KR102016437B1 - 냉각 효율을 향상시킨 변압기 - Google Patents

Abstract

변압기 권선 냉각 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부에 절연유가 효율적으로 공급될 수 있도록 함으로써 냉각 효율을 향상시킨 변압기에 관하여 개시한다.
본 발명은 철심과 상기 철심을 감싸도록 형성된 권선을 포함하는 변압기에 있어서, 상기 권선을 수용하며 상기 철심의 외측을 감싸도록 형성되는 실린더(Cylinder)형 절연체; 상기 권선의 양측과 상기 실린더형 절연체의 내벽 사이에 형성되는 외측 수직 유로; 상기 권선의 중앙부에 수직방향으로 형성되는 중앙 수직 유로; 상기 권선의 사이에 수평방향으로 형성되는 수평 유로; 및 상기 중앙 수직 유로에 구비되어 상기 중앙 수직 유로를 통과하는 절연유의 유량을 감소시키는 중앙 유로 유량조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기를 제공한다.

Description

냉각 효율을 향상시킨 변압기{TRANSFORMER HAVING ENHACEND COOLING EFFECT}

본 발명은 변압기 권선 냉각 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부에 절연유가 효율적으로 공급될 수 있도록 함으로써 냉각 효율을 향상시킨 변압기에 관한 것이다.

변압기(transformer)는 전자기유도현상을 이용하여 교류의 전압 및 전류의 크기를 변화시키는 변환 장치이다.

일반적으로, 변압기는 공통된 철심의 둘레에 두 개 이상의 권선이 감겨 있는 구조로 형성되며, 한 쪽의 권선으로 전력이 입력된 후 다른 쪽의 권선으로 전력이 출력되는 방식이다.

상기와 같은 변압기는 소형의 전자 기기에서부터 대형의 변전 설비 또는 송전 설비까지 널리 사용되고 있다.

특히, 대형의 변전 설비 또는 송전 설비에는 초고압 대용량 변압기가 사용되고 있다.

최근에는 초고압 대용량 변압기가 수용가와 가까운 장소에 설치되는 추세이다. 따라서, 초고압 대용량 변압기는 설치 공간을 용이하게 확보하기 위하여 소형화와 컴팩트화가 절실히 요구되고 있다. 또한, 초고압 대용량 변압기가 수용가의 근처에 설치됨에 따라 안전성의 향상뿐만 아니라 진동과 소음의 감소도 절실히 요구되고 있다.

특히, 변압기에서 발생되는 열이 일정 수준 이상으로 높아지면, 변압기의 성능을 저하시키고, 변압기의 수명과 내구성을 단축하며, 전력계통의 안전성에 문제를 발생한다.

관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 10-2013-0076931(공개일자 2013년 7월 9일) '변압기'가 있다.

본 발명의 목적은 변압기 권선내 반경방향 유로와 함께 수직방향 유로를 형성하여 권선 내부 냉각효율을 향상시키기 위한 것이다.

본 발명은 철심과 상기 철심을 감싸도록 형성된 권선을 포함하는 변압기에 있어서, 상기 권선을 수용하며 상기 철심의 외측을 감싸도록 형성되는 실린더(Cylinder)형 절연체; 상기 권선의 양측과 상기 실린더형 절연체의 내벽 사이에 형성되는 외측 수직 유로; 상기 권선의 중앙부에 수직방향으로 형성되는 중앙 수직 유로; 상기 권선의 사이에 수평방향으로 형성되는 수평 유로; 및 상기 중앙 수직 유로에 구비되어 상기 중앙 수직 유로를 통과하는 절연유의 유량을 감소시키는 중앙 유로 유량조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기를 제공한다.

상기 외측 수직 유로에 구비되어 상기 외측 수직 유로를 통과하는 절연유의 유량을 감소시키는 외측 유로 유량조절부를 더 포함할 수 있다.

상기 외측 유로 유랑조절부는 권선의 외측 수직 유로를 차단하여 절연유가 중앙 유로로 집중된 후 재분배 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 중앙 유로 유량 조절부와 상기 외측 유로 유량조절부는 서로 상이한 높이에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 변압기는 권선의 양측에 외측 수직 유로를 구비하고, 권선의 중앙 수직 유로를 구비하여, 이들을 통해서 수직방향의 자연대류가 원활하게 이루어질 수 있도록 하며, 상기 중앙 수직 유로와 상기 외측 수직 유로의 중간 중간 차단하거나 감소시킴으로써, 그 부분에서 절연유가 반지름 방향의 흐름을 가질 수 있도록 하는 효과를 가져온다.

따라서, 권선과 접촉하는 절연유가 수평방향과 수직방향으로 원활한 흐름을 가질 수 있고, 이를 통해 권선 냉각효과를 향상시키는 효과를 가져온다.

도 1은 일반적인 수직 냉각 방식의 변압기 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 일반적인 지그 재그 냉각 방식의 변압기 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 변압기를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 변압기를 나타낸 단면도이다.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 일반적인 수직 냉각 방식의 변압기 구조를 나타낸 단면도이다.

도시한 바와 같이, 수직 냉각 방식의 변압기(10)는 철심과 철심을 감싸도록 형성된 권선(14)을 포함하며, 상기 권선(14)은 권선(14)을 수용하는 실린더(Cylinder)형 절연체(12)에 수용되어 있다.

실린더형 절연체 (12)의 내부에는 절연유가 채워져 있다.

절연유는 절연성을 향상시키며 권선을 냉각시키는 냉각 매체로서의 역할도 수행한다.

절연유는 별도의 절연유 순환장치에 의하여 강제순환되도록 구성될 수도 있고, 자연대류에 의하여 뜨거워진 절연유가 상승하는 흐름을 가지도록 형성될 수도 있다.

수직 냉각 방식은 자연대류 시에 절연유가 상승하는 흐름을 원화하게 가질 수 있도록 권선의 중앙에 절연유가 소통할 수 있는 수직방향의 유로(15)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

그런데, 이러한 수직 냉각 방식은 절연유가 수직방향의 흐름만 가지게 되고 수평방향으로의 흐름을 가지기는 어려워 냉각 효율이 좋지 못한 문제점을 가지고 있었다.

도 2는 일반적인 지그 재그 냉각 방식의 변압기 구조를 나타낸 단면도이다.

지그 재그 냉각 방식의 변압기(20)는 권선(24)과 권선(24)을 수용하는 실린더형 절연체(22)를 포함한다. 수직 냉각 방식과는 달리 권선의 중앙에 수직방향의 유로를 구비하지 않으며 수직방향의 유로는 권선의 양측으로만 형성된다.

지그 재그 냉각 방식은 절연유의 수직 방향의 흐름을 반지름 방향(수평방향)의 흐름으로 전환시켜 절연유에 의하여 냉각되는 권선의 냉각면적을 확대하여 냉각 효율을 증대시키기 위한 것이다.

도시한 바와 같이 지그 재그 냉각 방식의 변압기(20)는 권선의 축방향의 사이에 절연유의 수직방향의 흐름을 차단하여 절연유가 수평방향으로 유동할 수 있도록 하는 오일 가이드 디스크(oil guide disc)(25,26)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

오일 가이드 디스크는 권선의 내측 수직 유로를 차단하는 내측 오일 가이드 디스크(25)와, 권선 외측 수직 유로를 차단하는 외측 오일 가이드 디스크(26)를 포함한다.

이들은 도시한 바와 같이, 서로 다른 높이에 서로 엇갈리게 배치되어, 절연유가 반지름 방향의 흐름을 가질 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 변압기를 나타낸 단면도이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 변압기(100)는 철심과 철심을 감싸도록 형성되는 권선(140)과, 권선(140)을 수용하며 철심의 외측을 감싸도록 형성되고 내부가 절연유로 채워지는 실린더형 절연체를 포함한다.

본 발명의 실시에에 따른 변압기 권선(140)은 실린더형 절연체(120)의 내벽과의 사이에 외측 수직 유로(150)와, 권선의 중앙부에 수직방향으로 형성되는 중앙 수직 유로(160)를 구비한다. 이러한 수직 유로들(150,160)을 통해서 절연유는 상승하는 흐름을 가지게 되는데, 수직 유로들(150,160)이 모두 개방되어 있는 상태가 되면, 앞서 도 1에서 설명한 바와 같이 절연유가 수평방향의 흐름을 가지지 못하여 냉각 효율이 좋지 못하다.

본 발명은 냉각 효율을 향상시키기 위하여, 중앙 수직 유로(160)에 구비되어 중앙 수직 유로를 통과하는 절연유의 유량을 감소시키는 중앙 유로 유량조절부(165)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도시한 중앙 유로 유량조절부(165)는 중앙 수직 유로(160)를 차단하여 중앙 유로 유량조절부(165)가 배치된 부분에서 절연유가 권선(140)의 사이에서 반지름 방향(수평방향)으로 이동할 수 밖에 없도록 한 것이다.

물론 중양 유로 조절부(165)가 중앙 수직 유로(160)의 유로를 좁히는 형태로 형성되어, 중앙 유로 유량조절부(165)를 통과하는 유량을 감소시킴으로써 수평방향의 흐름을 가지도록 할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 변압기를 나타낸 단면도이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 변압기는 외측 수직 유로에 구비되어 외측 수직 유로를 통과하는 절연유의 유량을 감소시키는 외측 유로 유량조절부(155)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

외측 유로 유량조절부(155)는 외측 수직 유로(150)를 통과하는 유량을 감소시켜 중앙 수직 유로(160)를 통과하는 유량이 증가되도록 하기 위한 것이다.

도 2에서 설명한 오일 가이드 디스크는 권선 양측의 수직유로 중 하나의 수직 유로만을 차단하는 형태이나, 본 발명에서의 외측 유로 유량조절부(155) 권선 양측의 수직유로를 모두 차단하여 중앙 수직 유로(160)를 통과하는 유량이 증가되도록 한 것이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 변압기(100)는 절연유가 외측 수직 유로(150)와 중앙 수직 유로(160)를 통해서 상승하다가, 중앙 유로 조절부(165) 또는 외측 유로 유량조절부(155)에 이르게 되면, 반지름 방향의 유속이 증가하도록 형성된 것이다.

다시 말해, 중앙 유로 조절부(165)가 배치된 높이에서는 절연유가 외측 수직 유로를 통해서만 흐를 수 있으므로, 외측 수직 유로(150)에서의 유속이 증가하게 되고, 외측 유로 유량조절부(155)가 배치된 높이에서는 절연유가 중앙 수직 유로(160)로 집중된 후 재분배 되므로, 전체적으로 절연유가 균일한 속도로 흐를 수 있게 된다.

따라서, 절연유가 보다 효율적으로 권선의 표면에 접촉하게 되어 우수한 냉각 효과를 가지게 된다.

물론, 중앙 유로 유량조절부(165)와 외측 유로 유량조절부(155)는 서로 다른 높이에 배치되어야 한다. 동일 높이에 배치되면 절연유가 흐를 수 있는 유로가 확보되지 못하여 원할한 흐름이 이루어질 수 없기 때문이다.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 변압기
140 : 권선
120 : 실린더형 절연체
150 : 외측 수직 유로
155 : 외측 유로 유량조절부
160 : 중앙 수직 유로
165 : 중앙 유로 유량조절부

Claims (4)

1. 철심과 상기 철심을 감싸도록 형성된 권선을 포함하는 변압기에 있어서,
   상기 권선을 수용하며 상기 철심의 외측을 감싸도록 형성되는 실린더형 절연체;
   상기 권선의 양측과 상기 실린더형 절연체의 내벽 사이에 형성되는 복수개의 외측 수직 유로;
   상기 권선의 중앙부에 수직방향으로 형성되는 중앙 수직 유로;
   상기 권선의 사이에 수평방향으로 형성되는 수평 유로;
   상기 중앙 수직 유로에 구비되어 상기 중앙 수직 유로를 통과하는 절연유의 유량을 감소시키는 중앙 유로 유량조절부; 및
   상기 외측 수직 유로에 구비된 외측 유로 유량조절부;를 포함하고,
   상기 중앙 유로 유량조절부 및 상기 외측 유로 유량조절부는, 상기 권선의 사이에 배치되되, 서로 상이한 높이에 배치되고,
   상기 중앙 유로 유량조절부는, 상기 중앙 유로 유량조절부가 배치된 높이에서 상기 중앙 수직 유로의 적어도 일부를 차단하고,
   상기 외측 유로 유량조절부는, 상기 외측 유로 유량조절부가 배치된 높이에서 복수개의 상기 외측 수직 유로를 모두 차단하게 제공되는 것을 특징으로 하는 변압기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 외측 유로 유량조절부는,
   상기 외측 수직 유로에 구비되어 상기 외측 수직 유로를 통과하는 절연유의 유량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 변압기.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 외측 유로 유랑조절부는
   상기 외측 유로 유량조절부가 배치된 높이에서 상기 권선의 복수개의 상기 외측 수직 유로를 모두 차단하여 절연유가 중앙 유로로 집중된 후 재분배 되도록 하는 것을 특징으로 하는 변압기.
   
4. 삭제

Images