KR102433838B1 - 방열성능이 개선된 몰드 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방열성능이 개선된 몰드 변압기에 관한 것으로, 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 설치되는 몰드 변압기에 있어서, 상기 몰드 변압기는 철심 및 권선 코일을 원주방향으로 감싸는 상태로 몰딩하여 형성되는 에폭시 절연부재; 상기 에폭시 절연부의 둘레면 일부분이 외측으로 돌출되는 절연 돌출부; 상기 절연 돌출부는 상부 영역, 하부 영역 및 중간 영역으로 구획되며 그 구획된 영역에 설치되는 연결단자를 포함하며, 상기 절연 돌출부에는 상기 중간 영역을 기준으로 상부 영역과 하부영역 사이에 각각 내측으로 함몰된 제1 방열공간부 및 제2 방열공간부가 성된 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 상기 절연 돌출부의 절연층 두께를 줄임으로써 그에 따른 방열효율성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 엑폭시 수지 사용량을 줄일 수 있어 재료를 적게 소모할 수 있는 효과가 있다.

Description

방열성능이 개선된 몰드 변압기{mold transformers with improved heat dissipation}

본 발명은 방열성능이 개선된 몰드 변압기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변압기의 발열을 효율적으로 방출할 수 있게 함과 아울러 변압기의 상하방향에 대한 발열 온도 편차를 최소화할 수 있는 방열성능이 개선된 몰드 변압기에 관한 것이다.

몰드 변압기(mold transformer)는 기존의 유입식 및 건식변압기의 결점인 연소성, 화재의 위험성, 폭발성, 흡습성의 문제를 해결할 수 있으며, 최근 공장, 빌딩, 터널, 지하철, 각종 산업플랜트 등의 수배전 설비에서 요구되는 환경오염이나 화재로부터의 보호을 위한 높은 안정성, 신뢰성, 소형화, 경량화, 저전력손실, 보수 및 유지 경제성 등의 조건에 부합되어 현재 널리 사용되고 있다.

이러한 일반적인 몰드 변압기는 권선을 에폭시수지로 감싸는 고체 절연방식의 변압기로서, 나염성 및 자기 소화성을 가져 화재 발생의 위험을 최소화 할 수 있는 변압기로서, 경화시 가스발생이 없고 반응수축이 적어 기계적으로 안정적이고, 내약품성, 내수성 내열성이 우수하여 장기간 방치하여도 변압기의 손상이 적다는 장점이 있다.

기본적인 몰드 변압기의 구조는 철심 및 권선 코일을 원통 형상의 몰드 금형에 삽입한 후, 고진공하에서 에폭시수지를 금형에 주입하고, 경화시켜 저압 및 고압 코일을 형성하게 된다.

이와 같은 몰드 변압기는 종래에는 절연성을 위해 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지 또는 페놀 수지 등을 사용하였으나, 접착성, 반응성, 함침성, 전기적 특성 등이 좋지 않아 최근에는 이들 특성뿐 아니라 내열성, 난연성, 내크랙성, 열전도성 등이 우수한 에폭시 수지가 널리 사용되고 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 몰드 변압기는 저압 및 고압 코일을 내부에 매립 상태로 감싸며 일부가 외측으로 돌출되는 돌출부를 형성한 에폭시 절연부재(1)와, 상기 에폭시 절연부재(1)의 돌출부(1a)에 설치되는 연결단자로 구성된다.

그런데, 종래기술에 따른 몰드 변압기는 철심 및 권선부를 별도로 냉각시키는 장치를 구성하지 않은 상태에서 철심 및 권선부가 오랜시간 열이 발생하면, 절연을 위한 에폭시 절연부재가 제 역할을 하지 못하고 파괴로 인해 화재 및 정전 사고가 발생되는 문제점이 있었다.

그리고 상기 에폭시 절연부재의 돌출부는 절연층의 두께가 두꺼운 만큼 절연강도는 높으나, 방열효율성에 있어 악영향을 주는 문제점이 있었다.

또한, 종래기술의 몰드 변압기의 내부 온도는 대류현상에 의해 아래쪽의 보다 윗쪽의 온도가 크게 높은 온도 편차가 심하게 발생하므로 몰드 변압기의 성능 및 수명을 저하시키는 문제점이 있었다.

한국등록실용신안공보 제20-0456322호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 변압기의 발열을 효율적으로 방출할 수 있게 함과 아울러 변압기의 상하방향에 대한 발열 온도 편차를 최소화할 수 있는 방열성능이 개선된 몰드 변압기를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 방열성능이 개선된 몰드 변압기는, 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 설치되는 몰드 변압기에 있어서, 상기 몰드 변압기는 철심 및 권선 코일을 원주방향으로 감싸는 상태로 몰딩하여 형성되는 에폭시 절연부재; 상기 에폭시 절연부의 둘레면 일부분이 외측으로 돌출되는 절연 돌출부; 상기 절연 돌출부는 상부 영역, 하부 영역 및 중간 영역으로 구획되며 그 구획된 영역에 설치되는 연결단자를 포함하며, 상기 절연 돌출부에는 상기 중간 영역을 기준으로 상부 영역과 하부영역 사이에 각각 내측으로 함몰된 제1 방열공간부 및 제2 방열공간부가 성된 것을 특징으로 한다.

상기 제1 방열공간부와 제2 방열공간부를 형성하는 일측면에는 외기와 접촉하는 표면적을 증대시켜 방열효율을 높일 수 있도록 오목부와 볼록부가 연속하여 형성되는 방열 주름부가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 제1 방열공간부와 제2 방열공간부를 형성하는 상부 경계 단차면과 하부 경계 단차면은 내측으로부터 외측으로 갈수록 공간부의 폭이 넓어지도록 경사면으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 제1 방열공간부의 길이는 상기 제2 방열공간부 보다 길게 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 제1 방열공간부의 깊이는 상기 제2 방열공간부 보다 깊게 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 방열 주름부에는 절연 및 방열성을 함께 증대시킬 수 있는 방열 도료 또는 방열 시트가 부착되는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 에폭시 절연부재의 절연 돌출부에 내측으로 함몰되는 제1 방열공간부 및 제2 방열공간부를 형성함으로써, 상기 절연 돌출부의 절연층 두께를 줄임으로써 그에 따른 방열효율성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 엑폭시 수지 사용량을 줄일 수 있어 재료를 적게 소모할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 제1 방열공간부 및 제2 방열공간부에는 오목부와 볼록부가 연속하여 형성되는 방열 주름부를 형성함으로써, 방열면적 증대에 따른 냉각 성능을 한층 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 제1 방열공간부의 길이는 상기 제2 방열공간부 보다 길게 형성함으로써,몰드 변압기의 내부 발열 온도의 편차를 효과적으로 줄일 수 있어 그에 따른 몰드 변압기의 성능 및 수명을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 몰드 변압기를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방열성능이 개선된 몰드 변압기를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 평단면도이다.
도 4는 도 2의 측면도이다.
도 5는 몰드 변압기를 생성하기 위한 몰드 코일금형을 나타낸 정면도 및 측면도이다.
도 6은 도 2의 방열 주름부에 방열 도료 또는 방열 시트를 추가적으로 형성단 부분 확대도이다.
도 7은 도 2의 제1 방열공간부와 제2 방열공간부에 착탈가능하게 끼워지는 송풍팬을 나타낸 평면도이다.

이하, 본 발명에 따른 방열성능이 개선된 몰드 변압기의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들에 의거하여 상세히 설명한다.

참고로, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어와 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석해야만 한다.

또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 나타내는 것은 아니므로 본 출원시점은 물론 그 이후에 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 방열성능이 개선된 몰드 변압기는 상부 프레임(2)과 하부 프레임(3) 사이에 설치되는 것으로, 철심(10) 및 권선 코일(20)을 원주방향으로 감싸는 상태로 몰딩하여 형성되는 에폭시 절연부재(100), 상기 에폭시 절연부(100)의 둘레면 일부분이 외측으로 돌출되는 절연 돌출부(200), 상기 절연 돌출부(200)는 상부 영역(210), 하부 영역(220) 및 중간 영역(230)으로 구획되며 그 구획된 영역에 각각 설치되는 연결단자(300)를 포함한다.

본 발명에 따른 몰드 변압기는 삼상 몰드 변압기로서, 3개의 에폭시 절연부재(100)가 일렬로 나란하게 배치되는 구조를 가질 수 있으며, 상기 에폭시 절연부재(100)는 1개 또는 2개의 구성으로 제작할 수 있다.

그리고 상기 몰드 변압기는 도 1에 도시한 바와 같이 상부 프레임(2) 및 하부 프레임(3)을 포함한다.

아울러, 상기 하부 프레임(3)과 지면 사이에는 별도의 지지 프레임(4)을 추가적으로 구성할 수 있다.

상기 지지 프레임(4)은 다수의 에폭시 절연부재(100)가 설치되는 바닥, 즉 몰드 변압기가 설치되는 장소의 바닥면에 설치되는 부재로서, 바람직하게는 2개, 즉 한 쌍으로 구성되며, 소정 간격을 두고 나란하게 배치될 수 있다. 다만, 이러한 지지 프레임(4)은 반드시 2개로 구성되는 것으로 제한되지 않으며 이보다 많은 개수, 예를 들면, 3개 또는 그 이상의 개수로 구성될 수 있다.

상기 하부 프레임(3)은 지지 프레임(4)의 상부에 결합되어 복수의 에폭시 절연부재(100)를 지탱하는 채널형 단면 구조를 가지는 구조이다.

상기 상부 프레임(2)은 하부 프레임(3)과 나란하게 상하 간격을 두고 위치하며, 복수의 에폭시 절연부재(100) 상부를 지지한다.

그리고 상부 프레임(2)은 하부 프레임(3)과 동일한 단면 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

한편, 상기 에폭시 절연부재(100)는 내부 중심에 구비되는 철심(10), 상기 철심(10)의 외주면에 권선되는 권선 코일(20)을 포함한다.

이러한 상기 에폭시 절연부재(100)는 상기 철심(10)과 권선 코일(20)을 에폭시 수지가 감싸는 상태로 몰딩된다. 그리고 상기 권선 코일(20)은 저전압 권선부(21)와 저전압 권선부(21)의 외측에 권선되는 고전압 권선부(22)로 구성된다.

이와 같이, 상기 에폭시 절연부재(100)의 내부 중심에 철심(10)이 구비되고 철심(10)의 외측으로 저전압 권선부(21) 및 고전압 권선부(22)가 권선되는 몰드 변압기는 일반적인 공지사항이므로 그 구체적인 구성 및 작용설명은 생략한다.

또한, 절연 돌출부(200)는 상기 에폭시 절연부재(100)의 둘레면 일부분이 외측으로 돌출되어 형성되는 것으로, 상기 에폭시 절연부(100)의 일부분에 대하여 절연성능을 한층 증대시킬 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

이러한 상기 절연 돌출부(200)는 에폭시 절연부재(100)와 동일한 절연 물질로 제작하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정하지 않으며 다른 절연 물질로 제작할 수 있다.

상기 연결단자(300)는 상기 절연 돌출부(200)의 길이방향 표면에 설치되는 것으로, 상부 영역(210), 하부 영역(220) 및 중간 영역(230)으로 구획된 표면에 각각 배치되며 통전용 부스바(미도시)가 결합된다.

상기 절연 돌출부(200) 및 연결단자(300) 역시 일반적인 공지사항이므로 그 구체적인 구성 및 작용설명은 생략한다.

본 발명에 따른 상기 절연 돌출부(200)에는 상기 중간 영역(230)을 기준으로 상부 영역(210)과 하부영역(220) 사이에 각각 내측으로 함몰된 제1 방열공간부(201) 및 제2 방열공간부(202)가 형성된다.

즉, 상기 절연 돌출부(200)에는 내측으로 함몰되는 제1 방열공간부(201) 및 제2 방열공간부(202)를 형성함으로써, 상기 절연 돌출부(200)의 절연층 두께를 줄임으로써 그에 따른 방열효율성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 엑폭시 수지 사용량을 약 5% 이상 줄일 수 있으므로 그에 따른 재료비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 제1 방열공간부(201)와 제2 방열공간부(202)를 형성하는 일측면(바닥면)에는 외기와 접촉하는 표면적을 증대시켜 방열효율을 높일 수 있도록 오목부와 볼록부가 연속하여 형성되는 방열 주름부(240)가 형성된다.

다시 말해, 상기 절연 돌출부(200)의 제1 방열공간부(201)와 제2 방열공간부(202) 안쪽 바닥면에 방열 주름부(240)를 형성함으로써, 방열면적 증대에 따른 냉각 성능을 한층 향상시킬 수 있는 매우 유용한 효과를 제공한다.

또한, 상기 제1 방열공간부(201)와 제2 방열공간부(202)를 형성하는 상부 경계 단차면(A)과 하부 경계 단차면(B)은 내측으로부터 외측으로 갈수록 공간부의 폭이 넓어지도록 경사면으로 이루어진다.

즉, 상기 상부 경계 단차면(A)과 하부 경계 단차면(B)을 경사지게 형성한 이유는 상기 에폭시 절연부재(100)의 절연 돌출부(200)에 상기 제1 방열공간부(201)와 제2 방열공간부(202) 형성하기 위하여 몰드 코일금형(500)에 제1 방열 플레이트(510)와 제2 방열 플레이트(520)를 설치한 후 에폭시 수지의 주형(성형작업)이 완료된 후 상기 제1 방열 플레이트(510)와 제2 방열 플레이트(520)를 쉽게 이형(탈거)시킬 수 있도록 하기 위함이다(도 5참조).

다시 말해, 상기 상부 경계 단차면(A)과 하부 경계 단차면(B)이 직각방향으로 단차지게 되면, 상기 제1 방열 플레이트(510)와 제2 방열 플레이트(520)를 탈거시키기 위해 별도의 탈거도구(망치, 집게 등)를 사용해야 하는 불편함을 생략할 수 있다.

아울러, 상기 제1 방열공간부(201)의 길이(H)는 상기 제2 방열공간부(202) 보다 길게 형성하는 것이 바람직하다.

즉, 몰드 변압기의 내부 온도는 대류현상에 의해 아래쪽의 보다 윗쪽의 온도가 높은 온도 편차가 발생하게 되므로 이를 해소할 수 있도록 상기 제1 방열공간부(201)를 길게 형성하여 상하방향에 대한 발열 온도 편차를 최소화시켜 균등한 온도로부터 몰드 변압기의 성능 및 수명을 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 제1 방열공간부(201)의 깊이는 상기 제2 방열공간부(202) 보다 깊게 형성할 수 있다.

이는 절연 돌출부(200)의 절연층 두께를 더 줄임으로써, 그에 따른 방열 성능을 더욱 높일 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 방열 주름부(240)에는 절연 및 방열성을 함께 증대시킬 수 있는 방열 도료 또는 방열 시트(241)를 추가적으로 부착시킬 수 있다.

이러한 상기 방열 도료 또는 방열 시트(241)는 부착 대상물에 대한 저항률을 가짐으로서 고전압 충전부에 근접하게 사용하게 되면 절연성능 저하 또는 불용 불급한 용량성 성분에 의한 충전 전류가 흐르는 등에 문제점을 해소할 수 있다.

따라서 본 발명에서는 몰드 변압기의 방열 주름부(240)에 방열 도료 또는 방열 시트(241)를 부착함으로써 절연성능 저하와 충전전류 발생을 최소화할 수 있게 된다.

본 발명에 사용되는 방열 도료는 10의 13승 Ω-㎝ 이상의 고저항 탄화규소로서 5㎛ 이하의 분말을 상기 방열 주름부(240)에 직접 분사하여 형성하되, 상기 방열 시트(241)의 경우에는 아크릴, 우레탄 등의 그 두께가 30㎛ 시트를 방열 주름부(240)에 접착시키는 구조로 일체화할 수 있다.

또한, 상기 방열 시트(241)를 부착시키는 다른 방법으로, 앞서 설명한 몰드 코일금형(500)의 제1 방열 플레이트(510)와 제2 방열 플레이트(520)에 미리 방열 시트(241)를 배치시킨 상태에서 몰딩 완료 후 상기 제1 방열 플레이트(510)와 제2 방열 플레이트(520)를 분리시 상기 방열 주름부(240)에 방열 시트(241)를 부착시킬 수 있다.

또한, 도 7에 도시한 바와 같이 상기 제1 방열공간부(201)와 제2 방열공간부(202)의 길이방향 양측에는 상기 방열 주름부(240)에 착탈가능하게 끼워지는 방열 브라켓(410)이 설치되며, 상기 방열 브라켓(410)에는 상기 제1 방열공간부(201)와 제2 방열공간부(202)에 대면하는 방향으로 설치되는 방열 송풍팬(420)을 더 포함할 수 있다.

이는 상기 제1 방열공간부(201)와 제2 방열공간부(202)에 외기를 강제 송풍함으로써 방열효율성을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 방열 송풍팬(420)을 필요에 따라 설치 및 제거할 수 있는 편의성은 물론 유지보수 및 관리가 매우 용이한 장점이 있다.

그리고 상기 방열 브라켓(410)은 상기 방열 주름부(240) 사이에 끼워질 수 있도록 소정 직경을 가지는 세장형 구조로 제작하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

100 : 에폭시 절연부재
200 : 절연 돌출부
201 : 제1 방열공간부
202 : 제2 방열공간부
240 : 방열 주름부
300 : 연결단자
410 : 방열 브라켓
420 : 방열 송풍팬

Claims (6)

1. 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 설치되는 몰드 변압기에 있어서,
   상기 몰드 변압기는,
   철심 및 권선 코일을 원주방향으로 감싸는 상태로 몰딩하여 형성되는 에폭시 절연부재;
   상기 에폭시 절연부의 둘레면 일부분이 외측으로 돌출되는 절연 돌출부;
   상기 절연 돌출부는 상부 영역, 하부 영역 및 중간 영역으로 구획되며 그 구획된 영역에 설치되는 연결단자를 포함하며,
   상기 절연 돌출부에는 상기 중간 영역을 기준으로 상부 영역과 하부영역 사이에 각각 내측으로 함몰된 제1 방열공간부 및 제2 방열공간부가 형성된 것을 특징으로 하는 방열성능이 개선된 몰드 변압기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 방열공간부와 제2 방열공간부를 형성하는 일측면에는 외기와 접촉하는 표면적을 증대시켜 방열효율을 높일 수 있도록 오목부와 볼록부가 연속하여 형성되는 방열 주름부가 형성된 것을 특징으로 하는 방열성능이 개선된 몰드 변압기.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 방열공간부와 제2 방열공간부를 형성하는 상부 경계 단차면과 하부 경계 단차면은 내측으로부터 외측으로 갈수록 공간부의 폭이 넓어지도록 경사면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방열성능이 개선된 몰드 변압기.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1 방열공간부의 길이는 상기 제2 방열공간부 보다 길게 형성된 것을 특징으로 하는 방열성능이 개선된 몰드 변압기.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 방열공간부의 깊이는 상기 제2 방열공간부 보다 깊게 형성된 것을 특징으로 하는 방열성능이 개선된 몰드 변압기.
   
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방열 주름부에는 절연 및 방열성을 함께 증대시킬 수 있는 방열 도료 또는 방열 시트가 부착되는 것을 특징으로 하는 방열성능이 개선된 몰드 변압기.

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