KR101086339B1 - 열전소자를 이용한 유입변압기 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전소자를 이용한 유입변압기 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공급된 전압을 상기 사용자가 원하는 전압으로 변압하기 위한 유입변압기의 냉각장치에 있어서, 상기 유입변압기의 함체 외부에 직렬 또는 병렬로 연속배치되어 설치되는 다수의 냉각부와, 상기 다수의 냉각부 상호간을 연결하는 연결관과, 상기 냉각부로 함체 내 고온의 절연유를 공급하고, 냉각부에 의해 냉각된 절연유를 함체 내로 순환시키는 순환라인으로 구성되되, 상기 냉각부는 방열과 냉각이 양면에 각각 이루어지는 열전소자와, 상기 열전소자의 냉각면에 설치된 냉각자켓을 통해 고온의 절연유가 유동되도록 하여 냉각시켜 유입변압기로 순환시킴과 동시에, 상기 열전소자에 공급되는 전원을 함체 내 온도를 측정 후 이에 따라 전원공급량 및 전원공급여부를 제어하도록 한 열전소자를 이용한 유입변압기 냉각장치에 관한 것이다.

유입변압기, 냉각장치, 열전소자, 절연유

Description

열전소자를 이용한 유입변압기 냉각장치{Cooling Device for Oil Filled Transformer using Thermoelectric Element}

본 발명은 전류를 인가하면 열을 흡수 및 방열하는 열전소자를 이용하여, 유입변압기 내 절연유를 냉각시키기 위한 열전소자를 이용한 유입변압기 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 변압기는 자로를 형성시키기 위한 철심과 이 철심에 결합되어 전로를 형성시키는 코일(권선)을 포함하며, 이들 철심과 코일이 외부와의 사이에서 충분한 절연상태를 유지하도록 하고 냉각매체로서의 기능을 수행하도록 하기 위해 변압기 내부에 오일(절연유)을 충입 후, 변압기 케이스의 둘레에 마련된 대규모의 방열기 측으로 오일을 순환시키고, 이를 외기의 팬이 구동되어 냉각시키는 구성으로 이루어져 있다.

이러한, 변압기는 사용자에게 공급된 전압을 상기 사용자가 원하는 전압으로 변압하기 위한 전기 기기로서, 특정의 전압으로 변압하고자 할 경우 이상적인 변압기라면 입력된 전압에 대하여 출력되는 변압된 전압의 비율이 1:1 즉, 100%로 되어 변압시 손실이 발생하지 않게 된다.

그러나 실제 변압시에는 부하손이나 무부하손 등의 손실이 발생되어 100%의 변압효율을 기대한다는 것은 불가능하다.

한편, 상기와 같이 부하손이나 무부하손 등의 발생된 손실은 열로 변환되어 변압기 자체의 수명을 단축시키거나 변압기 내의 부품을 파손시키게 되었는데, 이를 방지하기 위해 전술된 바와 같이, 대규모의 방열판이 사용되었다.

즉, 상기와 같이, 유입변압기 내부의 절연유를 변압기 함체 외부에 연결된 방열판을 이용하여 냉각하는 주위 온도차에 의한 공냉 방식은, 여름철 주위 온도가 높아지거나 변전실 내부온도가 높을 경우, 그 기능이 저하되어 변압기의 냉각 효율이 저하되고, 이로 인하여 변압기 내부 온도가 상승하여 변압기 절연이 파괴되어 변압기의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

이에, 유입변압기 내부온도를 효과적으로 낮출 수 있음과 동시에, 기존 냉각방식에 사용되는 방열판의 크기를 줄이고 과열에 의한 변압기의 소손을 방지할 수 있도록 하는 유입변압기의 냉각장치의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 변압기 외부의 온도에 따라 변압기 내부를 냉각시키는 종래의 냉각방식을 탈피하여, 변압기 외부의 온도에 구애받지 않고 변압기 내부의 온도를 목표치에 맞추어 효과적으로 제어할 수 있도록 냉각부를 구성하고, 상기 냉각부에 인가되어 냉각부를 구동시키는 전원을, 별도의 제어부를 통해 변압기 내부의 온도에 따라 제어가능토록 한 열전소자를 이용한 유입변압기 냉각장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시 예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 자로를 형성시키기 위한 철심과, 상기 철심에 결합되어 전로를 형성시키는 코일이 함체 내부에 구비되며, 절연유가 충진되는 유입변압기의 냉각장치에 있어서, 상기 함체의 외부에 설치되는 다수의 냉각부와; 상기 냉각부를 상호간 연결시키는 연결관과; 상기 코일 및 철심이 발열되어 고온이 된 함체 내부의 상단측 절연유를 냉각부로 이동시키기 위한 공급관과, 상기 다수의 냉각부를 연속통과하여 냉각된 절연유를 함체 하단측 내부로 공급하기 위한 배출관으로 이루어지는 순환라인; 으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다수의 냉각부는 일면은 방열되고, 타면은 흡열로 인한 냉각이 발생되는 열전소자와; 상기 열전소자의 냉각면에 밀착접합되어, 내부를 유동하는 고온의 절연유가 냉각 되도록 하는 냉각자켓과; 상기 열전소자의 방열면에 밀착접합되어, 열전소자에서 발생되는 열을 대기중으로 발산하는 방열부재와; 상기 방열부재의 일면에 설치되어 방열효율을 증가시키는 방열수단과; 상기 냉각자켓과 방열부재 상호간의 열교환을 방지하기 위해, 상기 열전소자 또는 방열부재에 설치되는 단열부재; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각부는 AC전원을 DC전원으로 정류하여 공급하기 위한 정류장치와; 상기 함체 내부의 절연유 온도를 측정하기 위한 계측부와; 상기 계측부의 측정된 온도에 따라, 상기 냉각부 내부의 열전소자에 공급되는 전원량 및 전원공급여부를 제어하는 제어장치; 로 이루어지는 제어부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다수의 냉각부는 상호간 병렬 또는 직렬 연결구조를 가지도록 연속배치되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 열전현상으로 급격히 냉각된 열전소자의 냉각면(Cool Side)으로 유입변압기 내 절연유가 유동하면서 냉각되도록 함으로써, 기존에 방열판을 사용하던 방법에 비해 방열부의 크기를 축소시킬 수 있으며, 궁극적으로는 안정된 목표치의 온도를 유지할 수 있도록 함으로써, 변압기의 온도상승에 따른 고장을 근본적으로 해소할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 거치용 가방을 상세히 설명하도록 한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 유입변압기 냉각장치는 냉각부(20), 연결관(30), 순환라인(40), 제어부(50)를 포함한다.

본 발명의 냉각장치가 적용되는 공지된 유입변압기(10)(이하, 설명의 편의를 위하여 '변압기'라 통칭한다.)는 배경기술에 전술된 바와 같이, 자로(자기 회로)를 형성시키기 위한 철심과 이 철심에 결합되어 전로(전기 회로)를 형성시키는 코일로 이루어지는 권선부(11) 및 냉각매체로서 절연유(I)가 내부에 충진되는 함체(12)로 구성된다.

다시 말해, 변압기에 전압이 인가되고 부하가 걸리게 되면, 변압기 내부의 코일에 의해 온도가 상승하게 되고, 변압기 코일 계층간 절연을 위한 절연유(I)의 온도가 상승하게 되며, 변압기 내부에서는 절연유(I)의 온도차에 의하여 절연유(I)가 대류하여 변압기 내부 하단부 측은 저온, 상단부 측은 고온이 된다.

상기 냉각부(20)는 변압기의 함체(12) 외부에 설치되는 것으로, 변압기 내부에 충진되어 있는 절연유(I)를 냉각하기 위한 수단이다.

이를 위해, 상기 냉각부(20)는 병렬 또는 수직 배열상태가 되도록 다수개가 연속배치되도록 한 후, 후술 될 연결관(30)에 의해 상호 연결된다.

상기 냉각부(20)의 구성을 살펴보면, 전원이 인가되면 일면은 주위를 냉각시키는 냉각면(A)이 형성되고, 타단은 열전소자(21)에서 발생되는 열이 발산되는 방열면(B)이 형성되는 공지된 기술의 열전소자(21)와, 상기 열전소자(21)의 냉각면(Cool Side)에 밀착접합되되, 내부 길이방향으로 후술 될 연결관(30)을 통해 공급된 함체(12) 내부의 고온상태 절연유(I)가 유동되도록 하는 냉각자켓(22)과,(상기 냉각자켓(22)은 알루미늄 등 열전도율이 높은 재질로 형성된다.) 상기 냉각자켓(22)에 일단에 형성되어 절연유(I)가 유입되도록 하는 유입구(23) 및 냉각자켓(22)을 유동하면서 절연소자의 냉각면에 의해 냉각된 절연유(I)를 배출하는 배출구(24)와, 상기 열전소자(21)의 방열면적을 증대시키기 위해 방열면(Hot Side)에 밀착접합되어, 열전소자(21)에서 발생되는 열을 외부로 방사하는 방열부재(25)(ex: 방열판)와,( 상기 방열부재(25)는 열전소자(21)의 방열면과 동일한 단면적으로 가지도록 형성하거나 또는 사용자의 선택에 의해서는 상기 열전소자(21)의 방열면보다 상대적으로 더 큰 단면적을 가지도록 하여 방열효과를 증대시킬 수 있다.) 상기 방열부재(25)의 일면에 설치되되, 별도의 전원공급장치를 통해 구동되어, 상기 방열부재(25)의 방열을 돕는 방열수단(26)(ex: 방열팬(Fan))과, 상기 열전소자(21)의 양면에 각각 형성되는 방열부재(25)와 냉각자켓(22) 상호간에 열교환이 이루어지지 않도록, 대게 열전소자(21)보다 더 큰 단면적으로 가지는 방열부재(25)가, 열전소자(21)의 반대면에 형성된 냉각자켓(22)과 열교환되지 않도록, 상기 열전소자(21)의 외곽 사방면 또는 열전소자와 접합되는 면에서 열전소자가 밀착접합된 부분을 제외한 나머지 부분에 형성되는 단열부재(27)로 이루어진다.

더불어, 상기 다수개의 냉각부(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 함체(12)의 외부로 소정간격 이격설치되도록 함이 올바르지만, 상기 간격은 사용자에 의해 다양하게 결정될 수 있을 것이다.

상기 연결관(30)은 전술된 다수의 냉각부(20)를 상호간 연결시키기 위한 것으로, 병렬 또는 직렬로 다수 연속배치된 냉각부(20) 내 각 냉각자켓(22)을 상호간 연통시켜 주는 것으로서, 도 1을 참조하여 설명하면, 상기 다수의 연결관(30)은 제 1냉각부(20)의 냉각자켓(22)을 통과하면서 1차적으로 냉각된 절연유(I)를 제 2냉각부(20)의 냉각자켓(22)으로 이동시키고, 상기 제 2냉각부(20)의 냉각자켓(22)을 통해 2차적으로 냉각된 절연유(I)를 제 3냉각부(20)의 냉각자켓(22)으로 이동시켜 3차적으로 절연유(I)가 냉각되도록 하는 것이다.

상기 순환라인(40)은 전술된 냉각부(20)(더욱 자세히는 냉각자켓(22))로 절연유(I)를 공급하고, 공급한 후 냉각부(20)에 의해 냉각된 절연유(I)를 다시 함체(12) 내부로 공급하기 위한 수단으로서, 이를 더욱 자세히 설명하면,

상기 함체(12) 내부에서 코일 및 철심이 발열되어 절연유(I)의 온도가 상승하면, 상기 절연유(I)는 대류(Convection, 對流)하게 되고, 함체(12) 내 상부측은 고온의 절연유(I)가 존재하게 되고, 함체(12) 내 하부측은 상기 상부측 절연유(I)보다 상대적으로 낮은 온도의 절연유(I)가 존재하게 된다.

이로써, 고온 상태의 절연유(I)를 냉각하기 위해, 상기 함체(12) 내 상측 내 부와 일단이 연통되되, 타단은 냉각자켓(22)의 유입구(23)과 연통연결되어, 함체(12) 상단측 절연유(I)를 냉각부(20)로 이동시키는 공급관(41)과, 공급관(41)으로 통해 냉각부(20)로 유입되되, 연결관(30)을 통해 다수의 냉각부(20) 내 냉각자켓(22)을 거친 냉각된 절연유(I)를, 상기 함체(12) 하단측 내부로 다시 이동시켜 순환시키는 배출관(42)으로 이루어지도록 한다.

(물론, 도 1과 같이, 3개의 냉각부(20)가 하나의 군(群)을 이루며, 상기 연결관(30)에 의해 상호 연통연결되어 있는 경우, 공급관(41)의 타단은 제 1냉각부(20)의 냉각자켓(22)에 형성된 유입구(23)와 연통연결되고, 배출관(42)의 일단은 제 3냉각부(20)의 냉각자켓(22)에 형성된 배출구(24)와 연통연결되어야 함은 당연할 것이다.)

상기 제어부(50)는 냉각부(20)(더욱 자세히는 열전소자(21))에 인가되는 전원을 제어하기 위한 수단으로서, 상기 열전소자(21)는 DC전원이 인가되어 사용되므로, 교류 220V 등의 상용전원을 DC전원으로 정류시키기 위한 정류장치(51)와, 상기 함체(12) 내부의 온도 즉, 절연유(I)의 온도를 측정하기 위해 함체(12)에 설치되는 계측부(52)와(상기 계측부(52)로는 본 발명에서 온도센서가 사용되었으며, 상기 온도센서는 사용자의 선택에 의해 단일개 또는 다수개가 사용될 수 있음과 동시에, 그 설치위치 또한 함체(12) 내부로 일단이 관통되도록 설치하되, 함체(12) 내 다양한 부위의 절연유 온도를 측정할 수 있도록 각각 설치되어, 각 측정온도의 합을 평균 내어, 함체(12) 내 절연유 온도 평균값을 측정하는 등 다양한 방법이 사용될 수 있을 것이다.), 상기 정류장치(51) 및 계측부(52), 열전소자(21)와 각각 전기적으로 연결되며, 상기 계측부(52)에서 계측된 온도에 따라 열전소자(21)에 인가하는 전원량을 조절하여 공급하거나 또는 전원인가 여부를 판단하여 제어하는 제어장치(53)로 이루어진다.

즉, 상기 변압기의 운전시 발생되는 손실로 인한 절연유(I)의 온도상승이, 사용자가 지정한 일정 허용값 온도 이상인 경우를 판단하여 열전소자(21)의 전원 인가 여부를 결정하는 것이며, 일정 허용값 온도보다 얼마나 온도가 상승했느냐 하는 온도 상승 정도에 따라 인가되는 전원량 또한 사용자에 의해 변경이 가능할 것이다.

더불어, 상기 열전소자(21)가 구비된 냉각부(20)는 병렬 또는 직렬의 형태로 연속배치되어 단일개의 냉각장치로 사용하되, 이러한 냉각장치는 사용자에 의해 변압기의 함체(12) 외주연 또는 외주면에 단일개 또는 다수개가 설치되어 절연유(I)의 냉각을 하도록 함은 당연할 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 유입변압기 냉각장치의 설치모습을 나타낸 일실시예의 정면 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 냉각부를 나타낸 일실시예의 정면 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 제어부를 나타낸 일실시예의 개념도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 표시>

10: 유입변압기 11: 권선부

12: 함체 20: 냉각부

21: 열전소자 22: 냉각자켓

23: 유입구 24: 배출구

25: 방열부재 26: 방열수단

27: 단열부재 30: 연결관

40: 순환라인 41: 공급관

42: 배출관 50: 제어부

51: 정류장치 52: 계측부

53: 제어장치 I: 절연유

Claims (4)

1. 자로를 형성시키기 위한 철심과, 상기 철심에 결합되어 전로를 형성시키는 코일이 함체(12) 내부에 구비되며, 절연유(I)가 충진되는 유입변압기의 냉각장치에 있어서,

   상기 함체(12)의 외부에 설치되는 다수의 냉각부(20)와;

   상기 냉각부(20)를 상호간 연결시키는 연결관(30)과;

   상기 코일 및 철심이 발열되어 고온이 된 함체(12) 내부의 상단측 절연유(I)를 냉각부(20)로 이동시키기 위한 공급관(41)과, 상기 다수의 냉각부(20)를 연속통과하여 냉각된 절연유(I)를 함체(12) 하단측 내부로 공급하기 위한 배출관(42)으로 이루어지는 순환라인(40);으로 구성되며,

   상기 다수의 냉각부(20)는 일면은 방열되고, 타면은 흡열로 인한 냉각이 발생되는 열전소자(21)와, 상기 열전소자(21)의 냉각면(A)에 밀착접합되어, 내부를 유동하는 고온의 절연유(I)가 냉각 되도록 하는 냉각자켓(22)과, 상기 열전소자(21)의 방열면(B)에 밀착접합되어, 열전소자(21)에서 발생되는 열을 대기중으로 발산하는 방열부재(25)와, 상기 방열부재(25)의 일면에 설치되어 방열효율을 증가시키는 방열수단(26)과, 상기 냉각자켓(22)과 방열부재(25) 상호간의 열교환을 방지하기 위해, 상기 열전소자(21) 또는 방열부재(25)에 설치되는 단열부재(27)로 이루어지고,

   상기 냉각부(20)는 AC전원을 DC전원으로 정류하여 공급하기 위한 정류장치(51)와, 상기 함체(12) 내부의 절연유(I) 온도를 측정하기 위한 계측부(52)와, 상기 계측부(52)의 측정된 온도에 따라, 상기 냉각부(20) 내부의 열전소자(21)에 공급되는 전원량 및 전원공급여부를 제어하는 제어장치(53)로 이루어지고,

   상기 다수의 냉각부(20)는 상호간 병렬 또는 직렬 연결구조를 가지도록 연속배치되는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 유입변압기 냉각장치.
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