KR101236456B1 - 변압기의 냉각시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은 변압기 내부의 변압유닛의 온도에 따라서 절연유를 냉각하는 방법을 달리하여 변압유닛을 통해 얻을 수 있는 변압유닛의 한계 용량을 극대화시킬 수 있도록 한 변압기의 냉각시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것에 있으며, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 변압기의 냉각 시스템은 외부단자함의 내부에 설치되어 인입된 전기의 전압을 변압시키는 변압유닛이 수장될 수 있도록 충진되는 절연유와, 상기 절연유가 순환되면서 외기와 열교환되어 자연 냉각되도록 상기 외부단자함의 외부에 구비되는 방열기와, 상기 절연유가 냉매 순환 경로를 따라 순환되는 냉매와 열교환되어 강제 냉각되도록 상기 외부단자함의 내부와 외부에 걸쳐 구비되는 냉각사이클 장치와, 상기 변압유닛이 한계 용량에 의한 한계 온도 이상인지를 판단하여 상기 냉각사이클 장치를 작동을 제어하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

변압기의 냉각시스템 및 그 제어방법{Transformer's Cooling System and Control Method thereof}
본 발명은 변압기의 냉각시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변압유닛의 온도에 따라 냉각을 구현하는 방법을 달리하여 변압유닛을 통해 얻을 수 있는 변압유닛의 한계 용량을 극대화시킬 수 있도록 한 변압기의 냉각시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것에 있다.
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 코일과 부하에 연결하는 2차 코일은 같은 철심에 감겨져 있는 구조를 가진다.
즉, 변압기는 1차 코일, 2차 코일, 철심으로 이루어진 변압유닛을 포함하며, 이러한 변압유닛을 케이스 안에 넣고 절연유를 가득 채운다.
절연유를 사용하는 이유는 코일의 절연물에 습기나 먼지가 들어가서 절연내력을 저하시키기 때문에 이런 현상을 방지하고, 철심이나 코일에서 발생하는 열을 기름의 대류나 복사에 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 한다.
이하, 도 1을 참고하여 종래 기술에 의한 변압기를 개략적으로 설명한다. 도 1은 종래 기술에 의한 변압기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 변압기(1)는 변압유닛과 절연유가 내장되는 외부단자함(2)의 일측면에 방열부(3)가 설치되는 구성을 하고 있다.
이러한 방열부(3)는 여러 개의 방열판(3a)으로 이루어진다. 각각의 방열판(3a)에는 절연유가 흐를 수 있도록 상, 하부에 연결파이프(3b)가 결합되며, 결합된 방열판(3a)은 변압기(1)에 용접되는 형태로 설치된다.
그러나 이러한 방열판을 갖는 종래 기술에 의한 변압기는 방열의 효율을 높이기 위해서 방열판을 변압기의 측면에 복수 개를 더 설치할 수 있으나, 추가되는 방열판 설치를 위해 각각의 방열판에 절연유가 흐를 수 있는 구조로 형성해야 하는 번거로움과 다단계의 공정을 요구하게 되는 문제점이 있다.
한편, 종래의 변압기 냉각 방법은 변압유닛의 발열이 진행된 후, 방열부에 의한 자연 냉각모드로 변압유닛의 온도를 조절하였으므로, 한계 온도 이상의 추가 발열에 대하여는 이를 방지하는 기능을 수행할 수 없어서 변압기 용량 한계에 영향을 받게 되는 문제가 있었다.
본 발명의 일 측면은 변압기 내부의 변압유닛의 온도에 따라서 절연유를 냉각하는 방법을 달리하여 변압유닛을 통해 얻을 수 있는 변압유닛의 한계 용량을 극대화시킬 수 있도록 한 변압기의 냉각시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 측면은 변압기 내부의 변압유닛의 온도에 맞추어 절연유의 온도를 제어하여 변압기의 수명 연장이 가능한 변압기의 냉각시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 변압기의 냉각 시스템은 외부단자함의 내부에 설치되어 인입된 전기의 전압을 변압시키는 변압유닛이 수장될 수 있도록 충진되는 절연유와, 상기 절연유가 순환되면서 외기와 열교환되어 자연 냉각되도록 상기 외부단자함의 외부에 구비되는 방열기와, 상기 절연유가 냉매 순환 경로를 따라 순환되는 냉매와 열교환되어 강제 냉각되도록 상기 외부단자함의 내부와 외부에 걸쳐 구비되는 냉각사이클 장치와, 상기 변압유닛이 한계 용량에 의한 한계 온도 이상인지를 판단하여 상기 냉각사이클 장치를 작동을 제어하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어장치는 상기 변압유닛의 정보를 감지하는 감지유닛으로부터 정보를 전달받아 상기 변압유닛의 온도를 계산하고, 계산된 변압유닛의 온도와 상기 변압기의 한계 온도를 비교한 다음 상기 냉각사이클 장치를 작동 또는 작동해제시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 감지유닛은 상기 변압유닛의 과전압 및 저전압을 감지하는 전압센서와, 상기 변압유닛의 전류를 감지하는 전류센서와, 상기 절연유의 온도를 감지하는 유온센서와, 상기 변압기 외부의 온도를 측정하는 외기온도센서를 기초로 상기 변압유닛의 정보를 감지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 변압유닛은 1차 코일과 2차 코일이 권선된 철심과, 상기 철심의 상부를 지지하는 지지 프레임을 구비하며, 상기 냉각사이클 장치는, 상기 외부단자함의 내부에서 상기 지지 프레임의 상측에 고정 설치되는 증발기를 갖는 실내기;와, 상기 실내기에 접속되되 상기 외부단자함의 외부에 설치되는 응축기와, 상기 증발기와 응축기의 사이에 배치되는 팽창밸브와, 상기 응축기 및 증발기에 접속되는 압축기를 갖는 실외기;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 변압기의 냉각 시스템 제어방법은 변압유닛의 온도를 계산하는 단계;와, 상기 변압유닛의 온도가 상기 변압유닛의 한계 온도 이상인지를 판단하는 단계;와, 상기 변압유닛의 온도가 한계 온도 이상인 경우 방열기에 의한 자연 냉각모드에서 냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드로 전환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 강제 냉각모드로 전환한 상태에서 상기 변압유닛의 온도가 한계 온도 미만인 경우 상기 방열기에 의한 자연 냉각모드로 전환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 변압유닛의 온도를 계산하는 단계는, 상기 변압유닛의 과전압 및 저전압을 감지하는 전압센서와, 상기 변압유닛의 전류를 감지하는 전류센서와, 절연유의 온도를 감지하는 유온센서와, 변압기 외부의 온도를 측정하는 외기온도센서로 이루어진 감지유닛을 통한 정보를 기초로 계산되는 것을 특징으로 한다.
또한, 변압유닛은 1차 코일과 2차 코일이 권선된 철심과, 상기 철심의 상부를 지지하는 지지 프레임을 구비하며, 상기 냉각사이클 장치는 상기 지지 프레임의 상측에 고정 설치되는 증발기와, 상기 증발기에 접속되되 상기 변압기의 외부에 설치되는 응축기와, 상기 증발기와 응축기의 사이에 배치되는 팽창밸브와, 상기 응축기 및 증발기에 접속되는 압축기를 포함하며, 상기 냉각사이클 장치는 상기 증발기의 증발열에 의해 절연유를 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 변압기의 냉각 시스템 제어방법을 다른 측면에서 본다면, 변압유닛의 전류, 전압, 절연유 온도, 외기 온도를 감지하는 단계;와, 상기 감지된 정보를 기초로 변압유닛의 온도를 계산하는 단계;와, 상기 변압유닛의 온도가 상기 변압유닛의 한계 온도 이상인지를 일차로 판단하는 단계;와, 상기 변압유닛의 온도가 한계 온도 이상인 경우 방열기에 의한 자연 냉각모드에서 냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드로 전환하는 단계;와, 상기 강제 냉각모드로 전환한 상태에서 상기 변압유닛의 온도가 한계 온도 이상인 경우 이차로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 변압유닛의 온도가 한계 온도 이상인 지를 이차로 판단한 후 상기 변압유닛의 온도가 한계 온도 이상인 경우 냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드를 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 변압유닛의 온도가 한계 온도 이상인 지를 이차로 판단한 후 상기 변압유닛의 온도가 한계 온도 미만인 경우 냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드에서 방열기에 의한 자연 냉각모드로 전환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 변압기의 냉각시스템 및 그 제어방법은 변압기의 변압유닛에 대한 냉각을 위하여 변압유닛의 온도에 따라서, 한계 용량 이상으로 추가 발열되는 변압유닛의 효율적인 냉각 제어를 제공할 수 있어 변압기의 한계 용량을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 변압기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 변압기의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변압기를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 변압기의 내부 구성을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 변압기의 실내기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 변압기의 실내기의 핀 플레이트를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 냉각시스템의 제어장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 냉각시스템의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 변압기의 외관을 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변압기를 나타낸 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 변압기의 내부 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 변압기(10)는 외부단자함(100)과, 외부단자함(100)의 내부에 설치되어 인입된 전기의 전압을 변압시키는 변압유닛(200)과, 외부단자함(100)의 내부에 변압유닛(200)이 수장될 수 있도록 충진되는 절연유(300)와, 절연유(300)가 순환되면서 외기와 열교환되어 자연 냉각되도록 외부단자함(100)의 외측에 설치되는 방열기(400)와, 변압유닛(200)이 한계 용량에 의한 한계 온도 이상으로 판단되면 절연유(300)를 강제 냉각시키도록 동작되는 냉각사이클 장치(500)를 포함하여 구성되어 있다.
외부단자함(100)은 변압기(10)의 외관을 형성하는 것으로서 직육면체 형상일 수 있다. 외부단자함(100)은 정교히 용접된 철판을 사용하여 모든 구성요소가 취부되도록 이루어진다.
이러한 외부단자함(100)의 상면에는 외부로부터 공급되는 전류를 외부단자함(100) 내부로 운송하기 위하여 도체와 도체 절연을 위한 고압 부싱(110)과, 감압된 전기가 출력될 수 있도록 저압 부싱(120)이 설치될 수 있다.
고압 부싱(110)은 외부단자함(100)의 측면 상부에서 상향 경사 배치하며, 그 경사배치각도로서 바람직한 각도는 45°이다. 고압 부싱(110)은 그 엔드부가 저압 부싱(120)의 엔드부보다 높지 않게 설치되어 있다. 이것은 고압 부싱(110)에 의해 변압기(10)의 높이가 기형적으로 높아지는 것을 보완하게 되어 용량저하 없이 변압기 사이즈의 컴팩트화를 가능하도록 한다.
외부단자함(100)의 내부에는 고압의 전기를 일반 가정 또는 산업체에서 사용하는 전압의 전기로 변압할 수 있도록 변압유닛(200)이 구비된다.
변압유닛(200)은 1차 코일(220)과 2차 코일(230)의 권선 횟수를 달리하여 전자기 유도작용을 통해 전압을 변환하는 통상적인 변압 방식이 적용되고, 이러한 변압유닛(200)은 지지 프레임(240)을 통하여 외부단자함(100)에 설치 구성된다.
이러한 변압유닛(200)은 철심(210), 1차 코일(220)과 2차 코일(230)을 포함하여 구성된다. 구체적으로, 철심(210)은 1차 코일(220)과 2차 코일(230)이 권선될 수 있게 수직 방향으로 복수 개 기립 설치된다. 이러한 철심(210)은 지지 프레임(240)에 볼트(미부호)로 결합될 수 있다. 여기서, 철심(210)은 규소강판, 퍼멀로이, 페라이트 중 어느 하나의 자성재료로 이루어져 필요한 두께로 형성될 수 있다.
1차 코일(220)은 기립 설치된 각각의 철심(210)의 외주면에 나선형으로 권선되며, 전도성을 가지고서 교류 전압의 전원이 인가되면 임의의 전압으로 변환하되, 선재를 감으면 감을수록 코일의 성질이 강해져서 전력이 커진다.
이때, 1차 코일(220)은 철심(210)에 수평방향으로 여러 겹으로 권선되어 적층되는 형상을 이루는데, 수평 방향으로 여러 겹 적층되는 1차 코일(220)의 사이에는 절연재로 이루어진 스페이서(미도시)가 등 간격으로 삽입되어 일정 공간을 형성될 수 있다.
2차 코일(230)은 일단을 중심으로 수회 권선된 코일들이 복수개 적층됨으로써 구성되어 1차 코일(220)의 외주면에 일정 간격 이격되어 권선된다. 이때, 철심(210)의 상측과 하측에는 철심(210)과 동일재질로 구성되어 수평 방향으로 연장형성되는 지지 프레임(240)이 구비되어 있다.
지지 프레임(240)은 외주면이 전체적으로 사각형상을 이루고 있는 철심(210)의 상부를 지지하는 제1지지 프레임(241)과 철심(210)의 하부를 지지하는 제2지지 프레임(242)을 포함하여 철심(210), 1차 코일(220), 2차 코일(230)이 안정적으로 고정 설치되게 한다.
제1지지 프레임(241)은 철심(210) 상부의 전면에 형성된 "ㄷ"자 형상의 제1A지지 플레이트(241A)와, 철심(210) 상부의 후면에 형성된 "ㄷ"자 형상의 제1B지지 플레이트(241B)를 포함한다. 그리고, 제1A 및 제1B지지 플레이트(241A,241B)는 제1연결바(241C)에 의해 용접되어 연결된다.
또한, 제2지지 프레임(242)은 철심(210) 하부의 전면에 형성된 "ㄷ"자 형상의 제2A지지 플레이트(242A)와, 철심(210) 하부의 후면에 형성된 "ㄷ"자 형상의 제2B지지 플레이트(242B)를 포함한다. 그리고, 제2A 및 제2B지지 플레이트(242A,242B)는 제2연결바(242C)에 의해 용접되어 연결된다.
또한, 제1A지지 플레이트(241A)와 제2A지지 플레이트(242A), 또는 제1B지지 플레이트(241B)와 제2B지지 플레이트(242B)는 수직으로 기립된 복수개의 체결수단(243)에 의해 볼트(미부호)로 체결되어 안정적으로 지지 프레임(240)을 지탱할 수 있다.
외부단자함(100)의 내부에는 변압유닛(200)에서 먼지나 습기로 인한 절연내력이 저하되는 것을 방지하고, 변압유닛(200)에서 발생하는 열을 방열시킬 수 있도록 절연유(300)가 충진되어 있다. 즉, 절연유(300)는 외부단자함(100)의 내부에서 변압유닛(200)의 전기적 손실로부터 발생하는 열을 감소시키기 위하여 변압유닛(200)을 수장할 수 있을 정도로 충진되어 있다.
외부단자함(100)의 외측에는 외부단자함(100)와 연통되어 절연유(300)가 순환되면서 열교환에 의해 자연 냉각될 수 있도록 방열기(400)가 설치되어 있다.
방열기(400)는 절연유(300)의 온도 상승을 방지하기 위하여 고온을 외부로 방열하기 위해 동관을 삽입한 알루미늄 핀(400)으로 구성되는데, 알루미늄 핀(400)의 길이는 변압기(10) 용량에 따라 적절하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 이러한 방열기(400)는 판넬형 방열기, 주름형 냉각핀 방열기 등 변압기의 용량과 설치장소의 주변 조건 등 운전조건에 따라서 최적의 장치를 선정하여 적용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 변압기(10)는 변압유닛(200)의 상측에 배치되는 실내기(510)를 통하여 절연유(300)를 강제 냉각시키는 냉각사이클 장치(500)를 더 포함하여 구성된다. 이러한 냉각사이클 장치(500)는 변압기(10)의 방열 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
냉각사이클 장치(500)는 외부단자함(100)의 내부에서 변압유닛(200) 지지 프레임(240)의 상측에 설치되는 실내기(510)와, 실내기(510)와 냉매배관(530)에 의해 연결된 실외기(520)를 구비한다.
실내기(510)는 증발기(511)를 구비하고, 실외기(520)는 압축기(521)와 응축기(522)와 팽창밸브(미도시)를 구비하고 있으며, 실내기(510)와 실외기(520)는 서로 냉매배관(530)으로 연결되어 있다.
도 5는 도 4에 도시된 변압기의 실내기를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 6은 도 5에 도시된 변압기의 실내기 핀 플레이트를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 실내기(510)는 평판형으로 되어 소정 간격을 두고 배치되는 복수의 핀 플레이트들(512)과, 복수의 핀 플레이트들(512)을 관통하고 양단이 냉매배관(530)에 접속되는 냉매관(513)을 포함하는 증발기(511)를 구비하고 있다.
증발기 복수의 핀 플레이트들(512)은 냉매관(513)이 관통하는 제1관통홀(512A)과, 절연유(300)가 통과하는 제2관통홀(512B)이 복수로 구비될 수 있다.
이와 같이 외부단자함(100) 내부의 절연유(300)가 통과하는 제2관통홀(512B)이 구비된 핀 플레이트들(512)로 이루어진 증발기(511)는 냉매관(513)과 알루미늄 재질로 이루어진 핀 플레이트들(512)과 절연유(300)와의 접촉면적이 넓어져 열의 전도량이 증가되고, 열 전도량의 증가와 더불어 열의 방출이 활발하게 이루어져 냉각 효율이 향상될 수 있다.
이러한 냉각사이클 장치(500)는 도 4에 도시된 바와 같이, 압축기(521)에서 토출된 고온/고압의 기체 냉매가 응축기(522)로 유입되고, 고온/고압의 기체 냉매는 응축기(522) 내부를 흐르면서 외부 공기와 열교환되어 기체상태에서 액체상태로 변화되면서 중온/고압의 액체 냉매가 된다.
그리고, 응축기(522)를 통과한 중온/고압의 액체 냉매는 냉매배관(530)을 통해 팽창밸브(미도시)를 거치면서 감압되어 저온/저압의 액체 냉매로 변화되어 증발기(511)로 유입된다.
상기와 같이 증발기(511)로 유입된 저온/저압의 액체 냉매는 증발기(511)를 통과하면서 외부단자함(100) 내부의 절연유(300)와 열교환되어 증발되는데, 증발기(511)에서 일부 증발되지 못한 액체 냉매는 압축기(521)의 후단에 설치된 어큐뮬레이터(미도시)에서 걸러진 뒤, 기체 냉매만 다시 실외기 측의 압축기(521)로 흡입되면서 연속적으로 순환하게 된다.
결국, 이렇게 순환하는 냉매는 외부단자함(100) 내부의 절연유(300)와 열교환하면서 변압유닛(200)의 과도한 온도 상승을 방지할 수 있도록 변압유닛(200)을 강제 냉각하게 된다.
미설명 부호 523은 냉매가 응축기(522)를 통과하면서 실외 공기와 열교환하기 위하여 강제 송풍시키는 송풍기를 나타낸다.
다음, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 변압기 냉각시스템의 제어방법에 대하여 살펴본다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 냉각시스템의 제어장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 냉각시스템의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 변압기의 냉각 제어방법은, 변압유닛(200)이 한계 용량에 의한 한계 온도 이상 도달하는 경우에 '방열기에 의한 자연 냉각모드(MODE 1)'에서 '냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드(MODE 2)'의 전환을 통해 변압유닛(200)을 냉각시키고, 변압유닛(200)이 한계 온도 미만일 경우에는 '방열기에 의한 자연 냉각모드(MODE 1)'를 유지하여 변압유닛의 온도를 조절한다.
여기서, 변압유닛(200)이 한계 온도 이상 도달할 경우 '방열기에 의한 자연 냉각모드(MODE 1)'에서 '냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드(MODE 2)'로 전환하는 이유는 '방열기에 의한 자연 냉각모드(MODE 1)'의 경우 절연유의 밀도차이로 인한 유동에 의해 방열기 측의 외기와 천천히 열교환을 하게 되나, '냉각사이클장치에 의한 강제 냉각모드(MODE 2)'일 경우 냉매의 증발열을 이용하여 신속하게 열교환할 수 있기 때문이다. 즉, 변압유닛이 한계 온도 이상으로 추가 발열된 경우에는 '냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드(MODE 2)'가 '방열기에 의한 자연 냉각모드(MODE 1)' 보다는 변압유닛(200)의 냉각에 더 유리하기 때문이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.
먼저, 변압기를 작동한 후 '방열기에 의한 자연 냉각모드(MODE 1)'인지 '냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드(MODE 2)'인지를 판단한다.(S100)
'방열기에 의한 자연 냉각모드(MODE 1)' 및 '냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드(MODE 2)'는 운전자가 수동으로 조작가능하게 설치될 수 있다.
그리고, 변압유닛(200)의 온도를 계산한다.(S200)
변압유닛(200)의 온도는 변압유닛(200)의 과전압 및 저전압을 감지하는 전압센서(710)와, 변압유닛(200)의 전류를 감지하는 전류센서(720)와, 절연유(300)의 온도를 감지하는 유온센서(730)와, 변압기(10) 외부의 온도를 측정하는 외기센서(740)로 이루어진 감지유닛(700)을 통하여 계산될 수 있다.
즉, 이렇게 전압센서(710), 전류센서(720), 유온센서(730), 외기센서(740)로 이루어진 감지유닛(700)을 통하여 측정된 정보는 제어장치(600)로 전달되어 제어장치(600)에서 변압유닛(200)의 온도를 계산하게 된다.
그 다음, 제어장치(600)에 의해 변압유닛(200)이 한계 용량에 의한 한계 온도 이상에 도달한지 여부를 판단한다.(S300)
제어장치(600)가 변압유닛(200)의 온도가 한계 온도 이상인 것으로 판단한 경우 '냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드(MODE 2)'의 요청 신호를 송신하여 모드 변환을 수행한다.(S400) 만약, 한계용량 미만인 경우에는 '방열기에 의한 자연 냉각모드'를 유지한다. (S500)
한편, '방열기에 의한 자연 냉각모드(MODE 1)'에서 '냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드(MODE 2)'를 전환한 후에는 변압유닛(200)의 온도를 주기적으로 감지 계산하여(S600) 한계 온도 이상 도달한 경우(S700)에는 '냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드(MODE 2)'를 유지하고(S800), 한계 온도 미만으로 내려가는 경우에는 '방열기에 의한 자연 냉각모드'로 전환한다.(S900) 이때, '방열기에 의한 자연 냉각모드(MODE 1)'에서 '냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드(MODE 2)'로의 변환 또는 '냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드(MODE 2)에서 자연 냉각모드(MODE 1)'로의 변환이 자동으로 이루어지게 된다.
상기 방법에 따라 변압유닛(200)의 온도가 한계 온도 이상 도달하는 경우 '방열기에 의한 자연 냉각모드(MODE 1)'에서 '냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드(MODE 2)'로 변환하게 되면, 냉각사이클 장치(500)의 증발기(511)에서 발생하는 냉매의 증발열을 이용하여 변압기(10) 내부의 절연유(300) 냉각을 통하여 변압유닛(200)을 신속하게 냉각시키게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 변압기의 냉각시스템 및 그 제어방법은 변압유닛의 온도에 따라 냉각 제어를 구현하는 방법을 달리하여 변압유닛을 통해 얻을 수 있는 변압유닛의 한계 용량을 극대화시킬 수 있도록 하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.
10...변압기 100...외부단자함
200...변압유닛 300...절연유
400...방열기 500...냉각사이클 장치
600...제어장치 700...감지유닛

Claims (11)

  1. 외부단자함의 내부에 설치되어 인입된 전기의 전압을 변압시키는 변압유닛이 수장될 수 있도록 충진되는 절연유와,
    상기 절연유가 순환되면서 외기와 열교환되어 자연 냉각되도록 상기 외부단자함의 외부에 구비되는 방열기와,
    상기 절연유가 냉매 순환 경로를 따라 순환되는 냉매와 열교환되어 강제 냉각되도록 상기 외부단자함의 내부와 외부에 걸쳐 구비되는 냉각사이클 장치와,
    상기 변압유닛이 한계 용량에 의한 한계 온도 이상인지를 판단하여 상기 냉각사이클 장치를 작동을 제어하는 제어장치를 포함하며,
    상기 변압유닛은 1차 코일과 2차 코일이 권선된 철심과, 상기 철심의 상부를 지지하는 지지 프레임을 구비하며,
    상기 냉각사이클 장치는,
    상기 외부단자함의 내부에서 상기 지지 프레임의 상측에 고정 설치되는 증발기를 갖는 실내기;와,
    상기 실내기에 접속되되 상기 외부단자함의 외부에 설치되는 응축기와, 상기 증발기와 응축기의 사이에 배치되는 팽창밸브와, 상기 응축기 및 증발기에 접속되는 압축기를 갖는 실외기;를 구비하며,
    상기 증발기는 평판형으로 되어 소정 간격을 두고 배치되는 복수의 핀 플레이트들과, 상기 복수의 핀 플레이트를 관통하여 형성되는 냉매관을 구비하며,
    상기 복수의 핀 플레이트들에는 상기 냉매관이 관통하는 제1관통홀과, 상기 절연유가 통과하는 제2관통홀이 복수로 구비되는 것을 특징으로 하는 변압기의 냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 변압유닛의 정보를 감지하는 감지유닛으로부터 정보를 전달받아 상기 변압유닛의 온도를 계산하고, 계산된 변압유닛의 온도와 상기 변압유닛의 한계 온도를 비교한 다음 상기 냉각사이클 장치를 작동 또는 작동해제시키는 것을 특징으로 하는 변압기의 냉각 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 감지유닛은 상기 변압유닛의 과전압 및 저전압을 감지하는 전압센서와, 상기 변압유닛의 전류를 감지하는 전류센서와, 상기 절연유의 온도를 감지하는 유온센서와, 상기 변압유닛 외부의 온도를 측정하는 외기온도센서를 기초로 상기 변압유닛의 정보를 감지하는 것을 특징으로 하는 변압기의 냉각 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 변압유닛의 전류, 전압, 절연유 온도, 외기 온도를 감지하는 단계;와,
    상기 감지된 정보를 기초로 변압유닛의 온도를 계산하는 단계;와,
    상기 변압유닛의 온도가 상기 변압유닛의 한계 온도 이상인지를 일차로 판단하는 단계;와,
    상기 변압유닛의 온도가 한계 온도 이상인 경우 방열기에 의한 자연 냉각모드에서 냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드로 전환하는 단계;와,
    상기 강제 냉각모드로 전환한 상태에서 상기 변압유닛의 온도가 한계 온도 이상인 경우 이차로 판단하는 단계;를 포함하며,
    상기 냉각사이클 장치는 평판형으로 되어 소정 간격을 두고 배치되는 복수의 핀 플레이트들과, 상기 복수의 핀 플레이트를 관통하여 형성되는 냉매관을 구비하는 증발기를 포함하며,
    상기 복수의 핀 플레이트들에는 상기 냉매관이 관통하는 제1관통홀과, 상기 절연유가 통과하는 제2관통홀이 복수로 구비되는 것을 특징으로 하는 변압기의 냉각시스템 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 변압유닛의 온도가 한계 온도 이상인 지를 이차로 판단한 후 상기 변압유닛의 온도가 한계 온도 이상인 경우 냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드를 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기의 냉각시스템 제어방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 변압유닛의 온도가 한계 온도 이상인 지를 이차로 판단한 후 상기 변압유닛의 온도가 한계 온도 미만인 경우 냉각사이클 장치에 의한 강제 냉각모드에서 방열기에 의한 자연 냉각모드로 전환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기의 냉각시스템 제어방법.
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