KR102217647B1 - 유중가스 분석장치 - Google Patents

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Abstract

유중가스 분석장치에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 유중가스 분석장치는: 절연유가 이동되는 제1공간부와 전장부품이 설치되는 제2공간부가 구획되는 하우징부와, 하우징부의 내측에 위치하며 하우징부의 내측으로 유입되는 외기와 열교환을 하는 메인열교환부와, 제1공간부의 내측에 위치하며 절연유가 내측으로 이동되고 메인열교환부에 접하며 열교환이 이루어지는 절연유열교환부와, 절연유열교환부에 연이어 설치되고 메인열교환부에 접하며 열교환되어 제2공간부를 설정된 온도로 유지하는 내기열교환부 및 제1공간부의 내측에 위치하며 절연유열교환부를 통과한 절연유에서 유중가스를 분리하여 측정하는 가스측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유중가스 분석장치{APPARATUS FOR ANALYZING GAS}
본 발명은 유중가스 분석장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절연유에 포함된 유중가스의 분석을 신속하고 정확하게 할 수 있는 유중가스 분석장치에 관한 것이다.
일반적으로, 변압기에서 고장이 발생하면 계통 사고에 의한 대규모 정전 등의 큰 사고로 이어져 큰 손실이 불가피하므로, 변압기의 상태진단은 사고를 미연에 방치하는 측면에서 매우 중요하다.
또한, 대용량 변압기의 과부하 운전시 발생되는 이상 여부를 진단하는데 있어서 사용되는 방법은, 변압기 내부의 절연유 내에서 발생하는 가스(이하, "유중가스"라 함)를 검출하여 분석하는 방법이 사용된다.
즉, 절연유 내 유중가스의 발생량과 가스의 조성비를 분석하는 유중가스 분석 방식이 가장 신뢰성을 얻고 있다. 이를 구현하기 위한 절연유 유중가스 분석장치는 변압기에 장착되어 일정 주기 간격으로 데이터를 취득한다.
종래에는 절연유에서 유중가스를 분리하는 작업에 사용되는 부품 수가 많으므로 생산비가 상승되며, 유중가스의 분석이 신속하고 정확하게 이루어지지 못하는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2018-0045567호(2018.05.04 공개, 발명의 명칭: 변압기 유중가스 분석 장치)에 게시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 절연유에 포함된 유중가스의 분석을 신속하고 정확하게 할 수 있는 유중가스 분석장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 유중가스 분석장치는: 절연유가 이동되는 제1공간부와 전장부품이 설치되는 제2공간부가 구획되는 하우징부와, 하우징부의 내측에 위치하며 하우징부의 내측으로 유입되는 외기와 열교환을 하는 메인열교환부와, 제1공간부의 내측에 위치하며 절연유가 내측으로 이동되고 메인열교환부에 접하며 열교환이 이루어지는 절연유열교환부와, 절연유열교환부에 연이어 설치되고 메인열교환부에 접하며 열교환되어 제2공간부를 설정된 온도로 유지하는 내기열교환부 및 제1공간부의 내측에 위치하며 절연유열교환부를 통과한 절연유에서 유중가스를 분리하여 측정하는 가스측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 하우징부는, 메인열교환부를 향하여 외기의 유입을 안내하는 흡기관로부 및 흡기관로부와 연결되며 메인열교환부에서 열교환이 이루어진 외기를 외측으로 안내하는 배기관로부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 메인열교환부는, 흡기관로부와 마주하는 하우징부의 내측에 위치하며 제어부의 제어에 의해 동작되어 일측면은 발열되고 타측면은 냉각되는 열전소자 및 열전소자에 접한 상태로 설치되며 복수의 방열판을 구비하는 메인방열부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 열전소자는, 절연유열교환부에 접한 상태로 설치되며 절연유열교환부와 열교환을 하는 제1열전소자 및 내기열교환부에 접한 상태로 설치되며 내기열교환부와 열교환을 하는 제2열전소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 절연유열교환부는, 제1열전소자와 접한 상태로 설치되며 열전도성 재질로 성형되는 절연유열교환몸체 및 절연유열교환몸체의 내측으로 절연유의 이동을 안내하는 절연유안내관로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 내기열교환부는, 제2열전소자와 접한 상태로 설치되며 열전도성 재질로 성형되는 베이스부재 및 베이스부재에서 연장되는 복수의 방열판을 구비하며 제2공간부에 있는 내기와 열교환을 하는 서브방열부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 가스측정부는, 절연유열교환부를 통과하며 설정된 온도가 된 절연유가 이동되기 위한 내측공간을 구비하는 탈기관로부와, 탈기관로부의 가스출구에 연결되며 절연유에서 추출된 유중가스를 전달받아 가스성분을 측정하는 센서부 및 탈기관로부의 내측에 위치하며 일단은 가스출구와 마주하는 위치에 고정되고 절연유는 통과되지 못하고 유중가스는 통과되는 공극이 복수로 구비되는 관로를 구비하는 가스포집부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 탈기관로부는, 가스출구가 구비되는 탈기관로몸체는 상측을 향하여 연장되며, 탈기관로몸체의 상측에 센서부가 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 탈기관로몸체는, 수직방향으로 형성된 부분과 수평방향으로 형성된 부분으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 탈기관로몸체는, 수직방향으로 형성된 부분과 수평방향으로 형성된 부분은 라운드 형상으로 연결된 것을 특징으로 한다. 수평방향으로 형성된 부분을 통해서 내부의 탈기관로로 유중가스를 포집하게 되며, 수직방향으로 형성된 부분을 통해서 포집된 유중가스가 중력에 반대방향인 상방향으로 자연스럽게 이동하게 된다
또한 수평방향으로 형성된 부분과 수직방향으로 형성된 부분이 이어지는 연결부는 라운드 형상으로 형성되어 포집된 유중가스가 센서부가 위치한 상방향으로 원활하게 이동할 수 있다.
한편 센서부는, 수소와 이산화탄소와 에틸렌과 부탄 중 적어도 어느 하나의 농도를 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한 가스포집부는, 탈기관로부의 입구부에 고정되는 제1고정부와, 가스출구와 마주하는 탈기관로부의 내측에 고정되는 제2고정부 및 제1고정부와 제2고정부에 양측이 연결되며 측면에는 절연유의 입자크기 보다는 작고 유중가스의 입자크기 보다는 큰 직경의 공극이 구비되는 복수의 탈기관로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 탈기관로는, 상기 탈기관로부의 절곡 형상을 따라서 함께 휘어져 배치될 수 있도록 유연한 재질로 형성된 관로인 것을 특징으로 한다.
또한 탈기관로는 테프론 재질로 성형된 관로인 것을 특징으로 한다.
탈기관로부는 하드한 재질로서 형성되고, 절곡되어 형성되므로, 탈기관로가 탈기관로부의 내부에 삽입되어 조립될 때 탈기관로부의 절곡된 형상을 따라서 함께 휘어져 배치될 수 있다. 이는 조립 과정을 단순화하여 제작 비용을 절감할 수 있다.
한편, 본 발명은, 하우징부의 외측에서 유입되는 절연유가 탈기관로부에서 배출되는 절연유와 같이 이동하며 열교환이 이루어지는 냉각열교환부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유중가스 분석장치는, 절연유 속에 포함된 유중가스만을 추출하여 센서부로 전달하는 탈기관로에 의해 유중가스의 분석이 신속하고 정확하게 이루어질 수 있다.
또한 메인열교환부와 내기열교환부의 작동으로 제어부와 센서부가 설치되는 제2공간부의 온도를 항상 설정된 온도 범위 이내로 유지할 수 있으므로 기기의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한 절연유열교환부와 냉각열교환부에 의해 절연유의 온도가 유중가스 측정에 적합한 온도로 조절되므로 유중가스의 분석이 신속하고 정확하게 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유중가스 분석장치의 외형을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유중가스 분석장치의 저면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전장부품이 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스측정부가 흡입관로부의 전방에 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스측정부가 설치된 상태를 도시한 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징부의 내측을 이동하는 공기의 흐름을 정면에서 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징부의 내측을 이동하는 공기의 흐름을 측면에서 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스측정부와 냉각열교환부를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스측정부를 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스측정부의 부분 절개 사시도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유중가스 분석장치를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유중가스 분석장치의 외형을 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유중가스 분석장치의 저면 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전장부품이 설치된 상태를 도시한 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스측정부가 흡입관로부의 전방에 설치된 상태를 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스측정부가 설치된 상태를 도시한 정면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징부의 내측을 이동하는 공기의 흐름을 정면에서 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징부의 내측을 이동하는 공기의 흐름을 측면에서 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스측정부와 냉각열교환부를 도시한 사시도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스측정부를 도시한 사시도이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스측정부의 부분 절개 사시도이다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유중가스 분석장치(1)는, 절연유(O)가 이동되는 제1공간부(12)와 전장부품(100)이 설치되는 제2공간부(13)가 구획되는 하우징부(10)와, 하우징부(10)의 내측에 위치하며 하우징부(10)의 내측으로 유입되는 외기와 열교환을 하는 메인열교환부(20)와, 제1공간부(12)의 내측에 위치하며 절연유(O)가 내측으로 이동되고 메인열교환부(20)에 접하며 열교환이 이루어지는 절연유열교환부(30)와, 절연유열교환부(30)에 연이어 설치되고 메인열교환부(20)에 접하며 열교환되어 제2공간부(13)를 설정된 온도로 유지하는 내기열교환부(40) 및 제1공간부(12)의 내측에 위치하며 절연유열교환부(30)를 통과한 절연유(O)에서 유중가스(G)를 분리하여 측정하는 가스측정부(50)를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유중가스 분석장치(1)는 냉각열교환부(70)와 메인송풍부(80)와 서브송풍부(85)와 수분센서(90)와 오일펌프(150)를 더 포함할 수 있다.
유중가스 분석장치(1)는 변압기와 변전소 옆 등 절연유(O)가 사용되는 곳에 설치되며, 절연유(O)에 포함된 가스의 농도를 자동으로 측정하여 폭발의 위험성을 차단한다.
하우징부(10)는 유중가스 분석장치(1)의 몸체를 형성하며, 메인열교환부(20)와 절연유열교환부(30)와 내기열교환부(40) 등의 부품들을 지지하는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 일 실시예에 따른 하우징부(10)는, 하우징몸체(11)와 제1공간부(12)와 제2공간부(13)와 흡기관로부(14)와 배기관로부(15)와 흡입관로부(16)와 순환관로부(17)와 내측하우징(18)을 포함한다.
하우징부(10)는 절연유(O)가 이동되는 제1공간부(12)와 전장부품(100)이 설치되는 제2공간부(13)가 구획되므로, 제2공간부(13)에 있는 공기가 제1공간부(12)로 이동됨이 차단된다. 제2공간부(13)는 전면에 회전 가능한 도어가 설치되는 육면체 형상의 하우징몸체(11) 내측에 위치한다.
하우징몸체(11)의 내측에는 전장부품(100)을 지지하는 내측하우징(18)이 위치한다. 수평방향으로 설치되는 내측하우징(18)의 상측에는 제2공간부(13)가 형성되며, 이러한 제2공간부(13)에는 전장부품(100)인 제어부(102)와 표시부(104)가 설치되며, 가스측정부(50)의 센서부(56)도 설치된다.
제2공간부(13)에는 외기의 유입이 차단되며, 제2공간부(13)에 있는 내기는 내기열교환부(40)와의 열교환을 통해 항상 일정한 온도를 유지한다.
제1공간부(12)는 내측하우징(18)에 의해 제2공간부(13)와 차단되며, 하우징부(10)의 외측에서 공급된 절연유(O)가 이동되어 2차에 걸쳐 열교환을 한 후 절연유(O)에 있는 가스를 포집하여 가스의 성분을 측정한다.
도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 하우징부(10)의 하측에는 메인열교환부(20)를 향하여 외기의 유입을 안내하는 흡기관로부(14) 및 흡기관로부(14)와 연결되며 메인열교환부(20)에서 열교환이 이루어진 외기를 외측으로 안내하는 배기관로부(15)가 설치된다.
흡기관로부(14)는 상하 방향으로 연장되며, 하우징부(10)의 몸체를 형성하는 하우징몸체(11)의 바닥면에 하측이 연결되고 상측은 하우징몸체(11)의 중앙에 위치하는 메인열교환부(20)에 연결된다.
흡기관로부(14)의 하측에는 송풍팬을 구비한 메인송풍부(80)가 설치되므로, 하우징부(10)의 외측에 있는 외기를 흡기관로부(14)의 내측으로 흡입하여 상측으로 이동시킨다.
흡기관로부(14)의 상측에서 양측으로 분기된 배기관로부(15)는 하우징몸체(11)의 바닥면으로 연장되며, 메인열교환부(20)에서 열교환이 이루어진 외기를 다시 하우징부(10)의 외측으로 배출시키는 통로 기능을 한다.
메인열교환부(20)의 상측에는 절연유열교환부(30)와 내기열교환부(40)가 각각 위치하며, 절연유열교환부(30)의 상측에는 흡입관로부(16)와 순환관로부(17)가 위치한다.
흡입관로부(16)는 상하 방향으로 연장되며, 흡입관로부(16)의 하측에는 내기열교환부(40)가 위치한다. 그리고 상측으로 연장된 흡입관로부(16)의 상측은 제2공간부(13)와 연결된다. 흡입관로부(16)의 내측에는 서브송풍부(85)가 설치되어 제2공간부(13)에 있는 공기를 하측으로 이동시켜 내기열교환부(40)와 열교환을 유도한다.
서브송풍부(85)의 하측에는 내기열교환부(40)가 설치되며, 내기열교환부(40)의 양측에는 상향 경사진 방향으로 연장되는 순환관로부(17)가 설치된다. 순환관로부(17)의 하측은 내기열교환부(40)에 연결되며 상측은 제2공간부(13)에 연결되므로, 내기열교환부(40)와 열교환을 한 내기를 다시 제2공간부(13)로 안내하는 통로가 된다.
제2공간부(13)에 있는 내기는 내기열교환부(40)에 의해 열교환을 하며 설정된 온도를 항상 일정하게 유지하므로, 극한 외부 환경에서도 제어부(102)와 같은 전장부품(100)과 센서부(56)의 동작신뢰성을 향상시킨다. 한편 제어부(102)의 전면에 설치된 표시부(104)는 하우징부(10)의 외측에서 육안으로 관찰하기 용이하도록 하우징부(10)의 개구된 측면과 마주하는 위치에 설치된다.
또한 제2공간부(13)에는 별도의 온도측정센서가 더 설치되며, 제어부(102)로 측정값을 보내므로 제2공간부(13)의 온도를 적정 온도로 유지할 수 있다.
도 6 과 도 7에 도시된 바와 같이, 메인열교환부(20)는 하우징부(10)의 내측에 위치하며, 하우징부(10)의 내측으로 유입되는 외기와 열교환을 하는 기술사상 안에서 다양한 종류의 열교환장치가 사용될 수 있다. 일 실시예에 따른 메인열교환부(20)는 열전소자(21)와 메인방열부재(24)를 포함한다.
열전소자(21)는 흡기관로부(14)와 마주하는 하우징부(10)의 내측에 위치하며, 제어부(102)의 제어에 의해 동작되어 일측면은 발열되고 타측면은 냉각된다. 일 실시예에 따른 열전소자(21)는, 절연유열교환부(30)에 접한 상태로 설치되며 절연유열교환부(30)와 열교환을 하는 제1열전소자(22)와, 내기열교환부(40)에 접한 상태로 설치되며 내기열교환부(40)와 열교환을 하는 제2열전소자(23)를 포함한다.
제1열전소자(22)와 제2열전소자(23)는 수평방향으로 설치된 판 형상이며, 제1열전소자(22)와 제2열전소자(23)의 상측이 냉각되면 하측은 가열되고, 반대로 상측이 가열되면 하측은 냉각된다. 제1열전소자(22)와 제2열전소자(23)의 냉각과 가열되는 면과 온도의 설정은, 외기와 내기와 절연유(O)의 온도를 전달받는 제어부(102)에 의해 이루어진다.
메인방열부는 열전소자(21)에 접한 상태로 설치되며 복수의 방열판을 구비한다. 일 실시예에 따른 메일방열부는 열전소자(21)의 하측에 접한 상태로 설치되며, 메인방열부는 흡기관로부(14)의 상측에 위치하며, 외기와 열교환을 한다.
절연유열교환부(30)는 제1공간부(12)의 내측에 위치하며, 절연유(O)가 내측으로 이동되고 메인열교환부(20)에 접하며 열교환이 이루어지는 기술사상 안에서 다양한 종류의 열교환장치가 사용될 수 있다. 일 실시예에 따른 절연유열교환부(30)는 절연유열교환몸체(32)와 절연유안내관로(34)를 포함한다.
절연유열교환몸체(32)는 제1열전소자(22)의 상측에 접한 상태로 설치되며, 열전도성 재질로 성형된다. 절연유안내관로(34)는 절연유열교환몸체(32)의 내측으로 절연유(O)의 이동을 안내하는 관로이다.
하우징부(10)의 내측으로 들어온 절연유(O)는 2차에 걸쳐서 열교환이 이루어지며, 절연유열교환부(30)는 2차 열교환이기이다. 절연유열교환부(30)는 제1열전소자(22)에 의해 냉각이 이루어지며, 1차 열교환기인 냉각열교환부(70)를 통과하며 65℃도 정도 되는 절연유(O)의 온도를 35℃ 정도로 낮추어 탈기관로부(51)로 전달한다.
내기열교환부(40)는 절연유열교환부(30)에 연이어 설치되고, 메인열교환부(20)에 접하며 열교환되어 제2공간부(13)를 설정된 온도로 유지하는 기술사상 안에서 다양한 종류의 열교환장치가 사용될 수 있다. 일 실시예에 따른 내기열교환부(40)는, 제2열전소자(23)와 접한 상태로 설치되며 열전도성 재질로 성형되는 베이스부재(42) 및 베이스부재(42)에서 연장되는 복수의 방열판을 구비하며 제2공간부(13)에 있는 내기와 열교환을 하는 서브방열부(44)를 포함한다.
수평방향으로 연장된 판 형상의 베이스부재(42)는 제2열전소자(23)의 상측에 접한 상태로 설치된다. 그리고 서브방열부(44)는 베이스부재(42)의 상측으로 연장되며 흡입관로부(16)의 하측에 위치하므로 제2공간부(13)의 내기와 열교환을 한다.
도 2 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 가스측정부(50)는 제1공간부(12)의 내측에 위치하며, 절연유열교환부(30)를 통과한 절연유(O)에서 유중가스(G)를 분리하여 측정하는 기술사상 안에서 다양한 변형이 가능하다. 일 실시예에 따른 가스측정부(50)는 탈기관로부(51)와 센서부(56)와 센서브라켓(59)과 배출밸브(60)와 가스포집부(61)를 포함한다.
탈기관로부(51)는 절연유열교환부(30)를 통과하며, 설정된 온도가 된 절연유(O)가 이동되기 위한 내측공간을 구비하는 관로이며, 탈기관로부(51)를 통과하는 절연유(O)는 가스포집부(61)에 의해 가스가 포집된다. 일 실시예에 따른 탈기관로부(51)는, 탈기관로몸체(52)와 입구부(53)와 가스출구(54)와 출구부(55)를 포함한다.
탈기관로몸체(52)는 절연유(O)의 이동을 안내하는 관로 형상이며, 가스출구(54)가 구비되는 탈기관로몸체(52)는 상측을 향하여 연장되므로 절연유(O)에서 분리된 기체의 유중가스(G)가 센서부(56)로 용이하게 이동될 수 있다. 탈기관로몸체(52)의 일측에는 절연유(O)가 유입되는 입구부(53)가 구비되며, 타측에는 유중가스(G)가 배출되기 위한 가스출구(54)가 구비된다. 그리고 가스출구(54)의 하측에 위치하는 탈기관로몸체(52)의 측면에는 절연유(O)를 배출하기 위한 출구부(55)가 설치된다.
탈기관로몸체(52)는 상하 방향으로 설치될 수 있으며, 설치환경에 따라 라운드를 형성하며 "ㄴ"자 형상으로 굽어진 모양으로도 설치될 수 있다. 이러한 탈기관로몸체(52)의 상측에 센서부(56)가 위치하므로 유중가스(G)의 전달과 측정이 용이하게 이루어진다.
센서부(56)는 탈기관로부(51)의 가스출구(54)에 연결되며, 절연유(O)에서 추출된 유중가스(G)를 전달받아 가스성분을 측정하는 기술사상 안에서 다양한 종류의 센서가 사용될 수 있다. 일 실시예에 따른 센서부(56)는, 수소와 이산화탄소와 에틸렌과 부탄 중 적어도 어느 하나의 농도를 검출할 수 있으며, 제1센서(57)와 제2센서(58)를 포함한다.
일 실시예에 따른 제1센서(57)는 H2센서이며 제2센서(58)는 CO2센서이다. 센서브라켓(59)의 상측에 제1센서(57)와 제2센서(58)와 배출밸부의 순서로 설치되며, 가스출구(54)를 통해 이동된 유중가스(G)는 센서브라켓(59)의 내측에 구비된 유로를 통해 이동된다.
가스포집부(61)에 의해 절연유(O)와 분리된 유중가스(G)는 제1센서(57)와 제2센서(58)가 설치된 센서부(56)로 이동하며 유중가스(G)의 성분이 센싱된다. 센서부(56)가 정확성을 갖고 센싱할 수 있는 유중가스(G)의 온도가 35℃ 정도이기 때문에, 유중가스(G)의 온도를 35℃로 낮추어 센서부(56)로 이동시켜야 한다.
센서브라켓(59)은 탈기관로부(51)의 상측에 수평방향으로 설치되며, 유중가스(G)가 이동되는 통로도 수평방향으로 설치된다.
배출밸브(60)는 센서브라켓(59)의 내측 유로에 있는 유중가스(G)를 외측으로 배출시키기 위한 밸브이며, 솔레노이드 밸브를 사용한다.
가스포집부(61)는 탈기관로부(51)의 내측에 위치하며, 일단은 가스출구(54)와 마주하는 위치에 고정되고, 절연유(O)는 통과되지 못하고 유중가스(G)는 통과되는 공극이 복수로 구비되는 관로를 구비하는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 변형이 가능하다. 일 실시예에 따른 가스포집부(61)는 제1고정부(62)와 제2고정부(63)와 탈기관로(64)를 포함한다.
제1고정부(62)는 탈기관로부(51)의 입구부(53)에 고정되며, 제2고정부(63)는 가스출구(54)와 마주하는 탈기관로부(51)의 내측에 고정된다. 제1고정부(62)와 제2고정부(63)는 "ㄷ"자 형상의 단면을 구비한 관이며, 탈기관로부(51)의 내측에 고정된다.
제1고정부(62)는 입구부(53)와 마주하는 위치에 고정되며, 제2고정부(63)는 가스출구(54)와 마주하는 위치에 고정된다.
탈기관로(64)는 제1고정부(62)와 제2고정부(63)에 양측이 연결되며, 측면에는 절연유(O)의 입자크기 보다는 작고 유중가스(G)의 입자크기 보다는 큰 직경의 공극이 구비되며, 이러한 탈기관로(64)는 복수로 구비된다. 일 실시예에 따른 공극의 직경은 0.02㎛이다.
또한 탈기관로(64)는 불소수지 재질로 성형되며, 그 중에서도 테프론 재질로 성형된다. 일 실시예에 따른 탈기관로(64)는 테프론의 퍼플루오르알콕시 불소수지인 PFA로 성형된다.
탈기관로(64)는 직경이 얇은 관 형상이며, 이러한 탈기관로(64)가 복수로 구비되어 다발을 형성한다. 탈기관로(64)의 양단은 개구되어 있으며, 일측은 제1고정부(62)에 고정되며 타측은 제2고정부(63)를 관통하며 가스출구(54)와 마주하는 형상으로 고정된다. 그리고 탈기관로(64)의 측면에는 유중가스(G)의 이동은 허용하고 절연유(O)의 유입은 차단하는 복수의 공극이 구비된다. 따라서 탈기관로부(51)를 따라 이동되는 절연유(O)에 포함된 유중가스(G)는 탈기관로(64)의 공극을 통해 탈기관로(64)의 내측으로 이동된 후 탈기관로(64)를 따라 상측으로 이동될 수 있다.
냉각열교환부(70)는 하우징부(10)의 외측에서 유입되는 절연유(O)가 탈기관로부(51)에서 배출되는 절연유(O)와 같이 이동하며 열교환이 이루어지는 기술사상 안에서 다양한 종류의 열교환장치가 사용될 수 있다. 일 실시예에 따른 냉각열교환부(70)는 절연유공급관로(110)와 연결된다. 또한 탈기관로부(51)의 출구부(55)를 통해 배출되는 절연유(O)의 이동을 안내하는 절연유배출관로(120)도 냉각열교환부(70)에 연결되므로, 비교적 저온의 절연유배출관로(120)와 고온의 절연유공급관로(110)의 사이에 열교환이 이루어진다.
냉각열교환부(70)는 절연유공급관로(110)를 통해 유입되는 70℃ 정도의 절연를 탈기관로부(51)에서 배출되는 35℃ 정도의 절연유(O)와 열교환을 유도하므로, 70℃의 절연유(O) 온도가 65℃ 정도로 낮아진다.
하우징부(10)의 내측으로 절연유(O)를 공급하기 위한 관로인 절연유공급관로(110)는 냉각열교환부(70)를 거쳐 수분센서(90)로 이동되어 절연유(O)에 포함된 수분이 센싱된다. 그리고 수분센서(90)를 통과한 절연유(O)는 오일펌프(150)를 거쳐 절연유열교환부(30)로 이동된다.
절연유열교환부(30)를 통과한 절연유(O)는 절연유공급관로(110)를 따라 탈기관로부(51)의 내측으로 이동한다. 탈기관로부(51)의 외측으로 배출되는 절연유(O)는 절연유배출관로(120)를 따라 냉각열교환부(70)로 이동된 후 하우징부(10)의 외측으로 배출이 안내된다.
절연유공급관로(110)와 나란히 설치된 샘플링공급관로(140)는 하우징부(10)의 외측에서 유입된 절연유(O)를 바로 오일펌프(150)로 안내하며, 필요에 따라 절연유(O)를 오일펌프(150)로 바로 공급할 수 있다.
또한 배출밸브(60)와 연결된 가스배출관로(130)는 배기관로부(15)와 연통되므로, 측정이 완료된 유중가스(G)를 배기관로부(15)를 통해 하우징부(10)의 외측으로 배기시킨다.
절연유(O)에 수분이 많이 포함되어 있으면 절연효과가 저하되므로 수분센서(90)는 절연유(O)에 수분이 어느 정도 포함되었는지 측정하여 제어부(102)로 측정값을 전달한다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유중가스 분석장치(1)의 작동상태를 상세히 설명한다.
우선 전장부품(100)이 설치된 하우징부(10)의 내측에 구비된 제2공간부(13)를 항온 유지하는 기능에 대해서 설명한다. 제어부(102)는 외기의 온도와 제2공간부(13)의 온도를 측정하여 열전소자(21)를 동작시킨다.
그리고 메인송풍부(80)가 동작되면, 하우징부(10)의 흡기관로부(14)를 통해 외기가 유입되어 메인방열부재(24)와 열교환을 한다. 메인방열부재(24)와 열교환을 한 외기는 배기관로부(15)를 통해 하우징부(10)의 외측으로 배기된다.
서브송풍부(85)의 동작으로 흡입관로부(16)를 통해 내기열교환부(40)로 이동된 내기는 내기열교환부(40)와 열교환을 한 후 순환관로부(17)를 따라 상측으로 이동되어 제2공간부(13)로 재공급된다. 따라서 전장부품(100)과 센서부(56)가 설치된 제2공간부(13)의 온도는 설정된 온도 범위를 유지할 수 있다.
제어부(102)와 센서부(56)는 항상 설정된 온도범위 이내에서 동작이 이루어지므로 과열이나 과냉에 의한 동작이상 현상을 방지할 수 있으며, 동작신뢰성도 향상된다.
절연유(O)의 이동과 유중가스(G)의 분석과 관련된 동작에 대해서 설명한다. 절연유공급관로(110)를 통해 제1공간부(12)로 이동된 절연유(O)는 냉각열교환부(70)를 통과하며 1차 열교환을 한다.
냉각열교환부(70)는 탈기관로부(51)에서 배출되는 35℃의 냉각유가 통과하므로, 70℃의 냉각유 온도가 65℃로 낮아진다. 그리고, 냉각열교환부(70)를 통고한 냉각유는 수분센서(90)와 오일펌프(150)를 통과한 후 절연유열교환부(30)로 이동되어 2차 열교환을 한다.
2차 열교환을 한 절연유(O)의 온도는 35℃로 낮아진 후 탈기관로부(51)의 입구부(53)로 이동한다. 탈기관로부(51)의 내측으로 공급된 절연유(O)는 출구부(55)를 향한 방향으로 이동된 후 절연유배출관로(120)를 따라 냉각열교환부(70)로 이동된다.
절연유(O)에 포함된 유중가스(G)는 가스포집부(61)의 탈기관로(64)의 내측으로 이동된 후 탈기관로(64)를 따라 상측으로 이동한다. 탈기관로(64)를 따라 상측으로 이동된 유중가스(G)는 가스출구(54)를 통해 센서브라켓(59)으로 이동된 후 제1센서(57)와 제2센서(58)에 의해 가스성분이 측정된다.
센서브라켓(59)의 내측에 있는 유중가스(G)의 압력이 설정된 압력 이상이 된 경우, 배출밸브(60)가 동작되어 센서브라켓(59) 내측이 유중가스(G)를 배출시킨다. 배출밸브(60)를 통해 배출된 유중가스(G)는 가스배출관로(130)를 통해 이동된 후 배기관로부(15)를 통해 하우징부(10)의 외측으로 배기된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 절연유(O) 속에 포함된 유중가스(G)만을 추출하여 센서부(56)로 전달하는 탈기관로(64)에 의해 유중가스(G)의 분석이 신속하고 정확하게 이루어질 수 있다. 또한 메인열교환부(20)와 내기열교환부(40)의 작동으로 제어부(102)와 센서부(56)가 설치되는 제2공간부(13)의 온도를 항상 설정된 온도 범위 이내로 유지할 수 있으므로 기기의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한 절연유열교환부(30)와 냉각열교환부(70)에 의해 절연유(O)의 온도가 유중가스(G) 측정에 적합한 온도로 조절되므로 유중가스(G)의 분석이 신속하고 정확하게 이루어질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 유중가스 분석장치 10: 하우징부
11: 하우징몸체 12: 제1공간부
13: 제2공간부 14: 흡기관로부
15: 배기관로부 16: 흡입관로부
17: 순환관로부 18: 내측하우징
20: 메인열교환부 21: 열전소자
22: 제1열전소자 23: 제2열전소자
24: 메인방열부재 30: 절연유열교환부
32: 절연유열교환몸체 34: 절연유안내관로
40: 내기열교환부 42: 베이스부재
44: 서브방열부 50: 가스측정부
51: 탈기관로부 52: 탈기관로몸체
53: 입구부 54: 가스출구
55: 출구부 56: 센서부
57: 제1센서 58: 제2센서
59: 센서브라켓 60: 배출밸브
61: 가스포집부 62: 제1고정부
63: 제2고정부 64: 탈기관로
70: 냉각열교환부 80: 메인송풍부
85: 서브송풍부 90: 수분센서
100: 전장부품 102: 제어부
104: 표시부 110: 절연유공급관로
120: 절연유배출관로 130: 가스배출관로
140: 샘플링공급관로 150: 오일펌프
O: 절연유 G: 유중가스

Claims (10)

  1. 절연유가 이동되는 제1공간부와 전장부품이 설치되는 제2공간부가 구획되는 하우징부;
    상기 하우징부의 내측에 위치하며, 상기 하우징부의 내측으로 유입되는 외기와 열교환을 하는 메인열교환부;
    상기 제1공간부의 내측에 위치하며, 상기 절연유가 내측으로 이동되고, 상기 메인열교환부에 접하며 열교환이 이루어지는 절연유열교환부;
    상기 절연유열교환부에 연이어 설치되고, 상기 메인열교환부에 접하며 열교환되어 상기 제2공간부를 설정된 온도로 유지하는 내기열교환부; 및
    상기 제1공간부의 내측에 위치하며, 상기 절연유열교환부를 통과한 상기 절연유에서 유중가스를 분리하여 측정하는 가스측정부;를 포함하고,
    상기 가스측정부는,
    상기 절연유열교환부를 통과하며 설정된 온도가 된 상기 절연유가 이동되기 위한 내측공간을 구비하는 탈기관로부;
    상기 탈기관로부의 가스출구에 연결되며, 상기 절연유에서 추출된 유중가스를 전달받아 가스성분을 측정하는 센서부; 및
    상기 탈기관로부의 내측에 위치하며, 일단은 상기 가스출구와 마주하는 위치에 고정되고, 상기 절연유는 통과되지 못하고 상기 유중가스는 통과되는 공극이 복수로 구비되는 관로를 구비하는 가스포집부;를 포함하고,
    상기 절연유에서 분리된 상기 유중가스가 상기 센서부로 원활하게 이동할 수 있도록 하기 위하여, 상기 가스출구가 구비되는 탈기관로몸체는 상측을 향하여 연장되며, 상기 탈기관로몸체의 상측에 상기 센서부가 위치하고,
    상기 탈기관로몸체는, 수직방향으로 형성된 부분과 수평방향으로 형성된 부분으로 구성되며,
    유중가스가 상기 센서부가 위치한 상방향으로 원할하게 이동할 수 있도록, 상기 수직방향으로 형성된 부분과 상기 수평방향으로 형성된 부분은 라운드 형상으로 연결되고,
    상기 가스포집부는,
    상기 탈기관로부의 입구부에 고정되는 제1고정부;
    상기 가스출구와 마주하는 상기 탈기관로부의 내측에 고정되는 제2고정부; 및
    상기 제1고정부와 상기 제2고정부에 양측이 연결되며, 측면에는 상기 절연유의 입자크기 보다는 작고 상기 유중가스의 입자크기 보다는 큰 직경의 공극이 구비되는 복수의 탈기관로;를 포함하고,
    상기 탈기관로는, 상기 탈기관로부의 절곡 형상을 따라서 함께 휘어져 배치될 수 있도록 유연한 재질로 형성된 관로인 것을 특징으로 하는 유중가스 분석장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징부는,
    상기 메인열교환부를 향하여 외기의 유입을 안내하는 흡기관로부; 및
    상기 흡기관로부와 연결되며, 상기 메인열교환부에서 열교환이 이루어진 외기를 외측으로 안내하는 배기관로부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유중가스 분석장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 메인열교환부는,
    상기 흡기관로부와 마주하는 상기 하우징부의 내측에 위치하며, 제어부의 제어에 의해 동작되어 일측면은 발열되고 타측면은 냉각되는 열전소자; 및
    상기 열전소자에 접한 상태로 설치되며, 복수의 방열판을 구비하는 메인방열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유중가스 분석장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 열전소자는,
    상기 절연유열교환부에 접한 상태로 설치되며 상기 절연유열교환부와 열교환을 하는 제1열전소자; 및
    상기 내기열교환부에 접한 상태로 설치되며 상기 내기열교환부와 열교환을 하는 제2열전소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유중가스 분석장치.
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