KR101617398B1 - 방사 전자파의 외부 검출이 가능한 주상 변압기 - Google Patents

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김효균
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홍덕기
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임동영
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영남대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 방사 전자파의 외부 검출이 가능한 주상 변압기에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 원통형을 가지며, 측면 일부분에 내부와 연통하는 개구홀이 전후 방향으로 관통하여 형성되어 있는 변압기 외함과, 상기 변압기 외함의 상측을 관통하는 1차측 전극과, 상기 1차측 전극과 상기 변압기 외함의 상측 간을 절연하는 1차측 부싱과, 상기 변압기 외함의 측면 일부분의 상기 개구홀을 관통하는 형태로 서로 이격되어 나란히 배치된 복수의 2차측 전극, 및 상기 2차측 전극과 상기 변압기 외함의 측면 간을 절연하는 2차측 부싱을 포함하며, 상기 2차측 부싱은, 상기 전후 방향으로 중공되며 상기 변압기 외함의 외부에 돌출되도록 상기 개구홀의 둘레 부분에 결합되는 금속 재질의 캐비티 관부와, 상기 캐비티 관부의 내부에 충진되고 상기 복수의 2차측 전극이 각각 관통하는 복수의 관통홀이 서로 이격되어 나란히 형성된 유전체를 포함하는 주상 변압기를 제공한다.
상기 방사 전자파의 외부 검출이 가능한 주상 변압기에 따르면, 내부 부분방전에 의해 방사되는 전자파를 2차측 부싱을 통하여 외부로 방사시킬 수 있어서 주상 변압기의 부분 방전에 의한 고장의 조기 검출을 가능하게 하고 신속하고 신뢰성 있는 고장 진단이 가능하게 한다.

Description

방사 전자파의 외부 검출이 가능한 주상 변압기{Pole transformer for external detection of radiated electromagnetic wave}
본 발명은 방사 전자파의 외부 검출이 가능한 주상 변압기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주상 변압기의 내부에서 발생한 부분방전에 의한 방사 전자파를 주상 변압기의 외부에서 검출할 수 있도록 하는 방사 전자파의 외부 검출이 가능한 주상 변압기에 관한 것이다.
일반적으로 고전압이 적용되는 전력설비의 고장은 절연과 깊은 관련이 된다. 일반적으로 주상 변압기는 22.9 kV의 고전압 환경에서 동작하고 있어 그 장치의 절연 진단이 필수적이다.
절연 실패와 절연 파괴는 부분방전을 경유하기 때문에 절연 진단을 위한 효과적인 방법 중 하나는 부분방전을 검출하는 것이다. 절연 열화로 인한 부분방전은 그 발생과 함께 열, 빛, 소리, 화학반응, 전자파의 방사를 동반한다. 그래서, 현재 주상 변압기의 절연 열화와 절연 진단을 위한 기법은 열, 소리, 화학반응을 이용하고 있다.
그런데 이러한 열화상 카메라, 초음파, 유중가스 분석 방법은 방사 전자파를 이용한 진단 기법에 비하여 고장 진단의 신뢰성이 저하되고 고장 진단의 판단에 장시간이 소요된다.
방사 전자파를 이용한 부분 방전 검출 방법은 가스절연개폐기(GIS), 가스절연송전선 등에 적용되어 절연 열화 및 절연 진단을 위해 사용되고 있다. 하지만, 주상 변압기의 부분 방전 및 절연 진달을 위해 방사 전자파를 이용하는 사례는 거의 존재하지 않는다. 이는 주상 변압기의 외부 구조가 밀폐형 도체로 구성되어 있어 내부에서 발생한 방사 전자파를 외부에서 측정하기 어렵다는 점과 설치 위치(약 10m)가 비교적 높다는 점 등에 기인하는 것으로 판단된다.
하지만 방사 전자파를 이용한 부분방전 검출 방법은 이미 다른 전력설비에 적용되어 절연 열화 및 절연 진단에 신뢰성 있게 사용되고 있는 방법 중 하나로서 주상 변압기에도 적용될 필요성이 있다.
따라서 주상 변압기의 내부에서 발생한 부분 방전에 의한 방사 전자파를 외부에서 측정할 수 있게 하는 기술이 요구되며, 이를 위해 우선적으로는 방사 전자파가 변압기 외함의 외부로 방사될 수 있도록 주상 변압기의 일부 요소에 대한 구조적 변경이 필요하다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제1045651호(2011.07.01 공고)에 개시되어 있다.
본 발명은 주상 변압기의 내부에서 발생한 부분방전에 의한 방사 전자파를 주상 변압기의 외부에서 검출할 수 있도록 하는 방사 전자파의 외부 검출이 가능한 주상 변압기를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 원통형을 가지며, 측면 일부분에 내부와 연통하는 개구홀이 전후 방향으로 관통하여 형성되어 있는 변압기 외함과, 상기 변압기 외함의 상측을 관통하는 1차측 전극과, 상기 1차측 전극과 상기 변압기 외함의 상측 간을 절연하는 1차측 부싱과, 상기 변압기 외함의 측면 일부분의 상기 개구홀을 관통하는 형태로 서로 이격되어 나란히 배치된 복수의 2차측 전극, 및 상기 2차측 전극과 상기 변압기 외함의 측면 간을 절연하는 2차측 부싱을 포함하며, 상기 2차측 부싱은, 상기 전후 방향으로 중공되며 상기 변압기 외함의 외부에 돌출되도록 상기 개구홀의 둘레 부분에 결합되는 금속 재질의 캐비티 관부와, 상기 캐비티 관부의 내부에 충진되고 상기 복수의 2차측 전극이 각각 관통하는 복수의 관통홀이 서로 이격되어 나란히 형성된 유전체를 포함하는 주상 변압기를 제공한다.
여기서, 상기 2차측 전극과 상기 복수의 관통홀은 각각 한 쌍으로 존재할 수 있다.
또한, 상기 개구홀은, 상기 변압기 외함의 측면 일부분을 직사각형 모양으로 절단한 형상이고, 상기 개구홀에 의한 네 절단면 중 상부 절단면과 하부 절단면이 상기 원통형의 변압기 외함의 둘레에 대응하는 호 형상을 가지며, 상기 캐비티 관부는, 상기 개구홀에 대응하는 크기의 직사각형 형태의 단면을 가지며, 상기 캐비티 관부의 상표면과 하표면이 각각 상기 상부 절단면 및 하부 절단면에 접촉되는 형태로 상기 개구홀의 상부 절단면과 하부 절단면 사이의 공간에 끼워져 직사각형 형태의 단면 둘레가 전기적으로 접속되어 결합될 수 있다.
또한, 상기 개구홀은, 상기 변압기 외함의 측면 일부분을 직사각형 모양으로 절단한 형상이고, 상기 개구홀에 의한 네 절단면 중 상부 절단면과 하부 절단면이 상기 원통형의 변압기 외함의 둘레에 대응하는 호 형상을 가지며, 상기 캐비티 관부는, 상기 개구홀에 대응하는 크기 또는 상기 개구홀보다 큰 크기의 직사각형 형태의 단면을 가지되, 후면 둘레 부위 중 상단과 하단 부위가 상기 호 형상에 대응하는 형태로 휘어져 있으며 상기 후면 둘레 부위가 상기 변압기 외함의 측면 일부분의 둘레를 따라 밀착된 상태에서 용접 결합될 수 있다.
또한, 상기 유전체는, 상기 복수의 2차측 전극 사이의 공간에 대응하는 부위를 통하여 상기 주상 변압기의 내부에서 부분방전에 의해 발생하는 방사 전자파를 상기 주상 변압기의 외부로 방사시키는 안테나 역할을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 방사 전자파의 외부 검출이 가능한 주상 변압기에 따르면, 내부 부분방전에 의해 방사되는 전자파를 2차측 부싱을 통하여 외부로 방사시킬 수 있어서 주상 변압기의 부분 방전에 의한 고장의 조기 검출을 가능하게 하고 신속하고 신뢰성 있는 고장 진단이 가능하게 한다.
도 1은 일반적인 주상 변압기의 외형을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 주상 변압기의 방사 전계 강도를 시뮬레이션하기 위해 사용된 모델링 도면이다.
도 3은 도 2에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주상 변압기의 외형을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 주상 변압기의 외함에 2차측 부싱이 결합되는 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 (b)에 적용 가능한 2차측 부싱의 형태를 예시한 도면이다.
도 7은 도 4에 도시된 주상 변압기의 방사 전계 강도를 시뮬레이션하기 위해 사용된 모델링 도면이다.
도 8 및 도 9는 도 7에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명은 방사 전자파의 외부 검출이 가능한 주상 변압기에 관한 것으로서 주상 변압기 내부에서 부분 방전이 발생할 때 방사되는 전자파를 주상 변압기의 외부에서 관측 가능하게 하는 주상 변압기의 구조를 제시한다.
우선 본 발명의 상세한 설명에 앞서 일반적인 주상 변압기의 구성에 관하여 설명한다. 도 1은 일반적인 주상 변압기의 외형을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이러한 도 1을 참조하면, 주상 변압기(10)는 변압기 외함(1), 1차측 전극(2), 1차측 부싱(3), 2차측 전극(4), 2차측 부싱(5)을 포함한다. 변압기 외함(1)은 도체로 구성되며 외부로부터 밀폐된 원통형을 가진다.
1차측 전극(2) 및 2차측 전극(4)은 각각 변압기 외함(1) 내부에 있는 1차측 권선 및 2차측 권선과 연결이 된다. 1차측 전극(2)은 변압기 외함(1)의 상면 부위에 위치하고, 2차측 전극(4)은 변압기 외함(1)의 측면 부위에 복수 개로 위치한다.
1차측 부싱(3)은 1차측 전극(2)과 변압기 외함(1) 간의 절연을 위해, 그리고 과 2차측 부싱(5)은 2차측 전극(4)과 변압기 외함(1) 간의 절연을 위해 사용된다. 여기서 2차측 부싱(5)은 2차측 전극(4)의 개수만큼 사용된다.
이상과 같은 도 1에 도시된 주상 변압기(10)의 구조는 기 공지된 일반적인 구성이며 전극의 개수는 사용 용도, 용량 등에 따라 변경 가능한 부분이다. 주상 변압기(10)를 구성하는 각 구성 요소 또한 기 공지된 것으로서 이에 관한 더욱 상세한 설명은 생략한다.
이와 같은 종래의 주상 변압기의 구조를 보면, 두 개의 2차측 전극(4)을 각각 감싸는 두 개의 2차측 부싱(5)은 유전체로 되어 있다. 이러한 유전체는 주상 변압기의 내부에서 부분 방전에 의해 발생하는 방사 전자파를 외부로 방사시킬 수 있는 재질이지만, 유전체 부분이 차지하는 부분이 극히 적으며, 실질적으로 도 1과 같은 구조의 경우 유전체를 통해 방사되는 전자파의 강도가 극히 미미하게 된다. 그 이유는 다음과 같다.
도 1에서 두 개의 2차측 전극(4) 사이 부분은 변압기 외함(1)의 금속체 표면(도 1에서 A 부분)으로 인해 가로막혀 있는 것을 알 수 있다. 여기서, 두 2차측 전극(4) 사이에 가로 막힌 금속체 표면(A 부분)은 오히려 주상 변압기(1)의 내부에서 발생하는 방사 전자파의 외부 방출을 방해하는 요소로서 방사 전자파를 다시 내부로 반사시키는 반사판 역할을 한다. 이 때문에, 도 1의 구조에서는 2차측 전극(4)의 둘레에 유전체로 된 2차측 부싱(5)이 존재한다 하더라도 전자파의 외부 방출이 어렵거나 차단되게 된다.
따라서, 도 1과 같은 종래의 주상 변압기 구조를 사용할 경우에는 변압기의 내부에서 부분방전이 발생하여 전자파가 방사되더라도 전기적으로 거의 밀폐되어 있어서 주상 변압기의 외부에서는 이 방사 전자파를 거의 관측할 수 없게 된다. 이는 이하의 시뮬레이션을 통해서도 확인할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 주상 변압기의 방사 전계 강도를 시뮬레이션하기 위해 사용된 모델링 도면이다. 도 2의 (a)와 (b)는 각각 도 1을 모델링한 평면도 및 사시도를 나타낸다.
시뮬레이션을 위해 주상 변압기(10) 내부의 임의 위치에는 방전원이 배치되어 있다. 방전원에서 전자파 방사 시에 주상 변압기(10)의 외부에서 관측되는 전자파를 시뮬레이션을 통하여 모의 측정할 수 있다.
모델링 과정에 사용된 치수는 도면에서 기호로 표시하고 있다. 모델링에 사용된 3차원 축은 x,y,z로 표현되어 있다. 변압기 외함(1)은 직경 a, 높이 h1인 원기둥 형태이며, 바닥면의 중심이 (0,0,0) 좌표를 가진다. 방전원은 변압기 외함(1) 내부에서 z0 높이 지점에 위치하고 있다.
1차측 전극(2)과 2차측 전극(4)의 직경은 각각 r, r0로 표현되어 있다. 그리고 1차측 권선과 2차측 권선 등을 포함하는 금속체는 외함(1)의 하부에 위치하고 크기가 d×w×h2인 직육면체 형태로 모델링되어 있다.
도 3은 도 2에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 도 3의 (a)와 (b)는 방전원이 y-방향 및 z-방향의 방전 전류를 발생시킬 때의 각각의 방사 전계 강도의 주파수 특성을 나타낸 것이다.
두 방향 모두에 있어, 전체 주파수 대역에서 방사 전계 강도가 매우 미약한 것을 알 수 있는데, 이와 같이 종래의 주상 변압기는 내부에서 부분방전으로 인한 방사 전자파(시뮬레이션에서는 방전원)가 발생하여도 변압기 외부에서는 거의 측정이 불가한 것을 알 수 있다. 따라서 종래의 주상 변압기의 구조로는 내부의 부분방전에 의한 방사 전자파를 외부에서 측정할 수 없는 단점이 있다.
이하에서는 주상 변압기의 구조를 개선한 본 발명의 실시예에 따른 방사 전자파의 외부 검출이 가능한 주상 변압기에 관하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주상 변압기의 외형을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 주상 변압기(100)는 변압기 외함(110), 1차측 전극(120), 1차측 부싱(130), 2차측 전극(140), 2차측 부싱(150)을 포함한다.
변압기 외함(110)은 도체로 구성되고 원통형을 가진다. 변압기 외함(110)의 측면 일부분에는 변압기 외함(110)의 내부와 연통하는 개구홀(111)이 전후 방향으로 관통 형성되어 있다. 본 발명의 실시예에서 이러한 개구홀(111)에는 복수의 2차측 전극(140)을 동시에 지지하는 단일의 2차측 부싱(150)이 결합되게 된다.
본 발명의 실시예에서 개구홀(111)은 정면에서 보면 직사각형 형태를 가진다. 즉, 개구홀(111)은 변압기 외함(110)의 측면 일부분을 직사각형 모양으로 절단한 형상으로서, 이러한 개구홀(111)에 의한 네 개의 절단면 중 상부 절단면과 하부 절단면은 원통형의 변압기 외함(110)의 둘레에 대응하는 호 형상을 가진다. 이는 이후의 도 5를 통해서 더욱 명확히 알 수 있다.
1차측 전극(120)은 변압기 외함(110)의 상측을 관통하며, 1차측 부싱(130)은 1차측 전극(120)과 변압기 외함(110)의 상측 간을 절연하는 역할을 한다. 이러한 1차측 전극(120)와 1차측 부싱(130)은 일반적인 형태를 따르며 더욱 상세한 설명은 생략한다.
복수의 2차측 전극(140)은 변압기 외함(110)의 측면 일부분에 형성된 개구홀(111)을 관통하는 형태로 서로 좌우로 이격되어 나란히 배치되어 있다. 본 발명의 실시예에서 2차측 전극(140)은 한 쌍인 것을 예시한다.
2차측 부싱(150)은 2차측 전극(140)과 변압기 외함(110)의 측면 간을 절연하는 역할을 한다. 본 발명의 실시예에서 2차측 부싱(150)은 기존과 상이한 구조를 가진다. 이러한 2차측 부싱(150)은 캐비티 관부(151) 및 이 캐비티 관부(151)에 충진된 유전체(152)를 포함하여 구성된다.
캐비티 관부(151)는 금속 재질의 관체로서 전후 방향으로 중공되어 있으며, 변압기 외함(110)의 외부에 돌출되도록 개구홀(111)의 둘레 부분에 전기적으로 접속되어 결합되는 형태를 가진다. 도 4의 경우 캐비티 관부(151)의 둘레 부분이 개구홀(111)의 내측에 끼워져 전기적으로 완전히 접속되어 안정적으로 결합된 모습을 나타낸다.
유전체(152)는 캐비티 관부(151)의 내부에 충진되며, 복수의 2차측 전극(140)이 각각 관통하는 복수의 관통홀(153)이 서로 이격되어 좌우로 나란히 형성되어 있다. 2차측 전극(140)이 두 개이므로 유전체(152)에 형성된 관통홀(153) 또한 두 개이다. 이러한 유전체(152)는 당 분야에서 부싱 용도로 사용하는 도자기 등의 통상의 재질을 사용할 수 있다.
이러한 도 4와 같은 본 발명의 실시예는 앞서 도 1의 종래의 경우와는 달리, 두 개의 2차측 전극(140)에 대해 2차측 부싱(150)을 일체형으로 만들고, 두 개의 2차측 전극(140) 사이에는 변압기 외함(110)의 금속체 표면 부분이 전혀 존재하지 않는 구조를 가진다. 이는 변압기 외함(110)에서 2차측 전극(140)이 통과하는 해당 부위가 하나의 개구홀(111)로 절개되어 비워져 있고 해당 부분이 유전체(152)로 매꾸어지기 때문이다.
또한 2차측 전극(140)이 하나의 유전체(152)를 동시에 관통하는 구조를 가지고 있으며, 2차측 전극(140) 사이 부분이 유전체(152)로 채워져 있는 것을 알 수 있다. 즉, 2차측 전극(140) 사이 부분에는 방사 전자파가 다시 내부로 반사될 만한 금속 표면이 전혀 존재하지 않으며, 2차측 전극(140) 사이에 전계를 형성시켜 전자파 방사를 용이하게 하는 구조이다.
따라서, 본 발명의 실시예는 종래와 달리 주상 변압기(100) 내부에서 발생한 방사 전자파가 다시 내부로 반사되는 일 없이 유전체(152)를 통하여 외부로 방출될 수 있는 구조를 가진다.
즉, 본 발명의 실시예에서, 2차측 부싱(150)에 포함된 유전체(152)는 복수의 2차측 전극(140) 사이의 공간에 대응하는 유전체 부위를 통하여 주상 변압기(100)의 내부에서 부분방전에 의해 발생하는 방사 전자파를 주상 변압기(100)의 외부로 방사시키는 안테나 역할을 수행한다.
더욱이, 유전체(152)의 둘레 부분이 금속 재질의 캐비티 관부(151)로 둘러싸여 있는데, 이 캐비티 관부(151)는 도파관을 구성하며, 외부로 방사되는 전자파의 진폭(강도)을 더욱 증가시키는 공진기 역할을 한다. 이는 주상 변압기(100)의 외부에서 안테나 센서를 이용한 방사 전자파의 측정을 더욱 용이하게 하며 방사 전자파의 주파수 대역 특성과 크기의 확인 및 분석을 용이하게 한다.
이와 같이 캐비티 관부(151)는 방사 전자파의 진폭을 크게 할 수 있고, 이외에도 유전체(152)를 감싸면서 유전체(152)에 끼워진 2차측 전극(140)을 충분히 지지할 수 있다.
본 발명의 실시예는 캐비티 관부(151)가 개구홀(111)의 둘레 부분에 전기적으로 접속되어 결합되는 방법에 따라 두 가지 실시예로 구분된다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 주상 변압기의 외함에 2차측 부싱이 결합되는 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5의 (a)는 그 제1 실시예로서, 도 4의 경우와 같이 개구홀(111)의 둘레 부분에 캐비티 관부(151)가 끼워져 전기적으로 접속되어 결합된 것을 예시한 것이다. 이 경우, 캐비티 관부(151)는 개구홀(111)에 대응하는 크기의 직사각형 형태의 단면을 가진다.
여기서, 캐비티 관부(151)의 상표면과 하표면이 각각 개구홀(111)의 상부 절단면(111a) 및 하부 절단면(111b)에 접촉되는 형태로, 상기 캐비티 관부(151)가 개구홀(111)의 상부 절단면(111a)과 하부 절단면(111b) 사이의 공간에 끼워져 직사각형 형태의 단면 둘레가 전기적으로 접속되어 결합된다.
도 5의 (b)는 그 제2 실시예로서, 이 경우 캐비티 관부(151)는 개구홀(111)에 대응하는 크기 또는 상기 개구홀(111)보다 큰 크기의 직사각형 형태의 단면을 가진다. 도 5의 (b)는 육안으로 확인이 되지 않지만 약간 더 큰 크기인 것을 가정한다.
여기서, 캐비티 관부(151)는 도 5의 (a)와 달리 그 후면 둘레 부위 중 상단과 하단 부위가 상기 호 형상에 대응하는 형태로 휘어져 있는 것을 알 수 있다. 이에 따라 캐비티 관부(151)는 그 후면 둘레 부위가 변압기 외함(110)의 측면 일부분의 둘레를 따라 밀착될 수 있으며 이러한 상태에서 변압기 외함(110)에 용접 결합될 수 있다. 물론 도 5의 (a)의 경우에 있어서도 캐비티 관부(151)의 결합력 증가 및 전기적 접속을 위하여 그 둘레 부위를 변압기 외함(110)의 표면에 추가적으로 용접할 수도 있다.
도 6은 도 5의 (b)에 적용 가능한 2차측 부싱의 형태를 예시한 도면이다. 여기서 설명의 편의를 위해 유전체(152)에 삽입되는 2차측 전극(140)의 도시는 생략한 것이다. 도 6의 (a)는 도 4의 (b)에 사용된 것과 동일한 형태로서 유전체(152)의 후면이 상기 호 형상에 대응하는 곡면으로 된 경우이다. 도 6의 (b)는 제조의 편의를 위해 내부의 유전체(152)의 후면 부위가 곡면이 아닌 평면으로 구성된 것이다. 도 6의 (c)는 (b)의 변형예로서 캐비티 관부(151)의 후면 둘레 뿐만 아니라 전면 둘레 부위의 상단과 하단 부위 또한 상기 호 형상에 대응하여 휜 것으로서 유전체의 전면 역시 곡면으로 형성된 경우이다. 물론 본 발명이 반드시 이에 한정되지 않으며 본 발명의 범주 내에서 2차측 부싱(150)의 형태는 다양한 변형예가 존재할 수 있다.
도 7은 도 4에 도시된 주상 변압기의 방사 전계 강도를 시뮬레이션하기 위해 사용된 모델링 도면이다. 도 7의 (a)와 (b)는 각각 도 4를 모델링한 평면도 및 사시도를 나타낸다.
모델링 과정에 사용된 치수는 도면에서 기호로 표시하고 있다. 모델링에 사용된 3차원 축은 x,y,z로 표현되어 있다. 도 7에서 유전체(152)의 길이는 L, 폭은 W로 나타나 있다. 나머지 각 기호에 대한 설명은 앞서 설명한 바 있어 생략한다.
주상 변압기(100) 내부의 임의 위치에 배치된 방전원에서 전자파를 방사시킬 때 주상 변압기(100)의 외부에서 관측되는 전자파를 모의 측정한 시뮬레이션 결과는 도 8 및 도 9와 같다.
도 8 및 도 9는 도 7에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 우선, 도 8의 (a)와 (b)는 방전원이 y-방향 및 z-방향의 방전 전류를 각각 발생시킬 때, 유전체(152)의 길이 L의 변화에 대한 방사 전계 강도((a)는 Ey 성분, (b)는 Ez 성분))의 주파수 특성을 각각 나타낸 것이다. 사용된 길이 L은 180~220mm 범위이다. 물론 이때 W는 40~60mm 범위 중 임의의 하나의 값을 사용한 것이다.
도 9의 (a)와 (b)는 방전원이 y-방향 및 z-방향의 방전 전류를 각각 발생시킬 때, 유전체(152)의 폭 W의 변화에 대한 방사 전계 강도((a)는 Ey 성분, (b)는 Ez 성분))의 주파수 특성을 각각 나타낸 것이다. 사용된 폭 W는 40~60mm 범위이다. 물론 이때 L은 180~220m 범위 중 임의의 하나의 값을 사용한 것이다.
도 8 및 도 9의 결과를 기존의 도 3의 결과와 비교하여 본다면, 본 발명의 실시예에 따른 주상 변압기(100)의 구조는 기존의 주상 변압기(10)에서 방사되는 전계 강도보다 최대 4배 정도 강한 전자파가 외부로 방사되는 것을 알 수 있다.
따라서 주상 변압기(100) 외부에서 관측되는 방사 전자파를 이용하여 주상 변압기(100) 내부의 부분 방전을 쉽게 검출할 수 있으며, 주상 변압기(100)에서 광범위한 고장 유형을 방사 전자파의 주파수 성분으로 파악할 수 있고 신속한 고장 진단이 가능하게 한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 주상 변압기는 내부 부분방전에 의해 방사되는 전자파를 2차측 부싱을 통하여 외부로 방사시킬 수 있어서 주상 변압기의 부분 방전에 의한 고장의 조기 검출을 가능하게 하고 신속하고 신뢰성 있는 고장 진단이 가능하게 한다. 또한, 본 발명은 산업 활동에서 정전을 예방하는 진단 시스템의 응용 기술로도 활용이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 주상 변압기 110: 변압기 외함
111: 개구홀 120: 1차측 전극
130: 1차측 부싱 140: 2차측 전극
150: 2차측 부싱 151: 캐비티 관부
152: 유전체

Claims (5)

  1. 원통형을 가지며, 측면 일부분에 내부와 연통하는 개구홀이 전후 방향으로 관통하여 형성되어 있는 변압기 외함;
    상기 변압기 외함의 상측을 관통하는 1차측 전극;
    상기 1차측 전극과 상기 변압기 외함의 상측 간을 절연하는 1차측 부싱;
    상기 변압기 외함의 측면 일부분의 상기 개구홀을 관통하는 형태로 서로 이격되어 나란히 배치된 복수의 2차측 전극; 및
    상기 2차측 전극과 상기 변압기 외함의 측면 간을 절연하는 2차측 부싱을 포함하며,
    상기 2차측 부싱은,
    상기 전후 방향으로 중공되며 상기 변압기 외함의 외부에 돌출되도록 상기 개구홀의 둘레 부분에 결합되는 금속 재질의 캐비티 관부와, 상기 캐비티 관부의 내부에 충진되고 상기 복수의 2차측 전극이 각각 관통하는 복수의 관통홀이 서로 이격되어 나란히 형성된 유전체를 포함하는 주상 변압기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 2차측 전극과 상기 복수의 관통홀은 각각 한 쌍으로 존재하는 주상 변압기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 개구홀은,
    상기 변압기 외함의 측면 일부분을 직사각형 모양으로 절단한 형상이고, 상기 개구홀에 의한 네 절단면 중 상부 절단면과 하부 절단면이 상기 원통형의 변압기 외함의 둘레에 대응하는 호 형상을 가지며,
    상기 캐비티 관부는,
    상기 개구홀에 대응하는 크기의 직사각형 형태의 단면을 가지며, 상기 캐비티 관부의 상표면과 하표면이 각각 상기 상부 절단면 및 하부 절단면에 접촉되는 형태로 상기 개구홀의 상부 절단면과 하부 절단면 사이의 공간에 끼워져 직사각형 형태의 단면 둘레가 전기적으로 접속되어 결합되는 주상 변압기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 개구홀은,
    상기 변압기 외함의 측면 일부분을 직사각형 모양으로 절단한 형상이고, 상기 개구홀에 의한 네 절단면 중 상부 절단면과 하부 절단면이 상기 원통형의 변압기 외함의 둘레에 대응하는 호 형상을 가지며,
    상기 캐비티 관부는,
    상기 개구홀에 대응하는 크기 또는 상기 개구홀보다 큰 크기의 직사각형 형태의 단면을 가지되, 후면 둘레 부위 중 상단과 하단 부위가 상기 호 형상에 대응하는 형태로 휘어져 있으며 상기 후면 둘레 부위가 상기 변압기 외함의 측면 일부분의 둘레를 따라 밀착된 상태에서 용접 결합되는 주상 변압기.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체는,
    상기 복수의 2차측 전극 사이의 공간에 대응하는 부위를 통하여 상기 주상 변압기의 내부에서 부분방전에 의해 발생하는 방사 전자파를 상기 주상 변압기의 외부로 방사시키는 안테나 역할을 수행하는 주상 변압기.
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