KR102145840B1 - 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 권선을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 변압기에 관한 것으로, 이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 변압기는, 철심; 상기 철심에 다수의 권선들이 순차적으로 권선되며 내부에 유로가 형성된 권선부; 및 상기 철심에서 외경 방향으로 확장되고 권선부를 상부 권선과 하부 권선으로 분할하는 적어도 하나의 격벽;을 포함하며, 상기 격벽은 상기 상부 권선의 유로와 상기 하부 권선의 유로는 사이에 배치되어 상기 유로를 흐르는 냉비의 흐름을 차단할 수 있다.

Description

변압기{TRANSFORMER}

본 발명은 권선을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 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 변압기의 권선들을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도이다.

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 이격 배치되며, 이에 따라, 저압 권선(40)과 고압 권선(50) 사이에는 빈 공간(S)이 형성된다.

그리고 이러한 빈 공간(S)은 냉매인 공기의 유로로 이용된다. 즉 도 2에 도시된 바와 같이, 냉매의 자연 대류에 의해 변압기의 하부에서 냉매가 상기한 빈 공간(S)을 통해 변압기의 상부로 이동하게 되며, 이 과정에서 권선들(40, 50)이 냉각된다.

그런데 종래의 경우, 변압기의 하부에서 유입된 냉매는 변압기의 상부로 배출될 때까지 저압 권선(40)과 고압 권선(50) 사이에 배치되므로, 저압 권선(40)과 고압 권선(50)에 의해 냉매가 지속적으로 가열된다.

따라서 상부로 갈수록 냉각 효과가 저하된다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 권선을 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있는 변압기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 변압기는 철심; 상기 철심에 다수의 권선들이 순차적으로 권선되며 내부에 유로가 형성된 권선부; 및 상기 철심에서 외경 방향으로 확장되고 권선부를 상부 권선과 하부 권선으로 분할하는 적어도 하나의 격벽;을 포함하며, 상기 격벽은 상기 상부 권선의 유로와 상기 하부 권선의 유로는 사이에 배치되어 상기 유로를 흐르는 냉매의 흐름을 차단할 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 권선부는, 상기 철심에 권선되는 제1 권선; 및 상기 제1 권선을 내부에 수용하며 상기 철심에 권선되는 제2 권선;을 포함하며, 상기 유로는 상기 제1 권선과 상기 제2 권선 사이의 공간으로 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 격벽은, 외경이 상기 권선부의 최대 외경보다 크게 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 격벽은, 외경이 상기 권선부 최대 외경의 2배 이상으로 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 격벽은, 상기 상부 권선 및 상기 하부 권선과 일정 거리 이격 배치될 수 있다.

본 발명에 의하면, 하부 권선을 냉각시키며 가열된 냉매가 상부 권선 측으로 유입되는 것을 차단한다. 따라서 하부 권선뿐만 아니라, 상부 권선도 효과적으로 냉각시킬 수 있어 변압기의 전체적인 성능을 높일 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 변압기를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변압기를 개략적으로 도시된 사시도.
도 4는 도 3의 II-II′에 따른 단면을 나타낸 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 도시된 사시도이고, 도 4는 도 3의 II-II′에 따른 단면을 나타낸 단면도이다.

도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 변압기(100)는 수직형 몰드 변압기일 수 있으며, 철심(120) 및 권선(130)을 포함할 수 있다.

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 도 1에 도시된 바와 같이 권선(130)이 각각 배치될 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 본? 실시예에? 따른 ?레그(123)는 중심으로 갈수록 두꺼운 강판이 배치되고 양단으로 갈수록 얇은 강판이 배치될 수 있다.

권선(130)은 철심(120)에 감겨지는 와이어(wire) 형태 또는 포일(foil) 형태의 도전체일 수 있으며, 제1 권선(140)과 제2 권선(150)을 포함할 수 있다. 여기서 제1 권선(140)은 저압 권선(140, 또는 1차 권선)일 수 있으며, 제2 권선(150)은 고압 권선(150, 또는 2차 권선)일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 실시예에 있어서, 고압 권선(150)인 제2 권선(150)은 와이어 형태의 도전체가 원형의 링 형태로 감겨져 형성되고, 저압 권선(140)인 제1 권선(140)은 포일(foil) 형태의 도전체가 원형의 링 형태로 말려져 형성된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 저압 권선(140)과 고압 권선(150)은 철심(120)의 레그(123)에 상호 적층되며 권선된다. 본 실시예의 경우 철심(120)의 레그(123)에 인접하게 저압 권선(140)이 먼저 배치되고, 저압 권선(140)과 절연 거리를 확보하며 고압 권선(150)이 배치된다.

이에 따라 저압 권선(140)과 고압 권선(150) 사이에는 냉매(예컨대, 공기)가 흐를 수 있는 공간이 형성된다.

또한 본 실시예에 따른 변압기(100)는 적어도 하나의 격벽(160)을 구비한다.

격벽(160)은 철심(120)의 레그(123)에서 외경 방향으로 확장되어 형성되며, 편평한 판 형태로 형성된다.

격벽(160)에 의해, 저압 권선(140)과 고압 권선(150)은 두 부분으로 분할된다. 즉, 권선(130)은 격벽(160)의 상부에 배치되는 권선 부분(130a, 이하 상부 권선)과, 격벽(160)의 하부에 배치되는 권선 부분(130b, 이하 하부 권선)으로 구분된다.

격벽(160)의 폭, 즉 격벽(160)의 지름은 권선(130)의 지름보다 크게 형성된다. 보다 구체적으로, 격벽(160)의 외경은 가장 외측에 배치되는 제2 권선(150)의 외경보다 크게 형성된다.

격벽(160)의 외경과 제2 권선(150)의 외경이 유사한 크기로 형성되는 경우, 하부 권선(130b)을 통과한 냉매가 다시 상부 권선(130a)으로 유입될 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 격벽(160)은 하부 권선(130b)을 통과한 냉매가 상부 권선(130a)으로 유입되기 어려운 크기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 격벽(160)의 외경은 제2 권선(150) 최대 외경의 2배 이상으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 인접한 다른 레그나 변압기(100)의 외함(미도시)과 접촉하지 않는 범위 내에서 최대한 크게 형성될 수 있다.

또한 격벽(160)은 상부 권선(130a) 및 하부 권선(130b)과 일정 거리 이격 배치된다. 이때, 상부 권선(130a)과 이격된 공간은 상부 권선(130a)의 외부에 위치하는 냉매가 상부 권선(130a)의 내부로 유입되는 유로로 이용되고, 하부 권선(130b)과 이격된 공간은 하부 권선(130b)을 통과한 가열된 냉매가 외부로 배출되는 유로로 이용된다.

이러한 격벽(160)은 저압 권선(140)과 고압 권선(150) 사이의 공간을 흐르는 냉매의 흐름을 최적화하여, 냉각 효율을 높이기 위해 구비된다.

격벽(160)이 없는 종래의 경우, 변압기(100)의 하부에서 유입된 냉매는 변압기(100)의 상부를 향해 선형으로 상승하므로, 상부로 갈수록 냉매가 지속적으로 가열된다.

이에 따라 상부에 배치된 권선들(130)의 열은 효과적으로 제거하지 못한다는 단점이 있다.

반면에 본 실시예에 따른 변압기(100)는 격벽(160)을 구비하므로, 하부 권선(130)을 통과한 냉매는 격벽(160)을 만나게 되고, 격벽(160)의 하부면을 따라 레그의 외경 방향으로 이동한 후, 외부로 배출된다.

그리고 상부 권선(130)에는 하부 권선(130)을 통과한 냉매가 아닌, 새로운 냉매가 유입되어 상부 권선(130a)을 냉각시킨다. 따라서 가열된 냉매가 아닌, 저온의 냉매가 상부 권선(130a)을 냉각시키므로 상부 권선(130a)과 하부 권선(130b) 모두를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 변압기(100)는 하부 권선(130b)을 통과한 냉매 중 일부가 상부 권선(130a) 측으로 유입될 수 있다. 그러나 이는 상부 권선(130a)으로 유입되는 냉매의 매우 일부이므로, 냉매의 온도에 큰 영향을 주지 않는다.

이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 변압기는 수직형 변압기이므로 권선에서 열이 발생하면 열에 의해 가열된 냉매가 변압기의 상부로 이동하게 되고, 변압기의 하부로부터 저온의 냉매가 권선 내부로 유입된다.

또한 격벽을 이용하여 하부 권선에 의해 가열된 냉매가 상부 권선 측으로 유입되는 것을 차단한다. 따라서 하부 권선뿐만 아니라, 상부 권선도 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 이에 변압기의 전체적인 성능을 높일 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.

100: 변압기
120: 철심
130: 권선
140: 고압 권선, 제2 권선
150: 저압 권선, 제1 권선
160: 격벽

Claims (5)

1. 철심;
   상기 철심에 다수의 권선들이 순차적으로 권선되며 내부에 유로가 형성된 권선부; 및
   상기 철심에서 외경 방향으로 확장되고 권선부를 상부 권선과 하부 권선으로 분할하는 적어도 하나의 격벽;
   을 포함하며,
   상기 격벽은,
   상기 상부 권선 및 상기 하부 권선과 일정 거리 이격 배치되고, 상기 상부 권선의 유로와 상기 하부 권선의 유로 사이에 배치되어 상기 유로를 흐르는 냉매의 흐름을 차단하는 변압기.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 권선부는,
   상기 철심에 권선되는 제1 권선; 및
   상기 제1 권선을 내부에 수용하며 상기 철심에 권선되는 제2 권선;
   을 포함하며,
   상기 유로는 상기 제1 권선과 상기 제2 권선 사이의 공간으로 형성되는 변압기.
   
3. 철심;
   상기 철심에 다수의 권선들이 순차적으로 권선되며 내부에 유로가 형성된 권선부; 및
   상기 철심에서 외경 방향으로 확장되고 권선부를 상부 권선과 하부 권선으로 분할하는 적어도 하나의 격벽;
   을 포함하며,
   상기 격벽은,
   상기 상부 권선의 유로와 상기 하부 권선의 유로 사이에 배치되어 상기 유로를 흐르는 냉매의 흐름을 차단하고, 외경이 상기 권선부의 최대 외경보다 크게 형성되는 변압기.
   
4. 철심;
   상기 철심에 다수의 권선들이 순차적으로 권선되며 내부에 유로가 형성된 권선부; 및
   상기 철심에서 외경 방향으로 확장되고 권선부를 상부 권선과 하부 권선으로 분할하는 적어도 하나의 격벽;
   을 포함하며,
   상기 격벽은,
   상기 상부 권선의 유로와 상기 하부 권선의 유로 사이에 배치되어 상기 유로를 흐르는 냉매의 흐름을 차단하고, 외경이 상기 권선부 최대 외경의 2배 이상으로 형성되는 변압기.
   
5. 삭제

Images