KR101278105B1 - 전기 변압기의 폭발 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 변압기(1)의 폭발을 방지하는 장치에 관한 것으로, 가연성 냉매로 채워진 용기(2)를 구비한다. 본 발명의 화재 방지 장치는 용기(2)를 감압시키는 데 사용되는 감압 요소(5)와, 감압 요소(15)의 하류에 배치되는 컨테이너(18)와, 감압 요소(15)를 통과하는 유체를 포집하기 위해 컨테이너(18)를 밀폐되게 밀봉하기 위한 적어도 하나의 플러그(20)를 구비한다.

Description

전기 변압기의 폭발 방지 장치{Device for preventing the explosion of an electrical transformer}

본 발명은 가연성 유체의 체적에 의해 냉각되는 전기 변압기의 폭발 방지의 분야에 관한 것이다.

전기 변압기는 권선과 철심 부분의 모두에서 손실을 겪으므로, 발생되는 열이 발산되어야 할 필요가 있다. 그러므로 고전력 변압기는 일반적으로 오일(oil)과 같은 유체에 의해 냉각된다. 사용되는 오일은 유전체이며 약 140 ℃ 의 온도 이상에서 발화할 수 있다. 변압기들은 매우 고가의 장치들이므로, 이러한 장치들을 보호하는 데 특별한 주의를 기울여야 한다.

절연 결함(insulation fault)은, 첫째로, 변압기 전력 분전함(회로 차단기; circuit breaker)을 작동시키는 전기 보호 시스템에 의해 강한 전기 아크를 촉발하는 작용을 일으킨다. 전기 아크는 또한 에너지 분산을 일으켜 유전체 오일의 분해를 통해 가스, 특별히 수소(hydrogen)와 아세틸렌(acetylene)이 배출되게 한다.

가스가 배출된 후, 변압기 탱크 내부의 압력은 아주 신속히 증가하여 종종 아주 강력한 폭연 작용(deflagration)을 일으킨다. 폭연 작용은 변압기 탱크의 기 계적 연결부들(볼트, 용접부)에 심각한 파손을 야기하여, 상술한 가스가 대기 중의 산소와 접촉되게 한다. 아세틸렌은 산소가 존재하면 자연 발화하므로, 화재가 갑자기 발발하여 현장의 장비에서 많은 양의 연소 물질을 포함하고 있을 수도 있는 다른 부분들로 번진다.

폭발은 과부하(overloads), 과도전압(voltage surges), 점차적인 절연 열화(deterioration of the insulation), 불충분한 오일 높이, 물이나 흙의 출현이나, 절연 요소의 고장에 의해 발생하는 합선(short-circuit)으로 인한 절연 파열(insulation ruptures)에 의해 발생한다.

종래 기술로 화재 감지기에 의해 작동되는 변압기용 화재 시스템이 알려져 있다. 그러나 이러한 시스템들은 상당한 지연을 가지고 작동되므로, 변압기 기름은 이미 타게 된다. 그러므로 화재 감지기는 화재가 이웃하는 설비들로 번지지 않도록 하는 것과 관련하여 장비에 대한 화재의 발생을 제한하는 것에만 허용된다.

전기 아크에 의한 유전체 유체의 분해를 늦추기 위해서, 통상적인 무기물 오일 대신에 실리콘 오일이 사용될 수 있다. 그러나 내부 압력의 증가로 인한 변압기 탱크의 폭발은 수 밀리 초 정도의 대단히 짧은 시간 기간 동안만 지연된다. 이러한 시간 기간은 폭발의 방지를 허용하지 않는다. 실리콘 오일은 고가이다.

국제특허공보 WO-A-97/12379호를 통해, 압력 센서를 이용해 변압기의 전기 절연의 파열을 감지하고, 밸브를 이용하여 탱크 내에 포함된 냉매를 감압시키며, 유체를 휘저어 산소가 변압기 탱크를 통과하지 못하도록 하기 위해 탱크의 바닥에 가압된 비활성 기체를 분사함으로써 냉매의 가열된 부분을 냉각시켜, 가연성 냉매 로 채워진 탱크가 장착된 전기 변압기에서의 폭발 및 화재 방지 방법이 알려져 있다. 이와 같은 방법은 만족스러우며 변압기 탱크가 폭발하는 것을 방지한다.

국제특허공보 WO-A-00/57438호는 전기 변압기 폭발 방지 장치를 위한 고속 개구부를 구비하는 파열 요소를 개시한다.

본 발명의 목적은, 단순한 구성의 부속들을 이용하면서도 부하 탭절환기(on-load tap changers)와 부싱(bushings)과 변압기의 완전성을 유지하는 가능성을 더욱 증가시키기 위하여 대단히 신속한 탱크의 감압을 위해 개선된 장치를 제공하는 것이다.

가연성 냉매로 채워진 탱크를 구비하는 전기 변압기의 폭발을 방지하기 위한 장치는, 탱크를 감압시키기 위해 탱크의 배출구 상에 배치되는 압력 릴리프 요소와, 압력 릴리프 요소의 하류에 배치되는 저장소와, 압력 릴리프 요소를 통과하는 유체를 포집하기 위해 저장소가 밀봉되도록 저장소의 배출구에 설치되는 적어도 하나의 수동 작동 밸브를 구비한다. 그러므로 안전과, 오염의 이유 또는 기타 이유로 인해 유체가 퍼지는 것이 바람직하지 않은 장소로 유체가 퍼지는 것이 방지된다. 이는 연소와 폭발을 위한 조건을 충족시키기 위해 충분한 산소가 이용 가능할 때, 액체와 기체의 혼합물일 수 있는 유체가 연소의 위험을 나타내기 때문이다. 나아가 이와 같은 유체의 어떤 성분은 제한된 분위기에서 사람에게 및/또는 환경에 유해한 것으로 증명될 수 있었다.

바람직하게는 자동 압력 릴리프 요소가 저장소의 배출구에 설치된다. 압력 릴리프 요소는 저장소의 폭발을 방지하기 위해 압력 문턱값이 초과되었을 때 개방될 수 있는 밸브를 구비할 수 있다. 그리고 밸브에 의한 릴리프는 상기 밸브의 트리거 문턱값보다 낮은 압력으로 복귀하기 위해 필요한 유체의 양으로 제한된다. 부가 파이프가 압력 릴리프 밸브의 하류에 배치될 수 있다. 부가 파이프는 유체를 가장 적절한 장소로 향하게 하기 위한 것이다. 부가 파이프는 냉각 수단을 구비할 수 있다. 그러므로 유체가 빠져나가기 전에 유체의 온도가 감소될 수 있으며, 그로 인해 발화의 위험을 감소시킬 수 있다. 저장소는, 예를 들어 가스 팽창 밸브의 형태의 냉각 수단을 구비할 수 있다.

바람직하게는 부가 파이프에 화염 포착 요소가 설치된다. 화염 포착 요소는 산소가 파이프로 유입되는 것을 방지하는 유체 체크 밸브의 형태를 취할 수 있다. 화염 포착 요소는 화염이 존재하는 경우 상기 파이프를 차단할 수 있는 부속을 구비할 수 있다. 압력 릴리프 요소는 외부 제어 유닛이나 상기 밸브의 옆에 있는 온도 감지기에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브를 구비할 수도 있으며, 외부 제어 유닛이나 온도 감지기는 연소가 존재하면 상기 솔레노이드 밸브의 폐쇄를 명령할 수 있다.

저장소는 냉각 수단을 구비할 수 있다.

하나의 실시예로서, 전기 변압기의 폭발 방지 장치는 저장소에 연결되는 진공 펌프를 구비한다. 그러므로 저장소는 대기 압력과 변압기 탱크 내에 나타나는 정상 압력보다 훨씬 낮은 압력에 놓일 수 있고, 이로 인해 탱크의 감압이 구현되어 탱크 내에 존재하는 산소의 양이 감소된다.

하나의 실시예로서, 전기 변압기의 폭발 방지 장치는 가스 펌프와 보조 저장소를 구비한다. 가스 펌프는 저장소와 보조 저장소의 사이에 배치되고, 가연성 및/또는 유해 가스를 저장소로부터 보조 저장소로 펌핑하는 동시에, 예를 들어, 질소와 함께 흘려보내는 것을 위한 것이다. 그러면 보조 저장소는 저장소와 가스 펌프로부터 분리된다. 가스 펌프는 압축기를 구비할 수 있고, 보조 저장소는 가압 구획(enclosure)을 구비할 수 있다. 그러므로 가연성 유해 가스는 감소된 체적에 저장될 수 있다.

바람직하게는 전기 변압기의 폭발 방지 장치는 압력 릴리프 요소와 저장소의 사이에 배치되는 감압 챔버를 구비한다. 감압 챔버는 대단히 낮은 수두 손실을 나타내며 변압기 탱크의 신속한 감압을 제공하기 위해 압력 릴리프 요소의 바로 하류에 배치될 수 있다. 저장소는, 변압기 탱크와 감압 챔버의 사이의 거리보다 훨씬 긴 거리만큼 감압 챔버로부터 떨어져 배치될 수 있다. 감압 챔버는 바람직하게는 저장소가 견디도록 설계되는 것보다 높은 고압과 기계적 부하를 견디도록 의도될 수 있다.

하나의 실시예로서, 압력 릴리프 요소는 천공된 강체 디스크와, 불투과성 막을 구비한다. 압력 릴리프 요소는 또한 슬롯 디스크(slotted disc)를 구비할 수도 있다. 디스크들은 유체의 흐름 방향으로 반구형으로 부푼 형상일 수 있다. 슬롯 디스크는 대략 방사 방향의 슬롯들에 의해 서로 분리되는 복수 개의 돌출부(lobe)들을 구비할 수 있다. 돌출부들은 디스크의 환상 부분에 연결되고, 내부 압력보다 큰 변압기 탱크의 외부 압력을 견딜 수 있도록 체결 탭(fastening tabs)에 의해 서로 지지할 수 있다. 천공된 강체 디스크는 상기 디스크의 중심에 가깝게 배치되는 복수 개의 관통홀들을 구비할 수 있으며, 관통홀들로부터 방사 방향 슬롯이 연장된다. 불투과성 막은 얇은 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)계 층으로 이루어질 수 있다.

슬롯 디스크는 축방향으로 추력(thrust)이 가해지는 동안 서로 지지될 수 있는 복수 개의 부분들을 구비할 수 있다.

하나의 실시예로서, 압력 릴리프 요소는 부가적으로 불투과성 막을 보호하기 위한 디스크를 구비할 수 있다. 보호 디스크는 얇은 미리 잘라진 시트를 구비한다. 보호 디스크는 불투과성 막보다 더 두꺼운 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 시트로부터 제조될 수 있다. 미리 잘라진 시트는 원형의 일부의 형태를 취할 수 있다. 천공된 강체 디스크는 서로 구분되는 복수 개의 방사 방향 슬롯을 구비할 수 있다.

바람직하게는 전기 변압기의 폭발 방지 장치는 복수 개의 변압기들에 연결되도록 의도된 복수 개의 압력 릴리프 요소들을 구비한다. 그러므로 하나의 저장소가 복수 개의 변압기들의 폭발을 방지하도록 기능할 수 있다. 각각의 변압기는 적어도 하나의 압력 릴리프 요소와 관련된다.

전기 변압기의 폭발 방지 장치는 압력 릴리프 요소와 통합된 파열 감지 수단을 구비할 수 있으므로, 미리 정해진 압력 릴리프 문턱값에 대한 탱크 압력의 감지를 제공할 수 있다. 파열 감지 수단은 압력 릴리프 요소와 동시에 끊어지도록 의도되는 전기선을 구비할 수 있다. 전기선은 압력 릴리프 요소, 바람직하게는 유체에 대해 반대쪽 측면에 부착될 수 있다. 전기선은 보호 필름으로 덮일 수 있다.

전기 변압기의 폭발 방지 장치는 적어도 하나의 변압기의 복수 개의 오일 커패시터에 연결되도록 의도된 복수 개의 압력 릴리프 요소들을 구비할 수 있다.

가연성 냉매로 채워진 탱크를 구비하는 전기 변압기의 폭발을 방지하는 방법은, 탱크가 압력 릴리프 요소에 의해 감압되는 단계와, 압력 릴리프 요소를 통과하는 유체가 밀봉 저장소에 의해 포집되는 단계와, 가스가 적어도 하나의 수동 작동 밸브에 의해 제거되는 단계를 포함한다.

폭발 방지 장치는 변압기의 메인 탱크나, 부하 탭절환기(또는 절환기들)의 탱크나, 전기 부싱들(bushings)의 탱크를 위해 설계되며, 이들 후자의 탱크들은 오일 박스(oil box)로도 불린다. 전기 부싱들의 역할은 변압기 메인 탱크를 변압기의 권선이 출력 컨덕터를 통해 연결되는 고전압선 및 저전압선으로부터 분리시키는 것이다. 각각의 출력 컨덕터는 특정 양의 절연 유체를 포함하는 오일 박스에 의해 포위된다. 부싱들 및/또는 오일 박스 내의 절연 유체는 변압기의 오일과는 다른 오일이다. 변압기 탱크와 연결되며 고장이 탐지되면 수동으로나 자동으로 작동되도록 의도되는 질소 투입 수단이 구비될 수 있다. 질소 투입은 가연성 가스가 변압기 탱크로부터 저장소로, 그리고 필요한 경우 보조 저장소로 비워지도록 조장할 수 있다.

폭발 방지 장치는 변압기 전력 분전함(cubicle)의 작동 탐지를 위한 수단과 변압기의 센서 수단에 의해 전송되는 신호들을 수신하여 제어 신호들을 전송할 수 있는 제어 유닛을 구비할 수 있다.

가연성 및/또는 유해성 유체가 장치의 외부로 빠져나오는 가능성은 크게 감소되므로, 상기 가스의 발화 위험과 가까이 위치하는 조작자가 오염되는 위험이 감소된다.

폭발 방지 장치는, 예를 들어, 터널이나 광산이나 시가지의 지하와 같은 한정된 영역들을 위한 전기 변압기들에 특별히 적합하다.

본 발명은 전적으로 제한적이지 않은 예들에 의해 제공되는 몇 가지 실시예들에 관한 상세한 설명과 첨부되는 도면들을 연구함으로써 더욱 잘 이해될 것이다.

도 1은 화재 방지 장치의 개략도이다.

도 2는 도 1의 상세도이다.

도 3은 몇 개의 변압기들과 연관된 화재 방지 장치의 개략도이다.

도 4는 도 1의 변형예를 도시한다.

도 5는 도 1의 변형예를 도시한다.

도 6은 파열요소의 단면도이다.

도 7은 도 6의 부분 확대도이다.

도 8은 도 6에 대응하는 상면도이다.

도 9는 도 6에 대응하는 저면도이다.

도 10은 수직 감압 챔버를 구비하는 화재 방재 장치의 개략도이다.

도 11은 도 10에 대응하는 전면도이다.

도 12와 도 13은 도 1의 변형예를 도시한다.

도면들에서 도시된 것과 같이 변압기(1)는 다리부(4)에 의해 지면(3)에 놓이며, 절연체(6)에 의해 둘러싸인 전선들(5)에 의해 전기 에너지를 공급받는 탱크(2)를 구비한다.

탱크(2)는, 예를 들어, 유전체 오일과 같은 냉매(7)로 채워진다. 탱크(2) 내에서의 냉매(7)의 일정한 높이를 확보하기 위해 변압기(1)는 파이프(9)에 의해 탱크(2)와 연결되는 저장부(8; conservotor)를 구비한다.

파이프(9)에는 유체(7)의 빠른 움직임을 감지하자마자 파이프(9)를 차단하는 자동 체크 밸브(10)가 마련된다. 그러므로 탱크(2)의 감압이 이루어지는 동안 파이프(9) 내의 압력은 급격하게 저하되어 유체(7)가 흐르기 시작하도록 만든다. 유체의 흐름은 자동 체크 밸브(10)의 차단 작용에 의해 신속하게 정지된다. 그러므로 저장소(8) 내에 포함된 유체(7)가 배출되는 것이 방지된다.

탱크(2)는 또한 하나 이상의 화재 감지 케이블들(11)을 구비한다. 도시된 실시예에서, 화재 감지 케이블(11)은 탱크(2)의 위에 설치되고, 뚜껑(2b)에 놓인 블록들(12)에 의해 지지된다. 수 센티미터의 간격이 케이블(11)과 뚜껑(2b)을 이격시킨다. 케이블(11)은 낮은 녹는점을 갖는 합성막에 의해 분리되는 두 개의 전선들을 구비할 수 있다. 두 개의 전선들은 막이 녹으면 접촉한다. 케이블(11)은 탱크(2)의 가장 자리에 가까운 사각형 통로에 배치될 수 있다.

탱크(2)는, 냉매로부터 증기의 존재를 검출하기 위해 탱크(2)의 높은 지 점, 일반적으로 파이프(9)에 설치되는 브흐홀쯔(Buchholz)라고도 불리는 센서를 구비할 수 있다. 전기 절연의 파열은 탱크(2)의 유체(7)로부터의 증기 배출을 일으킨다. 증기 센서는 약간의 지연을 가지고 전기 절연의 파열을 감지하기 위해 사용될 수 있다.

변압기(1)는 도시되지 않은 전력 분전함(power cubicle)에 의해 구동되며, 분전함은 회로 차단기(circuit breakers)와 같은 전력 차단 수단을 구비하며 트리거 센서들이 장착된다.

화재 방지 장치는 본체(2a)의 높은 지점에 배치되는 탱크(2)의 배출구에 설치되는 밸브(13)와, 파열 요소(15)와, 두 개의 진동 흡수 탄성 슬리브들(14)을 구비한다. 파열 요소의 파손은 변압기의 전기 절연의 파열로 인한 압력의 변동을 지연 없이 감지하기 위해 사용된다. 탄성 슬리브들의 하나는 밸브(13)와 파열 요소(15)의 사이에 배치된다. 화재 방지 장치는 파열 요소(15)의 지름보다 큰 지름을 가지며 파열 요소(15)의 하류에 설치되는 감압 챔버(16)와, 파열 요소(15)가 파손된 이후에 탱크(2)로부터의 유체를 포집하도록 의도된 저장소(18)에 의해 지지되며, 액체 부분과 기체 부분을 분리시키도록 의도된 배출 파이프(17)를 구비한다. 파이프(17)는 감압 챔버(16)와 저장소(18)의 사이에 설치된다. 다른 탄성 슬리브(14)는 감압 챔버(16)와 파이프(17)의 사이에 설치된다.

저장소(18)에는 냉각핀들(18a)이 장착될 수 있다. 저장소(18)에는 오일에 의해 발생되는 가스들을 비우기 위한 배관(19)이 장착될 수 있다. 배관(19)은 저장소(18)를 비우기 위해 이동 용기에 잠시 연결될 수 있다. 그러므로 탱크(2)는 즉시 감압되며, 이후에 저장소(18)로 일부가 비워진다. 파열 요소(15)는, 예를 들어 1.6 바(bar), 바람직하게는 0.8 바와 1.4 바의 사이의, 1 바(bar)보다 낮은 정해진 압력에서 개방되도록 의도될 수 있다.

가스의 연소와 저장소(18)와 탱크(2) 내의 오일의 연소를 위해 공급하는 공기 중의 산소가 유입되는 것을 방지하고 가스나 액체의 제어되지 않은 배출을 방지하기 위해, 배관(19)에 밸브(20)가 배치될 수 있다. 밸브(20)는 수동일 수 있고 수동 제어를 갖는 모터 구동될 수 있다. 저장소(18)가 내부에 존재하는 기체가 비워지거나 가스의 퍼지(purging)가 수행되는 경우를 제외하고는, 밸브(20)는 저장소를 밀봉 상태로 유지하기 위해 항상 폐쇄된다.

탱크(2)는 질소와 같은 비활성 기체를 탱크(2)의 바닥에 분사함으로써 유체(7)를 냉각시키는 수단을 구비한다. 비활성 기체는 밸브, 팽창 밸브, 또는 압력 감쇠기 및 가스를 탱크(2)로 이송하는 호스(21)를 구비하는 가압된 저장소 내에 저장된다. 가압된 저장소는 캐비넷(22) 내부에 수용된다.

케이블(11)과 파열 요소(15)와 증기 센서와 작동 센서들과 밸브(13) 및 차단 밸브(20)는 장치의 작동을 감시하도록 의도된 제어 유닛(23)에 연결된다. 제어 유닛(23)에는 여러 가지 센서들로부터 신호를 수신하고 특별히 밸브(20)를 위한 제어 신호를 전송할 수 있는 정보 처리 수단이 장착된다.

정상 작동에서 밸브(13)는 개방되고 파열 요소(15)는 접촉된다. 즉 폐쇄된다. 밸브(20)도 폐쇄된다. 밸브(13)는 변압기(1)를 끄고 수리 동작을 위해 폐쇄될 수 있다. 탄성 밸브(14)는 변압기가 작동할 때 합선이 되는 동안 발생하는 진동이 다른 요소들, 특별히 파열 요소(15)로 전달되는 것을 방지하기 위해 변압기(10)의 진동을 흡수할 수 있다. 감압 챔버(16)는 파열 요소(15)가 파열되면 크게 감소되는 수두 손실로 인해 압력의 급격한 저하를 가능하게 한다.

파열 요소(15)가 변압기(1) 내의 전기 고장에 이어 파손되면, 탱크(2) 내의 압력이 감소한다. 가스 및/또는 액체의 분출물이 파열 요소(15)를 통과하여 감압 챔버(16)로 흘러 들어가고, 파이프(17)와 저장소(18)로 흐른다. 감압 챔버(16)의 역할은 파열 요소(15)의 파손 후 처음 몇 초 내에서 특별히 중요한 것으로 증명될 수 있다.

그 이후에, 탱크(2) 내에 남을 수 있는 가연성 가스를 내보내고 가스가 생성되는 것을 멈추기 위해 변압기의 뜨거운 부분을 냉각시킬 목적으로, 예를 들어, 질소와 같은 비활성 가스가 탱크(2)의 바닥으로 분사될 수 있다. 비활성 기체의 분사는 파열 요소(15)의 파손 이후에 수 분에서 수 시간 동안 동작될 수 있으며, 바람직하게는 가스와 액체가 적절히 분리되도록 하기 위해 충분한 안정 기간이 주어질 수 있다. 나아가, 저장소(18)와 그 내용물이 냉각되도록 기다리는 것도 가능하다. 상술한 가연성 가스는 저장소(18)로 비워진다. 밸브(20)가 개방된 이후에 저장소(18) 내에 존재하는 유체를 수용하기 위해 이동식 용기가 배관(19)에 연결될 수 있다. 저장소(18)는 비활성 가스로 퍼지(purge)될 수 있다. 그리고 파열 요소(15)는 교체될 수 있다. 안전의 이유로 인해, 비활성 기체를 위한 저장소는, 오일과 뜨거운 부분들을 오일을 휘저어 냉각시키는 데 유용한 것으로 입증된 약 45분간의 기간 동안 비활성 기체를 분사하도록 의도되어 가스가 오일의 분해로 생성되는 것을 정지시킨다.

변압기(1)는 상기 변압기(1)와 전기 동력 네트워크의 사이의 연결 영역으로 기능하는 하나 이상의 부하 탭절환기(on-load tap changers; 25)를 구비할 수 있다. 전기 동력 네트워크에는 네트워크에 공급되는 전류가 변동되는 경우에도 일정한 전압을 제공하기 위해 변압기(1)가 연결된다. 부하 탭절환기(25)는 배출 파이프(26)에 의해 배출하도록 의도된 파이프(17)에 연결된다. 이는 부하 탭절환기(25)도 가연성 냉매에 의해 냉각되기 때문이다. 부하 탭 절환기의 폭발은 높은 기계적인 강도로 인해 대단히 격렬하고, 연소하는 냉매의 분사물의 분출을 수반할 수 있다. 파이프(26)에는 합선과 그로 인해 부하 탭절환기(25)의 내부의 지나친 압력이 발생하는 경우 개방될 수 있는 압력 릴리프 요소(27)가 구비될 수 있다. 그러므로 상술한 부하 탭절환기(25)의 탱크가 폭발하는 것이 방지된다.

그러므로 본 발명에 의해, 단열의 파열을 대단히 신속하게 검출하고 동시에 그로 인한 결과들을 제한하는 작동을 취하는 변압기 폭발 방지 장치가 제공된다. 그 결과, 변압기, 부하 탭절환기 및 부싱들은 보호되고 절연 고장과 관련된 손상이 최소화된다.

도 2에 도시된 것과 같이, 감압 챔버(16)는 탱크(2)의 본체(2a)에 고정되는 브라켓(29)에 의해 지지되는 4 개의 댐퍼들(28)에 놓인다. 그러므로 한편으로는 정상 작동하는 동안의 변압기(1)로부터의 진동과 감압 챔버(16)의 사이와, 다른 한편으로는 절연의 파열이 일어난 동안 변압기(1)의 변형의 사이에 기계적인 분리가 생성된다.

도 3에 도시된 실시예에서, 몇 개의 이웃하는 변압기들(1)이 저장소(18)에 연결된다. 다시 말해, 몇몇 상이한 변압기들을 위한 몇몇 방지 장치들이 하나의 공통 저장소(18)를 공유할 수 있다. 이는 특별히 가용 공간이 제한되는 제한 영역에서 바람직한 것으로 입증된다.

도 4에 도시된 실시예에서, 화재 방지 장치는 파이프에 의해 저장소(18)에 연결되는 진공 펌프(30)를 부가적으로 구비한다. 저장소(18)는, 예를 들어, 질소 팽창에 의한 냉각 시스템(18b)을 구비할 수 있다. 방지 장치가 작동 중일 때, 진공 펌프(30)가 작동되어 저장소(18) 내에 부분적인 진공을 생성시킨 후, 정지한다. 파열 요소(15)가 파손된 이후에, 저장소(18)에 저장될 수 있는 탱크(2)로부터 다량의 기체가 최대의 동일 압력으로 증가한다. 그러므로 감압이 구현될 수 있다. 저장소는 감소된 체적이 될 수 있어서, 공간의 이득을 가져온다.

도 5에 도시된 실시예에서, 화재 방지 장치는, 파이프(17) 또는 저장소(18)에 연결되고 압력을 견디는 용기(32)로 개방되는 가스 펌프(31)를 구비한다. 파열 요소(15)가 파손된 이후에, 가스가 냉각되기에 충분한 기간의 시간 동안 흐름이 있고, 가스 펌프(31)가 작동되어 저장소(18) 내에 존재하는 가스를 펌핑한다. 그러므로 저장소(18)는 그 내부에 포함된 가스가 비워질 수 있고, 상술한 가스는 비활성 가스와 연소성 가스의 혼합물일 수 있다. 가스 펌프(31)가 정지한 이후에, 용기(32)는 쉽게 제거되어 멀리 이송될 수 있다. 본 실시예는 광산이나 터널에 설치되는 변압기에 특별히 적합하다.

도 6 내지 도 9에 도시된 것과 같이, 파열 요소(15)는 볼록한 돔 형상의 원형 형상이고, 탱크(2)의 두 개의 디스크 형상의 플랜지들(33, 34)의 사이에 끼워지는 도시되지 않은 배출구 오리피스에 설치되도록 의도된다. 릴리프 요소(15)는 얇은 금속 시트 형태, 예를 들어 스테인레스 강, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조되는 유지부(35)를 구비한다. 유지부(35)의 두께는 0.05 mm 내지 0.25 mm 의 사이일 수 있다.

유지부(35)는 유지부를 복수 개의 부분들로 나누는 방사 방향의 홈들(36)을 갖는다. 방사 방향 홈들(36)은, 파열이 유지부(35)를 중앙에서 절개하여 이루어지도록 하고, 릴리프 요소(15)의 조각이 부서져 릴리프 요소(15)를 통과하는 유체에 의해 이동되어 하류에 위치하는 파이프를 손상시키는 위험을 일으키는 것을 방지하기 위해 조각나는 것 없이 파열이 이루어지도록, 유지부(35)의 두께에서 오목부 내에 형성된다.

유지부(35)에는 중심의 가까이에서 홈(36)에 하나씩 배치되는 아주 작은 직경의 관통홀들(37)이 마련된다. 관통홀들(37)은 낮은 강도로 절개의 시작 지점을 형성하여, 절개가 유지부(35)의 중심에서 시작하는 것을 보장한다. 홈(36)마다 적어도 하나씩의 관통홀(37)이 형성되는 것은 홈들(36)이 동시에 분리되어, 최대의 가능한 통로 단면을 제공하는 것을 보장한다. 변형예로서, 6개가 아닌 다른 개수의 홈들(36)이 구현될 수 있고, 및/또는 홈(36)마다 몇몇 개의 관통홀들(36)이 형성될 수 있다. 불투과성 코팅(50)이 관통홀들(37)을 막을 수 있다.

릴리프 요소(15)의 차단 압력은 특별히 관통홀(37)의 직경과 위치와, 홈들(36)의 깊이와, 유지부(35)를 형성하는 소재의 두께와 성분에 의해 정해진다. 바 람직하게는 홈들(36)은 유지부(35)의 전체 두께에 걸쳐 형성된다. 유지부(35)의 나머지 부분은 일정한 두께를 가질 수 있다.

두 개의 인접한 홈들(36)은 파열되는 동안 관통홀들(37)의 사이의 소재의 파열에 의해 이웃하는 삼각형으로부터 분리될 수 있고, 접힘에 의해 하류측 방향을 향해 변형될 수 있는 삼각형(39)을 형성한다. 하류의 파이프를 손상시키거나 하류의 파이프 내의 흐름을 방해하여 수두 손실을 증가시키고 상류 측에서의 감압 과정을 지연시킬 수 있는 상술한 삼각형들(39)의 찢어짐을 방지하기 위해, 삼각형(39)은 찢어짐 없이 접힌다. 홈들(36)의 개수는 또한 유지 요소(15)의 직경에 의존한다.

플랜지(33)의 하류에 배치되는 플랜지(34)는 플랜지(34)를 관통하여 천공되는 방사 방향의 구멍을 갖는다. 구멍에는 보호 튜브(41)가 배치된다. 파열 감지기는 하류측에서 고리 모양으로 배치되며 유지부(35)에 고정되는 전기선(42)을 구비한다. 전기선(42)은 연결 유닛(43)에 이르기까지 보호 튜브(41)로 연장한다. 전기선(42)은, 상술한 홈(36)에 평행하며 홈(36)의 일측에 배치되는 전기선의 일부분(42a)과 상술한 홈(36)에 평행하며 동일한 홈(36)의 타측면에 방사 방향으로 배치되는 전기선의 타측 부분(42b)을 구비하며 유지 요소(15)의 거의 전체 직경에 걸쳐 연장한다. 전기선의 두 개의 부분들(42a, 42b)의 거리는 작다. 이 거리는 두 개의 관통홀들(37)을 분리하는 최대 거리보다 작을 수 있다.

전기선(42)은 전기선이 부식하는 것을 방지하며 전기선을 유지부(35)의 하류 면에 고정하도록 기능하는 보호 필름에 의해 덮인다. 이 필름의 성분은 또한 파열 요소(15)의 파열 압력을 변형시키는 것을 피하도록 선택될 수 있다. 필름은 무른 폴리아미드(embrittled polyamide)로 제조될 수 있다. 파열 요소의 파손은 반드시 전기선(42)의 절단을 가져온다. 이와 같은 절단은 전기선(42)을 통해 흐르는 전류의 중단이나 전기선(42)의 두 개의 단부들의 사이의 전압 차이에 의해 아주 간단하고도 신뢰성 있는 방식으로 감지될 수 있다.

파열 요소(15)는 또한 플랜지들(33, 34)의 사이에 배치되는 금속 시트의 형태, 예를 들어, 스테인레스 강, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금의 강화부(44)를 구비한다. 강화부(44)의 두께는 0.2 mm 내지 1 mm의 사이일 수 있다.

강화부(44)는 전체 두께에 걸쳐 형성되는 방사방향 홈들(45)에 의해 분리되는 복수 개의 돌출부들, 예를 들어 8개의 돌출부들을 구비한다. 돌출부들은 외부의 환형 가장자리, 이웃하는 돌출부들의 인접한 곳을 제외하고 각 돌출부의 전체 두께에 걸쳐 원호의 형태로 형성되는 홈(46)에 연결되어, 돌출부들이 축방향으로 변형되는 능력을 부여한다. 돌출부들의 하나는 예를 들어, 용접에 의해 중앙 다각형부(47)에 연결된다. 다각형부(47)는 돌출부들의 중심을 폐쇄하고 다른 돌출부들에 고정되는 후크들(48)에 놓이며, 다각형부(47)가 돌출부들과 대응하는 후크들(48; hooks)의 사이에서 축방향으로 배치되도록 돌출부들에 대해 축방향으로 편심된다. 다각형부(47)은 후크들의 바닥을 가압하도록 후크들(48)의 바닥과 접촉할 수 있다. 보강부(44)는 일방향으로는 축방향의 양호한 강도를 부여하고, 파열 요소(15)의 파손 방향인 다른 방향으로는 축방향의 아주 낮은 강도를 제공한다. 보강부(44)는, 변압기(1)의 탱크(2) 내의 압력이 감압 챔버(16)의 압력보다 낮을 때 특별히 유용하다 탱크 내의 압력이 낮아지는 것은 변압기(1)를 채우기 위해 탱크(2) 의 내부에 일부의 진공이 형성되면 발생할 수 있다.

유지부(35)와 보강부(44)의 사이에는 불투과성 합성 소재, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 계의 얇은 필름(50)을 구비하는 불투광성 부분(49)이 배치될 수 있다. 얇은 필름(50)의 양측면은 얇은 필름(50)에 유지부(35)와 보강부(44)에 의해 구멍이 나는 것을 방지하기 위해 미리 절단된 합성 소재의 얇은 필름(51)에 의해 둘러싸인다. 각각의 얇은 필름(51)은, 0.1 mm 내지 0.3 mm의 정도의 두께를 갖는, 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌 계의 합성 소재를 포함할 수 있다. 얇은 필름(51)은 약 330 도의 원호의 형태로 미리 절단될 수 있다. 얇은 필름(50)은 0.005 mm 내지 0.1 mm의 정도의 두께를 가질 수 있다.

파열 요소(15)는 일 방향으로는 압력에 대한 양호한 저항력을 제공하고, 다른 방향으로는 압력에 대한 보정된 저항력과, 뛰어난 불투과성과 파손에 대한 느린 지연을 제공한다.

불투과성을 향상시키기 위해 파열 요소(15)는 플랜지(33)와 유지부(35)의 사이에 배치되는 와셔(52)와, 플랜지(34)와 보강부(44)의 사이에 배치되는 와셔(53)를 구비한다. 와셔들(52, 53)은 폴리테트라플루오로에틸렌 계 소재로 제조될 수 있다.

나아가, 방지 장치 내에 유체를 냉각시키기 위한 수단들이 마련될 수 있다. 냉각 수단은 파이프(17) 상에 핀들, 및/또는 저장소(18), 저장소(18)를 위한 공기 조화기, 및/또는 액화 가스, 예를 들어 팽창에 의해 저장소(18)를 냉각시킬 수 있는 질소의 수용부를 구비할 수 있다.

도 10 내지 도 11의 실시예에서, 화재 방지 장치는 대략 수직하게, 예를 들어 탱크(2)의 뚜껑(2b) 위에 배치된다. 감압 챔버(16)는 파열 요소(15)에 연결되며, 파열 요소(15)의 지름보다 큰 지름을 가지며, 파열 요소(15)의 하류에 설치되는, 단부가 폐쇄되는 수직 축 실린더를 구비한다. 감압 챔버(16)는 또한 포집 저장소를 형성한다. 파이프(19)는 감압 챔버(16)의 실린더의 상부 영역에 연결된다. 파이프(54)는 액체를 제거하기 위해 감압 챔버(16)의 실린더의 하부 영역에 연결된다. 이와 같은 실시예는, 특별히 소형이며, 화재 방지 장치의 대부분이 탱크(2)의 위에 배치된다.

하나의 바람직한 변형예에서, 파이프(54)는 저장소(8)에 연결된다(도 10의 점선 참조). 저장소(8)의 가용 체적, 즉 액체가 차지하지 않는 부분은 감압 챔버(16)로부터의 액체를 수용하기 위해 이용될 수 있다. 부가적인 파열 요소(61)가 감압 챔버(16)와 저장소(8)의 사이에서 파이프(54) 상에 배치될 수 있다. 부가 파열 요소(61)는 감압 챔버(16)의 상류의 파열 요소(15)보다 높은 파열 압력으로 조정될 수 있다.

작동될 때에 파이프(54) 내의 수두 손실은 파열 요소(15)의 파열이 이루어지는 동안 자동 체크 밸브(10)가 폐쇄되는 시간을 제공한다. 자동 체크 밸브(10)가 폐쇄되어, 저장소(8)가 감압 챔버(16)로부터의 액체를 포집한다.

도 11에 도시된 것과 같이 감압 챔버(16)는 파이프(26)의 연장부에 위치하는 파이프(17)로 개방된다. 감압 챔버(16)는 저장소(8)로 인입된다.

도 12의 실시예에서, 방지 장치는 본체(2a)의 높이의 약 반절의 높이와 3분의 2의 높이의 사이에 위치하는 본체(2a)의 한 지점에 배치되는 탱크(2)의 배출구에 설치되는 밸브(13)를 구비한다. 파이프(17)는 감압 챔버(16)의 이후에 상측을 향하여 구부러지며 변압기(1)의 권선의 높이보다 높은 높이에 배치되는 상측 부분(17a)을 구비한다. 예로서, 상측 부분(17a)의 바닥은 권선의 상측 단부의 위로 약 20 mm 에 배치될 수 있다. 그러므로 부분적인 배출과 분해는 권선이 잠긴 상태에 놓이는 것을 가능하게 하여, 결과적인 절연이 유지되게 할 수 있다.

파이프(9)는 자동 체크 밸브(10)와 탱크(2)의 뚜껑(2b)의 사이에 배치되는 가스 감지기(55)를 구비한다. 파이프(56)는 파이프(9)와 파이프(17)의 상측 부분(17a)을 연결한다. 파이프(56)는 가스 감지기(55)와 자동 체크 밸브(10)의 사이의 파이프(9)에 연결된다. 파이프(56)에는 정비 동작이 이루어지는 동안을 제외하고는 개방 상태로 유지되는 수동 밸브(57)와, 제어 유닛(23)에 의해 제어되어 정상 동작동안에는 폐쇄 위치에 있고, 요소(15)에 의한 압력 릴리프 이후에는 파이프(9) 내에 존재하는 가연성 가스를 빼내기 위해 개방 위치에 있는 솔레노이드 밸브(58)가 배치된다.

나아가, 오일 격리(oil insulation) 기능을 갖는 부싱들(6)은 또한 파이프(17)에 연결되는 파이프(60)로 개방되는 압력 릴리프 요소(59)를 구비한다. 압력 릴리프 요소(59)는 압력 릴리프 요소(15)에 유사한 구성과 크기가 조정된 것일 수 있다. 그러므로 탱크, 부싱들, 및 부하 탭절환기는 완전성을 향상시키기 위해 압력 릴리프 요소들을 구비할 수 있다.

도 13의 실시예에서, 방지 장치는 본체(2a)의 낮은 지점에 배치되는 탱크(2)의 배출구에 설치되는 밸브(13)를 구비한다. 파이프(17)는 감압 챔버(16)의 이후에서 상측으로 구부러지며, 상술한 실시예에서와 같이 상측 부분(17a)을 구비한다.

이와 같은 보호 시스템은 경제적이며, 이웃하는 설비들에 대해 독립적이며, 크기에 있어서 소형이며, 보수가 필요 없다.

또한 제어 유닛은 화재 감지기, 증기 감지기(Buchholz; 브흐홀쯔)와 같은 2차 센서들과, 폭발 방지 시스템이 고장나는 경우에 소화 공정을 동작시키기 위한 전력 분전함 트리거 센서에 연결될 수 있다.

그러므로 본 발명으로 인해, 변압기 요소들에 대한 아주 적은 변형들을 필요로 하는 변압기 폭발 방지 장치가 제공된다. 폭발 방지 장치는 절연 파열을 대단히 신속하게 탐지하여, 제한 영역들을 포함하여 그로 인한 결과들을 제한하기 위한 조치들을 동시에 취한다. 이로 인해 오일 커패시터들의 폭발과 그로 인한 화재를 방지할 수 있어서, 변압기에서의 합선과, 부하 탭절환기와 부싱들과 관련된 손상을 줄일 수 있다.

본 발명은 가연성 유체의 체적에 의해 냉각되는 전기 변압기의 폭발 방지의 분야에 관한 것이다. 본 발명에 의한 폭발 방지 장치는, 예를 들어, 터널이나 광산이나 시가지의 지하와 같은 한정된 영역들을 위한 전기 변압기들에 특별히 적합하다.

Claims (15)

1. 가연성 냉매로 채워진 탱크를 구비하는 전기 변압기의 폭발을 방지하기 위한 장치로서, 탱크를 감압시키기 위해 탱크의 배출구 상에 배치되는 압력 릴리프 요소와, 압력 릴리프 요소의 하류에 배치되는 저장소와, 압력 릴리프 요소와 저장소의 사이에 배치되는 감압 챔버와, 압력 릴리프 요소를 통과하는 유체를 포집하기 위해 저장소가 밀봉되도록 저장소의 배출구에 설치되는 적어도 하나의 수동 작동 밸브와, 감압 챔버와 저장소의 사이에 배치되는 파이프를 구비하는, 전기 변압기의 폭발 방지 장치.
2. 제1항에 있어서,

   자동 압력 릴리프 요소가 저장소의 배출구에 설치되는, 전기 변압기의 폭발 방지 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 압력 릴리프 요소의 하류에 배치되는 부가 파이프를 구비하는, 전기 변압기의 폭발 방지 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 부가 파이프에 화염 포착 요소가 설치되는, 전기 변압기의 폭발 방지 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 저장소는 냉각 수단을 구비하는, 전기 변압기의 폭발 방지 장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 저장소에 연결되는 진공 펌프를 구비하는, 전기 변압기의 폭발 방지 장치.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 저장소에 연결되는 가스 펌프와, 가스 펌프에 연결되는 보조 저장소를 구비하는, 전기 변압기의 폭발 방지 장치.
8. 삭제
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   압력 릴리프 요소는 천공된 강체 디스크와, 불투과성 막과, 슬롯 디스크( slotted disc)를 구비하는, 전기 변압기의 폭발 방지 장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 전기 변압기의 폭발 방지 장치는 복수 개의 변압기들과 연결되도록 의도되는 복수 개의 압력 릴리프 요소들과, 하나의 저장소를 구비하는, 전기 변압기의 폭발 방지 장치.
11. 제1항에 있어서,

    상기 전기 변압기의 폭발 방지 장치는 적어도 하나의 변압기의 복수 개의 오일 커패시터들과 연결되도록 의도되는 복수 개의 압력 릴리프 요소들과, 하나의 저장소를 구비하는, 전기 변압기의 폭발 방지 장치.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,

    저장소에 연결되는 진공 펌프를 구비하는, 전기 변압기의 폭발 방지 장치.
13. 제10항 또는 제11항에 있어서,

    가스 펌프와 보조 저장소를 구비하는, 전기 변압기의 폭발 방지 장치.
14. 가연성 냉매로 채워진 탱크를 구비하는 전기 변압기의 폭발을 방지하기 위한 방법으로서,

    탱크는 탱크의 배출구 상에 배치된 압력 릴리프 요소와 감압 챔버에 의해 감압되고, 압력 릴리프 요소와 감압 챔버와 파이프를 통과하는 유체는 밀봉 저장소에 의해 포집되며, 가스는 적어도 하나의 수동 작동 밸브에 의해 제거되는, 전기 변압기의 폭발 방지 방법.
15. 삭제

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