KR102402405B1 - 냉각 장치 - Google Patents

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Abstract

건식 변압기용 냉각 장치가 개시되고, 냉각 장치는 가스 유동을 블로잉하도록 구성된 블로잉 장비, 변압기의 클램핑 구조에 위치될 수 있는 개구를 포함하고, 개구는 가스 유동이 블로잉 장비로부터 변압기의 권선쪽으로 통과할 수 있도록 구성되어, 권선은 적절히 냉각되고, 개구는 클램핑 구조의 유전체 보호를 위한 전기적 보호 수단을 포함하고; 이러한 냉각 장치를 포함하는 변압기가 또한 개시된다.

Description

냉각 장치 {COOLING ARRANGEMENT}
본 발명은 건식 변압기용 냉각에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 변압기의 적어도 하나의 권선을 냉각하기 위한 냉각 장치 및 상기 장치를 포함하는 변압기에 관한 것이다.
변압기는 저 전압, 중간 전압, 및 고 전압 적용에 널리 사용될 수 있다.
변압기가 작동 중 온도 상승을 겪을 수 있다는 것은 널리 알려져 있다. 이러한 온도 문제는 더 나은 성능과 긴 수명을 달성하기 위해 가능한 한 낮추거나 회피되어야 한다.
변압기의 특정 유형은 예를 들어 권선 또는 코일을 냉각시키기 위해 공기와 같은 가스를 사용할 수 있는 건식 변압기이다. 이러한 공기 냉각은 강제되거나 또는 자연스럽게 이루어질 수 있다. 강제된 공기 냉각의 경우, 블로잉 장비는 공기 유동을 권선에 블로잉하도록 배치될 수 있다.
권선에 의해 발생된 전기장으로부터 변압기의 클램핑 구조를 보호하기 위한 전기 차폐 장치의 사용도 알려져 있다. 이러한 전기 차폐 장치의 예가 EP 2430643 B1호에 개시되어 있다. 변압기는 전체 변압기를 지지하기 위한 요크에 연결된 권선 및 클램프를 포함한다. 전기 차폐 장치는 클램프와 권선 사이에 배치된다.
공압식(air-forced)(AF) 냉동 방식의 건식 변압기의 경우, 변압기의 클램프를 커버하는 보호 시트 또는 전기 차폐 장치는 권선으로, 특히 권선 장치의 내부 영역으로 지향되는 공기 유동을 차단할 수 있다. 권선의 이러한 내부 영역은 예를 들어 변압기의 저 레벨 전압 부분에 대응할 수 있고, 외부 영역은 예를 들어 변압기의 보다 높은 레벨의 전압 부분에 대응할 수 있다. 경우에 따라, 외부 영역은 차폐 장치에도 불구하고 간신히 장애물 없이 냉각 공기 유동을 수용할 수 있다. 그러나, 외부 영역 및 차폐 장치에 의해 둘러싸인 내부 영역은 온도를 원하는 레벨로 유지하기 위한 적절한 유량을 수용하지 못할 수 있다.
권선을 적절하게 냉각시킬 수 있고 공지된 해결책보다 더 효율적일 수 있는 전기 차폐 장치를 구비한 건식 변압기용 개선된 냉각 장치를 제공하는 것이 가능하다는 것이 이제 밝혀졌다.
제1 태양에서, 건식 변압기용 냉각 장치가 제공된다. 냉각 장치는
적어도 하나의 가스 유동을 블로잉하도록 구성된 블로잉 장비;
적어도 부분적으로 변압기의 클램핑 구조에 위치될 수 있는 적어도 하나의 개구를 포함하고,
개구는 가스 유동이 블로잉 장비로부터 변압기의 적어도 하나의 권선쪽으로 통과할 수 있도록 구성되고;
개구는 전기적 보호 수단을 포함할 수 있다.
적어도 부분적으로 클램핑 구조 및 블로잉 장비에 위치될 수 있는 개구를 포함할 수 있는 냉각 장치를 제공함으로써, 변압기가 작동 중일 때 권선에서 발생된 온도 상승을 가능한 한 낮게 감소시킬 수 있다. 따라서 변압기의 성능과 수명이 향상된다.
적어도 하나의 개구는 블로잉 장치로부터 권선으로의 가스 유동이 뒤따르는 진로 또는 경로를 클리어링한다(clear).
전기적 보호 수단을 포함하는 본 냉각 장치의 개구는 또한 변압기의 클램핑 구조를 위한 전기적 차폐를 또한 유지하고, 따라서 변압기의 클램핑 구조는 작동 권선과 클램핑 구조 사이에 생성된 전기장으로부터 방지된다.
건식 변압기용 냉각 장치의 일부 예에서, 변압기는 적어도 부분적으로 코어를 둘러싸는 내부 권선 및 적어도 부분적으로 코어를 둘러싸는 외부 권선을 포함할 수 있으며, 내부 권선은 코어와 외부 권선 사이에 적어도 부분적으로 배치되고, 적어도 하나의 개구는 가스 유동이 블로잉 장비로부터 내부 권선쪽으로 통과할 수 있도록 구성될 수 있다. 본 해결책으로 인하여, 내부 권선은 블로잉 장비로부터 적절한 냉각 가스 유동을 수용하기 때문에 최적의 온도로 유지될 수 있다. 변압기의 성능과 수명이 더욱 향상된다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 냉각 장치를 포함할 수 있는 변압기를 제공한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 비-제한적인 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 냉각 장치를 포함하는 변압기의 개략적인 부분 단면도이다.
도 2는 전기 차폐 장치를 구비하고 본 발명의 냉각 장치를 포함하는 도 1의 변압기의 개략적인 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예의 개략적인 부분 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예의 개략적인 부분 평면도이다.
도 1에는 본 발명에 따른 냉각 장치(1)를 포함하는 건식 변압기(100)의 부분 단면도가 도시되어 있다. 변압기(100)는 고전압(HV) / 저전압(LV) 유형 중 하나일 수 있지만, 임의의 다른 전압 레벨이 사용될 수 있다. 본 예에서, 정격 전력은 0.1 - 100 MVA의 범위일 수 있고, 저전압은 0.1 - 400 kV의 범위일 수 있다.
도 1 내지 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 변압기(100)는 코어(50)를 둘러싸는 LV의 내부 권선(20) 및 코어(50)를 둘러싸는 HV의 외부 권선(30)을 포함할 수 있고, 내부 권선(20)은 적어도 부분적으로 코어(50)와 외부 권선(30) 사이에 배치될 수 있다. 예시적인 변압기(100)는 ABB에 의한 건식 변압기 "HiDry"일 수 있다. 따라서, "내부" 및 "외부"의 사용은 코어(50)의 위치와 관련될 수 있다.
변압기(100)는 적어도 하나의 클램프(41) 및 추가적으로 전기 차폐 장치(42)를 포함할 수 있는 클램핑 구조(40)를 구비할 수 있다. 클램프(41)는 U-프로파일을 가질 수 있거나 또는 굽은 플레이트의 형태를 가질 수 있으며, 예를 들어 탄소강으로 제조될 수 있다. 전기 차폐 장치(42)는 보호 시트를 포함할 수 있고, 권선(20, 30)과 클램프(41) 사이에 위치될 수 있다. 이 전기 차폐 장치(42)는 권선(20, 30)의 전기장으로부터 클램프(41)를 차폐하도록 구성될 수 있다.
전기 차폐 장치(42)는 강철 및 알루미늄을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있지만, 일반적으로 적절한 기계적 성질을 갖는 임의의 전도성 재료를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 냉각 장치(1)는
적어도 하나의 가스 유동(F)을 블로잉하도록(blow) 구성된 블로잉 장비(11) - 가스는 공기 또는 임의의 다른 적절한 냉각 가스일 수 있음 - ;
변압기(100)의 클램핑 구조(40)에 위치될 수 있는 적어도 하나의 개구(12)를 포함할 수 있고,
개구(12)는 가스 유동(F)이 블로잉 장비(11)로부터 변압기(100)의 적어도 하나의 권선(20, 30)쪽으로 통과할 수 있도록 구성될 수 있고,
개구(12)는 전기적 보호 수단(14)을 포함할 수 있다.
블로잉 장비(11)는 예를 들어 250 m3/h 내지 5000 m3/h의 유동 속도를 갖는 적어도 하나의 팬을 포함할 수 있으며, 원심형 팬일 수 있다. 이러한 유동 속도 및 유형은 각 경우의 요구 사항에 따라 수정될 수 있다. 도 1 내지 도 2에서, 하나의 팬만이 두 개의 권선(20, 30)에 대해 도시되었지만, 대안적인 예에서, 블로잉 장비(11)는 가스 유동(F)을 내부 권선(20)으로 지향하게 하는 적어도 하나의 팬 및 가스 유동(F)을 외부 권선(30)으로 지향하게 하는 적어도 하나의 팬을 포함할 수 있다.
다른 대안적인 실시예에서, 적어도 하나의 팬이 가스 유동(F)을 개구(12)를 통해 내부 권선(20)으로 지향하게 할 수 있고, 추가의 팬이 가스 유동(F)을 개구(12)의 외부로 외부 권선(30)으로 지향하게 할 수 있다.
도 1에는 전기 차폐 장치(42)가 없는 클램핑 구조(40)를 갖는 변압기(100)의 단면도가 도시되어 있다. 클램핑 구조(40)는 전기 차폐 장치(42)가 없는 클램프(41)를 포함할 수 있다. 이 경우, 개구(12)는 클램프(41) 내에 위치될 수 있다. 개구(12)는 적어도 부분적으로 클램프(41) 내에 위치될 수 있다.
도 2에서, 클램핑 구조(40)는 클램프(41)와 권선(20, 30) 사이에 위치될 수 있는 적어도 하나의 전기 차폐 장치(42)를 더 포함하며, 개구(12)는 전기 차폐 장치(42) 및 클램프(41) 내에 또는 오직 전기 차폐 장치(42) 내에만 위치될 수 있다. 도 2에서는 전기 차폐 장치(42)와 클램프(41)에는 개구(12)가 실질적으로 서로 매칭될 수 있는 대응하는 개구(12)가 제공될 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 개구(12)는 부분적으로 서로 매칭될 수 있다. 어떠한 경우에도, 개구(12)는 가스 유동(F)이 블로잉 장비(11)로부터 권선(20, 30)으로 통과할 수 있도록 위치될 수 있다.
도 3은 본 냉각 장치(1)의 제1 실시예의 평면도를 도시하며, 전기적 보호 수단(14)은 슬롯형 부분(16)을 포함할 수 있으며, 슬롯형 부분(16)은 복수의 구멍을 형성하도록 구성된다. 슬롯형 부분(16)의 복수의 구멍은 정사각형, 원형, 직사각형, 삼각형, 타원형 등과 같은 임의의 적합한 형태로 형성될 수 있다.
도 4는 본 냉각 장치(1)의 제2 실시예의 평면도를 도시하며, 전기적 보호 수단(14)은 복수의 구멍을 형성하도록 구성된 그리드(15)를 포함할 수 있다. 그리드(15)의 복수의 구멍은 정사각형, 원형, 직사각형, 삼각형, 타원형 등과 같은 임의의 적합한 형태로 형성될 수 있다.
대안적으로, 전기적 보호 수단(14)은 클램핑 구조(40)와 일체로 형성될 수 있다(도시되지 않음). 이는 예를 들어, 복수의 드릴, 보어 등이 전기 차폐 장치(42) 또는 클램프(41)에 생성되는 경우일 수 있다. 따라서, 그리드(15) 및/또는 슬롯형 부분(16)은 클램핑 구조(40)와 분리된 부분으로서 또는 일체형 부분으로서 구성될 수 있다.
슬롯형 부분(16) 및 그리드(15)는 모두 원하는 대로 가스 유동(F)을 배향 및/또는 분배하도록 적용될 수 있다.
도 1 내지 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 블로잉 장비(11)는 팬의 출구가 내부 및/또는 외부 권선(20, 30)으로 지향될 수 있는 방식으로 구성될 수 있다. 가스 유동(F)은 개구(12)를 이용하여 권선(20, 30)의 표면의 적어도 일부에 도달할 수 있다. 가스 유동(F)은 서로 권선(20, 30) 사이에 그리고/또는 권선(20)과 코어(50) 사이에 제공된 간극 공간(S)을 통과하도록 형성될 수 있다. 대류 열전달은 권선(20, 30)의 적어도 표면 부분 위로 가스 유동(F)을 흐르게 함으로써 발생될 수 있다. 권선(20, 30)은 동작 중에 워밍업될 수 있고, 권선(20, 30)의 표면 부분에 걸쳐 상대적으로 더 차가운 가스 유동(F)으로 열을 전달할 수 있다. 권선(20, 30)은 가스 유동(F)으로의 열 전달에 의해 적절한 온도로 유지될 수 있다.
개구(12)로 인해, 상대적으로 더 차가운 가스 유동(F)은 예를 들어 간극 공간(S) 또는 갭으로 배향된 권선(20, 30)의 표면 부분에 도달할 수 있다. 상대적으로 고온의 권선(20, 30)이 가스 유동(F)에 열을 가하기 때문에, 가스 유동(F)이 권선(20, 30)의 표면 위로 흐르면(간극 공간(S)을 통해) 가온될 수 있다. 가스 유동(F)의 워밍업은 간극 공간(S)을 따라 점진적인 방식으로 달성될 수 있다.
권선(20, 30)에 대한 블로잉 장비(11)의 출구의 상대적 위치는 권선-지향 가스 유동(F)이 권선(20, 30)의 표면 위로 흐를 수 있도록 선택될 수 있다. 일례로서 블로잉 장비(11)를 변압기(100)의 바닥에서, 클램핑 구조(40) 근처에 위치시킬 수 있다. 변압기(100)에 대해 블로잉 장비(11)를 위치시키는 다른 대안이 당업자에 의해 선택될 수 있다.
블로잉 장비(11)가 하나 초과의 팬을 포함하는 경우, 제2 팬의 출구는 예를 들어 외부 권선(30)의 외부 표면으로 지향하게 될 수 있다.
건식 변압기에 대한 본 냉각 장치에 대해 여러 가지 시험이 수행되었다. 공기 속도, 열 및 유전체 측정이 수행되었다. 이들 시험은 본 발명이 냉각 전력의 현저한 상승을 제공함과 동시에 유전체 문제가 발생되지 않을 수 있음을 확인하였다.
단지 다수의 예가 본 명세서에 개시되었지만, 다른 대안, 변형, 사용 및/또는 동등물이 가능하다. 또한 설명된 예들의 가능한 모든 조합도 커버된다. 따라서, 본 개시의 범위는 특정 예에 의해 제한되어서는 안 되며, 다음의 청구범위를 공정하게 읽음으로써만 결정되어야 한다. 도면과 관련된 참조 부호가 청구범위의 괄호 안에 있는 경우, 이는 청구항의 명료성을 높이기 위한 것일 뿐이며, 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (13)

  1. 건식 변압기용 냉각 장치에 있어서,
    적어도 하나의 가스 유동을 블로잉하도록 구성된 블로잉 장비;
    적어도 부분적으로 변압기의 클램핑 구조에 위치될 수 있는 적어도 하나의 개구를 포함하고,
    개구는 가스 유동이 블로잉 장비로부터 변압기의 적어도 하나의 권선쪽으로 통과할 수 있도록 구성되고;
    개구는 전기적 보호 수단을 포함하고,
    상기 클램핑 구조는 적어도 하나의 클램프를 포함하고,
    상기 클램핑 구조는 클램프와 권선 사이에 위치될 수 있는 적어도 하나의 전기 차폐 장치를 더 포함하며,
    상기 개구는 적어도 부분적으로, 상기 전기 차폐 장치 내에 위치되거나, 상기 클램프 내에 위치되거나, 또는 상기 전기 차폐 장치 및 상기 클램프 내에 위치될 수 있는, 냉각 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 전기적 보호 수단은 그리드를 포함하고, 그리드는 복수의 구멍을 한정하도록 구성되는 냉각 장치.
  5. 제1항에 있어서, 전기적 보호 수단은 슬롯형 부분을 포함하고, 슬롯형 부분은 복수의 구멍을 한정하도록 구성되는 냉각 장치.
  6. 제1항에 있어서, 전기적 보호 수단은 클램핑 구조와 일체로 형성되는 냉각 장치.
  7. 제1항에 있어서, 블로잉 장비는 적어도 250 m3/h의 유동 속도를 갖는 냉각 장치.
  8. 제1항에 있어서, 변압기는 적어도 부분적으로 코어를 둘러싸는 내부 권선 및 적어도 부분적으로 코어를 둘러싸는 외부 권선을 포함하고, 내부 권선은 적어도 부분적으로 코어와 외부 권선 사이에 배치되고, 적어도 하나의 개구는 가스 유동이 블로잉 장비로부터 내부 권선쪽으로 통과할 수 있도록 구성되는 냉각 장치.
  9. 제1항에 있어서, 블로잉 장비는 적어도 하나의 팬을 포함하는 냉각 장치.
  10. 제8항에 있어서, 블로잉 장비는 가스 유동을 내부 권선으로 지향하게 하는 적어도 하나의 팬 및 가스 유동을 외부 권선으로 지향하게 하는 적어도 하나의 팬을 포함하는 냉각 장치.
  11. 제1항에 있어서, 전기 차폐 장치는 보호 시트를 포함하는 냉각 장치.
  12. 제1항에 있어서, 가스는 공기인 냉각 장치.
  13. 제1항 및 제4항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 냉각 장치를 포함하는 변압기.
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