KR102153359B1 - 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이형 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기에 관한 것으로서, 이형 변을 갖는 복수의 도체판이 권취된 코어; 코어의 제1 장변을 중심으로 권취되며 제1 저압권선부 및 제1 케이블 고압권선부를 포함하는 제1 권선부; 코어의 제2 장변을 중심으로 권취되며 제2 저압권선부 및 제2 케이블 고압권선부를 포함하는 제2 권선부; 제1 저압권선부 및 제2 저압권선부에 포함된 복수의 저압권선들의 턴(turn) 사이에 배치하며 일정 간격 이격된 복수의 층간 절연지를 포함하는 절연층; 및 복수의 층간 절연지 사이에 배치되는 복수의 유체 유로를 포함하고, 복수의 층간 절연지는 제1 장변 및 제2 장변에 평행한 방향으로 연장되며 제1 권선부 및 제2 권선부의 양 측 단변부에 형성되고, 복수의 유체 유로는 복수의 층간 절연지와 평행한 방향으로 연장되며 방향으로 연장된 유체 유로를 통해 외부로부터 유입된 공기가 하부에서 상부방향으로 이동하며 제1 권선부 및 제2 권선부를 건식 냉각한다. 이에, 사각형 형상으로 감긴 코어를 사용하여 코어를 쌓는 과정을 생략함으로써 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기의 제작 과정을 단축할 수 있다.

Description

이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기{A Cable Transformer Winding With Different Edge}
본 발명은 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 효율 및 수명이 향상된 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기다.
케이블 변압기는 기존의 유입변압기가 갖고 있는 화재 및 폭발 위험성, 절연유 누출에 따른 환경오염 가능성 등을 극복하기 위해 개발된 변압기로서 절연유를 사용하지 않는 건식 변압기이기 때문에 화재 및 폭발의 위험이 없을 뿐 아니라, 절연유 누출로 인한 환경오염의 우려도 없다.
또한, 케이블 변압기는 기존 유입변압기에 비해 저손실, 고효율 변압기로서 화재나 폭발의 위험이 없기 때문에 부하 근처에 설치할 수 있으므로 공간에 따른 제약이 감소할 수 있고, 부하 근처까지 고전압 송전이 가능하므로 선로의 전력손실도 저감시킬 수 있다.
케이블 변압기에 사용되는 케이블은 기존의 전력용 케이블에서 최외각 쉬스 및 금속 스크린을 제거한 형태로서 도체, 내측 반도전층, 고체 절연층, 외측 반도전층으로 구성된다. 케이블 변압기의 절연은 XLPE 절연층이 담당하며, 이것은 기존 절연유 변압기의 절연매체인 절연유의 절연특성과 비교되는 절연물질로 알려져 있다.
케이블 변압기의 주된 특성 중 하나는 고전압 권선에서 각 턴(turn)에 대하여 외측 반도전층을 접지하는 것이다. 케이블 변압기의 절연특성을 결정짓는 요소 중의 하나가 이 반도전층의 저향률인데, 전계의 과다 집중시 저항률이 매우 높은 경우 각 턴에 인가되는 전계에 의해 반도전층 절연파괴의 우려가 있고, 저항률이 매우 낮은 경우 접지된 단자를 통해 쉽게 전류가 흘러 손실의 원인이 되어 전체적인 변압기의 효율을 떨어뜨리게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 케이블 변압기 부피를 최소화함으로써 부하 밀집지역 및 수용가 근처에도 설치가 가능한 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 오일을 사용하지 않으므로 절연유 누출 위험 및 폭발의 위험이 없으므로 불특정 다수의 위험을 최소화할 수 있는 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 부품의 간소화로 제작 시간을 단축시키고 현장에서 조립 설치를 할 수 있는 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기를 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기는 이형 변을 갖는 복수의 도체판이 권취된 코어; 코어의 제1 장변을 중심으로 권취되며 제1 저압권선부 및 제1 케이블 고압권선부를 포함하는 제1 권선부; 코어의 제2 장변을 중심으로 권취되며 제2 저압권선부 및 제2 케이블 고압권선부를 포함하는 제2 권선부; 제1 저압권선부 및 제2 저압권선부에 포함된 복수의 저압권선들의 턴(turn) 사이에 배치하며 일정 간격 이격된 복수의 층간 절연지를 포함하는 절연층; 및 복수의 층간 절연지 사이에 배치되는 복수의 유체 유로를 포함하고, 복수의 층간 절연지는 제1 장변 및 제2 장변에 평행한 방향으로 연장되며 제1 권선부 및 제2 권선부의 양 측 단변부에 형성되고, 복수의 유체 유로는 복수의 층간 절연지와 평행한 방향으로 연장되며 방향으로 연장된 유체 유로를 통해 외부로부터 유입된 공기가 하부에서 상부방향으로 이동하며 제1 권선부 및 제2 권선부를 건식 냉각한다. 이에, 사각형 형상으로 감긴 코어를 사용하여 코어를 쌓는 과정을 생략함으로써 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기의 제작 과정을 단축할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 제1 저압권선부는 제1 케이블 고압권선부의 내측면으로 후퇴되도록 배치되고, 제2 저압권선부는 제2 케이블 고압권선부의 내측면으로 후퇴되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 층간 절연지에 의해 형성된 유체 유로는 제1 권선부 및 제2 권선부의 단변부에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 코일은 판상 도체로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 저압권선부, 제1 케이블 고압권선부, 제2 저압권선부 및 제2 케이블 고압권선부는 사각형 형상으로 권취되고 둥근 모서리를 갖을 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 저압권선부 및 제2 저압권선부에 포함된 저압권선들의 층 사이에서 유체 유로의 양 측에 배치되는 한 쌍의 스페이서를 더 포함될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 권선부 및 제2 권선부의 상부를 지지하는 상부 조임쇠; 제1 권선부 및 제2 권선부의 하부를 지지하는 하부 조임쇠; 및 제1 권선부 및 제2 권선부의 양 측을 지지하는 측판 조임쇠를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 저압권선부, 제1 케이블 고압권선부, 제2 저압권선부 및 제2 케이블 고압권선부는 두 개의 원통형 롤러에 의해 압착되면서 권취되고, 롤러는 6R의 압력을 갖을 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 사각형 형상으로 감긴 코어를 사용하여 코어를 쌓는 과정을 생략함으로써 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기의 제작 과정을 단축할 수 있다.
또한, 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기의 냉각을 위한 통로(유체 유로)를 저압권선부에만 형성함으로써 부품의 간소화와 동시에 형성함으로써 냉각의 효율성을 증가시킬 수 있다.
또한, 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기의 전체 중량 및 부피를 줄임으로써 부하 밀집지역 및 수용가 근처에도 설치할 수 있어 설치 공간에 따른 제약을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명은 절연유를 대신 공냉식 절연을 채택함으로써 절연유 누출 및 폭발에 따른 위험을 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기의 전체적인 제작 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기의 권선부에 대한 사시도이다.
도 4는 도 3의 X영역에 대한 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기를 상부 방향에서 바라본 평면도이다.
도 6은 도 5의 Y영역에 대한 확대도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기의 상부 영역에 대한 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기의 하부 영역에 대한 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기의 권선을 권취하는 압착장비에 대한 도면이다.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하의 설명에서 제1, 제2 등과 같은 서수식 표현은 서로 동등하고 독립된 객체를 설명하기 위한 것이며, 그 순서에 주(main)/부(sub) 또는 주(master)/종(slave)의 의미는 없는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기의 개략도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기의 전체적인 제작 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기의 권선부에 대한 사시도이다. 도 4는 도 3의 X영역에 대한 확대도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기를 상부 방향에서 바라본 평면도이다. 도 6은 도 5의 Y영역에 대한 확대도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기의 상부 영역에 대한 부분 단면도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기의 하부 영역에 대한 부분 단면도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기의 권선을 권취하는 압착장비에 대한 도면이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)는 저압권선 몰드를 형성한다(S100). 이후, 저압권선 몰드의 외각에 저압권선 및 고압권선을 순차적으로 권취한다(S200). 본 발명에서, 저압권선 몰드란 저압권선이 권취될 수 있도록 지지하는 관으로서, 저압권선관(130)이라고 지칭될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)는 코어(200), 제1 권선부(110) 및 제2 권선부(120)를 포함한다. 바람직하게는, 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)를 고정하기 위한 상부 조임쇠(700), 하부 조임쇠(800) 및 측판 조임쇠를 더 포함할 수 있다. 상부 조임쇠(700) 및 하부 조임쇠(800)에 대한 구체적인 설명은 추후 설명하기로 한다.
이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)는 권선 재료로 케이블을 사용하고 절연유 또는 공기를 냉각매체로 사용하는 변압기이다. 이에, 냉각효율이 비교적 낮아 공기가 유통되기 위한 덕트(duct)가 형성되어야 하며, 반경방향으로 많은 레이어 층이 형성되므로 권선을 지지할 지지물을 더 포함할 수 있다.
이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)의 권선 방식은 레이어 방식이며 본 발명의 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)는 저압권선부(111, 121) 및 고압권선부(112, 122)를 포함한다. 이때, 저압권선부(111, 121) 및 고압권선부(112, 122)의 하나의 레이어당 턴(turn) 수는 변압기 크기, 저압권선의 높이를 고려하여 결정될 수 있다.
도 1을 참조하면, 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)의 중심에는 도전성이 우수한 코어(200)가 배치된다. 코어(200)는 제1 권선부(110) 및 제2 권선부(120)의 중심부를 관통하며 상하측이 모두 연결된 'ㅁ'자 형상을 갖는다.
구체적으로, 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)의 코어(200)는 전기장을 형성할 수 있도록 복수의 도체판으로 구성된다. 도체판들은 얇은 두께를 가지며 절연 적층될 수 있으며, 서로 이격되어 수직방향으로 배치되는 두개의 수직부 및 수평부로 구성된다. 즉, 코어(200)는 복수의 도체판이 겹쳐져서 직사각형 형상을 갖는다.
그리고, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 코어(200)를 중심으로 병렬 구조를 갖는 권선부(110, 120)가 권취된다. 구체적으로, 제1 장변(201)을 중심으로 제1 권선부(110)가 권취되고, 제2 장변을 중심으로 제2 권선부(120)가 권취된다. 이때, 제1 권선부(110) 및 제2 권선부(120)에는 저압권선부(111, 121)와 고압권선부(112, 122)가 순차적으로 권취된다.
제1 권선부(110) 및 제2 권선부(120)는 폴리에틸렌(Polyethelene) 절연을 한 다수의 케이블로 구성되며, 본 발명에서의 케이블은 XLPE 케이블에 해당한다. XLPE 케이블은 유기 과산화수소(Organic Peroxides)를 사용하여 가교 반응을 통해 그 화학 구조가 변형되어 가교 폴리에틸렌으로 변형된 케이블이다.
구체적으로, 제1 권선부(110) 및 제2 권선부(120)는 저압권선부(111, 121) 및 고압권선부(112, 122)를 포함한다.
도 5를 참조하면, 저압권선부(111, 121)는 저전압이 인가되는 복수의 전선(또는 코일(101))이 저압권선을 이루고, 저압권선들이 다층으로 이루어진 구성으로서, 도체 외부의 전계를 균일하게 하여 전기적 스트레스(Stress)를 최소화할 목적으로 사용된다. 또한, 저압권선부(111, 121)는 압출된 반도전 폴리에틸렌 재질로 형성되며, 도체와의 화학작용 등이 일어나지 않으므로 도체에 해로운 영향을 끼치지 않는다.
구체적으로, 저압권선부(111, 121)는 코어(200)의 제1 장변(201)을 중심으로 하여 권취되는 제1 저압권선부(111) 및 코어(200)의 제2 장변을 중심으로 하여 권취되는 제2 저압권선부(121)를 포함한다. 여기서, 제1 저압권선부(111) 및 제2 저압권선부(121)의 권선들은 사각형(Regtangular) 형상을 갖는다.
고압권선부(112, 122)는 고전압이 인가되는 복수의 코일(101)이 고압권선을 이루고, 고압권선들이 다층으로 이루어진 구성이다. 또한, 도 2를 참조하면, 고압권선부(112, 122)는 코어(200)의 제1 장변(201)을 중심으로 하여 권취되는 제1 케이블 고압권선부(112) 및 코어(200)의 제2 장변을 중심으로 하여 권취되는 제2 케이블 고압권선부(122)를 포함한다.
도 5를 참조하면, 제1 저압권선부(111)에는 제1 케이블 고압권선부(112)가 권취되고, 제2 저압권선부(121)에는 제2 케이블 고압권선부(122)가 권취되는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 사각형 형상을 갖는 제1 저압권선부(111) 및 제2 저압권선부(121) 외측에 권취되는 제1 케이블 고압권선부(112) 및 제2 케이블 고압권선부(122) 또한 사각형 형상을 갖는다.
또한, 본 발명에서 저압권선부(111, 121)의 저압권선들은 쉬트(Sheet) 권선 형태이며 2개의 병렬 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 저압권선은 알루미늄 포일(foil)을 사용하고, 고압권선은 23kv 급 XLPE 케이블을 사용한다.
또한, 고압권선은 수십 턴으로 구성되기 때문에 고전압이 인가됨에 따라 절연 내력을 가져야 하며, 선간 단락 등 이상상태에 대비하여 케이블 전체를 접지해야 한다. 이 접지는 케이블 외부 반도전층에서 실시해야 하므로 외부 반도전층의 저항이 낮아야 한다.
이에, 고압권선은 저압권선의 외측에서 고전압이 인가됨에 따라 절연 내력을 가져야 한다. 한편, 본 명세서에서 저압권선부(111, 121) 및 고압권선부(112, 122)는 각각 내부 반도전층 및 외부 반도전층으로 지칭될 수도 있다.
또한, 후술하겠지만 제1 권선부(110) 및 제2 권선부(120)의 최외곽에 배치한 권선 즉, 제1 케이블 고압권선부(112) 및/또는 제2고압권선부(122)는 접지가 가능한 구조를 갖는다.
저압권선부(111, 121) 및 고압권선부(112, 122)를 구성하는 복수의 코일(101)은 통상적으로 전도성을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 예컨대, 알루미늄(Aluminium), 알루미늄 합금, 구리(Annealed Cooper), 구리 합금 또는 그들의 조합 등으로 제조된다.
이에, 저압권선부(111, 121) 또는 고압권선부(112, 122)를 구성하는 복수의 코일(101)은 구리 또는 알루미늄의 소선을 꼰 형태로 크게 원형(Concentric) 연선, 원형압축(Compact Circular) 연선, 분할압축(Segmental Compact Circular) 연선 중 어느 하나일 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)는 절연층(150)을 더 포함한다. 여기서, 절연층(150)은 저압권선부(111, 121) 및 고압권선부(112, 122) 간의 밀착 및 공극(Void)을 방지하기 위한 구성으로서 압출 가교 폴리에틸렌(XLPE)으로 구성된다. 예컨대, 절연층(150)은 바니쉬, 폴리이미드(Polyimide), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리아미드이미드(polyamideimides), 폴리에스테르(polyester), 폴리 에스테르 이미드(polyesterimide), 멜라민 수지 (melamine resin), 에폭시수지(epoxy resin) 등을 포함한다.
구체적으로, 절연층(150)은 복수의 층간 절연지(153) 및 유체 유로(151) 및 스페이서(152)를 포함하며, 복수의 층간 절연지(153)는 일정 간격 이격 배치된다. 한편, 본 발명에서 절연층(150)은 저압권선부(111, 121)에만 형성되며, 저압권선부(111, 121) 내의 저압권선들의 한 층 또는 그 이상의 층마다 층간 절연지(153)가 한 층씩 배치된다. 예컨대, 한 층의 저압권선마다 층간 절연지(153)를 배치할 수도 있고, 두 층 또는 그 이상의 저압권선마다 층간 절연지(153)를 배치할 수도 있다. 유체 유로(151) 및 스페이서(152)에 대한 구체적인 설명은 추후 설명하기로 한다.
구체적으로, 본 발명의 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)는 최외각층(고압권선)이 접지되므로 별도의 고압과 저압 사이의 절연을 하지 않는다. 즉, 층간 절연지(153)는 저압권선부(111, 121)와 고압권선부(112, 122) 사이 또는 고압권선부(112, 122)의 권선들 사이에 배치될 필요가 없다.
따라서, 본 발명은 층간 절연지(153)의 배치를 줄임으로써 절연간격을 최소화할 수 있고, 이에 따라 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)의 전체 중량 및 부피를 효율적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 층간 절연지(153)가 형성된 저압권선부(111, 121)에 권선을 다수 회 권취하는 경우, 층간 절연지(153)의 두께가 일정하지 않으면 층간 절연지(153)에 의해 서로 접하는 권선 간에 틈새가 발생할 수 있다. 이에 따라, 발생된 틈새로 인하여 전계 불균일 등의 결함이 발생되어 권선의 절연강도가 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명은 층간 절연지(153)의 두께가 일정하도록 절연 내력이 강한 노맥스(Nomex) 절연지를 사용하고, 층간 절연지(153)의 높이를 3.2t 내지 4t로 형성함으로써 절연 내력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 단, t는 두께의 단위로서 mm를 의미하는 것을 특징으로 한다.
이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)의 외부 반도전층은 절연체 표면의 이온화 가능성을 최소화하기 위하여　반도전성 컴파운드(semi-conductive compound materials)를 압출하여 형성시킬 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 저압권선과 고압권선의 지지를 위하여 우드(Wood) 블록(WB)을 사용한다. 우드 블록(WB)은 나무로 이루어져 있기 때문에 습기에 강하고 강도 유지가 가능하며, 권선 상하부에 배치된다.
일반적으로, 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)의 권선들은 원형 형상을 갖도록 권취되는데 2R(R은 1.717mm)정도의 곡률반경(Radius of Curvature, R)을 갖도록 압력을 가해서 권선이 타원 형상을 갖도록 변형할 수 있다. 다만, 2R이상의 곡률반경을 갖도록 압력을 가하면 권선이 단락될 수 있으므로 권선이 사각형 형상을 갖도록 변형시키는 것은 어렵다는 문제가 있다.
이에, 본 발명은 도 9와 같이 권선을 사각형 형상으로 형성하기 위해 압착장비를 이용하여 6R정도의 곡률반경을 갖도록 압력을 가해 권선이 압착되면서 권취될 수 있도록 한다.
구체적으로, 롤러 지지 프레임(930)에 고정된 제1 롤러(920-1)와 제2 롤러(920-2)는 권선 권취용 코어(940)의 하측에 배치된다. 제1 롤러(920-1)와 제2 롤러(920-2)는 권선 권취용 코어(940)의 측면에 접하며 6R 정도의 곡률반경을 갖도록 압력이 가해져 압착되면서 회전된다. 이때, 제1 롤러(920-1)와 제2 롤러(920-2)에 의해 권선 권취용 코어(940)의 외측면을 따라 권취되는 권선부(910)는 권선들의 턴 마다 일정 간격 이격된 상태로 권취된다. 여기서, 권선부(910)는 제1 권선부(110) 및 제2 권선부(120)와 동일한 구성으로 보는 것이 바람직하다.
또한, 제1 롤러(920-1)와 제2 롤러(920-2)를 통해 권취된 권선부(910)는 권선 권취용 코어(940)의 가장자리를 따라 모서리가 수직이 아니라 소정 각도를 갖도록 권취된다. 다시 말해, 둥근 모서리를 갖도록 권취된다.
이어서, 유체 유로(151) 및 스페이서(152)를 삽입한다(S300). 이어서, 측판 조임쇠를 이용하여 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)의 측판을 고정한다(S400).
구체적으로, 유체 유로(151)는 레일(Rail) 형상으로 형성된 덕트로서, 저압권선관(130) 위에 유체 유로(151)와 스페이서(152)로 고정한다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 유체 유로(151)와 스페이서(152) 매수로 저압권선관(130)을 구성하는 코일(101)과 코일(101) 사이(또는 층과 층 사이)를 고정할 수 있다.
이에, 본 발명은 저압권선부(111, 121)와 고압권선부(112, 122) 사이에 층간 절연지(153)를 배치하지 않고도 유체 유로(151)와 스페이서(152)를 형성함으로써 각각의 공간(저압권선부 및 고압권선부)을 분리할 수 있다.
또한, 유체 유로(151)는 도 5와 같이, 저압권선부(111, 121)들 사이에서 일정 간격으로 배치되며, 유체 유로(151)를 통해 공기, 절연유 등 절연을 위한 물질들이 통과할 수 있다.
한편, 본 발명에서 유체 유로(151) 및 층간 절연지(153)는 코어(200)를 중심으로 권취된 제1 권선부(110)와 제2 권선부(120)의 상측 및 하측에만 배치될 뿐, 좌측 및 우측에는 배치되지 않는다.
이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)의 권선부(110, 120)에 포함되는 전선(101)들은 원통 형상이므로 최상측 및 최하부측에서 전선(101)들을 지지해주지 않으면 전선(101)들이 단락될 수 있는 문제가 있다. 이에, 본 발명은 도 7 및 도 8과 같이, 전산 볼트(702)를 전선(101)들과 수직한 방향으로 일정 간격 이격 배치시킴으로써, 전선(101)들을 지지할 수 있다.
또한, 도 7 및 도 8을 참조하면, 전산 볼트(702)의 일 측에 배치된 전선(101)들은 최상측 및 하측에 네모 블록을 통해 고정되고, 전산 볼트는 펑 와샤(703), 스프링 와샤(704) 및 육각너트(705)를 통해 상부 조임쇠(700) 및 하부 조임쇠(800)에 고정될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)는 기본적으로 외함(또는 본체)을 갖지 않는 것이 바람직 하나, 경우에 따라서는 외함 내에 포함되는 구성일 수 있다.
따라서, 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)의 냉각을 위한 통로(유체 유로)를 저압권선부에만 형성함으로써 부품의 간소화와 동시에 형성함으로써 냉각의 효율성을 증가시킬 수 있다.
또한, 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)의 전체 중량 및 부피를 줄임으로써 부하 밀집지역 및 수용가 근처에도 설치할 수 있어 설치 공간에 따른 제약을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명은 사각형 형상으로 감긴 코어(200)를 사용하여 코어를 쌓는 과정을 생략함으로써 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)의 제작 과정을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명은 절연유를 대신 공냉식 절연을 채택함으로써 절연유 누출 및 폭발에 따른 위험을 최소화할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 갖을 때, 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)는 후술할 특징들을 갖을 수 있다. 구체적으로 기중(氣中) 절연 방식으로 철심의 온도 등에 견딜 수 있는 내열성을 구비한다. 또한, 단락사고시 고압권선과 저압권선에서 발생하는 전자기계력 즉 수평력(Horizontal force)과 수직력(vertical force)에 견딜 수 있는 권선 배치와 조임쇠 구조를 갖는다. 또한, 국부과열에 견딜 수 있는 냉각통로를 확보할 수 있다.
또한, 케이블 최외층은 접지하여, 전체 절연내력은 XLPE층에서 담당하는 구조를 갖을 수 있다. 또한, 굴곡특성이 우수하고 열적인 스트레스에서도 경년열화가 최소화 되도록 절연 및 반도전 재료를 선정할 수 있다.
또한, 유입 변압기의 전계 세기는 턴(turn) 사이 절연유 갭(oil gap)에 집중되나 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)는 전체적으로 균일하기 때문에 절연 설계를 단순화 할 수 있으며 도체 표면의 전계분포를 일정하게 유지하므로 케이블에 의한 절연을 통해 절연성능의 극대화가 가능하다.
이에 따라, 본 발명의 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)의 권선들은 다음과 같은 권선 설계 요건을 고려하여 설계된다.
먼저, 기존 변압기에서 절연 시스템의 절연강도 와 권선의 전자 기계력과 대응 기계적 강도 및 열적 한도가 모두 내부적인 요소에 의존적이나 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)에서는 철심, 권선, 외함 등 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100) 전체를 구성하는 요소들의 기본 기능이 독립적으로 최적화된다.
또한, 기존 유입 변압기의 절연은 절연지(ikp), 절연판(pressboard) 및 절연유 방식의 절연 시스템으로서, 정격부하에서 낮은 전압 스트레스를 가지나 부하의 순간적인 변동에 의한 초고전압이나 차단기 스위칭 시의 고전압에 노출된다. 이에, 턴과 턴 및 권선과 권선의 절연시 이러한 스위칭 동작 영향을 고려하여야 하며 단락시 전자 기계력에 대응하여 고압과 저압, 층간 턴수의 조정등 권선 배치의 정확도와 권선 내부의 전기적 강도 결정에 영향을 주는 작업장 내의 환경, 즉, 권선 내부의 청결도에 유의를 해야 한다.
따라서, 본 발명의 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)는 상대적으로 배제하거나 또는 극히 일부분만 적용하므로 설계를 단순화할 수 있다.
또한, 본 발명의 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)는 기존 절연유 변압기보다 설계상 부피가 크지만 일반적으로 바닥 면적은 비슷하며, 공정 시간은 더 적고, 설계와 조립에 있어서의 유연성 크기 때문에 수용가 요구 조건 수용이 보다 더 자유로운 효과가 있다.
또한, 권선의 두께는 일정해야 하고 총 길이에 제한이 없어 설치가 자유롭고, 기존 변압기보다 무부하 손실이 높은 동손이 낮아 총손실은 오히려 적어진다.
또한, 전력계통이 직격뇌를 맞았을 때 순시 고주파, 고전압이 변압기 상단이나 케이블에 전달되어 설치된 전기 설비에 영향을 주므로 이를 회피하기 위하여 디스크(disc) 권선을 사용하여나 하나 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)의 권선은 고른 분포를 얻을 수 있어 디스크 권선을 대신할 수 있다.
또한, 기존 변압기에서 소음은 절연유와 철심을 통해 쉽게 외부 탱크로 전달되면서 발생한 반면, 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기(100)의 경우 절연유에 비해 공기의 낮은 음향 전도도 때문에 소음이 상대적으로 적다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기 101: 코일
110: 제1 권선부 111: 제1 저압권선부
112: 제1 케이블 고압권선부 120: 제2 권선부
121: 제2 저압권선부 122: 제2 케이블 고압권선부
130: 저압권선관 140: 고압권선관
150: 절연층 151: 유체 유로
152: 스페이서 153: 층간 절연지
160: 프레임 170: 채널
200: 코어 201: 제1 장변
202: 제2 장변 700: 상부 조임쇠
702: 전산 볼트 703: 펑 와샤
704: 스프링 와샤 705: 육각너트
800: 하부 조임쇠 900:지지프레임

Claims (7)

  1. 이형 변을 갖는 복수의 도체판이 권취된 코어;
    상기 코어의 제1 장변을 중심으로 권취되며 제1 저압권선부 및 제1 케이블 고압권선부를 포함하는 제1 권선부;
    상기 코어의 제2 장변을 중심으로 권취되며 제2 저압권선부 및 제2 케이블 고압권선부를 포함하는 제2 권선부;
    상기 제1 저압권선부 및 상기 제2 저압권선부에 포함된 복수의 저압권선들의 턴(turn) 사이에 배치하며 일정 간격 이격된 복수의 층간 절연지를 포함하는 절연층;
    상기 복수의 층간 절연지 사이에 배치되는 복수의 유체 유로; 및
    상기 제1 저압권선부 및 상기 제2 저압권선부에 포함된 저압권선들의 층 사이에서 상기 유체 유로의 양 측에 배치되는 한 쌍의 스페이서를 포함하고,
    상기 복수의 층간 절연지는 상기 제1 장변 및 상기 제2 장변에 평행한 방향으로 연장되며 상기 제1 권선부 및 상기 제2 권선부의 양 측 단변부에 형성되고,
    상기 복수의 유체 유로는 상기 복수의 층간 절연지와 평행한 방향으로 연장되며 상기 방향으로 연장된 유체 유로를 통해 외부로부터 유입된 공기가 하부에서 상부방향으로 이동하며 상기 제1 권선부 및 상기 제2 권선부를 건식 냉각하고,
    상기 제1 저압권선부 및 상기 제2 저압권선부에 포함된 저압권선들의 층 사이에서 상기 유체 유로의 양 측에 배치되는 한 쌍의 스페이서를 더 포함하는,
    이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 저압권선부는 상기 제1 케이블 고압권선부의 내측면으로 후퇴되도록 배치되고,
    상기 제2 저압권선부는 상기 제2 케이블 고압권선부의 내측면으로 후퇴되도록 배치되는,
    이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 층간 절연지에 의해 형성된 상기 유체 유로는 상기 제1 권선부 및 상기 제2 권선부의 단변부에 배치되는,
    이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코어는 판상 도체로 형성되는,
    이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 저압권선부, 상기 제1 케이블 고압권선부, 상기 제2 저압권선부 및 상기 제2 케이블 고압권선부는 사각형 형상으로 권취되고 둥근 모서리를 갖는,
    이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 권선부 및 상기 제2 권선부의 상부를 지지하는 상부 조임쇠;
    상기 제1 권선부 및 상기 제2 권선부의 하부를 지지하는 하부 조임쇠; 및
    상기 제1 권선부 및 상기 제2 권선부의 양 측을 지지하는 측판 조임쇠를 더 포함하는,
    이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 저압권선부, 상기 제1 케이블 고압권선부, 상기 제2 저압권선부 및 상기 제2 케이블 고압권선부는 두 개의 원통형 롤러에 의해 압착되면서 권취되고,
    상기 둥근 모서리는 6R의 곡률반경을 갖도록 압력이 가해지는,
    이형 모서리를 갖도록 권취된 케이블 변압기.
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