KR101576214B1

KR101576214B1 - 전철 급전용 단권 몰드변압기의 권선 조립체

Info

Publication number: KR101576214B1
Application number: KR1020140182246A
Authority: KR
Inventors: 박동석
Original assignee: 산일전기 주식회사
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2015-12-22

Abstract

본 발명은 전철 급전용 단권 몰드변압기의 권선 조립체에 관한 것으로, U상 코어(110)와 V상 코어(120)가 폐회로를 형성하도록 다수의 철심이 접합되어 구성된 코어부(100)와; 상기 U상 코어(110)와 상기 V상 코어(120)에 각각 좌우 대칭되게 수지가 몰딩되어 권선되는 한 쌍의 권선부(210)(220);를 포함하며, 상기 권선부(210)(220)는, 각 코어의 최외측에 배치되어 전원이 인가되는 전원단자를 갖는 제1권선부(211)(221)와; 상기 제1권선부의 내측에 이격되어 배치되는 제2권선부(212)(222)와; 상기 제2권선부의 내측에 이격되어 배치되어 상기 제1권선부와 결선되는 제3권선부(213)(223);를 포함하되, 상기 U상 코어(110)의 제3권선부(213)는 상기 V상 코어(120)의 제2권선부(222)와 결선되며, 상기 V상 코어(120)의 제2권선부(222)는 상기 U상 코어(110)의 제2권선부(212)와 결선되며, 상기 U상 코어(120)의 제2권선부(212)는 상기 V상 코어(120)의 제3권선부(223)와 결선되는 것을 특징으로 한다.

Description

전철 급전용 단권 몰드변압기의 권선 조립체{Winding assembly of auto molded transformer for an electric-railroad power supply}

본 발명은 전철 급전용 단권 몰드변압기의 권선 조립체에 관한 것이다.

철도시스템은 에너지 절약, 친환경, 대량수송 및 고속화를 목적으로 주요 동력원을 디젤에서 전기로 대체하기 위하여 기존의 노선을 전철화하는 철도개량사업이 활발히 진행되고 있다.

현재의 교류 전철 급전방식은 한국전력으로부터 154 kV를 수전받아 스코트 변압기를 이용하여 90°의 위상차를 갖는 M상과 T상의 55 kV 교류전압으로 변성하며, 권수비가 1:1인 단권변압기를 급전선과 전차선 사이에 설치하여 전차선, 급전선과 레일 간에는 27.5 kV의 전력이 공급된다.

현재 전기철도에서 사용되는 단권 유입변압기는 A종 종이절연물을 사용한 방식으로써 전차선에 전력을 공급하는 전력변환 기기이며, 철도 사업에 있어서 매우 중요한 기기중의 하나이다. 전차선로는 부하량이 불규칙적으로 변하고 고조파가 단권변압기에 유입된다. 이러한 요인들은 단권변압기의 과열 현상들을 야기하고 열화를 촉진하여 결과적으로 절연 파괴에 따른 소손 사고를 유발하게 된다.

또한 현재에 단권 유입변압기는 주로 절연 및 단락 강도 특성이 취약한 상태로 제작되고 있으며, 이로 인하여 변압기 수명에 지대한 영향을 끼치고 있어서 품질 개선이 시급하다.

몰드 변압기는 유입 변압기가 지니는 단점인 사고 시에 화재 및 폭발의 위험성을 해소하고자 절연성 및 난연성이 우수한 에폭시 수지로 권선을 몰딩 처리하며, 일반적으로 고압권선과 저압권선을 분리함에 따라서 방열 면적이 넓고 변압기의 권선 내부에 아크가 발생하더라도 발화되지 않을 뿐만 아니라, 화재 발생 시에 자기소화(self extinguishing)되는 특성을 갖고 있다.

공개실용신안공보 제20-2012-0003664호(공개일자: 2012.05.25)

본 발명은 고압(27.5 kV)의 전철 급전에 적합하도록 작은 코일 임피던스 특성을 갖는 전철 급전용 단권 몰드변압기의 권선 조립체를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 권선부가 조립되어 자기회로를 구성하게 되는 코어부의 냉각 효율을 높일 수 있는 코어부를 갖는 전철 급전용 단권 몰드변압기의 권선 조립체를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전철 급전용 단권 몰드변압기의 권선 조립체(이하, "권선 조립체"로도 약칭함)는, U상 코어와 V상 코어가 폐회로를 형성하도록 다수의 철심이 접합되어 구성된 코어부와; 상기 U상 코어와 상기 V상 코어에 각각 좌우 대칭되게 수지가 몰딩되어 권선되는 한 쌍의 권선부;를 포함하며, 상기 권선부는, 각 코어의 최외측에 배치되어 전원이 인가되는 전원단자를 갖는 제1권선부와; 상기 제1권선부의 내측에 이격되어 배치되는 제2권선부와; 상기 제2권선부의 내측에 이격되어 배치되어 상기 제1권선부와 결선되는 제3권선부;를 포함하되, 상기 U상 코어의 제3권선부는 상기 V상 코어의 제2권선부와 결선되며, 상기 V상 코어의 제2권선부는 상기 U상 코어의 제2권선부와 결선되며, 상기 U상 코어의 제2권선부는 상기 V상 코어의 제3권선부와 결선되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 V상 코어의 제2권선부와 상기 U상 코어의 제2권선부의 결선부는 접지전극으로 사용됨을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 V상 코어와 상기 U상 코어의 각 권선부들을 서로 연결하게 되는 결선부는 각 권선부의 상단 또는 하단의 리드선에 고정되는 리드커넥터인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 코어부는 철심들 사이의 적어도 일 평면상에 외부와 연결되게 관통 형성된 덕트부를 포함한다.

보다 바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 덕트부는 제1덕트와, 상기 제1덕트와 수직하게 교차하게 되는 제2덕트로 구성됨을 특징으로 하며, 상기 덕트부는 다수의 철심들 사이에 서로 이격되어 삽입되는 다수의 스페이서인 것을 특징으로 하며, 더욱 바람직하게는, 상기 스페이서는 중공 형상의 사각 튜브인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전철 급전용 단권 몰드변압기의 권선 조립체는, 권선을 수지가 몰딩되어 권취되는 한 쌍의 권선부를 포함하며, 각 권선부는 서로 이격되어 배치되는 복수 개로 구성되어 이를 직렬로 연결함으로써, 변압기의 사이즈(높이)를 콤팩트하게 제작이 가능하고 전체 임피던스(< 0.45Ω)를 작게 할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 권선부가 조립되는 코어부의 내부에 공기와 접촉이 이루어지는 다수의 덕트부가 형성됨으로써, 변압기 운전 중에 코어에서 발생되는 열을 효과적으로 방출하여 변압기의 냉각 성능을 개선하는 효과가 있다.

도 1의 (a)는 본 발명에 따른 권선 조립체의 정면 구성도이며, (b)는 A-A 선의 단면 구성도,
도 2의 (a)(b)는 각각 본 발명에 따른 권선 조립체의 권선 구조의 평면 구성도 및 정면 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 권선 조립체의 평면 구성도,
도 4의 (a)(b)(c)는 각각 본 발명에 따른 권선 조립체에 있어서, 코어의 평면도, 측면도 및 정면도,
도 5는 도 4의 (c)의 일부 확대도.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1의 (a)는 본 발명에 따른 권선 조립체의 정면 구성도이며, (b)는 A-A 선의 단면 구성도로써, (a)에서 우측의 V상 코어(120)의 권선부(220)는 단면을 도시하고 있다. 도 2의 (a)(b)는 각각 본 발명에 따른 권선 조립체의 권선 구조의 결선 레이아웃을 보여주는 평면도 및 정면도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 단권 몰드변압기의 권선 조립체는, U상 코어(110)와 V상 코어(120)가 폐회로를 형성하도록 다수의 철심이 접합되어 구성된 코어부(100)와; U상 코어(110)와 V상 코어(120)에 각각 좌우 대칭되게 수지가 몰딩되어 권취되는 한 쌍의 권선부(210)(220);를 포함한다.

코어부(100)는 다수의 철심이 접합되어 구성되며, 수직한 두 개의 U상 코어(110) 및 V상 코어(120)와, U상 코어(110) 및 V상 코어(120)의 상단 및 하단을 서로 연결하는 제1요크 코어(130)와 제2요크 코어(140)를 포함하여 자기회로를 구성한다.

권선부(210)(220)는 U상 코어(110)와 V상 코어(120)에 각각 마련되는 U상 권선부(210)와 V상 권선부(220)로 구성되며, 각 권선부(210)(220)는 각 코어의 최외측에 배치되어 전원이 인가되는 전원단자를 갖는 제1권선부(211)(221)와; 제1권선부(211)(221)의 내측에 이격되어 배치되는 제2권선부(212)(222)와; 제2권선부(212)(222)의 내측에 이격되어 배치되어 제1권선부(211)(221)와 결선되는 제3권선부(213)(223)를 포함한다.

권선부(210)(220)는 수십에서 수백 회 정도의 다층으로 권취(winding)된 박판 도체를 사용한 코일을 진공주형에 의해 에폭시 수지를 투입하여 경화시켜 수지가 일체로 몰딩된 코일에 의해 제공될 수 있다.

각 상의 권선부는 복수의 섹션권선부에 의해 제공될 수 있으며, 예를 들어, U상 코어(110)와 제1권선부(211)(이하, "U상 제1권선부"로도 지칭함)는 상부 섹션권선부(211a)와 하부 섹션권선부(211b)로 구성될 수 있으며, 상부 섹션권선부(211a)와 하부 섹션권선부(211b)는 볼트 조립되는 단자(211c)로 연결된다.

제1권선부(211)(221)는 전원이 인가되는 전원단자(211d)가 마련되며, 이때 전원단자(211d)는 수지몸체에서 돌출 형성된 보스 내에 마련된 단자로 제공되어 단자부재(1)와 볼트에 의해 조립된다. 바람직하게는, 전원단자(211d)와 인접하여 볼트 조립이 가능한 고정용 보스(211e)가 마련되어 단자부재(1)를 보다 견고히 고정할 수 있다.

특히 도 2에 예시된 것과 같이, 본 발명에서 U상 제3권선부(213)는 V상 제2권선부(222)와 결선되며, V상 제2권선부(222)는 U상 제2권선부(212)와 결선되며, U상 제2권선부(212)는 V상 제3권선부(223)와 결선되는 것을 특징으로 한다.

한편 V상 제2권선부(222)와 U상 제2권선부(212)의 결선부(중성점)는 접지전극으로 사용되어 레일에 연결된다.

도 2의 (a)에서 '상'과 '하'는 각 권선부의 인출리드의 위치를 나타내며, (b)에서 각 권선부의 결선구조를 보여주고 있다.

본 실시예에서 27.5 kV급의 전철 급전용 단권 몰드변압기에 적합한 최적화된 각 권선부의 코일 배치를 보여주고 있으며, U상 권선부(211)(212)(213)와 V상 권선부(221)(222)(223)는 서로 반대 방향으로 권취되며, U상 및 V상의 각 제1권선부(211)(221)와 제3권선부(213)(223)는 대략 동일한 턴수를 가지고 이와 비교하여 제2권선부(212)(222)는 두 배의 턴수를 갖는다.

도 3은 본 발명에 따른 권선 조립체의 평면 구성도로써, V상 코어와 U상 코어의 각 권선부들을 서로 연결하게 되는 결선부는 각 권선부의 상단 또는 하단의 리드선에 고정되는 리드커넥터에 의해 제공된다.

구체적으로, U상 제2권선부(212)의 상측 전단에는 제1단자(212a)가 마련되며, V상 제3권선부(223)의 상측 전단에는 제2단자(223a)가 마련되어 제1단자(212a)와 제2단자(223a)는 제1리드커넥터(231)가 연결된다. 또한 U상 제3권선부(213)의 상측 후단에는 제3단자(213a)가 마련되며, V상 제2권선부(222)의 상측 후단에는 제4단자(222a)가 마련되어 제3단자(213a)와 제4단자(222a)는 제2리드커넥터(232)가 연결된다.

동일하게 각 권선부의 하단에는 두 상 사이의 권선부들 사이가 리드커넥터에 의해 결선이 이루어진다.

이와 같이, 본 발명은 단권변압기에 사용되는 권선을 수지가 몰딩되어 권취되는 한 쌍의 권선부를 서로 이격되어 배치되는 복수의 섹션으로 구성된 박막 도체를 직렬로 연결하여 사용함으로써 전체 변압기의 사이즈(높이)를 콤팩트하게 제작이 가능하고 전체 임피던스(< 0.45Ω)를 작게 할 수 있다.

도 4의 (a)(b)(c)는 각각 본 발명에 따른 권선 조립체에 있어서, 코어부의 평면도, 측면도 및 정면도로써, 중심선(C)을 기준으로 좌우 대칭된다.

도 4에 예시된 것과 같이, 코어부(100)는, 다수의 철심이 접합되어 구성되며, 수직한 두 개의 U상 코어(110) 및 V상 코어(120)와, U상 코어(110) 및 V상 코어(120)의 상단 및 하단을 서로 연결하는 제1요크 코어(130)와 제2요크 코어(140)를 포함한다.

코어부(100)는 다수의 철심이 접합되어 구성되며, 다수의 철심들은 복수의 PG 테이프(150)로 철심을 견고히 고정하여 철심의 진동을 억제하고 소음을 저감할 수 있다.

특히 본 발명에서 철심들 사이의 적어도 종방향으로 하나의 평면상에는 외부와 연결되게 관통 형성된 덕트부(160)를 포함한다. 바람직하게는, 이러한 덕트부(160)는 다수의 철심들 사이에 서로 이격되어 삽입되는 다수의 스페이서(161)에 의해 제공될 수 있다.

도 4의 (a)(b)에 예시된 것과 같이, 본 실시예에서 덕트부(160)는 코어부(100)의 대략 중앙에서 종방향으로 마련됨을 보여주고 있으며, 한편 코어부의 두께에 따라서 두 개 이상이 종방향으로 나란하게 마련될 수가 있다.

구체적으로 도 5에 예시된 것과 같이, 덕트부는 코어부(100)의 수직 방향으로 형성된 복수의 제1덕트(160a)와, 제1덕트(160a)와 수직하게 교차하여 형성된 복수의 제2덕트(160b)로 구성될 수 있다.

제1덕트(160a)는 철심들 사이에 수직하게 배치되는 다수의 스페이서(161)에 의해 제공되며, 이때 스페이서(161)들은 서로 등간격으로 배치될 수 있으며, 또는 구간에 따라서 다른 간격을 갖고 배치될 수 있다. 스페이서는 비자성체이면서 열전도가 우수한 스테인레스 스틸 등이 사용될 수 있다.

한편 스페이서(161)는 등간격으로 배치될 수 있으며, 또는 구간에 따라서 서로 다른 간격을 갖고 배치될 수 있다.

본 실시예에서 스페이서(161)는 레그를 구성하게 제1구간(L1)과, 그 이외에 제2구간(L2)으로 구분되어 스페이서(161) 사이의 간격이 서로 다를 수 있다.

예를 들어, V상 코어를 구성하는 제1구간(L1)의 스페이서 간격(W1)은 제2구간(L2)의 스페이서 간격(W2) 보다 작다(W1<W2).

바람직하게는, 스페이서(161)는 중공 형상의 사각 튜브에 의해 제공되어, 코어부 내부의 공기와 접촉이 이루어지는 표면적을 크게 하여 냉각 효율을 더욱 높일 수 있다.

제2덕트(160b)는 수직하게 배치되는 스페이서(161)의 일부가 단절되어 형성되며, 제1덕트(160a)와는 수직하게 형성된다.

스페이서(161)의 일부는 하단에서 일정 길이(h)만큼 연장 형성되어 프레임과 고정되는 구조물로 제공될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 코어부는 공기와 접촉이 이루어지는 다수의 덕트부가 형성됨으로써, 변압기 운전 중에 코어에서 발생되는 열을 효과적으로 방출하여 변압기의 냉각 성능을 개선할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

100 : 코어부 110 : U상 코어
120 : V상 코어 130 : 제1요크 코어
140 : 제2요크 코어 150 : PG 테이프
160 : 덕트부 161 : 스페이서
210 : U상 권선부 220 : V상 권선부
211, 221 : 제1권선부 212, 222 : 제2권선부
213, 223 : 제3권선부

Claims

U상 코어와 V상 코어가 폐회로를 형성하도록 다수의 철심이 접합되어 구성된 코어부와;
상기 U상 코어와 상기 V상 코어에 각각 좌우 대칭되게 수지가 몰딩되어 권선되는 한 쌍의 권선부;를 포함하며,
상기 권선부는,
각 코어의 최외측에 배치되어 전원이 인가되는 전원단자를 갖는 제1권선부와;
상기 제1권선부의 내측에 이격되어 배치되는 제2권선부와;
상기 제2권선부의 내측에 이격되어 배치되어 상기 제1권선부와 결선되는 제3권선부;를 포함하되,
상기 U상 코어의 제3권선부는 상기 V상 코어의 제2권선부와 결선되며, 상기 V상 코어의 제2권선부는 상기 U상 코어의 제2권선부와 결선되며, 상기 U상 코어의 제2권선부는 상기 V상 코어의 제3권선부와 결선되는 것을 특징으로 하는 단권 몰드변압기용 권선 조립체.
제1항에 있어서, 상기 V상 코어의 제2권선부와 상기 U상 코어의 제2권선부의 결선부는 접지전극으로 사용됨을 특징으로 하는 단권 몰드변압기용 권선 조립체.
제1항에 있어서, 상기 V상 코어와 상기 U상 코어의 각 권선부들을 서로 연결하게 되는 결선부는 각 권선부의 상단 또는 하단의 리드선에 고정되는 리드커넥터인 것을 특징으로 하는 단권 몰드변압기용 권선 조립체.
제1항에 있어서, 상기 코어부는 철심들 사이의 적어도 일 평면상에 외부와 연결되게 관통 형성된 덕트부를 포함하는 단권 몰드변압기용 권선 조립체.
제4항에 있어서, 상기 덕트부는 제1덕트와, 상기 제1덕트와 수직하게 교차하게 되는 제2덕트로 구성됨을 특징으로 하는 단권 몰드변압기용 권선 조립체.
제4항에 있어서, 상기 덕트부는 다수의 철심들 사이에 서로 이격되어 삽입되는 다수의 스페이서인 것을 특징으로 하는 단권 몰드변압기용 권선 조립체.
제6항에 있어서, 상기 스페이서는 중공 형상의 사각 튜브인 것을 특징으로 하는 단권 몰드변압기용 권선 조립체.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 단권 몰드변압기용 권선 조립체를 포함하는 단권형 몰드변압기.