KR101217725B1 - 냉각시스템에 의한 변압기의 과부하 온도상승 억제 및 용량증대 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각시스템에 의한 변압기의 과부하 온도상승 억제 및 용량증대 장치에 관한 것으로서, 내부의 절연유가 순환하는 송유파이프가 설치된 변압기 본체와, 변압기 본체가 내부에 수용되는 한편 외기가 유입 및 배출되는 통풍구가 형성된 외함을 포함하는 변압기에 있어서, 상기 변압기 본체에는 송유파이프를 순환하는 절연유를 냉각시키는 팬이나 냉동사이클이 구성된 것을 특징으로 하여, 변압기 본체를 냉각시킨 고온의 절연유가 송유파이프를 순환할 때 팬 또는 냉동사이클을 통해서 절연유를 강제 냉각시킴으로써 지상변압기의 온도 상승을 방지할 수 있고, 이로 인해 변압기의 용량을 한계온도에 도달할 때까지 증대시킬 수 있게 된다.

Description

냉각시스템에 의한 변압기의 과부하 온도상승 억제 및 용량증대 장치{cooling system of transformer}

본 발명은 변압기의 냉각시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변압기의 온도 상승을 방지하는 한편 변압기의 용량을 증대시킬 수 있도록 한 냉각시스템에 의한 변압기의 과부하 온도상승 억제 및 용량증대 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 변압기는 전력회사에서 공급하는 고압 또는 특고압의 전력을 공장, 병원 등에서 사용하는 부하기기의 사용전압에 맞게 변환하는 기기로서, 일명 트랜스라고도 하며, 그 절연방식에 따라 유입식, 건식, 몰드식, 가스식 변압기 등으로 대별된다.

이 중에서도 유입식 변압기는 그 변압기의 외함 내에 수납된 변압기 본체에 먼지 및 습기가 침투하여 절연 내력이 저하되는 것을 방지하고, 변압기 본체에서 발생되는 열을 대류나 복사에 의해 방열시킴과 동시에 산화에 대해 안전성이 있는 절연유가 채워진 밀폐형 구조로서, 제작이 용이하고 사용범위가 넓어 소용량에서 대용량까지 가장 많이 사용되고 있다.

이러한 변압기는 주로 도로변이나 공원 등 사람이 접할 수 있는 장소에 설치되므로 지상변압기라고도 한다.

이런 지상변압기는 안전사고 등을 사전에 방지하기 위해 변압기 본체가 외함에 감싸진 상태로 설치되고, 외함에는 다수의 방열구가 형성되며, 변압기 본체 내부에는 발열체인 변압기 권선을 냉각시키기 위한 절연유가 충전되어 있다.

하지만, 이와 같은 지상변압기에 충전된 절연유는 이중구조로 이루어진 지상변압기의 함체 구조로 인해 통풍이 원활하게 이루어지지 못하므로 절연유의 신속한 냉각에 문제가 있을 뿐 아니라 특히 하절기에는 주위온도와 더불어 이중구조의 함체를 갖는 지상변압기의 복사열이 더해져 절연유의 온도가 매우 빠르게 상승되고, 상승된 절연유의 온도는 쉽게 떨어지지 않는 단점이 있었다.

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 변압기의 절연유를 강제 냉각시킬 수 있는 냉각시스템을 구성함으로써 변압기의 온도 상승을 방지함과 아울러 변압기의 용량을 증대시킬 수 있도록 한 냉각시스템에 의한 변압기의 과부하 온도상승 억제 및 용량증대 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적은, 내부의 절연유가 순환하는 송유파이프가 설치된 변압기 본체와, 변압기 본체가 내부에 수용되는 한편 외기가 유입 및 배출되는 통풍구가 형성된 외함을 포함하는 변압기에 있어서, 상기 변압기 본체에는 송유파이프를 순환하는 절연유를 냉각시키는 팬이 구성된 것을 특징으로 하는 냉각시스템에 의한 변압기의 과부하 온도상승 억제 및 용량증대 장치에 의해 달성된다.

그리고, 상기 팬은 변압기 본체에 브라켓을 매개로 하여 돌출되게 설치되고, 팬의 작동을 조절하는 타이머 및 온도센서가 연결됨이 바람직하다.

또, 상술한 목적은, 내부의 절연유가 순환하는 송유파이프가 설치된 변압기 본체와, 변압기 본체가 내부에 수용되는 한편 외기가 유입 및 배출되는 통풍구가 형성된 외함을 포함하는 변압기에 있어서, 상기 변압기에는 송유파이프를 순환하는 절연유를 냉각시키는 냉동사이클이 구성되고, 상기 냉동사이클의 증발기는 송유파이프의 상측에 구성된 것을 특징으로 하는 냉각시스템에 의한 변압기의 과부하 온도상승 억제 및 용량증대 장치에 의해서도 달성될 수 있다.

본 발명의 냉각시스템에 의한 변압기의 과부하 온도상승 억제 및 용량증대 장치에 따르면, 변압기 본체를 냉각시킨 고온의 절연유가 송유파이프를 순환할 때 팬 또는 냉동사이클을 통해서 절연유를 강제 냉각시킴으로써 변압기의 온도 상승을 방지할 수 있고, 이로 인해 변압기의 용량을 한계온도에 도달할 때까지 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지상변압기의 냉각시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에 따른 냉각팬의 설치상태를 보인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지상변압기의 냉각시스템을 도시한 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부도면 도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 지상변압기의 냉각시스템을 도시한 도면이다.

먼저, 본 발명의 변압기로는 지상변압기(1)를 그 일례로 예시하여 설명한다.

본 발명의 지상변압기(1)는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 외함(10)과, 외함(10) 내부에 수용되어 설치된 변압기 본체(20)를 포함한다.

외함(10)은 그 일측면에 외기가 유입 및 배출되는 다수의 통풍구(11)가 형성되고, 이 통풍구(11)는 후술될 변압기 본체(20)의 송유파이프(30) 측과 인접한 일측면에 형성됨이 바람직하다.

따라서, 이러한 통풍구(11)에 의해서 외함(10) 내부에 외기가 유입되었다가 배기됨으로써 변압기 본체(20)의 송유파이프(30) 측을 자연 냉각시킬 수 있게 된다.

그리고, 변압기 본체(20)는 그 내측 중앙부에 변압기 권선(21)이 설치되고, 이러한 변압기 권선(21)에 전압이 가해지고 전류가 흐르면, 변압기 본체(20) 내부에서 전력손실에 의한 열이 발생하고, 이 열은 변압기 본체(20) 내부를 채우고 있는 절연유(40)를 가열하게 되므로 각 부위의 절연유(40)는 밀도 차이가 발생되며, 이 밀도 차이에 의해 절연유(40)는 자연 대류하는 힘을 얻어 변압기 본체(20)와 송유파이프(30) 사이를 순환하면서 열을 외부로 방열시키게 된다.

이러한 변압기 본체(20)의 일측면에는 각각 송유파이프(30)가 설치될 수 있고, 송유파이프(30)는 변압기 본체(20)의 상부와 하부를 연결하도록 설치된다.

따라서, 전술한 바와 같이, 밀도 차이가 발생된 절연유(40)가 변압기 본체(20) 내부에서 송유파이프(30)의 상단부로 유입되어 순환한 후 송유파이프(30)의 하단부를 통해 변압기 본체(20) 내부로 재유입된다.

또한, 변압기 본체(20)에는 변압기 권선(21)의 온도를 나타내는 온도센서(22)가 설치되어 후술될 팬(50)의 작동을 조절할 수 있게 된다. 즉, 온도센서(22)로부터 입력되는 신호에 따라 콘트롤러(미도시)가 전원을 온/오프(on/off) 시킴으로써 팬(50)의 작동을 조절하게 된다.

한편, 이와 같은 지상변압기(1)에는 냉각시스템이 구성되는 바, 본 냉각시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 팬(50)(브로워팬을 포함한다)으로 구성될 수 있다.

팬(50)은 도 1에서와 같이, 송유파이프(30) 상부의 변압기 본체(20)에 브라켓(51)을 매개로 설치된다.

이와 같이 설치된 팬(50)은 도 2에 도시된 바와 같이, 송유파이프(30)의 크기나 부피에 따라 3개 또는 5개 또는 그 이상으로 설치될 수 있고, 브라켓(51)을 통해서 변압기 본체(20)의 외측으로 돌출되게 설치될 수 있다. 이때, 브라켓(51)은 "」"자 또는 "Γ"자 등과 같이 다양한 형태나 구조로 형성될 수 있다.

따라서, 이와 같이 설치된 팬(50)은 하부의 송유파이프(30) 측에서 공기를 흡입하여 상부로 불어내는데, 이때 송유파이프(30)에서 발생된 기화열 역시도 팬(50)으로 흡입되어 배출됨으로써 송유파이프(30)를 순환하는 절연유(40)를 냉각시킬 수 있게 된다. 그리고, 이러한 팬(50)의 송풍력에 의해서 외기는 외함(10)의 통풍구(11)를 통해 내부로 신속하게 흡입되면서 송유파이프(30)를 순환하는 고온의 절연유(40)와 열교환된 후 팬(50)으로 흡입되어 배출된다.

또한, 전술한 예와는 반대로 팬(50)이 상부의 공기를 흡입하여 하부의 송유파이프(30) 측으로 공기를 불어낼 수도 있다. 이러한 팬(50)의 풍력 방향은 냉각효율의 향상을 위해서는 얼마든지 가변시켜 적용할 수 있다.

그리고, 팬(50)은 이의 동력을 얻기 위해 전원에 연결되는 바, 팬(50)과 전원 사이에는 타이머(52)가 구성되어 있어, 팬(50)의 작동시간을 조절할 수 있다. 즉, 타이머(52)에 설정된 시간에 따라 콘트롤러(미도시)가 전원을 온/오프(on/off) 시켜 팬(50)의 작동을 조절하게 된다.

또한, 도 3은 본 발명에 따른 냉각시스템의 다른 예로서 냉동사이클을 도시한 것이다.

본 냉동사이클(60)은 냉매를 고온/고압의 가스형태로 압축하는 압축기(61)와, 압축된 고온/고압의 냉매를 액화시키는 응축기(62)와, 액화된 냉매를 기화시켜 팽창시키는 팽창밸브(63)와, 팽창밸브(63)에 의해 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기(64)로 구성되어 있다.

특히, 상기 증발기(64)는 송유파이프(30)의 상측에 설치되어, 하부의 송유파이프(30)에서 발생된 기화열을 흡수하여 열교환된다. 이와 같은 열교환에 의해 증발기(64)에서 기화된 냉매는 다시 압축기(61)에서 고온/고압의 가스형태로 압축됨으로써 냉동사이클(60)의 한 사이클이 종료된다.

도 3에는 도시되지는 않았지만, 증발기(64)의 상측 또는 하측에 별도의 송풍팬(미도시)을 구성할 수 있고, 이와 같은 송풍팬을 공기를 송유파이프(30) 측에서 증발기(64) 측으로 유동시킴으로써 송유파이프(30)를 순환하는 고온의 절연유(40)를 신속하게 냉각시킬 수 있어 열교환율을 극대화할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예의 냉동사이클(60)은 도 3에서와 같이, 온도센서(22)와 연동되어 작동될 수 있다. 즉, 온도센서(22)로부터 입력되는 신호에 따라 콘트롤러(미도시)가 냉동사이클(60)의 작동을 제어하게 된다.

따라서, 이상과 같이 구성된 본 발명의 냉각시스템에 의한 변압기의 과부하 온도상승 억제 및 용량증대 장치는 변압기 본체(20) 내부에서 전력손실에 의한 열이 발생되고, 이 열은 변압기 본체(20) 내부에 충전된 절연유(40)에 의해 냉각되지만 절연유(40)는 상대적으로 가열된다. 이와 같이 가열된 절연유(40)는 밀도 차이에 의한 자연 대류현상으로 송유파이프(30)의 상단부로 유입되어 순환한 후 하단부를 통해 다시 변압기 본체(20) 내부로 유입된다.

이때, 송유파이프(30) 상측에 설치된 팬(50)이나 냉동사이클(60)의 증발기(64)에 의해서 고온의 절연유(40)가 흐르는 송유파이프(30)에서 발생된 기화열을 신속하게 흡입하여 외부로 불어내거나 또는 기화열을 흡수하여 열교환함으로써 절연유(40)의 온도상승을 방지하거나 또는 최대한 늦출 수 있게 된다.

따라서, 100㎸A 용량의 지상변압기(1)에 사용되는 절연유(40)의 한계온도가 55℃ 라고 가정하고 지상변압기(1)를 운용하여 절연유(40)의 온도를 체크해 본 결과, 본 발명에 따른 냉각시스템의 적용 전에는 절연유(40)가 한계온도인 55℃에 도달하는데에 1시간이 걸렸는데 반해, 본 발명에 따른 냉각시스템의 적용 하에서는 신속하고 지속적인 절연유(40)의 냉각작용으로 인해 1시간 경과 시 절연유(40)의 온도가 45℃에 도달된 상태로서 아직 한계온도까지는 10℃의 여유가 더 있으므로 그 만큼 변압기(1)를 더 사용할 수 있게 되므로 같은 변압기(1)에서도 본 발명에 따른 냉각시스템이 적용된 변압기(1)의 용량이 더 증대됨을 알 수 있다.

1 : 변압기 10 : 외함
11 : 통풍구 20 : 본체
21 : 변압기 권선 22 : 온도센서
30 : 송유파이프 40 : 절연유
50 : 팬 51 : 브라켓
52 : 타이머 60 : 냉동사이클
61 : 압축기 62 : 응축기
63 : 팽창밸브 64 : 증발기

Claims (3)

1. 내부의 절연유가 순환하는 송유파이프가 설치된 변압기 본체와, 변압기 본체가 내부에 수용되는 한편 외기가 유입 및 배출되는 통풍구가 형성된 외함을 포함하는 변압기에 있어서,
   상기 변압기 본체에는 송유파이프를 순환하는 절연유를 냉각시키는 팬이 구성되고,
   상기 팬은 변압기 본체의 가장자리에 "」"자 또는 "Γ"자로 형성된 브라켓을 매개로 하여 돌출되게 설치되어 송유파이프의 상면과 마주하도록 구비되며,
   상기 팬에는 이의 작동을 조절하는 타이머 및 온도센서가 연결된 것을 특징으로 하는 냉각시스템에 의한 변압기의 과부하 온도상승 억제 및 용량증대 장치.
   
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