KR101163422B1 - 유입 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작동유체의 내부까지 연장되도록 히트파이프의 구조를 변경하고 상부에 다수의 냉각펜을 설치하여 변압기의 내부에서 발생하는 열을 외부로 보다 신속하게 방출할 수 있도록 한 유입 변압기에 관한 것으로서, 상호 결합된 트랜스코일과 계자철심을 수납하는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 변압과정에 발생하는 열을 냉각하기 위하여 절연성을 갖는 작동유체와, 상기 하우징의 각 측면에 콜게이트 방식을 통해 다수의 핀 구조로 이루어져 상기 하우징을 통해 전달된 내부의 열을 방열하는 방열핀과, 상기 하우징의 상측으로 돌출되면서 상기 작동유체까지 연장되어 상기 하우징의 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위해 외부로 돌출된 부분이 일정한 간격을 갖는 핀 구조의 히트파이프와, 상기 히트파이프의 전면(前面)에 일정한 간격을 갖고 구성되어 상기 하우징 외부의 공기를 상기 히트파이프 사이로 유입시켜 상기 히트파이프를 냉각하는 다수의 냉각펜을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

유입 변압기{oil immersed transformer}

본 발명은 유입 변압기에 관한 것으로서, 특히 내부에서 발생한 열을 신속하게 외부로 방출하도록 한 유입 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 1차 권선과 부하에 연결하는 2차 권선은 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 절연유(絶緣油)를 가득 채운다.

상기 절연유를 사용하는 이유는 권선의 절연물에 습기나 먼지가 들어가서 절연내력(絶緣耐力)을 저하시키기 때문에 이런 현상을 방지하고, 상기 철심이나 권선에서 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 유입 변압기를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

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

종래 기술에 의한 유입 변압기(1)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 절연유 및 트랜스(미도시)가 내장되는 유입 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 절연유가 흐를 수 있도록 상, 하부에 연결파이프(2b)가 각각 결합되며, 결합된 방열판(2a)은 유입 변압기(1)에 용접되는 형태로 설치된다.

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

즉, 종래 기술에 의한 유입 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, 유입 변압기에 추가 설치되는 방열판이 설치 면적을 많이 차지하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 작동유체의 내부까지 연장되도록 히트파이프의 구조를 변경하고 상부에 다수의 냉각펜을 설치하여 변압기의 내부에서 발생하는 열을 외부로 보다 신속하게 방출할 수 있도록 한 유입 변압기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 유입 변압기는 상호 결합된 트랜스코일과 계자철심을 수납하는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 변압과정에 발생하는 열을 냉각하기 위하여 절연성을 갖는 작동유체와, 상기 하우징의 각 측면에 콜게이트 방식을 통해 다수의 핀 구조로 이루어져 상기 하우징을 통해 전달된 내부의 열을 방열하는 방열핀과, 상기 하우징의 상측으로 돌출되면서 상기 작동유체까지 연장되어 상기 하우징의 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위해 외부로 돌출된 부분이 일정한 간격을 갖는 핀 구조의 히트파이프와, 상기 히트파이프의 전면(前面)에 일정한 간격을 갖고 구성되어 상기 하우징 외부의 공기를 상기 히트파이프 사이로 유입시켜 상기 히트파이프를 냉각하는 다수의 냉각펜을 포함하여 구성되고, 상기 히트파이프는 상기 하우징의 상부로 돌출되어 외부로 열을 방출하는 돌출부와, 상기 하우징 내부의 작동유체까지 연장되어 열을 순환시키는 연장부와, 상기 돌출부의 양측면에 빗 형태로 이루어진 열교환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 유입 변압기는 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 작동유체의 내부까지 연장되도록 히트파이프의 구조를 변경하고 상부에 다수의 냉각펜을 설치하여 변압기의 내부에서 발생하는 열을 외부로 보다 신속하게 방출할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 변압기를 개략적으로 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 의한 유입 변압기를 나타낸 정면도
도 3은 본 발명에 의한 유입 변압기를 나타낸 측면도
도 4는 본 발명에 의한 변압기에 사용된 히트파이프의 예를 나타낸 도면
도 5는 도 2의 히트파이프와 냉각펜을 보호하는 케이싱을 개략적으로 나타낸 도면
도 6은 도 2의 핸드홀을 개략적으로 나타낸 상면도

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 유입 변압기를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 유입 변압기를 나타낸 정면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 유입 변압기를 나타낸 측면도이다.

본 발명에 따른 유입 변압기(100)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 1차 코일과 2차 코일로 이루어진 트랜스코일(도시되지 않음)과 상기 트랜스코일의 상호유도 작용의 원활함을 위한 계자철심(도시되지 않음)과, 상기 상호 결합된 트랜스코일과 계자철심을 수납하는 사각틀 형상의 하우징(110)과, 상기 하우징(110)의 내부에 변압과정에 발생하는 열을 냉각하기 위하여 절연성을 갖는 작동유체(도시되지 않음)와, 상기 하우징(110)의 각 측면에 콜게이트 방식을 통해 다수의 핀 구조로 이루어져 상기 하우징(110)을 통해 전달된 내부의 열을 방열하는 방열핀(120)과, 상기 하우징(110)의 상측으로 돌출되면서 상기 작동유체까지 연장되어 상기 하우징(110)의 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위해 외부로 돌출된 부분이 일정한 간격을 갖는 히트파이프(140)와, 상기 히트파이프(140)의 전면(前面)측에 일정한 간격을 갖고 구성되어 상기 히트파이프(140)에 외부의 공기를 유입시켜 상기 히트파이프(140) 또는 하우징(110)을 통해 전달된 내부의 열을 방열하는 다수의 냉각펜(150)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 하우징(110)은 사각형이며, 상면에는 외부로부터 공급되는 전류를 스마트 유입 변압기(100) 내부로 운송하기 위하여 도체와 상기 도체 절연을 위한 고압부싱(160a)이 설치되고, 측면에는 감압된 전기가 출력될 수 있도록 저압부싱(160b)이 설치된다.

상기 고압부싱(160a)은 상기 하우징(110)의 측면에서 상향 경사 배치하며, 그 경사배치각도로서 바람직한 각도는 45°이다. 상기 고압부싱(160a)은 그의 엔드부가 상기 저압부싱(160b)의 그것보다 높지 않게 설치하고 있다. 이것은 고압부싱(160a)에 의해 스마트 유입 변압기(100)의 높이가 기형적으로 높아지는 것을 보완하게 되어 용량저하 없이 변압기 사이즈의 콤팩트화를 가능하게 한다.

또한, 상기 하우징(110) 내부의 코일(권선)에 당접설치되는 권선온도계(170)와 상기 히우징(110) 내부압력의 상승시 소호성 가스 방출용 호흡기(180)를 설치하고 있다.

상기 권선온도계(170)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 코일온도 로 나타내 주는 유온도계의 경우보다 코일의 온도를 정확하고 신속하게 계측하여 표시해준다.

한편, 본 발명의 실시예에서 상기 하우징(110)을 사각틀 형상으로 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고 다양한 형태 예를 들면, 원통형이나 다각형 등으로 형성할 수 있다.

상기 방열핀(120)은 상기 하우징(110) 내부의 작동유체까지 연장되어 구성할 수도 있다.

상기 냉각펜(150)은 상기 히트파이프(140)가 일정한 간격을 갖는 핀 구조로 형성되어 있으므로 외부의 공기를 상기 히트파이프(140) 사이로 유입시켜 내부에서 발생된 열을 외부의 공기를 통해 보다 효과적으로 냉각시킬 수 있다.

이때 상기 외부의 공기 유입이 원활하게 되도록 상기 히트파이프(140)의 일측에서 타측에 이르기까지 빗 형태로 수직한 형상을 하고 있다.

따라서 상기 냉각펜(150)을 통해 외부의 공기를 히트파이프(140)에 유입시킬 수 있기 때문에 그만큼 유입 변압기의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 히트파이프(140)는 케이싱(190)에 의해 덮여져 있는데, 이는 작업자나 관리자 등이 상기 히트파이프(140)에 의하여 화상 등의 사고를 미연에 방지하기 위해 커버 형태로 상기 히트파이프(140)를 감싸고 있다.

또한, 본 발명에 의한 유입 변압기(100)내에 절연유의 상승유온을 최대로 흡열할 수 있도록 하기 위해 동관 및 동관을 히트파이프(140)의 배면에 삽입한 전조형 핀튜브로 구성되는 증발부(도시되지 않음)를 추가로 구성할 수 있다.

상기 방열핀(120)은 상기 하우징(110)과 동일한 재질로 이루어져 있는데, 상기 하우징(110)의 표면에 돌출되는 길이는 유입 변압기 용량에 따라 적절하게 조절하여 사용할 수 있다.

상기 작동유체는 저온용, 중저온용, 고온용 등으로 분류되어 상기 히트파이프(140)에 사용되는데, 변압기의 절연유의 경우 유온 55도 안팎을 유지해야 하므로 중저온용인 물, 알코올류 등이 사용되면, 본 발명의 실시예에서는 증류수를 사용하고 있다.

상기 냉각펜(150)은 저소음, 대풍량의 AC 쿨링팬(cooling fan)으로 구성되며, 그 사양은 유입 변압기(100) 및 히트파이프(140)의 크기에 따라 적절하게 사용할 수 있다.

한편, 상기 변압기(100)의 상부에 핸드홀(200)이 설치되는데, 상기 핸드홀(200)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(200)에는 상기 히트파이프(140)를 삽입할 공수가 일정한 간격을 갖고 다수개가 형성되어 있고, 유입 변압기(100) 상부에 볼트를 채울 구멍의 크기는 13㎜로 한다.

또한, 상기 하우징(110)의 일측면에는 상기 권선온도계(170)로부터 측정된 온도를 정보를 받아 외부로 전달 또는 냉각펜(150)을 제어하는 콘트롤러(도시되지 않음)가 부착되어 있다.

즉, 상기 권선온도계(170)로부터 측정된 변압기 내부의 온도가 일정 범위를 벗어날 경우에 상기 냉각펜(150)을 가동시키는 콘트롤러가 부착되어 있는데, 상기 콘트롤러는 일정 온도 이상으로 상승하면 상기 냉각펜(150)을 자동으로 동작시킨다.

한편, 상기 유입 변압기(100)가 수배전반의 내부에 구성되어 있을 경우에 히트파이프(140), 냉각펜(150) 및 수배전반에 구성된 순환팬을 이용하여 유입 변압기를 냉각시킬 수 있다.

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

도 4에 도시한 바와 같이, 하우징(도 2의 110)의 상부에 히트파이프(140)가 설치된다.

한편, 상기 히트파이프(140)는 상기 하우징(110)의 핸드홀(200)을 기준으로 상부로 돌출되어 외부로 열을 방출하는 돌출부(141)와, 상기 핸드홀(200)의 아래쪽 즉, 작동유체까지 연장되어 하우징(110) 내부의 열을 순화시키는 연장부(142)를 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 돌출부(141)와 연장부(142)는 하나의 몸체로 이루어져 있고, 상기 돌출부(141)의 양측면에 보다 방열 효과를 극대화시키기 위해 빗 살형태의 열교환부가 형성되어 있다.

또한, 상기 핸드홀(200)의 표면에는 일정한 간격을 갖고 상기 연장부(142)가 삽입되는 다수의 삽입홀들이 형성되어 있고, 상기 각 삽입홀에 대응되게 상기 각 연장부(142)가 삽입되어 변압기 내부의 작동유체까지 연장되게 된다.

이때 상기 돌출부(141)는 약 50㎜간격으로 배치되어 있어 핀 구조를 이루고 있고, 상기 핀 구조의 돌출부(141)의 전면에 냉각펜(도 2의 150)을 통해 외부의 공기를 유입시켜 상기 히트파이프(140)를 냉각시키고 있다.

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

즉, 변압유니트의 변압 작동중 발생하는 열에 의해 작동유체가 가열되고, 상기 가열된 작동유체는 하우징(110) 내부에서 상방향으로 상승하게 되고, 상기 하우징(110)의 측면에 설치된 방열핀(120)으로 배출된다.

한편, 상기 하우징(110) 내부의 작동유체가 급상승할 때 상기 하우징(110)의 상부에 설치된 히트파이프(140) 및 방열핀(120)에 의해 절연유의 일차 냉각이 이루어진다.

그리고 상기 히트파이프(140)의 전면에 일정한 간격을 배열된 다수의 냉각펜(150)을 구동시켜 외부의 공기를 히트파이프(140)에 유입시켜 히트파이프(140) 주위에 잔존하는 더워진 공기를 외부로 방출시켜 상기 히트파이프(140)의 온도를 낮추게 된다.

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

도 5에 도시한 바와 같이, 케이싱(190)은 상부에 다수개의 통기홀(191)들이 구성되어 있고, 상기 통기홀(191)들을 통해서 공기의 유입 및 방출이 이루어진다.

또한, 상기 케이싱(190)의 전면(前面)에는 일정한 간격을 갖고 3개의 냉각펜(150)이 부착되어 있고, 상기 케이싱(190)의 하단부에는 동 재질로 이루어진 히트파이프(140)의 연장부(142)가 일정한 간격을 갖고 배열되어 있다.

이때 상기 연장부(142)는 소정각도로 휘어진 각도를 가지고 구성되 있다.

상기 냉각펜(150)의 전면에는 커버(도시되지 않음)가 형성되어 있는데, 이는 냉각펜(도 2의 150)을 보호함과 동시에 공기의 유입 및 방출이 원할하게 진행되도록 다수의 홀들이 형성되어 있다.

상기와 같이 구성된 케이싱(190)은 히트파이프(140) 및 냉각펜(150)을 보호함과 동시에 작업자 등이 히트파이프(140)에 의해 화상을 입는 것을 사전에 방지할 수 있다.

한편, 상기 케이싱(190)의 외부에는 상기 히트파이프(140)의 온도를 측정하여 디스플레이하기 위한 온도계(도시되지 않음)가 부착되어 있다. 상기 온도계에 의 온도 측정 결과에 의해 상기 냉각펜(150)을 자동으로 제어할 수 있도록 외부에는 콘트롤러(도시되지 않음)가 구성되어 있다.

상기 콘트롤러는 상기 히트파이프(140)에 온도의 상승이 급하게 일어난 경우를 판단하게 되면, 즉시 냉각펜(150)을 구동시켜 히트파이프(140)의 표면으로 외부의 공기를 유입함과 동시에 히트파이프(140)에 의해 더워진 공기를 신속하게 배출할 수 있도록 한다.

도 6은 도 2의 핸드홀을 개략적으로 나타낸 상면도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 핸드홀(200)은 유입 변압기(100)의 상부에 설치되는데, 상기 핸드홀(200)의 규격은 변압기의 용량에 따라 차이가 있고, 상기 핸드홀(200)의 표면에는 가장자리를 따라 상기 히트파이프(140)의 삽입 및 유입 변압기(100)의 상부에 볼트를 체결하기 위한 다수의 체결홀(211)들이 형성되어 있다.

또한, 상기 히트파이프(140)의 연장부(142)가 삽입되기 위해 일정한 간격을 갖고 다수의 삽입홀(212)이 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.

100 : 유입 변압기 110 : 하우징
120 : 방열핀 140 : 히트파이프
150 : 냉각펜

Claims (5)

1. 상호 결합된 트랜스코일과 계자철심을 수납하는 하우징과,
   상기 하우징의 내부에 변압과정에 발생하는 열을 냉각하기 위하여 절연성을 갖는 작동유체와,
   상기 하우징의 각 측면에 콜게이트 방식을 통해 다수의 핀 구조로 이루어져 상기 하우징을 통해 전달된 내부의 열을 방열하는 방열핀과,
   상기 하우징의 상측으로 돌출되면서 상기 작동유체까지 연장되어 상기 하우징의 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위해 외부로 돌출된 부분이 일정한 간격을 갖는 핀 구조의 히트파이프와,
   상기 히트파이프의 전면(前面)에 일정한 간격을 갖고 구성되어 상기 하우징 외부의 공기를 상기 히트파이프 사이로 유입시켜 상기 히트파이프를 냉각하는 다수의 냉각펜을 포함하여 구성되고,
   상기 히트파이프는 상기 하우징의 상부로 돌출되어 외부로 열을 방출하는 돌출부와, 상기 하우징 내부의 작동유체까지 연장되어 열을 순환시키는 연장부와, 상기 돌출부의 양측면에 빗 형태로 이루어진 열교환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유입 변압기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 히트파이프 및 냉각펜은 덮어 보호하는 케이싱을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유입 변압기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 방열핀은 상기 하우징 내부의 작동유체까지 연장되게 구성되는 것을 특징으로 하는 유입 변압기.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징의 상부에 구성되는 핸드홀과, 상기 핸드홀의 표면에는 일정한 간격을 갖고 상기 연장부가 삽입되는 다수의 삽입홀들이 형성되어 있고, 상기 각 삽입홀에 대응되게 상기 각 연장부가 삽입되어 변압기 내부의 작동유체까지 연장되게 형성되는 것을 특징으로 하는 유입 변압기.

Images