KR101475418B1

KR101475418B1 - 전력용 변압기의 수분제거 장치

Info

Publication number: KR101475418B1
Application number: KR1020130116792A
Authority: KR
Inventors: 구교선; 권동진; 우정욱; 곽주식
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2014-12-22

Abstract

본 발명은 전력용 변압기의 수분제거 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 절연유의 용존 수분을 제거하는 장치를 변압기에 내장하여 변압기의 성능저하를 유발하는 유동대전 및 절연유 자연대류의 역방향 흐름을 방지할 수 있는 전력용 변압기의 수분제거 장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 변압기의 내부에 설치되어 절연유 유입구와 유출구가 각각 형성되고, 내부에는 절연유 내의 용존 가스 및 수분을 제거하는 수분분리수단이 구비되는 하우징과, 상기 하우징 내부의 공기를 배출시키는 진공 생성부와, 상기 하우징의 유출구에 연결되어 상기 변압기 내부의 절연유가 상기 하우징을 통해 유동되도록 하는 유동부 및 상기 하우징에 연결되어 상기 수분분리수단에 의해 절연유에서 분리된 수분을 배출시키는 수분제거부를 포함한다.

Description

전력용 변압기의 수분제거 장치{REMOVAL OF MOISTURE DEVICE FOR POWER TRANSFORMER}

본 발명은 전력용 변압기의 수분제거 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 절연유의 용존 수분을 제거하는 장치를 변압기에 내장하여 변압기의 성능저하를 유발하는 유동대전 및 절연유 자연대류의 역방향 흐름을 방지할 수 있는 전력용 변압기의 수분제거 장치에 관한 것이다.

국내의 산업발전과 더불어 전기 사용량이 증대되면서 1960년대 후반부터 산업체에서는 전력용 변압기, 차단기 등의 대형 전기 설비들이 계속 증설되어 왔다.

이러한 기설 전력설비들이 장기간에 걸쳐 사용되어 왔으므로 현재에는 그 노후화가 두드러지게 나타나고 있으며, 특히 최근의 산업설비의 자동화, 고도화에 따라 안정적인 전력공급이 중요한 요건이 되고 있으므로, 전력공급중단 시 발생될 수 있는 경제적 손실 및 산업 안전사고의 방지 측면에서 노후전력설비의 관리가 매우 중요시되고 있다.

전력설비는 일반적으로 고가이며 대형화되어 있기 때문에 교체 비용이 매우 높고, 작업상 긴 시간과 많은 인력을 필요로 한다. 또한 대부분의 설비가 각 용도에 맞도록 개별 설계 제작되어야 하기 때문에 수년 동안의 계획적인 진행이 이루어지지 않으면 생산차질로 인한 손실이 막대하게 발생할 수 있으며, 그 파장은 대규모 정전사태와 같이 사회적인 안정을 위협하는 수준에까지 이르게 된다.

최근 냉방부하 및 컴퓨터 등 전기이용 정보처리시설과 편의시설 증가로 전기 사용량이 급격히 증가하고 있으며, 이러한 현상은 과부하상태 지역 및 부하편중현상 심화지역의 확대로 나타나고 있다. 이로 인하여, 계통말단에 위치한 주상 및 지상 변압기가 담당하는 부하량은 불규칙하게 증대되고, 변압기에는 과부하현상에 의한 열화와 외부환경에 의한 열화등에 의하여 잦은 절연 파괴가 발생한다.

상기와 같은 변압기는 전력의 안정적인 공급에 관련된 중요한 기능을 담당하고 있으며, 다른 어떤 전력설비보다도 높은 신뢰성이 요구된다.

이러한 변압기의 충전부를 냉각하는 절연유의 절연 파괴는 변압기의 소손 발생원인이 된다.

절연 파괴에 의한 변압기의 주요 소손 발생 원인을 살펴보면, 변압기의 실내외 온도차가 발생하면 변압기 내부에 수분이 발생하고, 이 수분이 절연유에 함유되거나, 장기간 사용으로 인해 절연유의 점도가 증가함으로써 냉각 효율이 크게 저하되거나 사용도중 발생되는 카본, 불순물 등에 의한 것으로 나타나 있다.

따라서 종래 변압기의 절연 파괴에 의한 변압기의 소손을 방지하기 위해서는 사용중 발생되는 수분, 카본, 불순물을 제거하고 절연유를 여과하여야 한다.

그러나 종래 변압기는 구조상 변압기에 전원이 공급되어 작동되고 있는 상태 즉, 활선되어 있는 상태에서는 절연 보강을 하지 못하기 때문에 절연 파괴에 의한 변압기의 소손과 같은 사고를 사전에 방지하지 못하는 단점이 있었다.

한편, 긴급시에는 공장과 같은 단위 사업장에서는 정전을 하고 절연 보강을 하였으나, 각 가정 및 수많은 사무실에서는 주전원의 매체인 지상 변압기 및 배전용 변압기의 절연 보강 작업을 하지 못하고 있는 단점이 있었다.

이와 관련한 선행기술로, 국내 등록실용신안공보 제0410697호(활선상태에서의 변압기 절연유 산화성 물질 정제 장치, 2006.03.02. 등록)이 있다.

본 발명은, 변압기 내의 절연유에 포함된 수분을 제거하기 위한 장치를 최소화 하여 변압기 내부에 설치될 수 있는 변압기의 수분제거 장치를 제공하는데 있다.

이에 따라, 본 발명은 변압기의 성능저하를 유발하는 절연유의 유동대전 및 절연유 자연대류의 역방항 흐름을 방지할 수 있는 변압기의 수분제거 장치를 제공한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여,

본 발명은, 변압기의 내부에 설치되어 절연유 유입구와 유출구가 각각 형성되고, 내부에는 절연유 내의 용존 가스 및 수분을 제거하는 수분분리수단이 구비되는 하우징과, 상기 하우징 내부의 공기를 배출시키는 진공 생성부와, 상기 하우징의 유출구에 연결되어 상기 변압기 내부의 절연유가 상기 하우징을 통해 유동되도록 하는 유동부 및 상기 하우징에 연결되어 상기 수분분리수단에 의해 절연유에서 분리된 수분을 배출시키는 수분제거부를 포함하는 것으로, 상기 진공 생성부에 의해 하우징 내부에 진공이 형성되면, 상기 수분분리수단에 의해 절연유는 통과하지 못하여 상기 유출구로 유출되고, 상기 절연유 내의 용존 가스 및 수분은 상기 수분분리수단을 통과하는 것을 특징으로 한다.

상기 수분분리수단은, 다수의 미세공극이 형성된 중공섬유인 것을 특징으로 한다.

상기 수분분리수단은, 상기 하우징 내부에서 서로 이격되어 복수로 적층될 수 있다.

상기 수분분리수단은, 상기 하우징 내부에서 절연유가 유동하는 방향에 수평하게 적층될 수 있다.

상기 유동부는, 상기 절연유를 유동시키는 오일펌프와, 상기 유출구에서 유출되는 절연유의 유속을 감지하는 유속계 및 상기 유속계에서 감지된 절연유의 유속이 설정된 유속으로 유동될 수 있도록 상기 오일펌프를 제어하는 유속제어부를 포함한다.

상기 유속제어부는, 상기 절연유가 0 초과 5cm/sec 이하로 유동되도록 절연유의 유속을 제어한다.

상기 진공 생성부는, 상기 하우징 내부의 공기를 외부로 배출시키는 진공펌프와, 상기 하우징 내부의 압력을 감지하는 압력계 및 상기 압력계에서 감지된 압력에 따라 상기 하우징 내부가 진공상태로 유지되도록 상기 진공펌프를 제어하는 압력제어부를 포함한다.

상기 수분제거부는, 상기 수분분리수단에 의해 절연유로부터 분리된 수분이 저장되며, 저장된 수분을 배출하는 배출구가 구비되는 저수조와, 상기 배출구에 구비되어 배출구를 개폐하는 개폐밸브와, 상기 저수조 내에서 상기 수분이 수위를 감지하는 수분게이지 및 상기 수분게이지에서 감지되는 수위가 기설정된 수위 이상이 되는 경우 상기 개폐밸브를 개방하도록 제어하는 배출제어부를 포함한다.

상기 수분제거부는, 상기 배출구의 말단에 탈착 가능하게 연결되어 배출되는 수분을 포집하는 배출카트리지가 더 구비될 수 있다.

상기 하우징의 저면은 경사지게 형성되고, 상기 수분제거부는 상기 하우징 저면의 경사로 인해 수분이 포집되는 부분의 하부에 배치된다.

상기와 같은 과제의 해결 수단에 의하여,

본 발명은, 절연유 내의 수분을 제거하는 수분제거 장치를 최소화 하여 변압기 내부에 설치될 수 있도록 하고, 이에 따라 변압기 내부에서 절연유의 유동대전 및 절연유 자연대류의 역방향 흐름을 방지할 수 있어 변압기의 성능저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은, 본 발명에 따른 전력용 변압기의 수분제거 장치의 구성도.
도 2는, 본 발명의 중공섬유를 이용한 절연유 내의 수분을 제거하는 실시예를 도시한 도면.
도 3은, 본 발명의 수분분리수단이 구비된 하우징을 개략적으로 도시한 도면.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

여기서, 반복되는 설명과 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

그리고 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은, 본 발명에 따른 전력용 변압기의 수분제거 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전력용 변압기의 수분제거 장치는, 변압기의 내부에 설치되어 절연유 유입구(110)와 유출구(120)가 각각 형성되고, 내부에는 절연유 내의 용존 가스 및 수분을 제거하는 수분분리수단이 구비되는 하우징(100)과, 상기 하우징(100) 내부의 공기를 배출시키는 진공 생성부(200)와, 상기 하우징(100)의 유출구(120)에 연결되어 상기 변압기 내부의 절연유가 상기 하우징(100)을 통해 유동되도록 하는 유동부(300) 및 상기 하우징(100)에 연결되어 상기 수분분리수단에 의해 절연유에서 분리된 수분을 배출시키는 수분제거부(400)를 포함한다.

이에 따라, 상기 진공 생성부(200)에 의하여 상기 하우징(100) 내부에 진공이 형성되면, 상기 수분분리수단에 의하여 절연유는 수분분리수단을 통과하지 못하고 상기 유출구(120)를 통해 유출되고, 상기 절연유 내의 용존 가스 및 수분은 상기 수분분리수단을 통과하여 상기 수분제거부(400)를 통해 수분이 제거되는 것이다.

본 발명에서 상기 진공 생성부(200)는 기체의 성질에 따라 상기 하우징(100)의 상부에 구비하고, 상기 수분제거부(400)는 절연유보다 비중이 큰 수분의 성질에 따라 상기 하우징(100)의 하부에 배치하는 것이 바람직하다.

상기 하우징(100)은 내부에 구비되는 수분분리수단을 밀폐시키며, 그 저면은 경사지게 형성된다.

이에 따라, 상기 절연유보다 비중이 큰 수분이 하우징(100)의 저면에서 한 곳에 포집되며, 이와 같이, 수분이 포집된 부분의 하부에 상기 수분제거부(400)가 연결된다.

본 발명에서 상기 수분분리수단은, 다수의 미세공극이 형성된 중공섬유(130)인 것을 기술적 특징으로 한다.

도 2는, 본 발명의 중공섬유(130)를 이용한 절연유 내의 수분을 제거하는 실시예를 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 중공섬유(130)는 내부와 외부의 압력차이가 발생하면 중공섬유(130)의 미세공극을 통하여 용존 가스 및 수분과 같은 분자량이 적은 물질은 통과할 수 있지만 절연유는 통과할 수 없게 된다.

중공섬유(130)로 이루어지는 상기 수분분리수단은, 상기 하우징(100) 내부에서 서로 이격되어 복수로 적층되도록 설치될 수 있다.

도 3은, 본 발명의 수분분리수단이 구비된 하우징(100)을 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 수분분리수단은, 상기 하우징(100) 내부에서 절연유가 유동하는 방향에 수평하게 적층되어 비중이 큰 수분은 하우징(100)의 하부로 이동하고, 용존 가스는 상기 진공 생성부(200)를 통해 외부로 배출된다.

상기 중공섬유(130)는 지름이 약 180~240㎛로 상기 하우징(100) 내부에서 수백개의 모듈로 삽입될 수 있다.

상기 중공섬유(130) 벽면의 멤므레인 두께는 30~40㎛로 절연유의 분자는 배출되지 못하고, 상기 진공 생성부(200)에 의해 발생하는 기압차에 의해 수분과 산소 분자만이 포집될 수 있다.

상기 하우징(100)의 하부에는 절연유와 수분의 비중 차이(물의 비중:1.0, 절연유의 비중:0.83)에 의하여 가라앉은 수분이 포집되어 상기 수분제거부(400)에 의해 하우징(100) 외부로 배출된다.

이와 같이, 상기 수분제거부(400)는 수분의 제거가 용이하도록 상기 하우징(100)의 하부에 배치되며, 이에 따라 하우징(100) 내부의 수분 제거 과정에서 상기 하우징(100) 내부에서 절연유의 자연대류에 영향을 최소화 할 수 있게 된다.

상기 유동부(300)는 상기 하우징(100)의 유출구(120)에 연결되어 절연유를 유동시키는 것으로, 상기 절연유를 유동시키는 오일펌프(310)와, 상기 유출구(120)에서 유출되는 절연유의 유속을 감지하는 유속계(320) 및 상기 유속계(320)에서 감지된 절연유의 유속이 설정된 유속으로 설정될 수 있도록 상기 오일펌프(310)를 제어하는 유속제어부(330)를 포함한다.

상기 유동부(300)에 의해 미세공극이 형성된 중공섬유(130)에 절연유가 유입될 수 있도록 하면서 상기 유출구(120)에서 유출되는 절연유가 변압기 내부의 다른 절연유와 혼압되면서 유동대전이 발생하지 않도록 상기 유출구(120)를 통해 유출되는 절연유의 유속이 5cm/sec를 초과하지 않도록 상기 유속제어부(330)가 상기 오일펌프(310)를 제어하게 된다.

상기 오일펌프(310)에 의하여 상기 수분분리수단인 중공섬유(130) 내부의 압력이 낮아지게 되며, 이에 따라 절연유가 상기 하우징(100)의 유입구(110)로 유입되어 중공섬유(130)를 통과하고 상기 유출구(120)를 통해 유출되며, 이 과정에서 상기 중공섬유(130)의 외부로 수분과 용존 가스가 절연유에서 분리되어 배출된다.

상기 진공 생성부(200)는 상기 하우징(100) 내부에 진공 환경을 조성하는 것으로, 상기 하우징(100) 내부의 공기를 외부로 배출시키는 진공펌프(210)와, 상기 하우징(100) 내부의 압력을 감지하는 압력계(220) 및 상기 압력계(220)에서 감지된 압력에 따라 상기 하우징(100) 내부가 진공상태로 유지되도록 상기 진공펌프(210)를 제어하는 압력제어부(230)를 포함한다.

상기 진공펌프(210)가 가동되면 상기 하우징(100) 내부의 수분분리수단은 압력이 낮아지게 되고, 하우징(100)에 의해 밀폐된 상태이므로 낮아진 압력 상태가 유지된다.

상기 압력계(220)가 진공상태를 감지하면 상기 압력제어부(230)는 상기 진공펌프(210)의 가동을 중지시켜서 불필요한 에너지 소비를 방지하게 된다.

하우징(100) 내부가 진공상태가 됨에 따라 상기 수분분리수단, 즉 중공섬유(130) 내부에서 절연유에 포함된 수분과 용존 가스가 수분분리수단의 외부로 배출되면 상기 하우징(100) 내의 압력이 일부 상승하게 되는데, 이를 상기 압력계(220)가 감지하게 되면 상기 압력제어부(230)가 진공펌프(210)를 다시 가동하여 상기 하우징(100) 내부가 진공상태를 유지할 수 있도록 한다.

상기 수분제거부(400)는, 절연유로부터 분리된 수분이 저장되며, 저장된 수분을 배출하는 배출구가 구비되는 저수조(410)와, 상기 배출구에 구비되어 배출구를 개폐하는 개폐밸브(420)와, 상기 저수조(410) 내에서 수분의 수위를 감지하는 수분게이지(430) 및 상기 수분게이지(430)에서 감지되는 수위가 기설정된 수위 이상이 되는 경우 상기 개폐밸브(420)를 개방하도록 제어하는 배출제어부(440)를 포함한다.

상기 수분게이지(430)에서 감지된 수분의 수위가 기설정된 수위 이상이 되면 상기 배출제어부(440)는 개폐밸브(420)를 개방하여 상기 저수조(410)의 압력을 대기압까지 상승시켜서 상기 저수조(410) 내의 수분을 외부로 배출하고 일정시간이 지나거나, 또는 기설정된 수위 이하가 되면 상기 개폐밸브(420)를 폐쇄하며, 상기 하우징(100) 내의 진공상태 유지를 위해 상기 압력제어부(230)가 상기 진공펌프(210)를 가동시킨다.

상기 수분제거부(400)에는 상기 배출구의 말단에 탈착 가능하게 연결되어 배출되는 수분을 포집하는 배출카트리지(450)가 더 구비될 수 있다.

여기에서 상기 개폐밸브(420)가 개방되거나 폐쇄되는 수분의 수위는 상기 저수조(410)의 용량에 따라 작업자가 설정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력용 변압기의 수분제거 장치를 이용함으로써, 상기 수분제거 장치가 변압기 내부에 설치됨으로서 변압기 내부에서 절연유가 순환되는 것을 방지할 수 있다. 이는 절연유의 자연대류를 방해하지 않음으로써 변압기의 성능저하를 방지할 수 있게 된다.

그리고, 상기 오일펌프(310)가 유출구(120)에서 유출되는 절연유의 유속을 제어하여 변압기 내부에서 절연유를 강제로 순환시키지 않으므로 이에 따른 유동대전의 발생을 방지하는 효과가 있다.

즉, 변압기 내의 절연유에 포함된 수분을 제거하기 위한 시스템을 간소화함과 동시에 유동대전의 발생문제와 활선상태에서 절연유의 대류에 영향을 주는 문제를 해결할 수 있는 이점이 있다.

이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.

100 : 하우징
110 : 유입구
120 : 유출구
130 : 중공섬유
200 : 진공 생성부
210 : 진공펌프
220 : 압력계
230 : 압력제어부
300 : 유동부
310 : 오일펌프
320 : 유속계
330 : 유속제어부
400 : 수분제거부
410 : 저수조
420 : 개폐밸브
430 : 수분게이지
440 : 배출제어부
450 : 배출카트리지

Claims

변압기의 내부에 설치되어 절연유 유입구와 유출구가 각각 형성되고, 내부에는 절연유 내의 용존 가스 및 수분을 제거하는 수분분리수단이 구비되는 하우징;
상기 하우징 내부의 공기를 배출시키는 진공 생성부;
상기 하우징의 유출구에 연결되어 상기 변압기 내부의 절연유가 상기 하우징을 통해 유동되도록 하는 유동부; 및
상기 하우징에 연결되어 상기 수분분리수단에 의해 절연유에서 분리된 수분을 배출시키는 수분제거부;를 포함하고,
상기 진공 생성부에 의해 하우징 내부에 진공이 형성되면, 상기 수분분리수단에 의해 절연유는 통과하지 못하여 상기 유출구로 유출되고, 상기 절연유 내의 용존 가스 및 수분은 상기 수분분리수단을 통과하며,
상기 수분분리수단은,
다수의 미세공극이 형성된 중공섬유이고,
상기 하우징 내부에서 서로 이격되어 복수로 적층되며, 절연유가 유동하는 방향에 수평하게 적층되는 것을 특징으로 하는 전력용 변압기의 수분제거 장치.
삭제
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 유동부는,
상기 절연유를 유동시키는 오일펌프;
상기 유출구에서 유출되는 절연유의 유속을 감지하는 유속계; 및
상기 유속계에서 감지된 절연유의 유속이 설정된 유속으로 유동될 수 있도록 상기 오일펌프를 제어하는 유속제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력용 변압기의 수분제거 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 유속제어부는,
상기 절연유가 0 초과 5cm/sec 이하로 유동되도록 절연유의 유속을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력용 변압기의 수분제거 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 진공 생성부는,
상기 하우징 내부의 공기를 외부로 배출시키는 진공펌프;
상기 하우징 내부의 압력을 감지하는 압력계; 및
상기 압력계에서 감지된 압력에 따라 상기 하우징 내부가 진공상태로 유지되도록 상기 진공펌프를 제어하는 압력제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력용 변압기의 수분제거 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수분제거부는,
상기 수분분리수단에 의해 절연유로부터 분리된 수분이 저장되며, 저장된 수분을 배출하는 배출구가 구비되는 저수조;
상기 배출구에 구비되어 배출구를 개폐하는 개폐밸브;
상기 저수조 내에서 상기 수분이 수위를 감지하는 수분게이지; 및
상기 수분게이지에서 감지되는 수위가 기설정된 수위 이상이 되는 경우 상기 개폐밸브를 개방하도록 제어하는 배출제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력용 변압기의 수분제거 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 수분제거부는,
상기 배출구의 말단에 탈착 가능하게 연결되어 배출되는 수분을 포집하는 배출카트리지;가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전력용 변압기의 수분제거 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징의 저면은 경사지게 형성되고,
상기 수분제거부는 상기 하우징 저면의 경사로 인해 수분이 포집되는 부분의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 전력용 변압기의 수분제거 장치.