KR102181171B1

KR102181171B1 - 변압기

Info

Publication number: KR102181171B1
Application number: KR1020180172635A
Authority: KR
Inventors: 방일권
Original assignee: 현대일렉트릭앤에너지시스템(주)
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2020-11-20
Also published as: WO2020139062A1; US12020842B2; CA3094953A1; US20210012941A1; KR20200082237A

Abstract

본 발명은 변압기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 변압기는 외함;과, 상기 외함의 내부에 구비되는 권선부 및 철심부;와, 상기 외함의 내부에 구비되는 절연유체; 및 상기 외함의 외부에 구비되고, 상기 외함을 둘러싸는 보강부;를 포함하고, 상기 보강부는, 상기 외함을 구성하는 재질인 제1 재질의 항복강도보다 높은 항복강도를 가지는 재질인 제2 재질로 되어 상기 외함을 가압하고, 상기 외함의 팽창을 방지하게 제공되고, 상호 이격되어 상기 외함을 둘러싸는 복수개의 보강부재;를 포함하며, 상기 보강부재는, 상기 제1 재질의 인장강도보다 높은 인장강도를 가지는 상기 제2 재질로 되며, 상기 제2 재질은, 최소인장강도(minimum tensile strength)값이 상기 제1 재질의 최소인장강도값의 1.6배 이상 2.5배 이하일 수 있다.

Description

변압기{TRANSFORMER}

본 발명은 변압기에 관한 것이다.

변압기(transformer)는 전자기유도현상을 이용하여 교류의 전압 및 전류의 크기를 변화시키는 변환 장치로서, 전력계통에 구성되어 발전소로부터 전압을 받아 승압 및 감압을 통해 수용가까지 전력을 송전하는데 중요한 역할을 한다.

통상의 변압기는 철심의 둘레에 권선을 배치하는 구조를 가지며, 한쪽의 권선으로 전력이 입력된 후, 다른 쪽의 권선으로 전력이 출력되는 방식을 가진다.

변압기 내부에는 절연 성능 및 냉각 성능 확보를 위해 절연유체가 채워지게 된다.

그런데 이러한 변압기 내부에서 아크(Arc)가 발생하게 되면, 절연유체와 고온 아크(Arc)의 화학 작용에 의해 가스 버블(Gas bubble)이 생성되면서 변압기 내부 압력이 급격하게 상승하는 현상이 발생할 수 있다.

이러한 경우에는 변압기가 폭발하면서 파손되는 것은 물론, 큰 화재를 일으키게 된다.

따라서 근래에는 변압기에 특수한 압력 배출 장치(Rupture Disk) 등을 도입하여 가스 발생으로 인한 변압기 내부의 압력 상승에 따른 변압기 폭발 및 화재를 방지하고 있으나 이는 설치의 용이성, 유지보수의 용이성이 떨어질 뿐만 아니라, 도입 비용 및 유지보수 비용이 비싸다는 문제가 있다.

KR 10-1916220 B1 (2018.11.01)

본 발명은 변압기의 폭발을 방지하고, 사용자 및 사용환경의 안전을 확보하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 변압기 유지보수의 효율성을 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명은 변압기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 변압기는 외함;과, 상기 외함의 내부에 구비되는 권선부 및 철심부;와, 상기 외함의 내부에 구비되는 절연유체; 및 상기 외함의 외부에 구비되고, 상기 외함을 둘러싸는 보강부;를 포함하고, 상기 보강부는, 상기 외함을 구성하는 재질인 제1 재질의 항복강도보다 높은 항복강도를 가지는 재질인 제2 재질로 되어 상기 외함을 가압하고, 상기 외함의 팽창을 방지하게 제공되고, 상호 이격되어 상기 외함을 둘러싸는 복수개의 보강부재;를 포함하며, 상기 보강부재는, 상기 제1 재질의 인장강도보다 높은 인장강도를 가지는 상기 제2 재질로 되며, 상기 제2 재질은, 최소인장강도(minimum tensile strength)값이 상기 제1 재질의 최소인장강도값의 1.6배 이상 2.5배 이하일 수 있다.

또한, 상기 보강부는, 상호 이격되어 상기 외함을 둘러싸는 복수개의 보강부재;를 포함하고, 상기 보강부재는, 상기 제1 재질의 인장강도보다 높은 인장강도를 가지는 상기 제2 재질로 될 수 있다.

또한, 상기 제2 재질은, 최소인장강도(minimum tensile strength)값이 상기 제1 재질의 최소인장강도값의 1.6배 이상 2.5배 이하일 수 있다.

또한, 상기 보강부재는, 고망간강으로 될 수 있다.

또한, 상기 제2 재질은, 연신율이 40% 이상일 수 있다.

또한, 상기 제2 재질은, 중량%로 C : 0.5중량%, Si : 1.2 중량%, Mn : 24 중량%, P : 0.03 중량%, S : 0.03 중량%이고, 나머지는 Fe(철)로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 보강부재는, 평탄부, 굴곡부 내지는 벤딩부를 포함한 전 구간에서 비자성을 띌 수 있다.

또한, 상기 제1 재질은, SS400이고, 상기 제2 재질은, 고망간강일 수 있다.

또한, 상기 제1 재질은, SM490A이고, 상기 제2 재질은, 고망간강일 수 있다.

또한, 상기 보강부재는, 상기 외함의 길이 방향으로 연속되게 구비되고, 상기 외함의 폭 방향으로 상호 적어도 600mm 이격될 수 있다.

본 발명에 따르면 변압기의 폭발이 방지되고, 사용자 및 사용환경의 안전을 확보할 수 있다.

또한, 변압기 유지보수의 효율성이 향상된다.

도 1은 본 발명에 따른 변압기를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 고망간강의 물성값을 도시한 것이다.
도 3은 SS400 및 SM490A의 물성값을 도시한 것이다.
도 4는 고망간강의 최대중량%를 도시한 것이다.
도 5는 통상의 시편을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 고망간강으로 된 시편을 도시한 것이다.
도 7 및 도 8은 비선형 구조해석 결과이다.
도 9는 본 발명에 따른 변압기를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명의 실시 예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시 예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.

이하에서 설명하는 변압기는 방폭 변압기(Dynamic Pressure Resistant System, DPRS)일 수 있다.

도 1에서 보이듯, 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기(100)는 외함(110), 상기 외함(110)의 내부에 구비되는 권선부(111)와 철심부(112)를 포함할 수 있다.

외함(110)의 내부에서 철심부의 둘레에 권선부가 마련될 수 있으며, 이는 통상의 변압기 구조를 따를 수 있다.

또한, 철심부와 권선부를 하나의 단위유닛으로 하여 상기 외함(110)의 내부에 상기 단위유닛이 복수개가 구비될 수도 있으며, 이 또한 변압기 사양, 규격, 사용환경 등에 의해 적절히 변경되어 적용될 수 있는 사항이다.

상기 외함(110)의 내부에는 절연유체가 채워질 수 있고, 상기 외함(110)의 외부에는 상기 외함(110)을 중심방향으로 가압하여 상기 외함(110)의 폭발을 방지하는 보강부(120)가 마련될 수 있다.

상기 보강부(120)는 복수개의 보강부재를 포함할 수 있고, 복수개의 상기 보강부재는 상기 외함(110)의 둘레방향 및 길이방향으로 연속되게 구비될 수 있다.

다만, 상기 보강부재는 상기 외함(110)의 둘레방향으로 상호 일정거리 이격되어 설치될 수 있다.

또한, 상기 보강부재는 리브 살과 같은 역할을 함으로써 외함(110)의 강성을 증가시켜 폭발에 대해 저항하는 힘을 증가시킴에 더하여, 상기 외함(110)과의 재질 차이를 통해 외함(110)의 열팽창 또는 부피 팽창을 방지하고, 외함(110)의 폭발을 방지할 수 있다.

즉, 상기 외함(110)은 제1 재질로 되고, 상기 보강부재(121)는 상기 제1 재질의 항복강도보다 높은 항복강도를 가지는 재질인 제2 재질로 되며, 이러한 항복강도의 차이에 의해 상기 외함(110)의 강성을 증가시키는 역할을 할 수 있다.

이와 같이 항복강도값의 차이를 가지는 재질들을 각각 외함(110) 및 보강부재(121)의 재질로 채택하면 추가적인 장치나 부품의 추가 없이도 변압기의 폭발을 방지할 수 있다.

제1 재질 및 제2 재질에 대해서 보다 구체적으로 설명하면 외함(110)을 구성하는 재질인 제1 재질의 인장강도값보다 상기 보강부재(121)를 구성하는 재질인 제2 재질의 인장강도값이 더 클 수 있다.

일 실시 예에서 상기 제2 재질은 고망간강을 포함하는 재질일 수 있고, 상기 보강부재(121)는 고망간강 또는 그 자체로 될 수 있다.

고망간강은 도 2에서 보이듯, 인장강도값이 800~970 MPa의 범위의 어느 하나의 값이며, 항복강도값이 350 MPa이며, 연신율이 40% 이상의 값을 가진다.

이러한 물성값을 통해 상기 고망간강으로 된 보강부재(121)는 외함(110)이 열팽창 또는 부피팽창할 때, 고망간강의 연신율의 범위 내에서 파단되지 않으면서 외함(110)의 폭발을 억제하는 역할을 할 수 있음을 알 수 있다.

한편, 도 3에는 SS400과 SM490A의 항복강도, 인장강도 및 연신율의 값이 각각 도시되어 있다. 이값을 상기 고망간강의 그 값들과 대비하면, 보강부재(121)로 고망간강을 적용하는 것이 효율적임을 알 수 있다.

이때, 상기의 고망간강은 도 4에서 보이듯, 최대 중량%로 C : 0.5 중량 %, Si : 1.2 중량 %, Mn : 24 중량 %, P : 0.03 중량 %, S : 0.03 중량 %이고, 나머지는 철(Fe)로 이루어져 있다.

더욱 상세하게는, 상기 제2 재질인 고망간강은, 최소인장강도(minimum tensile strength)값이 상기 제1 재질인 SS400 또는 SM490A의 최소인장강도값의 1.6배 이상 2.5배 이하일 수 있다.

이러한 고망간강으로 된 보강부재(도 1의 121)는 전구간에서 비자성을 띌 수 있는데, 이러한 비자성 특징은 변압기의 성능을 향상시키는 것에 도움이 될 수 있다.

도 5에는 통상의 SM490A으로 된 시편(10)이 도시되어 있는데, 이 시편(10)은 자성체(M)에 반응하는 자성구간(11)을 포함하는 것을 알 수 있다.

반면, 도 6에 도시된 고망간강으로 된 개량시편(101)은 자성체(도 5의 M) 반응하지 않는데, 직선 구간인 평탄부(101a), 절곡된 굴곡부(101b) 내지는 벤딩부에서도 비자성을 띄게 된다.

따라서 이러한 고망간강을 보강부재(도 1의 121)로 적용함으로써 보강부재(도 1의 121)가 비자성체가 되게 하여 변압기 성능 향상에 기여할 수 있다.

한편, 도 7에는 외함(도 1의 110)의 재질을 SS400으로 하고, 보강부재(stiffener, 도 1의 121)의 재질을 변화시켰을 때의 비선형 구조해석 결과가 도시되어 있다.

이러한 경우, 보강부재(도 1의 121)의 재질을 고망간강(High Mn)으로 했을 때의 허용압력이 가장 높은 것을 알 수 있다.

또한, 도 8에는 외함(도 1의 110)의 재질을 SM490A로 하고, 보강부재(stiffener, 도 1의 121)의 재질을 변화시켰을 때의 비선형 구조해석 결과가 도시되어 있다.

이러한 경우에도, 보강부재(stiffener, 도 1의 121)의 재질을 고망간강(High Mn)으로 했을 때의 허용압력이 가장 높은 것을 알 수 있다.

다만, 보강부재(도 1의 121)의 재질을 고망간강으로 고정했을 때, 외함(도 1의 110)의 재질을 SM490A으로 한 경우의 허용압력이 외함(도 1의 110)의 재질을 SS400으로 했을 때의 허용압력보다 높으므로(도 7 및 도 8 참조), 이 수치를 고려하되, 변압기의 규격, 사양, 사용환경 등을 고려하여 외함의 재질을 적절히 채택하여 사용할 수 있다.

또한, 일 실시 예에서 도 9에서 보이듯, 상기 보강부재(121)는 상기 외함(110)의 길이 방향 즉, Z축 반대 방향으로 연속되게 구비되고, 상기 외함(110)의 폭 방향(또는 둘레 방향)으로 연속되게 구비될 수 있는데 상호 일정간격 이격되어 구비될 수 있다.

이때, 하나의 보강부재(121)와 상기 보강부재에 이웃하는 보강부재 사이의 이격거리(D)는 적어도 600mm일 수 있다.

이 수치는 외함(110)을 구성하는 제1 재질의 두께가 9T, 외함(110)의 폭이 3000mm, 길이가 1500mm, 높이가 2500mm인 경우에 적용될 수 있는 바람직한 수치로서, 이때의 보강부재의 규격은 Y축 반대 방향으로의 높이가 200mm, X축 방향으로의 두께가 15mm일 수 있다.

이상의 내용에 따르면 보강부재의 개수는 최소화하면서 외함(110)의 허용압력을 최대화로 하여 변압기의 방폭 성능을 향상시키면서도, 제조 비용 내지는 생산 비용을 절감할 수 있다.

이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시 예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

100 : 변압기 110 : 외함
111 : 권선부 112 : 철심부
120 : 보강부 121 : 보강부재

Claims

외함;
상기 외함의 내부에 구비되는 권선부 및 철심부;
상기 외함의 내부에 구비되는 절연유체; 및
상기 외함의 외부에 구비되고, 상기 외함을 둘러싸는 보강부;를 포함하고,
상기 보강부는,
상기 외함을 구성하는 재질인 제1 재질의 항복강도보다 높은 항복강도를 가지는 재질인 제2 재질로 되어 상기 외함을 가압하고, 상기 외함의 팽창을 방지하게 제공되고, 상호 이격되어 상기 외함을 둘러싸는 복수개의 보강부재;를 포함하며,
상기 보강부재는,
상기 제1 재질의 인장강도보다 높은 인장강도를 가지는 상기 제2 재질로 되며,
상기 제2 재질은,
최소인장강도(minimum tensile strength)값이 상기 제1 재질의 최소인장강도값의 1.6배 이상 2.5배 이하인 변압기.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 보강부재는,
고망간강으로 된 것을 특징으로 하는 변압기.
제4항에 있어서,
상기 제2 재질은,
연신율이 40% 이상인 것을 특징으로 하는 변압기.
제5항에 있어서,
상기 제2 재질은,
중량%로 C : 0.5중량%, Si : 1.2 중량%, Mn : 24 중량%, P : 0.03 중량%, S : 0.03 중량%이고, 나머지는 Fe(철)로 이루어진 것을 특징으로 하는 변압기.
제6항에 있어서,
상기 보강부재는,
평탄부, 굴곡부 내지는 벤딩부를 포함한 전 구간에서 비자성을 띄는 것을 특징으로 하는 변압기.
제1항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 재질은,
SS400이고,
상기 제2 재질은,
고망간강인 것을 특징으로 하는 변압기.
제1항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 재질은,
SM490A이고,
상기 제2 재질은,
고망간강인 것을 특징으로 하는 변압기.
제1항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보강부재는,
상기 외함의 길이 방향으로 연속되게 구비되고, 상기 외함의 폭 방향으로 상호 적어도 600mm 이격된 것을 특징으로 하는 변압기.