KR101958025B1 - 변압기 권선의 냉각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부로 절연유를 유입시켜 내부의 권선을 냉각시키도록 된 변압기에 있어서, 복수의 권선으로 구성된 권선층이 변압기의 높이방향으로 일정간격을 갖도록 복수개의 층으로 배치되고, 권선층은 하나 이상의 권선부로 구성되고, 인접한 각 권선부 사이에 형성된 공간에는 절연유가 통과할 수 있는 냉각덕트가 형성되며, 냉각덕트는 인접한 각 권선층 사이에 수평하게 형성되어 상기 절연유가 수평방향으로 통과할 수 있는 수평 냉각덕트 및 좌우로 인접한 각 권선부 사이에 수평 냉각덕트에 수직한 방향으로 형성되어 절연유가 상승하여 통과할 수 있는 수직 냉각덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 권선의 냉각 장치이다.

Description

변압기 권선의 냉각 장치{APPARATUS FOR COOLING WINDINGS OF TRANSFORMER}
본 발명은 변압기 권선의 냉각 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 권선층에 수직방향으로 냉각덕트를 다양한 구조로 형성하는 변압기 권선의 냉각장치를 제공함으로써, 변압기의 권선부 간의 온도 불균형을 최소화하고 권선의 수명을 증대시킬 수 있도록 하기 위한 변압기 권선의 냉각 장치에 관한 것이다.
변압기는 고압 권선에 인가된 교류 전압에 의하여 철심에서 교번 자속이 발생하고, 전자유도작용에 의하여 전압을 변성하여 저압권선에서 교류 전압을 공급하는 기기이다.
권선은 저압권선과 고압권선이 철심을 공유하며 동심원 구조로 이루어져 있으며, 각각의 권선은 평각동선 형태로 전기적 절연과 연속전위권선(CTC)의 결합력 강화를 위해 절연지로 감겨있다.
이와 같은 변압기 내부에는 절연유로 충진되어 있는데, 이는 철심, 권선, 외함 등의 구조물 사이의 절연을 유지하고, 철심에서 발생하는 무부하손실 및 권선에서 발생하는 부하손실에 의한 열을 냉각시키기 위함이다. 특히, 변압기에서 발생되는 열은 손실을 증가시킬 뿐만 아니라, 절연지의 열화를 가속시켜 변압기의 수명을 감소시킨다.
종래의 변압기 냉각 장치는 지그재그로 형성된 냉각덕트를 따라 절연유가 순환하며, 권선에서 발생된 열을 절연유가 흡수하여 권선의 발열을 억제하였다. 변압기에 사용되는 절연유로는 광유 및 식물성 절연유가 일반적이다.
종래의 변압기 냉각 장치와 같이 절연유가 지그재그로 형성된 냉각덕트를 따라 순환하는 경우, 종방향으로 진행되는 냉각덕트를 따라 순환하여 절연유의 유동속도가 느려짐에 따라 냉각 효율이 떨어지고, 낮은 냉각 효율로 인하여 권선부의 온도가 상승하여 수명이 감소한다. 또한, 각 권선부마다 냉각 정도에 차이가 발생하고, 그에 따라 권선부마다 수명에 차이가 발생한다.
특히, 광유의 경우, 인화점이 146℃로 낮아, 화재발생 가능성이 높으므로 인화점이 327℃로 광유에 비해 상대적으로 높은 식물성 절연유가 주로 사용되어 왔다. 식물성 절연유의 경우 열전도율이 높아 냉각기에서 방출되는 열이 광유에 비해 상대적으로 좋지만, 점도가 높아 변압기 내부에서의 순환이 느리고 이에 따라 냉각기의 성능을 보강하더라도 전체적인 냉각성능을 향상시키는데 한계가 있었다.
한편, 한국공개특허공보 제2010-0049417호는 변압기의 권선부 냉각 장치를 개시하고 있다. 하지만, 상기와 같은 구성에 의하더라도 냉각덕트를 통과하는 절연유의 유속이 느려지고 동일 권선층 내의 냉각속도에 차이가 발생하는 한계가 있다.
본 발명의 목적은, 각각의 권선부 사이에 횡방향의 냉각덕트를 형성함으로써, 절연유의 유동속도를 높이고 각각의 권선부 간의 냉각속도를 동일하게 유지할 수 있도록 함으로써, 동일 권선층에서의 온도 편차를 최소화하고 전체적인 냉각효율을 상승시킬 수 있는 변압기 권선의 냉각 장치를 제공하고자 함에 있다.
이와 같은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 변압기 권선의 냉각 장치는, 내부로 절연유를 유입시켜 내부의 권선을 냉각시키도록 된 변압기에 있어서, 복수의 권선으로 구성된 권선층이 변압기의 높이방향으로 일정간격을 갖도록 복수개의 층으로 배치되고, 권선층은 하나 이상의 권선부로 구성되고, 인접한 각 권선부 사이에 형성된 공간에는 절연유가 통과할 수 있는 냉각덕트가 형성되며, 냉각덕트는 인접한 각 권선층 사이에 수평하게 형성되어 상기 절연유가 수평방향으로 통과할 수 있는 수평 냉각덕트 및 좌우로 인접한 각 권선부 사이에 수평 냉각덕트에 수직한 방향으로 형성되어 절연유가 상승하여 통과할 수 있는 수직 냉각덕트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 변압기 권선의 냉각 장치는, 권선층에 형성된 수직 냉각덕트가 각 층별로 동일한 위치에 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 변압기 권선의 냉각 장치는, 권선층에 형성된 수직 냉각덕트가 각 층별로 엇갈린 위치에 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 변압기 권선의 냉각 장치는, 권선층에 형성된 수직 냉각덕트가 각 층별로 지그재그로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 변압기 권선의 냉각 장치는, 권선층에 형성된 수직 냉각덕트의 개수가 각 층별로 차등되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 변압기 권선의 냉각 장치의 수직 냉각덕트는 상부 권선층에서 하부 권선층으로 갈수록 개수가 감소하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 변압기 권선의 냉각 장치의, 절연유는 식물성 절연유인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 각각의 권선부 사이에 수직 냉각덕트를 형성함으로써 절연유가 빠른 속도로 유동할 수 있도록 하고, 냉각을 마친 절연유가 보다 빠르게 위로 상승할 수 있도록 하여 절연유의 냉각효율을 최대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 하나의 권선층의 중간중간에 수직 냉각덕트가 형성됨으로써 위로 상승할 만큼 충분히 온도가 상승되지 않은 절연유는 수평 냉각덕트를 따라 계속 해당 권선층의 열을 흡수하고, 충분히 온도가 상승된 절연유는 수직 냉각덕트를 따라 상승함으로써 냉각속도가 빨라지고, 각 권선부 별로 온도편차를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전체적인 냉각효율 및 냉각속도를 최대화함에 따라 변압기의 수명을 연장할 수 있고, 다양한 구조로 수직 냉각덕트를 형성함에 따라 절연유의 종류에 따른 다양한 구조 적용을 통하여 보다 효율적인 냉각을 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 광유 대신 인화점이 낮은 식물성 절연유를 사용함으로써 화재안전성이 높아지는 효과가 있고, 식물성 절연유는 수분 흡수력이 뛰어나 절연지의 수분을 절연유가 흡수하는 특성이 광유에 비해 뛰어나다.
또한, 단순히 냉각펌프의 용량 증대나 방열기의 단면적 확대 등의 냉각기 보강방법을 사용하는 것에 비하여, 단순히 냉각덕트를 수직방향으로 형성함으로써 냉각효율을 단순한 구조변경을 통하여 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 변압기 권선의 냉각 장치의 절연유 흐름 상태도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 변압기 권선의 냉각 장치의 절연유 흐름 상태도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 변압기 권선의 냉각 장치의 절연유 흐름 상태도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 변압기 권선의 냉각 장치의 절연유 흐름 상태도이다.
도 5는 광유를 절연유로 사용한 변압기의 절연유 온도분포를 나타낸 그래프이다.
도 6은 식물성 절연유를 절연유로 사용한 변압기의 절연유 온도분포를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 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.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 변압기 권선의 냉각 장치의 절연유 흐름 상태도이다. 이는 권선층(100a, 100b, 100c)에 형성된 수직 냉각덕트(300)가 각 층별로 동일한 위치에 형성된 것을 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 좌우 벽면은 절연 배리어를 나타내고, 사각형으로 나타난 음영은 권선을 의미한다. 또한, 상하로 평행하게 도시된 선은 절연유가 지그재그 방향으로 순환하도록 배치된 절연막이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 변압기 권선의 냉각 장치는 복수의 권선으로 구성된 권선층이 상부에서 하부까지 층별로 배치된다. 즉, 각 권선층(100a, 100b, 100c)이 변압기의 높이 방향으로 일정간격을 갖도록 복수 개의 층으로 배치된다.
각 권선층(100a, 100b, 100c)은 하나 이상의 권선부(110a, 110b, 110c)로 구성된다. 하나의 권선층을 구성하는 권선부(110a, 110b, 110c)는 2이상으로 구성되는 것이 바람직하다. 하나의 권선층을 구성하는 각각의 권선부(110a, 110b, 110c)는 분리되어 권선부(110a, 110b, 110c) 사이에 공간을 형성한다.
즉, 복수 개의 권선층(100a, 100b, 100c)은 복수 개의 권선부(110a, 110b, 110c)로 구성되고, 상하좌우로 인접한 각각의 권선부(110a, 110b, 110c)는 그 사이에 공간을 형성하게 된다. 각각의 인접한 권선부(110a, 110b, 110c) 사이에 형성된 공간에는 절연유가 통과할 수 있는 냉각덕트가 형성된다.
냉각덕트는 수직 냉각덕트(300)와 수평 냉각덕트(200)를 포함한다.
수평 냉각덕트(200)는 각각의 권선층(100a, 100b, 100c) 사이에 형성된 종방향의 냉각덕트를 의미한다. 즉, 인접한 각 권선층(100a, 100b, 100c) 사이에, 권선층(100a, 100b, 100c)과 수평되게 형성되어 절연유가 수평방향으로 통과한다.
권선층(100a, 100b, 100c)을 지나가는 절연유는 화살표 방향을 따라 이동하며, 수평 냉각덕트를 따라 수평방향으로 이동하며, 각각의 권선을 냉각하여 열을 흡열한다.
수직 냉각덕트(300)는 하나의 권선층(100a, 100b, 100c)을 구성하는 각각의 권선부(110a, 110b, 110c) 사이에 형성되는 횡방향의 냉각덕트를 의미한다. 즉, 좌우로 인접한 각 권선부(110a, 110b, 110c) 사이에 형성되며, 수평 냉각덕트(200)에 수직한 방향으로 형성된다.
수평 냉각덕트(200)를 따라 종방향으로 이동하던 절연유가, 권선의 열을 충분히 흡열하여 온도가 상승하면 화살표 방향과 같이, 수직 냉각덕트(300)를 따라 상부 층으로 이동하게 된다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 수직 냉각덕트(300)는 각 권선층(100a, 100b, 100c)의 동일한 위치에 형성된다. 즉, 각 권선층(100a, 100b, 100c)에 형성된 수직 냉각덕트(300)가 권선층(100a, 100b, 100c)을 관통하는 일직선 상에 형성된다.
이에 따라, 냉각덕트는 바둑판 모양으로 형성된다. 이와 같은 수직 냉각덕트(300)의 배치에 따라, 열을 많이 흡수한 절연유는 상부 층으로 이동하고, 열을 적게 흡수한 절연유는 동일 층에서 수평방향으로 이동하며 다른 권선의 열을 더 흡수하게 된다. 따라서, 절연유가 권선에 대하여 효과적인 냉각성능을 발휘할 수 있고, 각각의 권선부(110a, 110b, 110c)의 열을 골고루 흡수함으로써 각각의 권선부(110a, 110b, 110c)의 온도편차를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
절연유는 식물성 절연유임이 바람직하다. 다만, 반드시 절연유의 종류가 식물성 절연유에 국한되지 아니한다.
절연유로서 광유를 사용하는 경우 점도가 낮아 유동속도가 빠른 효과가 있다. 또한, 절연유로서 식물성 절연유를 사용하는 경우, 광유에 비하여 냉각효율이 뛰어나 더욱 효율적으로 각 권선의 열을 흡수하여 냉각시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 변압기 권선의 냉각 장치의 절연유 흐름 상태도이다. 이는 권선층(100a, 100b, 100c)에 형성된 수직 냉각덕트(300)가 각 층별로 엇갈린 위치에 형성된 것을 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 좌우 벽면은 절연 배리어를 나타내고, 사각형으로 나타난 음영은 권선을 의미한다. 또한, 상하로 평행하게 도시된 선은 절연유가 지그재그 방향으로 순환하도록 배치된 절연막이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 변압기 권선의 냉각 장치는 복수의 권선으로 구성된 권선층이 상부에서 하부까지 층별로 배치된다. 즉, 각 권선층(100a, 100b, 100c)이 변압기의 높이 방향으로 일정간격을 갖도록 복수 개의 층으로 배치된다.
각 권선층(100a, 100b, 100c)은 하나 이상의 권선부(110a, 110b, 110c)로 구성된다. 하나의 권선층을 구성하는 권선부(110a, 110b, 110c)는 2이상으로 구성되는 것이 바람직하다. 하나의 권선층을 구성하는 각각의 권선부(110a, 110b, 110c)는 분리되어 권선부(110a, 110b, 110c) 사이에 공간을 형성한다.
즉, 복수 개의 권선층(100a, 100b, 100c)은 복수 개의 권선부(110a, 110b, 110c)로 구성되고, 상하좌우로 인접한 각각의 권선부(110a, 110b, 110c)는 그 사이에 공간을 형성하게 된다. 각각의 인접한 권선부(110a, 110b, 110c) 사이에 형성된 공간에는 절연유가 통과할 수 있는 냉각덕트가 형성된다.
냉각덕트는 수직 냉각덕트(300)와 수평 냉각덕트(200)를 포함한다.
수평 냉각덕트(200)는 각각의 권선층(100a, 100b, 100c) 사이에 형성된 종방향의 냉각덕트를 의미한다. 즉, 인접한 각 권선층(100a, 100b, 100c) 사이에, 권선층(100a, 100b, 100c)과 수평되게 형성되어 절연유가 수평방향으로 통과한다.
권선층(100a, 100b, 100c)을 지나가는 절연유는 화살표 방향을 따라 이동하며, 수평 냉각덕트를 따라 수평방향으로 이동하며, 각각의 권선을 냉각하여 열을 흡열한다.
수직 냉각덕트(300)는 하나의 권선층(100a, 100b, 100c)을 구성하는 각각의 권선부(110a, 110b, 110c) 사이에 형성되는 횡방향의 냉각덕트를 의미한다. 즉, 좌우로 인접한 각 권선부(110a, 110b, 110c) 사이에 형성되며, 수평 냉각덕트(200)에 수직한 방향으로 형성된다.
수평 냉각덕트(200)를 따라 종방향으로 이동하던 절연유가, 권선의 열을 충분히 흡열하여 온도가 상승하면 화살표 방향과 같이, 수직 냉각덕트(300)를 따라 상부 층으로 이동하게 된다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 수직 냉각덕트(300)는 각 권선층(100a, 100b, 100c)마다 엇갈린 위치에 형성된다. 즉, 각 권선층(100a, 100b, 100c)에 형성된 수직 냉각덕트(300)가 상부층으로 올라갈수록 좌측으로 이동 배치되어 계단형의 냉각덕트를 형성하게 된다.
이와 같은 수직 냉각덕트(300)의 배치에 따라, 절연유의 수평흐름과 수직흐름이 교차하는 지점에서 다음 상부 권선층(100a, 100b, 100c)로 연결되는 냉각덕트까지 절연유가 밀도차에 의해 절연유가 섞일 수 있는 공간적인 여유가 생긴다. 따라서, 보다 큰 냉각효과를 가져올 수 있다.
절연유는 식물성 절연유임이 바람직하다. 다만, 반드시 절연유의 종류가 식물성 절연유에 국한되지 아니한다.
절연유로서 광유를 사용하는 경우 점도가 낮아 유동속도가 빠른 효과가 있다. 또한, 절연유로서 식물성 절연유를 사용하는 경우, 광유에 비하여 냉각효율이 뛰어나 더욱 효율적으로 각 권선의 열을 흡수하여 냉각시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 변압기 권선의 냉각 장치의 절연유 흐름 상태도이다. 이는 권선층(100a, 100b, 100c)에 형성된 수직 냉각덕트(300)가 각 층별로 지그재그로 형성된 것을 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 좌우 벽면은 절연 배리어를 나타내고, 사각형으로 나타난 음영은 권선을 의미한다. 또한, 상하로 평행하게 도시된 선은 절연유가 지그재그 방향으로 순환하도록 배치된 절연막이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 변압기 권선의 냉각 장치는 복수의 권선으로 구성된 권선층이 상부에서 하부까지 층별로 배치된다. 즉, 각 권선층(100a, 100b, 100c)이 변압기의 높이 방향으로 일정간격을 갖도록 복수 개의 층으로 배치된다.
각 권선층(100a, 100b, 100c)은 하나 이상의 권선부(110a, 110b, 110c)로 구성된다. 하나의 권선층을 구성하는 권선부(110a, 110b, 110c)는 2이상으로 구성되는 것이 바람직하다. 하나의 권선층을 구성하는 각각의 권선부(110a, 110b, 110c)는 분리되어 권선부(110a, 110b, 110c) 사이에 공간을 형성한다.
즉, 복수 개의 권선층(100a, 100b, 100c)은 복수 개의 권선부(110a, 110b, 110c)로 구성되고, 상하좌우로 인접한 각각의 권선부(110a, 110b, 110c)는 그 사이에 공간을 형성하게 된다. 각각의 인접한 권선부(110a, 110b, 110c) 사이에 형성된 공간에는 절연유가 통과할 수 있는 냉각덕트가 형성된다.
냉각덕트는 수직 냉각덕트(300)와 수평 냉각덕트(200)를 포함한다.
수평 냉각덕트(200)는 각각의 권선층(100a, 100b, 100c) 사이에 형성된 종방향의 냉각덕트를 의미한다. 즉, 인접한 각 권선층(100a, 100b, 100c) 사이에, 권선층(100a, 100b, 100c)과 수평되게 형성되어 절연유가 수평방향으로 통과한다.
권선층(100a, 100b, 100c)을 지나가는 절연유는 화살표 방향을 따라 이동하며, 수평 냉각덕트를 따라 수평방향으로 이동하며, 각각의 권선을 냉각하여 열을 흡열한다.
수직 냉각덕트(300)는 하나의 권선층(100a, 100b, 100c)을 구성하는 각각의 권선부(110a, 110b, 110c) 사이에 형성되는 횡방향의 냉각덕트를 의미한다. 즉, 좌우로 인접한 각 권선부(110a, 110b, 110c) 사이에 형성되며, 수평 냉각덕트(200)에 수직한 방향으로 형성된다.
수평 냉각덕트(200)를 따라 종방향으로 이동하던 절연유가, 권선의 열을 충분히 흡열하여 온도가 상승하면 화살표 방향과 같이, 수직 냉각덕트(300)를 따라 상부 층으로 이동하게 된다.
본 발명의 제3 실시예에 따르면, 수직 냉각덕트(300)는 각 권선층(100a, 100b, 100c)마다 지그재그로 형성된다. 즉, 각 권선층(100a, 100b, 100c)에 형성된 수직 냉각덕트(300)가 상부 권선층(100a)에는 중앙에 1개 형성되고, 그 하부 권선층(100b)에는 중앙에 간격을 두고 2개가 형성된다. 또한, 그 하부 권선층(100c)에는 제일 상부에 배치된 권선층(100a)과 같이 중앙에 1개의 수직 냉각덕트(300)가 형성된다.
이와 같은 수직 냉각덕트(300)의 배치에 따라, 절연유의 수평흐름 및 수직흐름이 교차할 수 있도록 하는 공간적인 여유를 주어 냉각효과를 상승시킬 수 있으며, 도 2에 도시된 제2 실시예에 비하여 권선의 배치가 간단하므로 용이하게 제작할 수 있는 효과가 있다.
절연유는 식물성 절연유임이 바람직하다. 다만, 반드시 절연유의 종류가 식물성 절연유에 국한되지 아니한다.
절연유로서 광유를 사용하는 경우 점도가 낮아 유동속도가 빠른 효과가 있다. 또한, 절연유로서 식물성 절연유를 사용하는 경우, 광유에 비하여 냉각효율이 뛰어나 더욱 효율적으로 각 권선의 열을 흡수하여 냉각시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 변압기 권선의 냉각 장치의 절연유 흐름 상태도이다. 이는 권선층(100a, 100b, 100c)에 형성된 수직 냉각덕트(300)가 각 층별로 차등되도록 형성된 것을 도시한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 좌우 벽면은 절연 배리어를 나타내고, 사각형으로 나타난 음영은 권선을 의미한다. 또한, 상하로 평행하게 도시된 선은 절연유가 지그재그 방향으로 순환하도록 배치된 절연막이다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 변압기 권선의 냉각 장치는 복수의 권선으로 구성된 권선층이 상부에서 하부까지 층별로 배치된다. 즉, 각 권선층(100a, 100b, 100c)이 변압기의 높이 방향으로 일정간격을 갖도록 복수 개의 층으로 배치된다.
각 권선층(100a, 100b, 100c)은 하나 이상의 권선부(110a, 110b, 110c)로 구성된다. 하나의 권선층을 구성하는 권선부(110a, 110b, 110c)는 2이상으로 구성되는 것이 바람직하다. 하나의 권선층을 구성하는 각각의 권선부(110a, 110b, 110c)는 분리되어 권선부(110a, 110b, 110c) 사이에 공간을 형성한다.
즉, 복수 개의 권선층(100a, 100b, 100c)은 복수 개의 권선부(110a, 110b, 110c)로 구성되고, 상하좌우로 인접한 각각의 권선부(110a, 110b, 110c)는 그 사이에 공간을 형성하게 된다. 각각의 인접한 권선부(110a, 110b, 110c) 사이에 형성된 공간에는 절연유가 통과할 수 있는 냉각덕트가 형성된다.
냉각덕트는 수직 냉각덕트(300)와 수평 냉각덕트(200)를 포함한다.
수평 냉각덕트(200)는 각각의 권선층(100a, 100b, 100c) 사이에 형성된 종방향의 냉각덕트를 의미한다. 즉, 인접한 각 권선층(100a, 100b, 100c) 사이에, 권선층(100a, 100b, 100c)과 수평되게 형성되어 절연유가 수평방향으로 통과한다.
권선층(100a, 100b, 100c)을 지나가는 절연유는 화살표 방향을 따라 이동하며, 수평 냉각덕트를 따라 수평방향으로 이동하며, 각각의 권선을 냉각하여 열을 흡열한다.
수직 냉각덕트(300)는 하나의 권선층(100a, 100b, 100c)을 구성하는 각각의 권선부(110a, 110b, 110c) 사이에 형성되는 횡방향의 냉각덕트를 의미한다. 즉, 좌우로 인접한 각 권선부(110a, 110b, 110c) 사이에 형성되며, 수평 냉각덕트(200)에 수직한 방향으로 형성된다.
수평 냉각덕트(200)를 따라 종방향으로 이동하던 절연유가, 권선의 열을 충분히 흡열하여 온도가 상승하면 화살표 방향과 같이, 수직 냉각덕트(300)를 따라 상부 층으로 이동하게 된다.
본 발명의 제4 실시예에 따르면, 수직 냉각덕트(300)는 각 권선층(100a, 100b, 100c)마다 개수의 차등을 두고 형성된다. 즉, 각 권선층(100a, 100b, 100c)에 형성된 수직 냉각덕트(300)가 상부 권선층(100a)에는 중앙에 간격을 두고 3개 형성되고, 그 하부 권선층(100b)에는 중앙에 간격을 두고 2개가 형성된다. 또한, 그 하부 권선층(100c)에는 중앙에 1개의 수직 냉각덕트(300)가 형성된다.
즉, 상부 권선층으로 갈수록 수직 냉각덕트(300)의 개수가 증가되는 구조로 형성된다.
이와 같은 수직 냉각덕트(300)의 배치에 따라, 절연유의 수평, 수직흐름이 교차할 수 있도록 공간적인 여유를 줄 수 있고, 권선부(110a, 110b, 110c)의 온도가 높을수록 많은 수직 냉각덕트(300)를 배치함으로써 냉각효율을 극대화 시킬 수 있는 효과가 있다.
절연유는 식물성 절연유임이 바람직하다. 다만, 반드시 절연유의 종류가 식물성 절연유에 국한되지 아니한다.
절연유로서 광유를 사용하는 경우 점도가 낮아 유동속도가 빠른 효과가 있다. 또한, 절연유로서 식물성 절연유를 사용하는 경우, 광유에 비하여 냉각효율이 뛰어나 더욱 효율적으로 각 권선의 열을 흡수하여 냉각시킬 수 있다.
도 5 및 도 6은 광유 및 식물성 절연유를 절연유로 사용한 변압기의 절연유 온도분포를 나타낸 그래프이다. 즉, 광유와 식물성 절연유를 적용한 변압기의 상중하부의 온도 분포를 나타낸 것이다.
도 5와 같이 광유를 적용한 변압기는 69℃의 절연유가 변압기 상부에서 냉각기로 배출되어, 냉각기에서 열을 방출하여 59℃의 절연유가 변압기로 유입된다.
도 6과 같이 식물성 절연유를 적용한 변압기는 75℃의 절연유가 변압기 상부에서 냉각기로 배출되어 57℃의 절연유가 변압기로 유입된다.
즉, 이와 같이 식물성 절연유는 열전도도가 0.167W/(m·k)로서, 광유의 열전도도인 0.124W/(m·k) 보다 높아 냉각기에서 광유보다 식물성 절연유의 냉각이 더욱 효율적이다.
상기와 같이 본 발명에 따르면, 각각의 권선부 사이에 수직 냉각덕트를 형성함으로써 절연유가 빠른 속도로 유동할 수 있도록 하고, 냉각을 마친 절연유가 보다 빠르게 위로 상승할 수 있도록 하여 절연유의 냉각효율을 최대화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 하나의 권선층의 중간중간에 수직 냉각덕트가 형성됨으로써 위로 상승할 만큼 충분히 온도가 상승되지 않은 절연유는 수평 냉각덕트를 따라 계속 해당 권선층의 열을 흡수하고, 충분히 온도가 상승된 절연유는 수직 냉각덕트를 따라 상승함으로써 냉각속도가 빨라지고, 각 권선부 별로 온도편차를 최소화할 수 있는 효과가 있다. 마지막으로, 전체적인 냉각효율 및 냉각속도를 최대화함에 따라 변압기의 수명을 연장할 수 있고, 다양한 구조로 수직 냉각덕트를 형성함에 따라 절연유의 종류에 따른 다양한 구조 적용을 통하여 보다 효율적인 냉각을 수행할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100a, 100b, 100c: 권선층
110a, 110b, 110c: 권선부 200: 수직 냉각덕트
300: 수평 냉각덕트

Claims (7)

  1. 내부로 절연유를 유입시켜 내부의 권선을 냉각시키도록 된 변압기 권선의 냉각 장치에 있어서,
    복수의 권선으로 구성된 권선층이 상기 변압기의 높이방향으로 일정간격을 갖도록 복수개의 층으로 배치되고,
    상기 권선층은 하나 이상의 권선부로 구성되고,
    인접한 각 권선부 사이에 형성된 공간에는 상기 절연유가 통과할 수 있는 냉각덕트가 형성되며,
    상기 냉각덕트는,
    인접한 각 권선층 사이에 수평하게 형성되어 상기 절연유가 수평방향으로 통과할 수 있는 수평 냉각덕트; 및
    좌우로 인접한 각 권선부 사이에 상기 수평 냉각덕트에 수직한 방향으로 형성되어 상기 절연유가 상승하여 통과할 수 있는 수직 냉각덕트를 포함하고,
    상기 권선층에 형성된 상기 수직 냉각덕트의 개수가 각 층별로 차등되도록 형성된 것을 특징으로 하는 변압기 권선의 냉각 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 권선층에 형성된 상기 수직 냉각덕트가 각 층별로 동일한 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 변압기 권선의 냉각 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 권선층에 형성된 상기 수직 냉각덕트가 각 층별로 엇갈린 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 변압기 권선의 냉각 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 권선층에 형성된 상기 수직 냉각덕트가 각 층별로 지그재그로 형성된 것을 특징으로 하는 변압기 권선의 냉각 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 수직 냉각덕트는 상부 권선층에서 하부 권선층으로 갈수록 개수가 감소하는 것을 특징으로 하는 변압기 권선의 냉각 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연유는 식물성 절연유인 것을 특징으로 하는 변압기 권선의 냉각 장치.
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