KR102210362B1 - 저소음 변압기 - Google Patents

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KR102210362B1
KR102210362B1 KR1020190069998A KR20190069998A KR102210362B1 KR 102210362 B1 KR102210362 B1 KR 102210362B1 KR 1020190069998 A KR1020190069998 A KR 1020190069998A KR 20190069998 A KR20190069998 A KR 20190069998A KR 102210362 B1 KR102210362 B1 KR 102210362B1
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현대일렉트릭앤에너지시스템(주)
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    • H01F27/10—Liquid cooling
    • H01F27/12—Oil cooling

Abstract

본 발명에 따른 저소음 변압기는 외함;과, 상기 외함의 내부에 구비된 권선부 및 철심부;와, 상기 외함의 내부에 구비된 절연유체;와, 상기 외함의 외부에 구비된 보강부재;와, 공명공간을 구비하고, 결합부재에 의해 상기 보강부재에 연결된 캐비티;와, 상기 캐비티 상에 적층되고, 흡음부를 구비한 격벽부재;와, 상기 외함과 마주보는 제1 유입구를 구비하고, 상기 공명공간과 연결되어 상기 제1 유입구로부터 유입된 소음이 상기 공명공간에 전달되도록 구성된 소음유입부재 및 상기 격벽부재 및 상기 소음유입부재 중 적어도 하나에 연결되고, 상기 외함과 마주보며 상기 흡음부와 통하게 구비된 제2 유입구를 구비한 소음저감패널;을 포함할 수 있다.

Description

저소음 변압기{Soundproofing Transformer}
본 발명은 저소음 변압기에 관한 것이다.
도 1에서 보이듯, 통상의 변압기(10)의 외관을 형성하는 외함(11)의 내부에는 내부공간(11a)이 구비되고, 내부공간(11a)에는 철심(12,core) 및 상기 철심에 감기는 권선(13,winding)이 마련된다. 그리고 상기 내부공간(11a)에는 절연유체인 오일(oil)이 채워질 수 있다.
변압기(10)의 외함(11)의 내부에서는 철심(12) 및 권선(13)의 진동이 발생하며, 그 진동은 변압기의 기계적 구조 및 절연유체를 통해 변압기의 외함(11)으로 전달된다.
이러한 과정에서 소리가 발생하게 되며, 이렇게 발생된 소리는 소음이 되어 변압기(10)의 주변으로 퍼져나가게 된다.
따라서, 변압기의 다양한 디자인, 규격, 기계적 사양 등에 최적화된 소음저감에 관한 연구가 필요한 실정이다.
KR 10-1746129 B1 (2017.06.05)
본 발명은 변압기의 소음을 저감하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 변압기의 특성에 최적화된 방식으로 소음을 저감하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 저소음 변압기는, 외함; 상기 외함의 내부에 구비된 권선부 및 철심부; 상기 외함의 내부에 구비된 절연유체; 상기 외함의 외부에 구비된 보강부재; 공명공간을 구비하고, 결합부재에 의해 상기 보강부재에 연결된 캐비티; 상기 캐비티 상에 적층되고, 흡음부를 구비한 격벽부재; 상기 외함과 마주보는 제1 유입구를 구비하고, 상기 공명공간과 연결되어 상기 제1 유입구로부터 유입된 소음이 상기 공명공간에 전달되도록 구성된 소음유입부재; 및 상기 격벽부재 및 상기 소음유입부재 중 적어도 하나에 연결되고, 상기 외함과 마주보며 상기 흡음부와 통하게 구비된 제2 유입구를 구비한 소음저감패널을 포함하고, 상기 캐비티는, 상기 공명공간과 통하도록 상기 제2 유입구와 마주보는 면에 형성된 소음유입구멍을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 저소음 변압기는, 외함; 상기 외함의 내부에 구비되는 권선부 및 철심부; 상기 외함의 내부에 구비되는 절연유체; 상기 외함의 외부에 구비된 보강부재; 공명공간을 구비하고, 상기 외함 및 상기 보강부재와 마주보게 놓이는 캐비티; 상기 캐비티 상에 적층되고 흡음부를 구비한 격벽부재; 상기 외함과 마주보는 제1 유입구를 구비하고, 상기 공명공간과 연결되어 상기 제1 유입구로부터 유입된 소음이 상기 공명공간에 전달되도록 구성된 소음유입부재; 및 상기 격벽부재 및 상기 소음유입부재 중 적어도 하나에 연결되고, 상기 외함과 마주보며 상기 흡음부와 통하게 구비된 제2 유입구를 구비한 소음저감패널을 포함하고, 상기 캐비티는, 상기 공명공간과 통하도록 상기 제2 유입구와 마주보는 면에 형성된 소음유입구멍을 포함할 수 있다.
삭제
또한, 상기 소음저감패널은 복수의 상기 제2 유입구를 구비하고, 상기 소음유입구멍은 상기 캐비티를 관통하는 구멍이며 상기 캐비티에 복수로 구비될 수 있다.
또한, 상기 격벽부재는, 상기 캐비티와 상기 소음저감패널을 연결하고, 상기 소음저감패널을 상기 캐비티로부터 이격시키게 제공될 수 있다.
또한, 상기 격벽부재는, 상기 제2 유입구, 상기 소음유입구멍 및 상기 소음유입부재의 외주 바깥에 배치되어 상기 소음유입부재의 외주에 상기 흡음부를 형성할 수 있다.
또한, 상기 흡음부에는, 다공성 흡음재가 구비될 수 있다.
또한, 상기 소음유입부재는 복수로 구비되고 상호 일정 간격으로 이격되도록 구비될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 저소음 변압기는, 외함; 상기 외함의 내부에 구비된 권선부 및 철심부; 상기 외함의 내부에 구비된 절연유체; 상기 외함의 외부에 구비된 보강부재; 공명공간을 구비하고, 결합부재에 의해 상기 보강부재에 연결된 캐비티; 상기 캐비티 상에 적층되고, 흡음부를 구비한 격벽부재; 상기 외함과 마주보는 제1 유입구를 구비하고, 상기 공명공간과 연결되어 상기 제1 유입구로부터 유입된 소음이 상기 공명공간에 전달되도록 구성된 소음유입부재; 및 상기 격벽부재 및 상기 소음유입부재 중 적어도 하나에 연결되고, 상기 외함과 마주보며 상기 흡음부와 통하게 구비된 제2 유입구를 구비한 소음저감패널을 포함하고, 상기 캐비티의 상기 공명공간은 원기둥 형태이고, 상기 캐비티의 상기 공명공간의 체적(Vo), 상기 소음유입부재의 길이(Leq), 상기 소음유입부재의 내경의 단면적(A)은, 공명 주파수(fH)에 의해 결정되며,
Figure 112020078435407-pat00001
에 의해 결정되고,
Figure 112020078435407-pat00002
이며, γ는 단열 계수(adiabatic index)이고, Po은 상기 캐비티의 공명공간의 압력이고, ρ는 상기 캐비티의 공명공간에 존재하는 유체의 밀도(mass density)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 저소음 변압기는, 외함; 상기 외함의 내부에 구비되는 권선부 및 철심부; 상기 외함의 내부에 구비되는 절연유체; 상기 외함의 외부에 구비된 보강부재; 공명공간을 구비하고, 상기 외함 및 상기 보강부재와 마주보게 놓이는 캐비티; 상기 캐비티 상에 적층되고 흡음부를 구비한 격벽부재; 상기 외함과 마주보는 제1 유입구를 구비하고, 상기 공명공간과 연결되어 상기 제1 유입구로부터 유입된 소음이 상기 공명공간에 전달되도록 구성된 소음유입부재; 및 상기 격벽부재 및 상기 소음유입부재 중 적어도 하나에 연결되고, 상기 외함과 마주보며 상기 흡음부와 통하게 구비된 제2 유입구를 구비한 소음저감패널을 포함하고, 상기 캐비티의 상기 공명공간은 원기둥 형태이고, 상기 캐비티의 상기 공명공간의 체적(Vo), 상기 소음유입부재의 길이(Leq), 상기 소음유입부재의 내경의 단면적(A)은, 공명 주파수(fH)에 의해 결정되며,
Figure 112020078435407-pat00023
에 의해 결정되고,
Figure 112020078435407-pat00024
이며, γ는 단열 계수(adiabatic index)이고, Po은 상기 캐비티의 공명공간의 압력이고, ρ는 상기 캐비티의 공명공간에 존재하는 유체의 밀도(mass density)일 수 있다.
삭제
삭제
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 저소음 변압기는, 외함; 상기 외함의 내부에 구비된 권선부 및 철심부; 상기 외함의 내부에 구비된 절연유체; 상기 외함의 외부에 구비된 보강부재; 공명공간을 구비하고, 결합부재에 의해 상기 보강부재에 연결된 캐비티; 상기 캐비티 상에 적층되고, 흡음부를 구비한 격벽부재; 상기 외함과 마주보는 제1 유입구를 구비하고, 상기 공명공간과 연결되어 상기 제1 유입구로부터 유입된 소음이 상기 공명공간에 전달되도록 구성된 소음유입부재; 및 상기 격벽부재 및 상기 소음유입부재 중 적어도 하나에 연결되고, 상기 외함과 마주보며 상기 흡음부와 통하게 구비된 제2 유입구를 구비한 소음저감패널을 포함하고, 상기 캐비티는, 제1 공명공간을 구비하고, 상기 제1 공명공간과 통하는 제1 소음유입부재가 연결된 제1 캐비티; 및 상기 제1 공명공간과 분리 또는 분리해제되는 제2 공명공간을 구비하고, 상기 제2 공명공간과 통하는 제2 소음유입부재가 연결된 제2 캐비티를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 저소음 변압기는, 외함; 상기 외함의 내부에 구비되는 권선부 및 철심부; 상기 외함의 내부에 구비되는 절연유체; 상기 외함의 외부에 구비된 보강부재; 공명공간을 구비하고, 상기 외함 및 상기 보강부재와 마주보게 놓이는 캐비티; 상기 캐비티 상에 적층되고 흡음부를 구비한 격벽부재; 상기 외함과 마주보는 제1 유입구를 구비하고, 상기 공명공간과 연결되어 상기 제1 유입구로부터 유입된 소음이 상기 공명공간에 전달되도록 구성된 소음유입부재; 및 상기 격벽부재 및 상기 소음유입부재 중 적어도 하나에 연결되고, 상기 외함과 마주보며 상기 흡음부와 통하게 구비된 제2 유입구를 구비한 소음저감패널을 포함하고, 상기 캐비티는, 제1 공명공간을 구비하고, 상기 제1 공명공간과 통하는 제1 소음유입부재가 연결된 제1 캐비티; 및 상기 제1 공명공간과 분리 또는 분리해제되는 제2 공명공간을 구비하고, 상기 제2 공명공간과 통하는 제2 소음유입부재가 연결된 제2 캐비티를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 캐비티 및 상기 제2 캐비티는, 상호 마주보는 면에 연결구멍을 각각 구비하고, 상기 연결구멍에 결합 또는 결합 해제되게 구비되어, 상기 연결구멍을 개방 또는 폐쇄하는 커버부재;를 더 포함할 수 있다.
삭제
본 발명에 따르면 변압기의 소음을 저감할 수 있다.
또한, 변압기의 특성에 최적화된 방식으로 소음을 저감할 수 있다.
도 1은 통상의 변압기를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 저소음 변압기의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 2의 중력방향에 수직한 방향으로의 부분적 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 저소음 변압기의 부분적 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 저소음 변압기의 부분적 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 캐비티, 격벽부재, 소음유입부재, 소음저감패널 및 체결프레임의 개략적인 사시도이다.
도 7은 도 6의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 캐비티, 격벽부재, 소음유입부재, 소음저감패널 및 체결프레임의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 캐비티, 격벽부재, 소음유입부재, 소음저감패널 및 체결프레임의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 캐비티 및 소음유입부재의 모식도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 캐비티, 격벽부재, 소음유입부재, 소음저감패널 및 체결프레임의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 캐비티, 격벽부재, 소음유입부재, 소음저감패널 및 체결프레임의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예들의 주파수에 따른 음파흡수계수를 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 캐비티, 격벽부재, 소음유입부재 및 소음저감패널의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 캐비티, 격벽부재, 소음유입부재 및 소음저감패널의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 캐비티, 소음유입부재 및 소음저감패널의 평면도이다.
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.
도 2에는 본 발명의 일 실시 예에 저소음 변압기(200)가 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 저소음 변압기(200)는 외함(210), 상기 외함의 내부에 구비된 권선부(211) 및 철심부(212), 상기 외함의 내부에 구비된 절연유체, 상기 외함의 외부에 구비된 보강부재(220), 공명공간(111)을 구비하고, 결합부재(230)에 의해 상기 보강부재(220)에 연결된 캐비티(110), 상기 캐비티(110) 상에 적층되고, 흡음부(141)를 구비한 격벽부재(140), 상기 외함(210)과 마주보는 제1 유입구(132)를 구비하고, 상기 공명공간(111)과 연결되어 상기 제1 유입구(132)로부터 유입된 소음이 상기 공명공간(111)에 전달되도록 구성된 소음유입부재(120) 및 상기 격벽부재(140) 및 상기 소음유입부재(120) 중 적어도 하나에 연결되고, 상기 외함(210)과 마주보며 상기 흡음부(141)와 통하게 구비된 제2 유입구(131)를 구비한 소음저감패널(130)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 저소음 변압기는 도 3 내지 도 5에서 보이듯, 상기 소음저감패널(130)이 상기 외함(210)과 마주보도록 상기 보강부재(220)에 결합되거나 또는 상기 소음저감패널(130)이 보강부재(220) 및 외함(210)과 마주보도록 상기 보강부재(220)로부터 일정거리 이격되게 놓일 수 있다. 그리고 변압기의 외함(210)은 절연유체를 수용하는 공간(210a)을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 저소음 변압기는 도 3에서 보이듯, 캐비티(110)가 보강부재(220)의 사이사이에 놓이도록 결합부재(230)를 이용해 캐비티(110)를 보강부재(220)에 결합할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 저소음 변압기는 도 4에서 보이듯, 캐비티(110)가 보강부재(220)를 덮도록 결합부재(230)를 이용해 소음저감패널(130)을 보강부재(220)에 결합할 수 있다.
또 한편으로는 도 5에서 보이듯, 외함(210) 및 보강부재(220)로부터 일정거리 이격되도록 상기 캐비티(110)를 놓을 수 있는데 이러한 다양한 설치방법은 변압기의 특성, 변압기의 사용환경 등에 의해 적절히 선택되어 적용될 수 있다.
본 발명에서 소음을 저감하는 구성은 도 6 내지 도 9에서 보이듯, 일정 체적을 가지는 공명공간(111)을 구비하는 캐비티(110), 상기 공명공간(111)과 통하도록 상기 캐비티(110)에 연결된 소음유입부재(120) 및 상기 캐비티(110) 및 상기 소음유입부재(120) 중 적어도 하나에 연결되고, 상기 외함(도 2의 210)과 대면하는 제2 유입구(131)를 적어도 하나 구비하는 소음저감패널(130)을 포함할 수 있다.
도 7을 참조로 하여 본 발명의 일 실시 예를 보다 상세히 설명하면 소음유입부재(120)는 그 내부에 중공부(121)를 포함하고, 상기 소음유입부재(120)의 양측 단부는 개방된다.
이때, 상기 소음유입부재(120)가 변압기의 외함(도 2의 210)과 마주보는 쪽은 소음이 유입되는 제1 유입구(132)이다.
그리고 상기 중공부(121)는 상기 제1 유입구(132)에 이어지며, 상기 소음유입부재(120)의 길이방향으로 연속되게 구비된다. 그리고 상기 중공부(121)의 직경은 상기 소음유입부재(120)의 길이방향으로 일정하다.
상기 소음유입부재(120)의 상기 제1 유입구(132)가 존재하는 영역은 상기 소음저감패널(130)과 연결되며, 상기 소음유입부재(120)의 타측은 상기 캐비티(110)에 연결된다.
상기 소음유입부재(120)가 상기 캐비티(110)에 연결됨에 있어서, 상기 소음유입부재(120)의 상기 중공부(121)는 상기 공명공간(111)과 통하도록 상기 소음유입부재(120)가 상기 캐비티(110)에 연결된다.
상기 소음유입부재(120)의 상기 중공부(121)는 공명공간(111)과 연결됨과 동시에 캐비티(110)의 외부 및 소음저감패널(130)의 외부와도 통하게 구비된다.
따라서 상기 소음유입부재(120)는 소음이 상기 캐비티(110)의 공명공간(111)으로 유입되는 통로가 될 수 있다.
캐비티(110)의 공명공간(111)에는 공기가 채워져 있고, 상기 공명공간(111)에 존재하는 공기는 스프링(spring)으로 작용하여 특정 주파수에서 공명을 일으킬 수 있다. 따라서, 공명공간(111)으로 유입된 소음을 저감할 수 있게 된다.
구체적으로, 캐비티(110)의 공명공간(111)에 존재하는 공기의 공명이 발생하면 소음유입부재(120)의 제1 유입구(132) 및 중공부(121)를 통해 유체(예를 들면, 공기)의 유입 및 출입이 활발하게 이루어지게 되며, 이때, 유체가 소음유입부재(120)의 관벽과 마찰되면서 열 에너지가 발생하고, 이에 의해 흡음(acoustic absorption)이 이루어질 수 있게 된다.
한편, 상기 제2 유입구(131)는 상기 중공부(121)와 평행한 방향으로 상기 소음저감패널(130)을 관통하는 구멍이다.
상기 제2 유입구(131)는 상기 소음저감패널(130)에 복수개가 구비될 수 있고, 제2 유입구(131)의 내경은 마이크로미터 단위를 가질 수 있다.
또한, 상기 제2 유입구(131)의 내경을 변경하여 소음 차단 성능 즉, 공명 가능한 주파수를 조절할 수 있으므로, 상기 제2 유입구(131)의 내경의 크기는 작업자 및 작업환경에 의해 적절히 선택되어 적용될 수 있으며, 반드시 본 발명에 의해 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 유입구(131)는 소음으로 인해 발생한 음파(sound waves)를 소음저감패널(130)의 벽면과의 열 손실(thermal losses) 및 점성 손실(viscous losses)시키며, 이로써 소음을 약화시키는 역할을 한다.
음파의 열 손실 및 점성 손실은 소음저감패널(130)의 벽면 근처의 열 및 점성 경계층(thermal and viscous boundary layers)에서 발생하게 된다.
따라서 제2 유입구(131)의 개수가 많아지고, 상기 제2 유입구(131)의 직경이 작아질수록 흡음효과는 상승하게 된다.
그러므로, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에서는 도 8에서 보이듯, 상기 소음저감패널(130)과 마주보는 캐비티(110)의 일면에도 마이크로미터 단위의 직경을 가진 소음유입구멍(114)을 형성할 수 있고, 이에 따르면 상기와 같은 흡음효과를 더욱 상승시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 소음유입구멍(114)은 상기 소음유입부재(120)의 상기 중공부(121)와 평행한 방향으로 캐비티(110)를 관통하는 구멍일 수 있다.
이때, 상기 소음유입구멍(114)은 캐비티 내부의 공명공간(111)과 연결되도록 상기 캐비티(110)의 일면을 관통하는 구멍일 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 소음유입구멍(114)은 구멍 이외에도 슬롯 형태로 구비될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 격벽부재(140)는 상기 캐비티(110)와 상기 소음저감패널(130)을 연결하고, 상기 소음저감패널(130)을 상기 캐비티(110)로부터 이격시키는 역할을 할 수 있다.
격벽부재(140)는 상기 소음유입부재(120), 제1 유입구(132), 제2 유입구(131) 및 소음유입구멍(114)의 외주 바깥에 배치되어 상기 소음유입부재(120)의 외주에 흡음부(141)를 형성할 수 있다.
따라서 상기 격벽부재(140)는 상기 소음유입부재(120)를 둘러싸는 형태로 마련될 수 있다.
흡음부(141)에 존재하는 유체도 스프링과 같은 역할을 하여 위에서 설명한 것과 같은 원리로 흡음효과를 상승시키는 것에 기여할 수 있다.
뿐만 아니라 도 9에서 보이듯, 상기 흡음부(141)에 다공성 흡음재(142)를 구비하면 흡음효과를 더욱 상승시키고, 소음을 현저히 저감할 수 있다.
다공성 흡음재(142)의 재질은 유리 섬유(glass fiber), 기포 폼(open-cell foam), 다공성 타일(felted or cast porous ceiling tile) 등으로 구비될 수 있다. 그러나 이 재질은 반드시 본 발명에 의해 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 소음유입부재(120)는 상기 캐비티(110)에 복수개가 마련될 수 있고, 소음유입부재(120)들의 외주는 상호 일정거리 이격될 수 있다.
소음유입부재(120)의 개수 및 소음유입부재(120)들이 이격되는 거리는 캐비티(110)의 공명공간(111)이 공명하는 주파수 등을 기준으로 적절히 설정될 수 있다. 이때, 상기 공명공간(111)이 공명하는 주파수는 소음에 의해 발생될 수 있다.
도 10에서 보이듯, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에서 상기 캐비티는 원기둥 형태일 수 있고, 이에 따라 상기 캐비티(110)의 상기 공명공간(111)도 원기둥 형태일 수 있다.
이때, 상기 캐비티의 공명공간의 체적(V), 상기 소음유입부재(120)의 길이(L), 상기 소음유입부재(120)의 내경의 단면적(A)은 상기 공명공간(111)에 존재하는 유체의 공명 주파수(fH)에 의해 결정될 수 있다.
공명 주파수(resonant frequency,fH,hz)와 공명공간의 체적(V), 소음유입부재(120)의 길이(L), 소음유입부재(120)의 내경의 단면적(A)의 관계는 아래의 수학식 1 및 수학식 2에 따른다.
수학식 1 및 수학식 2는 공명 주파수(fH)의 도출에 필요한 관계식이다. 그리고 공명 주파수(fH)는 소음에 의해 발생되며, 그 수치도 소음에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112019060486480-pat00003
Figure 112019060486480-pat00004
첨부된 수학식 1 및 수학식 2에서 γ는 단열 계수(adiabatic index)이고, P0는 캐비티의 공명공간(도 1의 111)의 압력이고, ρ는 캐비티의 공명공간(도 7의 111)에 존재하는 유체(예를 들면, 공기)의 밀도(mass density)이다.
따라서, 변압기의 정격 주파수(the rated frequency of transfomer) 즉, 변압기로부터 유발된 소음에 따라 상기 캐비티의 공명공간의 체적(V), 상기 소음유입부재(120)의 길이(L), 상기 소음유입부재(120)의 내경의 단면적(A)의 규격이 정해질 수 있다.
변압기의 정격 주파수의 값을 수학식 1 및 수학식 2에 도시된 수식의 공명 주파수(fH)의 값에 대입하여 상기 캐비티의 공명공간의 체적(V), 상기 소음유입부재(120)의 길이(L), 상기 소음유입부재(120)의 내경의 단면적(A) 즉, 중공부(121)의 단면적을 정할 수 있다.
도 10에 도시된 캐비티(110)의 공명공간(111)의 체적(V), 소음유입부재(120)의 길이(L)는 각각 수학식 2의 Vo 및 Leq이고, 수학식 2에 도시된 수식에 공명 주파수(fH)를 대입하여 계산할 때, A=도 10의 A, Leq= 도 10의 L, Vo = 도 10의 V이고, 변압기의 정격 주파수가 공명 주파수(fH)에 대입되어 계산될 수 있다.
즉, 변압기에 의해 발생된 정격 주파수값을 가지고 수학식 1 및 수학식 2에 도시된 식을 이용하여 캐비티(110) 및 소음유입부재(120)의 규격을 도출할 수 있다.
일예로, 60Hz의 정격 주파수를 가지는 변압기에 적용하는 경우, 도 11의 제1,2 공명공간(111a,111b)의 체적은 위 수학식 1 및 수학식 2 도시된 식에 의해 계산될 수 있다.
그리고 수학식 2에서 도출된 소음유입부재(120)에 관한 규격은 제2 공명공간(111b)에 연결된 3개의 소음유입부재(120) 중 어느 하나에 관한 규격일 수 있고, 제2 공명공간(111b) 및 흡음부(141)를 통과하는 제1 공명공간(111a)에 연결된 소음유입부재(120)의 체적은 제1 공명공간(111a) 및 제2 공명공간(111b)의 체적 계산시 무시될 수 있다. 그리고 제1,2 공명공간(111a,111b)의 높이는 서로 같을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 도 11의 B=410mm, C=414mm, D=76.5mm, E=82.5mm, F=73.8mm 의 치수를 가질 수 있다.
또한, 본 발명이 또 다른 일 실시 예에서 50Hz의 정격 주파수를 가지는 변압기에 적용되는 경우, 도 12에서 보이듯, 제1 공명공간(111a)의 체적 계산시 제2 공명공간(111b)의 체적은 무시될 수 있고, 제1 공명공간(111a) 및 제2 공명공간(111b)에 연결된 소음유입부재(120)들의 규격은 같다.
다만, 제2 공명공간(111b)의 체적은 본 발명에 의해 특정되지 않는다. 다만, 제2 공명공간(111b)의 체적은 변압기의 정격 주파수 및 변압기 사용 환경 등을 고려하여 당업자에 의해 적절히 선택되어 적용될 수 있는 사항이다.
일예로, 도 12의 B=410mm, C=414mm, D=102.3mm, E=108.3mm, F=73.8mm 의 치수를 가질 수 있다.
그러나 이들은 하나의 예일 뿐, 상세 규격은 변압기(또는 소음을 유발하는 환경)에 의해 정해질 수 있다.
한편, 도 13에는 도 7 및 도 8에 따른 소음저감장치의 주파수에 따른 음파흡수계수가 도시되어 있다.
이를 참조하면, 제2 유입구(131)만을 구비하는 소음저감패널(130, Single MPP)에 비해 제2 유입구(131) 및 소음유입구멍(114)을 구비하는 소음저감패널(130) 및 캐비티(110,Double MPP)가 100Hz~200Hz의 구간에서 음파흡수계수가 현저히 높아져 소음 차단 효과가 더욱 향상되는 것을 알 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 도 11에 도시된 캐비티(110)는 제1 공명공간(111a)을 구비하고, 소음유입부재(120)가 연결된 제1 캐비티(112) 및 상기 제1 공명공간(111a)과 분리된 제2 공명공간(111b)을 구비하고, 상기 제1 캐비티(112)의 상부에 적층되며, 복수개의 소음유입부재(120)가 연결된 제2 캐비티(113)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2 공명공간(111b)과 통하도록 상기 제2 캐비티(113)에 연결된 복수개의 소음유입부재(120)는 상기 흡음부(141)를 통과하여 상기 제2 캐비티(113)에 연결될 수 있다.
그리고, 상기 제1 공명공간(111a)에 연결된 소음유입부재(120)는 제2 공명공간(111b) 및 흡음부(141)를 통과하여 상기 소음저감패널(130)에 연결될 수 있다.
이에 따르면, 캐비티(110)의 너비가 증가하는 것을 억제하면서 다양한 주파수 영역에서 소음을 저감할 수 있고, 공간 활용성을 향상시킬 수 있다.
또 다른 한편으로는 도 12에서 보이듯, 상기 캐비티(110)는 제1 공명공간(111a)을 구비하고, 복수개의 상기 소음유입부재(120)가 연결된 제1 캐비티(112) 및 상기 제1 공명공간(111a)과 분리된 제2 공명공간(111b)을 구비하고, 상기 제1 공명공간(111a)에 수용된 제2 캐비티(113)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2 공명공간(111b)과 통하도록 상기 제2 캐비티(113)에 연결된 소음유입부재(120)는 상기 흡음부(141)를 통과하여 상기 소음저감패널(130)에 연결될 수 있다.
이처럼 캐비티(110)를 다중으로 구비하면 공간 활용성을 높임과 동시에 다양한 주파수 영역에서 소음을 저감할 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 도 14내지 도 16에서 보이듯 행렬(matrix) 구조를 가지는 캐비티(110)를 마련할 수도 있다.
이를 통해 변압기의 정격 주파수 즉, 소음과 동일한 공명 주파수를 가지는 캐비티(110) 및 소음유입부재(120)를 용이하게 설치할 수 있고, 캐비티(110) 및 소음유입부재(120)를 변압기의 사양에 맞게 모듈화함으로써 사용상의 편의성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 캐비티(110)는, 공명공간(111)을 구비하는 제1 캐비티(112) 및 제2 캐비티(113)를 포함할 수 있다.
보다 상세하게 상기 캐비티(110)는 제1 공명공간(111a)을 구비하는 제1 캐비티(112) 및 제2 공명공간(111b)을 구비하는 제2 캐비티(113)를 포함할 수 있다.
그리고 상기 제1 캐비티(112)와 상기 제2 캐비티(113)에는 각각 소음유입부재(120)가 연결되고, 상기 소음유입부재(120)의 중공부(121)는 제1 공명공간(111a) 및 제2 공명공간(111b)과 각각 연결될 수 있다.
이때, 상기 제1 캐비티(112)의 상기 제1 공명공간(111a)과 상기 제2 캐비티(113)의 제2 공명공간(111b)은 상호 분리 또는 분리해제될 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에서 상기 제1 캐비티(112) 및 상기 제2 캐비티(113)는 도 15에서 보이듯, 연결구멍(115)을 각각 구비할 수 있다. 보다 상세하게 상기 연결구멍(115)은 상기 제1 캐비티(112)가 상기 제2 캐비티(113)와 마주보는 면에 형성된 제1 연결구멍(115a) 및 상기 제2 캐비티(113)가 상기 제1 캐비티(112)와 마주보는 면에 형성된 제2 연결구멍(115b)을 포함할 수 있다.
그리고 상기 연결구멍(115)에는 커버부재(150)가 결합 또는 결합해제되게 구비되어 상기 제1 캐비티(112)와 상기 제2 캐비티(113)가 상호 연결되거나 분리되게 할 수 있다.
상기 커버부재(150)는 상기 연결구멍(115)에 볼트(미도시) 등에 의해 결합되게 구비될 수도 있고, 연결구멍(115)과의 끼워맞춤 공차에 의해 상기 연결구멍(115)에 결합될 수도 있다.
이와 같은 연결구멍(115) 및 커버부재(150)에 따르면 캐비티(110)의 체적을 용이하게 변경할 수 있는 효과가 있고, 현장에서의 작업의 편의성 및 신속성을 향상시킬 수도 있다.
또한, 상기 제1 캐비티(112)에는 제1 공명공간(111a)과 통하도록 제1 소음유입부재(122)가 연결될 수 있고, 상기 제2 캐비티(113)에는 상기 제2 공명공간(111b)과 통하도록 제2 소음유입부재(123)가 연결될 수 있다.
캐비티(110)에 연결구멍(115)이 형성된 경우에도 상기 제1,2 캐비티(112,113)와 상기 소음저감패널(130)을 연결하고, 상기 소음저감패널(130)을 상기 제1,2 캐비티(112,113)로부터 이격시켜 상기 소음저감패널(130)과 상기 제1,2 캐비티(112,113) 사이에 흡음부(141)를 형성하는 격벽부재(140)가 마련될 수 있다.
이때, 상기 흡음부(141)에는 다공성 흡음재(도 9의 142)가 구비되어 소음 저감 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에서는 도 16에서 보이듯, 캐비티(110)를 다중으로 적층하여 모듈화할 수 있다.
이에 따르면 변압기의 규격에 따라 캐비티(110)의 규격을 용이하게 조절할 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.
10,200 : 변압기 110 : 캐비티
111 : 공명공간 111a : 제1 공명공간 111b : 제2 공명공간 112 : 제1 캐비티 113 : 제2 캐비티 114 : 소음유입구멍
115 : 연결구멍 115a : 제1 연결구멍
115b : 제2 연결구멍 120 : 소음유입부재
121 : 중공부 122 : 제1 소음유입부재
123 : 제2 소음유입부재 130 : 소음저감패널
131 : 제2 유입구 140 : 격벽부재
141 : 흡음부 142 : 다공성 흡음재
150 : 커버부재 160 : 체결프레임
161 : 체결구멍 210 : 외함
211 : 권선부 212 : 철심부
220 : 보강부재 230 : 결합부재

Claims (14)

  1. 외함;
    상기 외함의 내부에 구비된 권선부 및 철심부;
    상기 외함의 내부에 구비된 절연유체;
    상기 외함의 외부에 구비된 보강부재;
    공명공간을 구비하고, 결합부재에 의해 상기 보강부재에 연결된 캐비티;
    상기 캐비티 상에 적층되고, 흡음부를 구비한 격벽부재;
    상기 외함과 마주보는 제1 유입구를 구비하고, 상기 공명공간과 연결되어 상기 제1 유입구로부터 유입된 소음이 상기 공명공간에 전달되도록 구성된 소음유입부재; 및
    상기 격벽부재 및 상기 소음유입부재 중 적어도 하나에 연결되고, 상기 외함과 마주보며 상기 흡음부와 통하게 구비된 제2 유입구를 구비한 소음저감패널
    을 포함하고,
    상기 캐비티는, 상기 공명공간과 통하도록 상기 제2 유입구와 마주보는 면에 형성된 소음유입구멍을 포함하는 저소음 변압기.
  2. 외함;
    상기 외함의 내부에 구비되는 권선부 및 철심부;
    상기 외함의 내부에 구비되는 절연유체;
    상기 외함의 외부에 구비된 보강부재;
    공명공간을 구비하고, 상기 외함 및 상기 보강부재와 마주보게 놓이는 캐비티;
    상기 캐비티 상에 적층되고 흡음부를 구비한 격벽부재;
    상기 외함과 마주보는 제1 유입구를 구비하고, 상기 공명공간과 연결되어 상기 제1 유입구로부터 유입된 소음이 상기 공명공간에 전달되도록 구성된 소음유입부재; 및
    상기 격벽부재 및 상기 소음유입부재 중 적어도 하나에 연결되고, 상기 외함과 마주보며 상기 흡음부와 통하게 구비된 제2 유입구를 구비한 소음저감패널
    을 포함하고,
    상기 캐비티는, 상기 공명공간과 통하도록 상기 제2 유입구와 마주보는 면에 형성된 소음유입구멍을 포함하는 저소음 변압기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 소음저감패널은 복수의 상기 제2 유입구를 구비하고,
    상기 소음유입구멍은 상기 캐비티를 관통하는 구멍이며 상기 캐비티에 복수로 구비되는 것을 특징으로 하는 저소음 변압기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 격벽부재는, 상기 캐비티와 상기 소음저감패널을 연결하고, 상기 소음저감패널을 상기 캐비티로부터 이격시키게 제공되는 것을 특징으로 하는 저소음 변압기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 격벽부재는, 상기 제2 유입구, 상기 소음유입구멍 및 상기 소음유입부재의 외주 바깥에 배치되어 상기 소음유입부재의 외주에 상기 흡음부를 형성하는 것을 특징으로 하는 저소음 변압기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 흡음부에는 다공성 흡음재가 구비되는 것을 특징으로 하는 저소음 변압기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 소음유입부재는 복수로 구비되고 상호 일정 간격으로 이격되도록 구비된 것을 특징으로 하는 저소음 변압기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 캐비티는,
    제1 공명공간을 구비하고, 상기 소음유입부재가 연결된 제1 캐비티; 및
    상기 제1 공명공간과 분리되고, 상기 소음유입부재가 연결된 제2 공명공간을 구비하고, 상기 제1 캐비티에 적층된 제2 캐비티
    를 포함하고,
    상기 제1 캐비티에 연결된 상기 소음유입부재는, 상기 제2 공명공간 및 상기 흡음부를 통과하여 상기 소음저감패널에 연결된 것을 특징으로 하는 저소음 변압기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 캐비티는,
    제1 공명공간을 구비하고, 상기 소음유입부재가 연결된 제1 캐비티; 및
    상기 제1 공명공간과 분리된 제2 공명공간을 구비하고, 상기 제1 공명공간에 수용된 제2 캐비티
    를 포함하고,
    상기 제2 캐비티에 연결된 상기 소음유입부재는, 상기 흡음부를 통과하여 상기 소음저감패널에 연결된 것을 특징으로 하는 저소음 변압기.
  10. 외함;
    상기 외함의 내부에 구비된 권선부 및 철심부;
    상기 외함의 내부에 구비된 절연유체;
    상기 외함의 외부에 구비된 보강부재;
    공명공간을 구비하고, 결합부재에 의해 상기 보강부재에 연결된 캐비티;
    상기 캐비티 상에 적층되고, 흡음부를 구비한 격벽부재;
    상기 외함과 마주보는 제1 유입구를 구비하고, 상기 공명공간과 연결되어 상기 제1 유입구로부터 유입된 소음이 상기 공명공간에 전달되도록 구성된 소음유입부재; 및
    상기 격벽부재 및 상기 소음유입부재 중 적어도 하나에 연결되고, 상기 외함과 마주보며 상기 흡음부와 통하게 구비된 제2 유입구를 구비한 소음저감패널
    을 포함하고,
    상기 캐비티의 상기 공명공간은 원기둥 형태이고,
    상기 캐비티의 상기 공명공간의 체적(Vo), 상기 소음유입부재의 길이(Leq), 상기 소음유입부재의 내경의 단면적(A)은 공명 주파수(fH)에 의해 결정되며,
    Figure 112020078435407-pat00025
    에 의해 결정되고,
    Figure 112020078435407-pat00026
    이며,
    γ는 단열 계수(adiabatic index)이고, Po은 상기 캐비티의 공명공간의 압력이고, ρ는 상기 캐비티의 공명공간에 존재하는 유체의 밀도(mass density)인 저소음 변압기.
  11. 외함;
    상기 외함의 내부에 구비되는 권선부 및 철심부;
    상기 외함의 내부에 구비되는 절연유체;
    상기 외함의 외부에 구비된 보강부재;
    공명공간을 구비하고, 상기 외함 및 상기 보강부재와 마주보게 놓이는 캐비티;
    상기 캐비티 상에 적층되고 흡음부를 구비한 격벽부재;
    상기 외함과 마주보는 제1 유입구를 구비하고, 상기 공명공간과 연결되어 상기 제1 유입구로부터 유입된 소음이 상기 공명공간에 전달되도록 구성된 소음유입부재; 및
    상기 격벽부재 및 상기 소음유입부재 중 적어도 하나에 연결되고, 상기 외함과 마주보며 상기 흡음부와 통하게 구비된 제2 유입구를 구비한 소음저감패널
    을 포함하고,
    상기 캐비티의 상기 공명공간은 원기둥 형태이고,
    상기 캐비티의 상기 공명공간의 체적(Vo), 상기 소음유입부재의 길이(Leq), 상기 소음유입부재의 내경의 단면적(A)은 공명 주파수(fH)에 의해 결정되며,
    Figure 112020078435407-pat00027
    에 의해 결정되고,
    Figure 112020078435407-pat00028
    이며,
    γ는 단열 계수(adiabatic index)이고, Po은 상기 캐비티의 공명공간의 압력이고, ρ는 상기 캐비티의 공명공간에 존재하는 유체의 밀도(mass density)인 저소음 변압기.
  12. 외함;
    상기 외함의 내부에 구비된 권선부 및 철심부;
    상기 외함의 내부에 구비된 절연유체;
    상기 외함의 외부에 구비된 보강부재;
    공명공간을 구비하고, 결합부재에 의해 상기 보강부재에 연결된 캐비티;
    상기 캐비티 상에 적층되고, 흡음부를 구비한 격벽부재;
    상기 외함과 마주보는 제1 유입구를 구비하고, 상기 공명공간과 연결되어 상기 제1 유입구로부터 유입된 소음이 상기 공명공간에 전달되도록 구성된 소음유입부재; 및
    상기 격벽부재 및 상기 소음유입부재 중 적어도 하나에 연결되고, 상기 외함과 마주보며 상기 흡음부와 통하게 구비된 제2 유입구를 구비한 소음저감패널
    을 포함하고,
    상기 캐비티는,
    제1 공명공간을 구비하고, 상기 제1 공명공간과 통하는 제1 소음유입부재가 연결된 제1 캐비티; 및
    상기 제1 공명공간과 분리 또는 분리해제되는 제2 공명공간을 구비하고, 상기 제2 공명공간과 통하는 제2 소음유입부재가 연결된 제2 캐비티
    를 포함하는 저소음 변압기.
  13. 외함;
    상기 외함의 내부에 구비되는 권선부 및 철심부;
    상기 외함의 내부에 구비되는 절연유체;
    상기 외함의 외부에 구비된 보강부재;
    공명공간을 구비하고, 상기 외함 및 상기 보강부재와 마주보게 놓이는 캐비티;
    상기 캐비티 상에 적층되고 흡음부를 구비한 격벽부재;
    상기 외함과 마주보는 제1 유입구를 구비하고, 상기 공명공간과 연결되어 상기 제1 유입구로부터 유입된 소음이 상기 공명공간에 전달되도록 구성된 소음유입부재; 및
    상기 격벽부재 및 상기 소음유입부재 중 적어도 하나에 연결되고, 상기 외함과 마주보며 상기 흡음부와 통하게 구비된 제2 유입구를 구비한 소음저감패널
    을 포함하고,
    상기 캐비티는,
    제1 공명공간을 구비하고, 상기 제1 공명공간과 통하는 제1 소음유입부재가 연결된 제1 캐비티; 및
    상기 제1 공명공간과 분리 또는 분리해제되는 제2 공명공간을 구비하고, 상기 제2 공명공간과 통하는 제2 소음유입부재가 연결된 제2 캐비티
    를 포함하는 저소음 변압기.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 제1 캐비티 및 상기 제2 캐비티는, 상호 마주보는 면에 연결구멍을 각각 구비하고,
    상기 연결구멍에 결합 또는 결합 해제되게 구비되어, 상기 연결구멍을 개방 또는 폐쇄하는 커버부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저소음 변압기.
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