 100mm만큼 상기 코일(40)의 상부위로 더 확장한 용기(70)내에 위치한다. 그리고 나서 상기 용기(70) 및 코일(40)은 진공소스(82) 및 에폭시소스(84)에 연결된 진공실(80)내에 위치하게 된다. 그리고 나서 상기 진공실(80)은 상기 진공소스(82)에 의해 약 150 torr까지 진공된다. 파트번호 111-047같은 Magnolia Co.에 의해 판매된 비스페놀 A(bisphenol A)형상의 저점도의 에폭시가 나와 용기(70)를 완전히 채운다. 상기 용기(70)가 에폭시로 상부까지 채워지면 상기 진공실(80)은 약 20 torr 더 진공된다. 상기 진공실(80)내에 상기 기술된 압력이 변하는 동안 에폭시 레벨이 떨어지면 수용용기(70)내로 에폭시가 추가로 공급된다. 일단 용기(70)가 에폭시로 완전히 채워지고 에폭시 레벨이 수용용기(70)내에서 안정화되면 상기 에폭시는 에폭시 레진층(50)이 상기 코일(40)을 완전히 감싸고 피복하도록 경화된다. 에폭시가 경화된 후 상기 코일(40)은 수용용기(70)로부터 제거되고 냉각 덕트 공간(46)은 상기 코일(40)로부터 제거된다.

거의 직사각형이며 레진으로 피복된 코일(40)은 거의 직사각형의 단면 및 직사각형의 철심창(22)을 갖는 권선된 비정질 금속 철심(20)과 함께 사용될 수 있다. 상기 코일(40)의 실질적인 직선단면(52)은 철심창(20)내에 위치하고 실질적으로 상기 창(22)의 크기와 형상가 일치한다.

따라서, 본 발명은 일반적으로 직사각형의 단면모양 및 일반적으로 레진로 피복된 코일을 가진 권선형 비정질 금속 철심을 포함하는 건식 배전 변압기를 나타낸다. 상기 피복은 주위의 악조건으로부터 코일을 보호하고 코일의 절연시스템을 보호하고 단락회로 상태에서 코일의 내구력을 향상시키고, 또한 공기(대류에 의한 혹은 강제적인)가 부드럽고 쉽게 통과할 수 있도록 코일의 외부에 대한 부드럽고 균일한 표면을 제공함으로써 코일의 냉각 특성을 향상시킨다. 더욱이 철심의 단면의 모양과 코일의 모양을 일치시킴으로써 본 발명은 제조 비용을 절감하고 저항이 적고 따라서 손실이 감소되고(코일을 감는데 필요한 코일재료가 적게들고), 거의 원형 혹은 둥근 코일을 가진 종래기술의 변압기보다 더 조밀한 건식 비정질 금속 배전 변압기를 나타낸다. 또한 본 발명은 변압기 제조비용과 전체 변압기 크기를 줄이는 좀 더 경제적인 방법으로 변압기 재료를 사용하는 견고하고 내구성이 있는 건식 배전 변압기를 나타낸다.

이와 같이, 상세하게 본 발명을 설명하였으나, 이러한 상세한 설명은 엄격하게 고수되는 요하는 것이 아니라, 본 발명의 범위에 해당되어 첨부 청구범위에 한정되는 바와 같이, 당 기술 분야의 숙련자에게 다양한 변형과 개조를 제안할 수 있다는 것을 인지할 것이다.

Claims (39)

1. 건식 배전 변압기에 있어서,

   실질적으로 직선인 단면부를 갖는 레진이 피복된 코일;및

   그 내부로 정의되는 철심창(core window)을 갖는 비정질 금속 철심을 포함하고,

   상기 코일과 상기 철심은

   상기 코일의 실절적으로 직선인 단면 형상이 상기 철심창의 형상과 실제적으로 일치하도록 하는 크기와 형상을 가지며, 상기 코일과 상기 철심을 조립하여 상기 배전 변압기를 형성할 때에 상기 코일의 실질적으로 직선인 단면은 상기 철심창 내부에 위치되어 있고,

   상기 코일은 상기 코일의 주위를 비연속적으로 둘러싸고 있는 복수의 냉각 덕트를 갖으며 상기 실질적으로 직선인 단면부를 포함하지 않는 상기 코일의 일부에 위치되어 있음을 특징으로 하는 건식 배전 변압기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 코일은

   전도성 코일 권선과 상기 코일의 인접 동심층 사이에 전기적 분리를 제공하는 절연재를 포함하는 복수의 동심층; 및

   상기 코일을 피복하는 레진층을 더 포함함을 특징으로 하는 건식 배전 변압기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 복수의 동심층은 직사각형의 권선형태에 전도성 재료 및 절연재를 번갈아 가며 권선하여 형성됨을 특징으로 하는 건식 배전 변압기.
4. 제2항에 있어서,

   상기 복수의 냉각 덕트는 상기 복수의 동심층 중 인접하는 동심층 사이에서 정의됨을 특징으로 하는 건식 배전 변압기.
5. 제2항에 있어서,

   상기 레진층은 저점도 에폭시 레진로 이루어짐을 특징으로 하는 건식 배선 변압기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 저점도 에폭시 레진은 바이스페놀 A 에폭시 레진임을 특징으로 하는 건식 배선 변압기.
7. 제1항에 있어서.

   상기 철심은 권선된 철심임을 특징으로 하는 건식 배선 변압기.
8. 제1항에 있어서,

   상기 철심은

   M은 철, 코발트 및 니켈 원소 중 적어도 하나이고, T는 전이금속 원소 중 적어도 하나이며, X는 인, 붕소 및 탄소 비금속원소 중 적어도 하나이고, 상기 탄소, 붕소, 인 함량의 80%까지를 알루미늄, 안티몬, 베릴륨, 게르마늄, 인듐, 실리콘 및 주석으로 선택적으로 대체할 수 있는 M_60-90T_0-15X_10-25식을 만족하는 비정질 금속 합금으로 제조됨을 특징으로 하는 건식 배선 변압기.
9. 제1항에 있어서,

   상기 철심 창은 적어도 3.5:1 의 종횡비로 정의됨을 특징으로 하는 건식 배전 변압기.
10. 제1항에 있어서,

    상기 철심 창은 3.5:1 과 4.5:1 사이의 종횡비로 정의됨을 특징으로 하는 건식 배선 변압기.
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