KR102135202B1 - 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 변압기는, 철심에 감기는 다수의 권선, 상기 권선의 코일 턴 사이에 부분적으로 배치되는 삽입 부재, 및 상기 삽입 부재에 의해 발생되는 상기 권선 폭의 변화를 최소화하기 위해 상기 권선의 일측 또는 내측에 배치되는 절연성 재질의 필러를 포함할 수 있다.

Description

변압기{Transformer}

본 발명은 변압기에 관한 것이다.

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

변압기는 소형의 전자 기기에서부터 대형의 변전 설비 또는 송전 설비까지 널리 사용되고 있다. 특히, 대형의 변전 설비 또는 송전 설비에서는 초고압 대용량 변압기가 주로 사용되고 있다.

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

전력용 변압기의 경우, 권선으로는 와이어 형태의 권선이나, 포일(foil) 또 시트(sheet) 형태의 권선이 이용될 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 변압기를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 부분 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 변압기(10)는 철심(20)의 둘레에 저압 권선(40)이 배치되고, 저압 권선(40)의 외부에 고압 권선(50)이 배치된다.

저압 권선(40)과 고압 권선(50)은 일정거리 이격 배치된다.

고압 권선(50)은 다수의 코일 턴으로 구성되며, 각 코일 턴들 사이에는 필요에 따라 쉴드 부재(60)나 이격 부재(70)와 같은 삽입 부재가 배치된다. 여기서 쉴드 부재(60)는 코일 턴 사이의 절연을 확보하기 위해 구비되며, 이격 부재(70)는 코일 턴 사이의 간격을 확보하여 절연유가 흐르는 공간을 제공하기 위해 구비된다.

그런데 종래의 경우, 코일 턴들 사이에 삽입 부재들(60, 70)이 고압 권선(50)의 전체가 아닌, 일부분에만 삽입되므로, 고압 권선(50)의 권선 폭이 변화되어 전체적인 형상을 유지하기 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 권선의 형상을 유지할 수 있는 변압기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 저압 권선과 고압 권선 간의 이격 거리를 최소화할 수 있는 변압기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 변압기는, 철심에 감기는 다수의 권선, 상기 권선의 코일 턴 사이에 부분적으로 배치되는 삽입 부재, 및 상기 삽입 부재에 의해 발생되는 상기 권선 폭의 변화를 최소화하기 위해 상기 권선의 일측 또는 내측에 배치되는 절연성 재질의 필러를 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 권선은 외경 방향으로 상호 적층 권선되는 제1 권선과 제2 권선을 포함하며, 상기 필러는 상기 제2 권선과 대면하는 상기 제1 권선의 일면에 배치될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 필러는 상기 권선의 상단으로 갈수록 두껍게 배치될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 필러는, 프레스보드(pressboard)로 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 삽입 부재는, 상기 코일 턴들 사이에 삽입되어 상기 권선 내에 유로를 형성하는 이격 부재를 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 삽입 부재는, 도전성 재질로 형성되어 상기 코일 턴들 간의 절연을 확보하는 쉴드 부재를 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 권선은 저압 권선과 고압 권선을 포함하며, 상기 쉴드 부재와 상기 필러는 상기 고압 권선에 배치될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 저압 권선과 상기 고압 권선 사이에 배치되어 상호 간의 절연을 확보하는 배리어를 더 포함하며, 상기 필러는 상기 배리어와 상기 고압 권선 사이에 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 삽입 부재로 인해 권선의 폭이 부분적으로 다르게 형성되더라도, 필러를 이용하여 전체적인 권선 폭을 동일하게 유지한다. 따라서 권선 내에 삽입 부재가 삽입되더라도 권선의 전체적인 형상을 유지할 수 있다.

또한 필러를 제1 권선과 제2 권선의 사이에 배치하여 제1 권선과 제2 권선 간의 절연 신뢰성을 높일 수 있으며, 이에 제1 권선과 제2 권선 간의 이격 거리도 최소화할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 변압기를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 부분 평면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변압기를 개략적으로 도시한 사시도.
도 4는 도 3의 B 부분을 확대하여 도시한 부분 평면도.
도 5는 도 4의 I-I′에 따른 단면을 개략적으로 도시한 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 더하여 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변압기를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 B 부분을 확대하여 도시한 부분 평면도이며, 도 5는 도 4의 I-I′에 따른 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 변압기(100)는 내부에 절연유를 함유하는 유입 변압기일 수 있으며, 철심(120) 및 권선(140, 150)을 포함한다.

철심(120)은 자기력선의 통로 역할을 수행하는 부재이다. 일반적으로, 철심(120)은 철손을 감소시키기 위하여 박강판을 적층시킨 구조로 형성된다. 본 실시예에 있어서 철심(120)은 전기강판들을 적층시킨 구조로써, 전기강판은 규소를 포함하는 박강판일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

철심(120)은 상부 요크(121), 하부 요크(122), 레그(123)를 포함할 수 있다.

상부 요크(121)는 철심(120)의 상부를 형성하는 부재로, 막대 형태로 형성되어 길게 배치될 수 있다.

하부 요크(122)는 철심(120)의 하부를 형성하는 부재이다. 하부 요크(122)는 상부 요크(121)의 하측에서 상부 요크(121)와 평행하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 하부 요크(122)와 상부 요크(121)는 수평 방향을 따라 나란하게 배치될 수 있다.

레그(123)는 상부 요크(121)와 하부 요크(122)의 사이에 수직하게 배치되는 부재이다. 레그(123)는 상부 요크(121)와 하부 요크(122)의 사이에 수직 방향을 따라 복수개가 소정 간격으로 서로 이격되게 배치될 수 있다.

한편 본 실시예에서는 하나의 레그(123)만을 도시하였으나, 본 발명에 따른 변압기가 3상 변압기로 이용되는 경우, 레그(123)는 3개가 나란하게 이격 배치되며, 각각의 레그(123)에는 각각 권선(130)이 배치될 수 있다.

권선(140, 150)은 철심(120)에 감겨지는 와이어(wire) 형태 또는 포일(foil) 형태의 도전체일 수 있으며, 제1 권선(150)과 제2 권선(140)을 포함할 수 있다. 여기서 제1 권선(150)은 고압 권선(또는 1차 권선)일 수 있으며, 제2 권선(140)은 저압 권선(또는 2차 권선)일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 실시예에 있어서, 저압 권선인 제2 권선(140)은 납작한 도전체가 실린더 형태로 레그(123)의 둘레를 따라 감겨져 형성되고, 고압 권선인 제1 권선(150)은 와이어 형태의 도전체가 나선 형태로 감겨져 형성된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 권선(140)도 제1 권선(150)의 형태로 형성하는 등 다양한 변형이 가능하다.

제2 권선(140)과 제1 권선(150)은 철심(120)의 레그(123)에 외경 방향으로 상호 적층되며 권선된다. 본 실시예의 경우 철심(120)의 레그(123)에 인접하게 제2 권선(140)이 먼저 배치되고, 제2 권선(140)과 절연 거리를 확보하며 제2 권선(140)의 외측에 제1 권선(150)이 배치된다.

이에 따라 제2 권선(140)과 제1 권선(150) 사이에는 절연유가 흐를 수 있는 공간이 형성된다. 이 공간에는 후술되는 배리어(180)가 배치된다.

제2 권선(140)은 철심(120)의 레그(123)와 일정거리 이격 배치된다. 철심(120)과 제2 권선(140) 간의 절연을 위해, 철심(10)과 제2 권선(140) 사이에는 절연 부재(미도시)가 개재될 수 있다.

제2 권선(140)과 제1 권선(150)은 도 5에 도시된 바와 같이 레그(123)의 길이 방향을 따라 적층 권선되는 복수의 섹션(S1-Sn, E1-En)을 포함한다. 섹션과 섹션 사이에는 돌기 형태의 절연 부재(미도시)가 개재된다. 이에 따라 인접한 두 개의 섹션(예컨대, E1, E2)은 서로 이격되며, 이격된 공간은 절연유가 흐르는 유로로 이용될 수 있다.

본 실시예에 있어서 제2 권선(140)은 하나의 섹션(예컨대, S1)이 하나의 코일 턴을 형성한다. 반면에 제1 권선(150)은 하나의 섹션(예컨대, E1)에 다수의 코일 턴이 포함된다. 본 실시예에서는 하나의 섹션(예컨대, E1)에 7개의 코일 턴이 형성되는 경우를 예로 들고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

각 코일 턴들은 절연지와 같은 절연 부재로 피복될 수 있다. 이에 인접한 다른 코일 턴들과 절연을 확보할 수 있다. 또한 필요에 따라 섹션들 사이 또는 코일 턴들 사이에 별도의 절연 부재를 삽입하여 상호 간에 절연을 확보하는 것도 가능하다.

제2 권선(140)과 제1 권선(150) 사이에는 배리어(180, barrier)가 배치된다. 배리어(180)는 제2 권선(140)과 제1 권선(150)의 이격 거리를 유지하고 상호 간의 절연을 확보한다.

이를 위해 배리어(180)는 실린더 형태로 형성되는 다수의 관형 부재(182)와, 관형 부재(182)들 사이에 개재되는 스페이서(184)를 포함한다.

관형 부재(182)는 동심원을 가지며 내경이 다른 다수의 관을 포함하며, 제2 권선(140)과 제1 권선(150) 사이의 공간에서 동심을 갖도록 이격 배치된다. 그리고 각각의 관형 부재(182) 사이에는 스페이서(184)가 개재되어 관형 부재(182)의 이격 거리를 규정한다.

관형 부재(182)나 스페이서(184)는 절연 재질로 형성되며, 예를 들어 프레스 보드(pressboard)가 이용될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 권선(150)의 코일 턴들 사이에는 삽입 부재들(160, 170)과 필러(190)가 개재된다.

삽입 부재들(160, 170)는 쉴드 부재(160)와 이격 부재(170)를 포함할 수 있다.

쉴드 부재(160)는 제1 권선(150) 중 높은 전위차가 발생하는 곳에 부분적으로 배치된다. 본 실시예에 따른 변압기(100)는 제1 권선(150)의 상단 외측에서 제2 권선(140)이나 접지와의 전위차가 가장 크게 형성된다. 따라서 쉴드 부재(160)는 제1 권선(150)의 상단 외측에 배치되는 코일 턴들 사이에 집중적으로 개재된다.

쉴드 부재(160)는 도전성 재질로 형성된다. 예를 들어, 쉴드 부재(160)는 도체 판을 절연지와 같은 절연 부재를 감싼 형태로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

이격 부재(170)는 제1 권선(150)의 코일 턴들 사이에 부분적으로 삽입되어 코일 턴들을 일정 거리 이격시킨다. 이에 코일 턴들 사이에 절연유가 흐를 수 있는 유로(도 5의 P)가 형성된다.

이격 부재(170)는 블록 형태로 형성될 수 있으며, 유로가 형성되어야 하는 위치에 선택적으로 배치될 수 있다.

이격 부재(170)는 절연 재질로 형성되며, 예를 들어 프레스 보드(pressboard)가 이용될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.

필러(190, filer)는 삽입 부재(160, 170)에 의해 발생되는 권선 폭의 변화를 최소화하기 위해 제1 권선(150)의 일측 또는 내측에 배치된다.

보다 구체적으로, 필러(190)는 제1 권선(150)의 내주면 또는 코일 턴들 사이에 배치되어 제1 권선(150)의 전체적인 형상을 완성한다. 제1 권선(150)의 경우, 상기한 바와 같이 쉴드 부재(160)와 이격 부재(170)가 코일 턴들 사이에 부분적으로 배치되므로 각 섹션들(E1-En)은 쉴드 부재(160)와 이격 부재(170)의 개수, 유무 등에 의해 외경과 내경에 차이가 발생될 수 있다.

따라서 본 실시예에 따른 변압기는 필러(190)를 이용하여 상기한 각 섹션들(E1-En)의 내경 또는 외경 차를 최소화한다.

필러(190)는 절연 재질로 형성되며, 예를 들어 프레스 보드(pressboard)가 이용될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 필러(190)는 제1 권선(150)의 내주면 상단 측(예컨대, 쉴드 부재가 배치된 섹션들의 내주면)에 배치된다. 이처럼 필러(190)는 전위차가 높은 부분, 그리고 제1 권선(150)과 제2 권선(140) 사이에 집중적으로 배치될 수 있다. 또한 전위차가 높은 제1 권선(150)의 상단으로 갈수록 두껍게 배치된다.

이 경우 필러(190)에 의해 제1 권선(150)과 제2 권선(140) 간의 이격 거리가 증가되는 효과가 있다. 또한 배리어(180)에 더하여, 절연성 재질인 필러(190)가 제1 권선(150)과 제2 권선(140) 사이에 배치되므로 상호 간의 절연 신뢰성을 높일 수 있다.

종래의 경우, 전위차가 높은 부분을 기준으로 제1 권선(150)과 제2 권선(140)간의 절연 거리를 규정하고 있다. 그러나 본 실시예의 경우, 전위차가 높은 부분에 절연성 재질의 필러(190)가 개재되므로 종래에 비해 상기 절연 거리를 줄일 수 있다.

이에 따라 제1 권선(150)과 제2 권선(140)간의 이격 거리를 줄일 수 있으므로, 변압기(100)의 전체적인 부피를 최소화할 수 있다. 또한 이격 거리를 줄임으로써 배리어(180)의 두께도 줄일 수 있어 제조 비용을 절감할 수 있다.

한편 본 실시예에서는 필러(190)가 제1 권선(150)의 내주면 뿐 아니라 제1 권선(150)의 코일 턴 사이에 개재될 수도 있다.

이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 변압기는, 삽입 부재로 인해 권선의 폭이 부분적으로 다르게 형성되더라도, 필러를 이용하여 전체적인 권선 폭을 동일하게 유지한다. 따라서 권선 내에 삽입 부재가 삽입되더라도 권선의 전체적인 형상을 유지할 수 있다.

또한 필러를 제1 권선과 제2 권선의 사이에 배치함에 따라, 제1 권선과 제2 권선 간의 절연 신뢰성을 높일 수 있으며, 이에 제1 권선과 제2 권선 간의 이격 거리도 최소화할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

예를 들어, 전술한 실시예에서는 제1 권선 측에만 필러가 구비되는 경우를 예로 들고 있으나, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 제2 권선에도 쉴드 부재나 이격 부재를 배치하고, 이에 더하여 필러를 배치하는 등 다양한 변형이 가능하다.

100: 변압기
120: 철심
140: 제2 권선, 저압 권선
150: 제1 권선, 고압 권선
160: 쉴드 부재
170: 이격 부재
180: 배리어
190: 필러

Claims (8)

1. 철심에 감기는 다수의 권선;
   상기 권선의 코일 턴 사이에 부분적으로 배치되는 삽입 부재; 및
   상기 삽입 부재에 의해 발생되는 상기 권선 폭의 변화를 최소화하기 위해 상기 권선의 일측 또는 내측에 배치되는 절연성 재질의 필러;
   를 포함하고,
   상기 권선은 외경 방향으로 상호 적층 권선되는 제1 권선과 제2 권선을 포함하며,
   상기 필러는 상기 제2 권선과 대면하는 상기 제1 권선의 일면에 배치되고 상기 권선의 상단으로 갈수록 두껍게 배치되는 변압기.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 필러는,
   프레스보드(pressboard)로 형성되는 변압기.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 삽입 부재는,
   상기 코일 턴들 사이에 삽입되어 상기 권선 내에 유로를 형성하는 이격 부재를 포함하는 변압기.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 삽입 부재는,
   도전성 재질로 형성되어 상기 코일 턴들 간의 절연을 확보하는 쉴드 부재를 포함하는 변압기.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 권선은 저압 권선과 고압 권선을 포함하며,
   상기 쉴드 부재와 상기 필러는 상기 고압 권선에 배치되는 변압기.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 저압 권선과 상기 고압 권선 사이에 배치되어 상호 간의 절연을 확보하는 배리어를 더 포함하며,
   상기 필러는 상기 배리어와 상기 고압 권선 사이에 배치되는 변압기.

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