KR101290682B1 - 냉각장치를 구비한 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각장치를 구비한 변압기에 관한 것으로서, 본 발명의 일면에 따른 냉각장치를 구비한 변압기는, 변압기 본체와, 상기 변압기 본체 내에 설치되는 트랜스를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 트랜스는 기 설정된 소정의 턴(turn) 수만큼 감긴 권선부가 복수의 층을 이루고 있으며, 상기 층과 층 사이에는 종/횡 방향을 따라 냉각된 공기가 흐르게 하는 냉각 덕트가 복수 개 형성되어 냉기가 발열하는 권선부 층과 층 사이로 직접 송풍 되어 냉각 작용이 보다 신속하게 이루어질 수 있도록 한다.

Description

냉각장치를 구비한 변압기{Transformer having cooling device}

본 발명은 냉각장치를 구비한 변압기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 권선부 층과 층 사이에 강제적으로 냉각된 공기를 공급하여 냉각 효율을 높일 수 있는 냉각장치를 구비한 변압기에 관한 것이다.

일반적인 몰드 변압기는 권선을 에폭시 수지로 감싸는 고체 절연방식의 변압기로서, 에폭시 수지에 실리카 등의 무기질 충진재를 배합하거나 유리 섬유 등의 기본재가 함유되어 환경오염을 방지하고, 나염성 및 자기 소화성을 가져 화재 발생의 위험을 최소화 할 수 있는 장점이 있어 건물지하나 지하철, 지하상가 등에 널리 사용되는 변압기로서, 경화 시 가스발생이 없고 반응수축이 적어 기계적으로 안정적이고, 내약품성, 내수성 내열성이 우수하여 장기간 방치하여도 변압기의 손상이 적으며, 권성을 고진공에서 몰딩하므로 전자기계력 외부기계력 및 이상 진동 등에도 강한 내성을 가져 안정적인 전압 공급이 필요한 부분, 예를 들어 공공건물이나 지하철, 병원 등의 사용이 적합하다.

이러한 몰드 변압기는 권선을 원통 형상의 몰드 금형에 삽입한 후, 고진공 하에서 에폭시 수지를 금형에 주입하고, 경화시켜 저압 및 고압 코일을 형성하게 된다.

그러나 몰드 변압기는 냉매를 사용하지 않는 변압기이므로 유입변압기 보다 냉각에서는 불리하다. 그렇지만 절연유의 화재유발 가능성이 있어 도심지 아파트, 건물, 빌딩 등에 몰드 변압기가 사용되고 있다.

이와 같은 몰드 변압기를 관리하는데 있어 가장 중요한 것이 온도, 습도 관리인데 70℃ 이하로 관리하는 것이 좋다.

만약, 오랜 시간 열이 발생하면 고압, 저압의 절연체가 제 역할을 하지 못하고 절연파괴로 인해 화재, 정전사고가 발생한다. 이를 위해, 종래의 몰드 변압기에서 철심 및 권선부에 발생되는 열은 직접적인 외부 공기의 대류작용에 의하여 대기 중으로 방열하고 있다.

그러나 상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 몰드 변압기는 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 몰드 변압기가 실내 또는 지하에 설치되는 관계로 실내 또는 지하의 공기온도가 올라가 냉각효과가 떨어져 고압, 저압의 절연체가 제 역할을 하지 못해 절연파괴로 인하여 화재, 정전사고가 발생한다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 변압기 내부 철심 또는 권선부의 과열된 온도에 대응하여 신속히 냉각시킬 수 있는 냉각장치를 구비한 변압기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 권선 사이에 직접적으로 냉각된 공기를 공급하여 냉각 효과가 뛰어나게 설계된 변압기를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 냉각장치를 구비한 변압기는,

변압기 본체와, 상기 변압기 본체 내에 설치되는 트랜스를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 트랜스는 기 설정된 소정의 턴(turn) 수만큼 감긴 권선부가 복수의 층을 이루고 있으며, 상기 층과 층 사이에는 종/횡 방향으로 냉각된 공기가 흐르게 하는 냉각 덕트가 복수 개 형성되어 냉기가 발열하는 권선부 층과 층 사이로 직접 송풍 되어 냉각 작용이 보다 신속하게 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 상기 냉각 덕트는 그 내부가 중공인 형상이고, 냉각된 공기는 상기 냉각 덕트의 일단으로 유입되고 타단으로 이송되며, 타단으로 이송된 냉각된 공기는 다시 상기 냉각 덕트의 일단으로 유입되어 순환되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 변압기 본체 하단에는 냉각된 공기를 공급하는 냉각송풍수단을 구비하며, 상기 냉각송풍수단은 제어부를 구비한 케이스와, 상기 케이스 내에 설치되는 송풍 팬과, 상기 송풍 팬 앞에 설치되어 냉각된 공기를 발생시키는 열전소자와, 일단이 상기 케이스에 연결되고 타단이 상기 냉각 덕트에 연결되는 중공의 연결부재로 구성될 수 있다.

여기서, 상기 제어부는 상기 권선 내부에 삽입되어 설치된 복수개의 온도 센서의 출력 값을 해석하여 상기 권선 내부의 열 분포를 출력하고, 이에 따라 단계적인 송풍력을 제공하도록 상기 송풍 팬의 출력을 제어한다.

또한, 상기 트랜스는 상기 복수의 권선부 층을 에폭시 수지로 일체형으로 몰딩한 몰딩물에 철심을 조립하여 구성된다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 트랜스의 권선 사이에는 종/횡 방향을 따라 냉각된 공기가 흐르게 하는 냉각 덕트가 복수 개 설치되어 냉기가 발열하는 권선 사이로 직접 송풍 되어 냉각 작용이 보다 신속하게 이루어질 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비한 변압기의 전체적인 구조를 보여주는 단면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 변압기에 있어서, 권선부의 구조를 보여주는 평면도이고,
도 3은 도 2에 도시된 권선부의 절연 특성을 보여주는 단면도이고,
도 4는 도 1에 도시된 변압기에 있어서, 냉각송풍수단의 구조를 보여주는 평면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 내지 도 4를 참조하여, 볼 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비한 변압기를 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비한 변압기의 전체적인 구조를 보여주는 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 변압기에 있어서, 권선부의 구조를 보여주는 평면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 권선부의 절연 특성을 보여주는 단면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 변압기에 있어서, 냉각송풍수단의 구조를 보여주는 평면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비한 변압기(1000)는 변압기 본체(100)와, 상기 변압기 본체(100) 내에 설치되는 트랜스(110)와, 상기 변압기 본체(100) 하단에서 냉각된 공기를 공급하는 냉각송풍수단(130)을 포함하여 구성된다.

변압기 본체(100)는 원통형의 형상을 가지며, 그 상면에는 외부로부터 공급되는 전류를 공급받기 위한 고압부싱(140)이 설치되고, 측면에는 공급된 전류를 출력시키는 저압부싱(150)이 각각 설치된다.

여기서, 변압기 본체(100)는 전술한 바와 같이 원통형으로 형성하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정하지 않으며 사각형이나 기타 다각형의 형상으로 형성될 수도 있다.

트랜스(110)는 변압기 본체(100) 내부에 설치되는 것으로서, 상기 고압부싱(140)을 통해 인입된 전류를 일반 가정 또는 산업체에서 사용하는 전압의 전류로 변압시키는 역할을 수행한다.

이와 같은 트랜스(110)는 일반적으로, 1차 코일과 2차 코일의 권선 횟수를 달리하여 전자기 유도작용을 통해 전압을 변환하는 방식을 이용한다. 이를 위해, 트랜스(110)는 기 설정된 소정의 턴(turn) 수만큼 감긴 권선부(1차 코일 및 2차 코일을 지칭)가 복수의 층을 이루고 있으며, 본 실시예에서는 상기 권선부 층과 층 사이에 종/횡 방향을 따라 냉각된 공기가 흐르게 하는 냉각 덕트(111)가 형성된 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 트랜스(110)는 상기 복수의 권선부 층을 에폭시 수지로 일체형으로 몰딩한 몰딩물에 철심을 조립하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 냉각 덕트(111)는 복수의 권선부 층과 철심을 에폭시 수지로 몰딩하는 과정에서 형성시킬 수 있으며, 예를 들어, 권선부 층과 층 사이에 종/횡 방향을 따라 중공인 편 또는 파이프 등을 삽입한 후, 에폭시 수지로 몰딩 작업을 수행하고, 에폭시 수지가 고화된 이후에 삽입된 편 또는 파이프 등을 제거하여, 냉각된 공기가 흐르게 하는 통로 역할을 수행하는 냉각 덕트(111)를 형성할 수 있는 것이다. 또한, 사이 철심과 몰딩물은 발열 페인트에 의해 최종적으로 부분 도장(터치 업)이 될 수 있다.

변압기의 고장 원인을 분석해보면, 일반적으로 철심으로부터 하부에서 권선의 절연 파괴에 의해 고장이 발생하는 것이 대부분이다. 즉, 철심으로부터 순서로 제5~ 제10의 권선부 층에서 절연 파괴가 많이 발생하게 된다.

상술한 권선부 층의 절연 파괴를 방지하기 위해서는 많은 열이 발생하여 절연 파괴가 쉽게 발생하는 부분에 대한 집중 냉각이 필요하며, 본 실시예에서는 이를 위해, 철심으로부터 순서로 제3과 제7과 제11의 권선부 층 중에 적어도 하나 이상의 층에 상기 냉각 덕트(111)를 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 냉각 효율을 극대화하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 변압기(1000)는 냉각된 공기를 공급하는 냉각송풍수단(130)을 더 포함할 수 있으며, 이에 대하여 도 4를 참조하여 아래에 구체적으로 설명한다.

냉각송풍수단(130)은 권선부에 발생되는 열을 신속히 냉각시키는 역할을 수행하는 것으로, BCS(Bus bar Cooling System)라고도 한다.

이러한 상기 냉각송풍수단(130)은 상기 변압기 본체(100)의 하단에 설치하여 내부에서 발생되는 열기와의 접촉면을 최소화시키는 것이 바람직하다.

구체적으로, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 냉각송풍수단(130)은 제어부를 구비한 케이스(410)와, 상기 케이스(410) 내에 설치되는 송풍 팬(420)과, 일단이 상기 케이스(410)에 연결되고 타단이 상기 냉각 덕트(111)에 연통되는 연결부재(430)로 이루어진다. 또한, 상기 케이스(410) 내에는 압축되어 냉각된 공기를 제공할 수 있는 압축 콤프레샤(미도시)가 더 설치될 수 있다.

상기 송풍 팬(420)은 제어부(450)의 작동 지시 값에 따라 단계적인 송풍력으로 회전하게 된다. 압축 콤프레샤는 냉각된 압축 공기를 케이스(410) 내에서 제공하고, 이는 송풍 팬(420)에 의해 냉각 덕트(111)로 제공된다.

특히, 상기 케이스(410)에는 권선부에 대한 냉각 작용이 보다 효율적으로 이루어질 수 있도록 열전소자(440)를 추가적으로 설치하는 것이 좋다.

이는, 송풍 팬(420)에 의한 냉각 작용은 한계가 있으므로 열전소자(440)에서 발생하는 냉각된 공기를 통해 보다 효율적으로 상기 권선부를 냉각시킬 수 있도록 하기 위함이다.

상기 열전소자(440)는 송풍 팬(420) 전방에 배치되는 것이 효과적이고, 제어부(450)는 상기 열전소자(440)와 전기적으로 연결되고, 상기 권선 내부에 삽입되어 설치된 복수개의 온도 센서의 출력 값을 해석하여 상기 권선 내부의 열 분포를 출력하고, 상기 권선 내부의 열 분포에 따라 단계적인 송풍력을 제공하도록 송풍 팬(420)을 제어한다.

한편, 본 실시예에서 연결부재(430)는 송풍 팬(420)을 중심으로 부채꼴 형상으로 구축되어, 복수의 냉각 덕트(111)와 최단 거리로 연결되어, 냉각된 공기를 중공형 냉각 덕트(111) 내부로 직접 전달한다. 도 4에서는 연결부재(430)가 서로 다른 송풍 홀과 연결되는 것으로 도시되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 연결부재(430)가 1개의 송풍 홀과 연결되고, 분기되는 형태로 복수의 냉각 덕트(111)와 연결되는 실시예까지 포함할 수 있다. 일 실시예로서, 연결부재(430)는 볼텍스 튜브일 수 있고, 볼텍스 튜브의 동작에 의해 순환되어 더워진 공기는 자연스럽게 외부로 배출된다.

또한, 도 4에서는 1개의 송풍 팬(420)이 있는 것으로 도시되었지만, 본 발명이 실시하고자 하는 바는 이에 한정되지 않으며, 복수 개의 송풍 팬(420)이 설치될 수 있음은 물론이다.

또한, 도 4에서는 각각의 냉각 덕트(111)의 일단은 각각의 연결부재(430)에 연통되고, 냉각 덕트(111)의 타단은 개방되어, 중공의 연결부재(430)에서 공급된 냉각된 공기가 각각의 냉각 덕트(111) 내부를 지나 개방된 타단으로 배출되는 것으로 도시되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

다른 실시예로 복수 개의 냉각 덕트(111) 중 1개의 냉각 덕트(111)만이 연결부재(430)와 연통되어, 냉각된 공기를 공급 받고, 그 냉각 덕트(111)의 타단은 다른 냉각 덕트(111)의 일단과 연결되고, 그 일단은 또 다른 냉각 덕트(111)의 타단과 연결되게 할 수 있다.

즉, 냉각 덕트(111)는 그 내부가 중공인 형상이고, 냉각된 공기는 상기 냉각 덕트(111)의 일단으로 유입되고 타단으로 이송되며, 타단으로 이송된 냉각된 공기는 다시 다른 냉각 덕트의 일단으로 유입되어 순환되도록 형성되게 하는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 냉각장치를 구비한 변압기(1000)는 본체(100)의 하단에 냉각송풍수단(130)을 설치함으로써, 상기 냉각송풍수단(130)으로부터 발생되는 냉기가 발열하는 권선부의 내부로 직접 전달되고 종/횡 방향의 내부를 따라 이동하는 과정에서 냉각작용을 실시한 후 배출되는 일련의 작용을 반복적으로 수행함으로써, 권선부에 대한 냉각 작용을 보다 신속하고 효과적으로 수행한다.

한편, 본 실시예에서 트랜스는 설정된 소정의 턴(turn) 수만큼 감긴 권선부가 복수의 층을 이루고 있으며, 각각의 권선부 층은 절연지를 통해 절연 설계가 된다.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 가운데에 철심(210)을 중심으로 설정된 소정의 턴(turn) 수만큼 감긴 권선부가 순서대로 층을 이루어 저압권선(220)과 고압권선(230)으로 나뉘어 위치한다.

저압권선(220)과 고압권선(230) 각각은 층을 이루고 있으며, 각각의 코일의 턴(turn)간, 각각의 권선부 층간, 또한 저압 권선(220)과 고압권선(230) 간에는 절연지에 의해 절연 설계가 되어 있다.

예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 철심(210)의 외벽에는 절연을 위해, 코일 튜브(211) 및 철심(213)이 설치되고, 그 상부에 감긴 저압권선(220)에는 저압권선용 구리도체를 일정 폭으로 절단된 얇은 절연지를 부트-갭(butt-gap)방식으로 감아서 코일 턴 간의 절연을 한다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

삭제

Claims (6)

1. 변압기 본체와, 상기 변압기 본체 내에 설치되는 트랜스를 포함하는 변압기에 있어서,
   상기 트랜스는 기 설정된 소정의 턴(turn) 수만큼 감긴 권선부가 복수의 층을 이루고 있으며, 상기 층과 층 사이에는 종/횡 방향을 따라 냉각된 공기가 흐르게 하는 냉각 덕트가 복수 개 형성된 것이고,
   상기 냉각 덕트는,
   그 내부가 중공인 형상이고, 냉각된 공기는 상기 복수의 냉각 덕트 중 어느 하나의 일단으로 유입되고 타단으로 이송되며, 타단으로 이송된 냉각된 공기는 다시 상기 복수의 냉각 덕트 중 다른 하나의 일단으로 유입되어 순환되도록 형성되는 것
   인 냉각장치를 구비한 변압기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 변압기 본체 하단에는 냉각된 공기를 공급하는 냉각송풍수단을 구비하며, 상기 냉각송풍수단은,
   제어부를 구비한 케이스;
   상기 케이스 내에 설치되는 송풍 팬;
   상기 케이스 내에 설치되는 압축 콤프레샤;
   상기 송풍 팬 앞에 설치되어 냉각된 공기를 발생시키는 열전소자; 및
   일단이 상기 케이스에 연결되고 타단이 상기 냉각 덕트에 연결되는 중공의 연결부재로 구성되는 것
   인 냉각장치를 구비한 변압기.
4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 권선 내부에 삽입되어 설치된 복수개의 온도 센서의 출력 값을 해석하여 상기 권선 내부의 열 분포를 출력하고, 이에 따라 단계적인 송풍력을 제공하도록 상기 송풍 팬의 출력을 제어하는 것
   인 냉각장치를 구비한 변압기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 트랜스는 상기 복수의 권선부 층을 에폭시 수지로 일체형으로 몰딩한 몰딩물에 철심을 조립하여 구성되며, 상기 철심과 상기 몰딩물은 발열 페인트로 부분 도장되는 것
   인 냉각장치를 구비한 변압기.
6. 제5항에 있어서, 상기 냉각 덕트는,
   상기 철심으로부터 순서로, 제3과 제7과 제11의 권선부 층 중에 적어도 하나 이상의 층에 형성되는 것
   을 특징으로 하는 냉각장치를 구비한 변압기.
   

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