KR100957804B1 - 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작동유체 내부까지 연장되는 히트파이프와 함께 히트파이프의 양측단에 냉각팬을 구성함으로써 보다 신속하게 변압기의 코일부에서 발생하는 열을 방출하도록 한 변압기에 관한 것으로서, 케이스와, 상기 케이스의 내부에 설치되어 인입된 전기의 전압을 변압시키는 변압유니트와, 상기 케이스의 내부에 변압유니트가 수장될 수 있도록 충진되는 작동유체와, 상기 작동유체가 순환되면서 열교환에 의해 냉각될 수 있도록 케이스와 연통되게 케이스의 외면에 설치되는 다수개의 방열부와, 상기 케이스의 상측으로 돌출되면서 상기 케이스 내부의 작동유체까지 연장되어 상기 케이스의 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 히트파이프와, 상기 히트파이프의 양측에 서로 마주보게 구성되어 일측은 외부의 공기를 상기 히트파이프쪽으로 유입하고 타측은 상기 히트파이프에서 외부로 방출하는 냉각팬을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

변압기, 히트파이프, 냉각팬, 케이스, 작동유체

Description

변압기{transformer}

본 발명은 변압기에 관한 것으로서, 특히 내부에서 발생한 열을 신속하게 방열하도록 한 변압기에 관한 것이다.

일반적으로 변압기는 송배전선로에 접속되는 전력용 변압기와 전자회로에 사용되는 결합용 변압기까지 많은 종류가 있으며, 전력용 변압기는 변압기로 교류회로에 가하여지는 어떤 전압을 그보다 높이거나 또는 낮은 전압으로 변화시킬 수 있으며 전력은 변하지 않는 것으로 전원에 연결하는 1차권선과 부하에 연결하는 2차권선은 같은 철심(鐵心)위에 감겨져 있는 구조를 갖는 것이다.

여기서, 배전선로에 사용되는 변압기는 수십 kVA 정도까지의 용량이지만 고압 송전선로에는 수십만 kVA가 되는 대용량의 것도 있다.

상기 변압기의 실제 구조는 용량이나 전압에 따라 다르나 주요한 부분은 권선과 철심이며, 상기 권선과 철심을 케이스 안에 넣고 작동유체(絶緣油)를 가득 채운다.

상기 작동유체를 사용하는 이유는 권선의 절연물에 습기나 먼지가 들어가서 절연내력(絶緣耐力)을 저하시키기 때문에 이런 현상을 방지하고, 상기 철심이나 권 선에서 발생하는 열을 기름의 대류나 복사(輻射)에 의해 방열시키기 위해서이다.

한편, 대용량의 변압기에서는 방열이 잘 되게 하기 위하여 탱크의 외부에 기름을 순환시키는 파이프나 방열판을 설치하며, 한층 더 대용량의 변압기에서는 방열판에 선풍기를 설치하고 이것으로 바람을 보내서 방열효과를 좋게 하는 것도 있다.

이때, 변압기를 설치하는 장소에 따라서는 방열판을 설치하는 대신에 변압기 내에서 뜨거워진 기름을 파이프를 통해서 밖으로 끌어내고, 냉각수로 냉각시키는 방법 또는 수냉관을 변압기 속으로 통과시켜 펌프로 물을 순환시키는 방법이 있으며, 중·대용량의 변압기에 3상식(三相式)을 사용하는 경우도 많다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술에 의한 변압기를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

즉, 도 1은 종래 기술에 의한 변압기를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

종래의 변압기(1)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 작동유체 및 트랜스(미도시)가 내장되는 변압기(1)의 일측면에 방열부(2)가 설치되는 구성을 하고 있다.

상기 방열부(2)는 여러 개의 방열판(2a)으로 이루어진다. 각각의 방열판(2a)에는 작동유체가 흐를 수 있도록 상, 하부에 연결파이프(2b)가 결합되며, 결합된 방열판(2a)은 변압기(1)에 용접되는 형태로 설치된다.

그러나 상기와 같은 방열판을 갖는 종래 기술에 의한 변압기는 방열의 효율을 높이기 위해서 방열판을 변압기의 측면에 다수개를 더 설치할 수 있으나 추가되는 방열판 설치를 위해 각각의 방열판에 작동유체가 흐를 수 있는 구조로 형성해야 하는 번거로움과 다단계의 공정을 요구하게 되므로 높은 생산 단가와 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

즉, 종래의 변압기에서는 그 방열성능이 방열판의 사이즈에 의해 결정되므로 방열효율을 높이기 위해서는 방열기 면적을 증가시켜야 하는 등 대폭적인 고압변압기의 사이즈 증가와 중량 증가, 그리고 과도한 원가상승 부담을 초래하며, 해당 제품의 유지보수 및 관리부담이 가중되는 문제가 있다.

또한, 변압기에 추가 설치되는 방열판이 설치 면적을 많이 차지하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로 작동유체 내부까지 연장되는 히트파이프와 함께 히트파이프의 양측단에 냉각팬을 구성함으로써 보다 신속하게 변압기의 코일부에서 발생하는 열을 방출하도록 한 변압기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 변압기는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 설치되어 인입된 전기의 전압을 변압시키는 변압유니트와, 상기 케이스의 내부에 변압유니트가 수장될 수 있도록 충진되는 작동유체와, 상기 작동유체가 순환되면서 열교환에 의해 냉각될 수 있도록 케이스와 연통되게 케이스의 외면에 설치되는 다수개의 방열부와, 상기 케이스의 상측으로 돌출되면서 상기 케이스 내부의 작동유체까지 연장되어 상기 케이스의 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 히트파이프와, 상기 히트파이프의 양측에 서로 마주보게 구성되어 일측은 외부의 공기를 상기 히트파이프쪽으로 유입하고 타측은 상기 히트파이프에서 외부로 방출하는 냉각팬을 포함하여 구성되고, 상기 히트파이프는 상기 케이스의 상부로 돌출되어 외부로 열을 방출하는 돌출부와, 상기 케이스 내부의 작동유체까지 연장되어 열을 순환시키는 연장부와, 상기 돌출부 및 연장부를 지지하기 위해 일정한 간격을 갖는 다수의 관과, 상기 각 관을 사이에 두고 일정한 간격을 가지면서 열교환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 변압기는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 기존 변압기에 설치된 방열판 외에 별도의 방열수단으로 히트파이프 및 냉각팬을 설치함으로써 작동유체의 열을 방열하여 작동유체의 온도를 일정한 수준으로 유지시켜 줄 수 있다.

둘째, 히트파이프 및 냉각팬은 기존 방열판보다 구조가 간단하고 설치 면적이 덜 차지하면서 무동력으로 작동되어 유지보수 비용을 절감할 수 있다.

셋째, 작동유체 내부까지 연장되는 히트파이프를 변압기의 상단부에 구성함과 아울러 상기 히트파이프의 양단에 서로 대응되게 냉각팬을 구비함으로써 보다 신속하게 작동유체의 열을 방열할 수 있다.

넷째, 변압기의 이용률이 낮은 부하에서는 일반 방열판으로 발생되는 열을 방열하고, 중부하에서는 50% 이상이거나 단위 시간에 온도가 급속이 상승할 경우 발생한 열을 히트파이프 및 냉각팬을 사용하여 신속히 방열할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 변압기를 보다 상세히 설명하 면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 변압기를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 3a 내지도 3c는 도 2의 정면도, 후면도, 측면도를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 변압기(100)는 도 2 및 도 3a 내지 도 3c에 도시한 바와 같이, 케이스(110)와, 상기 케이스(110)의 내부에 설치되어 인입된 전기의 전압을 변압시키는 변압유니트(도시되지 않음)와, 상기 케이스(110)의 내부에 변압유니트가 수장될 수 있도록 충진되는 작동유체(도시되지 않음) 및 작동유체가 순환되면서 열교환에 의해 냉각될 수 있도록 케이스(110)와 연통되게 케이스(110)의 외면에 설치되는 다수개의 방열부(120)와, 상기 케이스(110)의 상측으로 돌출되면서 상기 작동유체까지 연장되어 상기 케이스(110)의 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 히트파이프(130)와, 상기 히트파이프(130)의 양측에 구성되어 상기 케이스(110) 외부의 공기를 상기 히트파이프(130)의 표면에 불어줌과 동시에 외부로 방출하는 냉각팬(140)을 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 케이스(110)는 사각형이며, 상면에는 외부로부터 공급되는 전류를 변압기(100) 내부로 운송하기 위하여 도체와 상기 도체 절연을 위한 고압부싱(150a)이 설치되고, 측면에는 감압된 전기가 출력될 수 있도록 저압부싱(150b)이 설치된다.

상기 고압부싱(150a)은 상기 케이스(110)의 측면에서 상향 경사 배치하며, 그 경사배치각도로서 바람직한 각도는 45°이다. 상기 고압부싱(150a)은 그의 엔드부가 상기 저압부싱(150b)의 그것보다 높지 않게 설치하고 있다. 이것은 고압부 싱(150a)에 의해 변압기(100)의 높이가 기형적으로 높아지는 것을 보완하게 되어 용량저하 없이 변압기 사이즈의 컴팩트화를 가능하게 한다.

또한, 상기 케이스(110) 내부의 코일(권선)에 당접설치되는 권선온도계(160)와 상기 케이스 내부압력의 상승시 소호성 가스 방출용 호흡기(160)를 설치하고 있다.

상기 권선온도계(160)는 절연유를 매체로하여 온도를 측정하는 유온도계와는 달리, 직접 코일(권선)에 접촉된 상태로 설치하여 실제 코일의 온도를 실시간으로 신속하게 나타내 주게 된다. 이것은 절연유에 의한 전달온도를 읽어들여 코일온도로 나타내 주는 유온도계의 경우보다 코일의 온도를 정확하고 신속하게 계측하여 표시해준다.

한편, 본 발명의 실시예에서 상기 케이스(110)를 사각형으로 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고 다양한 형태 예를 들면, 원통형이나 다각형 등으로 형성할 수 있다.

상기 케이스(110)의 내부에는 고압의 전기를 일반 가정 또는 산업체에서 사용하는 전압의 전기로 변압할 수 있도록 상기 변압유니트가 설치된다.

상기 변압유니트는 1차 코일과 2차 코일의 권선 횟수를 달리하여 전자기 유도작용을 통해 전압을 변환하는 통상적인 변압 방식이 적용된다.

상기 케이스(110)의 내부에는 상기 변압유니트에서 먼지나 습기로 인한 절연내력이 저하되는 것을 방지하고, 상기 변압유니트에서 발생하는 열을 방열시킬 수 있도록 작동유체가 상기 변압유니트를 수장할 수 있을 정도로 충진되어 있다.

상기 케이스(110)의 외부에는 상기 케이스(110)와 연통되어 작동유체가 순환할 수 있도록 방열부(120)가 설치되어 있다.

상기 냉각팬(140)은 상기 히트파이프(130)의 상부로 외부의 공기를 유입함과 동시에 상기 히트파이프(130) 상부에 있는 공기를 흡입하여 배출할 수 있도록 구성되어 있다.

즉, 상기 냉각팬(140)은 서로 상반된 역할을 하도록 구성되어 상기 히트파이프(130)에 유입된 열을 외부의 공기를 통해 보다 효과적으로 냉각시킴과 동시에 히트파이프(130) 상부에 더워진 공기를 외부로 빠르게 배출할 수 있도록 구성되어 있다.

한편, 상기 냉각팬(140)을 서로 마주보게 구성하여 상기 히트파이프(130)에 외부의 공기를 유입하여 외부로 배출할 수도 있다.

상기 히트파이프(130)는 케이싱(170)에 의해 덮여져 있는데, 이는 작업자나 관리자 등이 상기 히트파이프(130)에 의하여 화상 등의 사고를 미연에 방지하기 위해 커버 형태로 상기 히트파이프(130)를 감싸고 있다.

또한, 변압기(100)내에 작동유체의 상승유온을 최대로 흡열할 수 있도록 하기 위해 동관 및 동관을 삽입한 전조형 핀튜브로 구성되는 증발부(도시되지 않음)를 추가로 구성할 수 있다.

상기 방열부(120)는 상기 증발부에서 흡열한 절연유의 고온을 외부로 방열하기 위해 동관을 삽입한 알루미늄 핀으로 구성되는데, 상기 알루미늄 핀의 길이는 변압기 용량에 따라 적절하게 사용할 수 있다.

상기 작동유체는 저온용, 중저온용, 고온용 등으로 분류되어 상기 히트파이프(130)에 사용되는데, 변압기의 절연유의 경우 유온 55도 안팎을 유지해야 하므로 중저온용인 물, 알코올류 등이 사용되면, 본 발명의 실시예에서는 증류수를 사용하고 있다.

상기 냉각팬(140)은 저소음, 대풍량의 AC 쿨링팬(cooling fan)으로 구성되며, 그 사양은 변압기(100) 및 히트파이프(130)의 크기에 따라 적절하게 사용할 수 있다.

한편, 상기 변압기(100)의 상부에 핸드홀(180)이 설치되는데, 상기 핸드홀(180)의 규격은 변압기의 용량에 따라 차이가 있으나, 상, 중, 하 등 3개로 규격화한다. 예를 들면, 750kVA이상의 경우 가로 850㎜, 세로 400㎜로 하고, 400~70kVA까지는 가로 610㎜, 세로 320㎜로 하며, 70kVA이하는 가로 470㎜, 세로 250㎜로 한다.

한편, 상기 핸드홀(180)에는 상기 히트파이프(130)를 삽입할 공수는 4개에서 최대 8개까지이고, 변압기(100) 상부에 볼트를 채울 구멍의 크기는 13㎜로 한다.

아래의 표 1은 변압기 용량별 히트 파이프의 수량을 나타낸 것이다.

변압기 용량(kVA)	히트파이프 수량
100	8
200	10
300	12
400	14
500	15
600	18
700	21
800	24
900	28
1000	32

상기의 표 1에서와 같이 변압기 용량(kVA)에 따라 히트파이프(130)의 수량을 적절하게 사용할 수 있다.

도 4는 본 발명에 의한 변압기에 사용된 히트파이프의 예를 나타낸 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 케이스(도 2의 110)의 상부에 히트파이프(130)가 설치된다.

한편, 상기 히트파이프(130)는 상기 케이스(110)의 핸드홀(180)를 기준으로 상부로 돌출되어 외부로 열을 방출하는 돌출부(131)와, 상기 핸드홀(180)의 아래쪽 즉, 작동유체까지 연장되어 케이스(110) 내부의 열을 순화시키는 연장부(132)를 포함하여 구성되어 있다.

또한, 상기 히트파이프(130)는 상기 돌출부(131) 및 연장부(132)를 지지하기 위해 일정한 간격을 갖는 다수의 관(133)을 포함하여 구성되는데, 상기 각 관(133)을 사이에 두고 일정한 간격을 가지면서 열교환부(134)가 형성되어 있다.

상기 히트파이프(130)는 내부에 휘발성 액체가 충진 되어 있는 것으로서, 히트파이프(130)의 일측 단부에 열을 가하면 내부에 충진된 휘발성 액체가 증발하여 열에너지를 가지고 타측 단부로 이동한 후, 타측 단부에서 방열하도록 되어있고, 구조는 다양하게 공지되어 있어 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 변압기(100)의 냉각 과정은 다음과 같다.

즉, 변압유니트의 변압 작동중 발생하는 열에 의해 작동유체가 가열되고, 상기 가열된 작동유체는 케이스(110) 내부에서 상방향으로 상승하게되고, 상기 케이스(110)의 측면에 설치된 배출관을 통해 방열부(120)로 배출된다.

한편, 상기 케이스(110)의 내부의 작동유체의 온도가 급상승할 때 상기 케이스(110)의 상부에 설치된 히트파이프(130)에 의해 작동유체의 일차 냉각이 이루어진다.

그리고 상기 히트파이프(130)의 양측단에 설치된 냉각팬(140)의 회전에 의해 외부의 공기를 히트파이프(130)에 유입함과 동시에 히트파이프(130)에 잔존하는 가열된 공기를 외부로 방출시켜 상기 히트파이프(130)의 온도를 낮추게 된다.

도 5는 도 2의 히트파이프와 냉각팬을 보호하는 케이싱을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 케이싱(170)은 다수개의 홀(171)들이 구성되어 있고, 상기 홀(171)들을 통해서 공기의 유입 및 방출이 이루어진다.

또한, 상기 케이싱(170)의 가장자리에는 다수의 체결홀(172)들이 구성되어 있고, 상기 체결홀(172)들은 변압기의 케이스(110) 상단부에 체결된다.

상기 케이싱(170)의 양측면에는 커버(173)가 형성되어 있는데, 이는 냉각팬(도 2의 140)을 보호함과 동시에 공기의 유입 및 방출이 원할하게 진행되도록 다수의 홀들이 형성되어 있다.

상기와 같이 구성된 케이싱(170)은 히트파이프(130) 및 냉각팬(140)을 보호함과 동시에 작업자 등이 히트파이프(130)에 의해 화상을 입는 것을 사전에 방지할 수 있다.

한편, 상기 케이싱(170)의 외부에는 상기 히트파이프(130)의 온도를 측정하여 디스플레이하기 위한 온도계(도시되지 않음)가 부착되어 있다. 상기 온도계에 의 온도 측정 결과에 의해 상기 냉각팬(140)을 자동으로 제어할 수 있도록 외부에는 콘트롤러(도시되지 않음)가 구성되어 있다.

상기 콘트롤러는 상기 히트파이프(130)에 온도의 상승이 급하게 일어난 경우를 판단하게 되면, 즉시 냉각팬(140)을 구동시켜 히트파이프(130)의 표면으로 외부의 공기를 유입함과 동시에 히트파이프(130)에 의해 더워진 공기를 신속하게 배출할 수 있도록 한다.

도 6은 도 2의 핸드홀을 개략적으로 나타낸 상면도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 핸드홀(180)은 변압기(100)의 상부에 설치되는데, 상기 핸드홀(180)의 규격은 변압기의 용량에 따라 차이가 있고, 상기 핸드홀(180)의 표면에는 히트파이프(130)의 삽입 및 변압기(100)의 상부에 볼트를 체결하기 위한 다수의 홀(181)들이 형성되어 있다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 변압기를 개략적으로 나타낸 구성도

도 2는 본 발명에 의한 변압기를 개략적으로 나타낸 구성도

도 3a 내지도 3c는 도 2의 정면도, 후면도, 측면도를 나타낸 도면

도 4는 본 발명에 의한 변압기에 사용된 히트파이프의 예를 나타낸 도면

도 5는 도 2의 히트파이프와 냉각팬을 보호하는 케이싱을 개략적으로 나타낸 도면

도 6은 도 2의 핸드홀을 개략적으로 나타낸 상면도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 변압기 110 : 케이스

120 : 방열부 130 : 히트파이프

140 : 냉각팬

Claims (5)

1. 케이스와,

   상기 케이스의 내부에 설치되어 인입된 전기의 전압을 변압시키는 변압유니트와,

   상기 케이스의 내부에 변압유니트가 수장될 수 있도록 충진되는 작동유체와,

   상기 작동유체가 순환되면서 열교환에 의해 냉각될 수 있도록 케이스와 연통되게 케이스의 외면에 설치되는 다수개의 방열부와,

   상기 케이스의 상측으로 돌출되면서 상기 케이스 내부의 작동유체까지 연장되어 상기 케이스의 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 히트파이프와,

   상기 히트파이프의 양측에 서로 마주보게 구성되어 일측은 외부의 공기를 상기 히트파이프쪽으로 유입하고 타측은 상기 히트파이프에서 외부로 방출하는 냉각팬을 포함하여 구성되고, 상기 히트파이프는

   상기 케이스의 상부로 돌출되어 외부로 열을 방출하는 돌출부와,

   상기 케이스 내부의 작동유체까지 연장되어 열을 순환시키는 연장부와,

   상기 돌출부 및 연장부를 지지하기 위해 일정한 간격을 갖는 다수의 관과,

   상기 각 관을 사이에 두고 일정한 간격을 가지면서 열교환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 변압기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 히트파이프 및 냉각팬은 덮어 보호하는 케이싱을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 변압기.
5. 삭제

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