KR102519248B1 - 드라이 코어를 갖는 중간 주파수 트랜스포머 - Google Patents

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Abstract

절연 재료 (13) 를 갖는 체적 (11) 을 구비한 탱크 (10) 를 포함하는 트랜스포머 (1) 가 제공되고, 상기 탱크 (10) 는 탱크 (10) 를 통해 연장되는 적어도 하나의 채널 (25) 을 포함하며, 여기서 적어도 하나의 채널 (25) 의 내부는 채널 벽 (17) 에 의해 탱크 (10) 의 밀폐된 체적으로부터 분리된다. 트랜스포머 코어 (30) 는 밀폐된 체적의 외부에 제공되며, 적어도 하나의 채널 (25) 을 경유하여 탱크 (10) 를 통해 연장되는 적어도 하나의 레그 (32) 를 포함한다. 적어도 하나의 코일 (50, 52) 이 밀폐된 체적 (11) 내부에 위치되고, 상기 코일 (50, 52) 은 적어도 하나의 채널 (25) 주위에 감겨 있으며, 여기서 탱크 (10) 는 약한 전도성 층 (40) 을 포함하는 내부 벽 또는 외부 벽 (16) 을 가지며, 이는 함침 재료 (44) 에 내장된 섬유 (42) 를 포함한다.

Description

드라이 코어를 갖는 중간 주파수 트랜스포머
본 발명은 고전압 애플리케이션을 위한 트랜스포머, 특히 드라이 코어를 갖는 액체- 또는 겔-절연 트랜스포머에 관한 것이고, 더욱 특히 중간 주파수 트랜스포머인 트랜스포머에 관한 것이다.
솔리드 스테이트 트랜스포머 (SST) 는 향후 DC 애플리케이션에서 중요한 역할을 수행할 것으로 예상된다. 예들은 중간 전압 DC (MVDC) 그리드, 근해 풍력 발전 지역용 수집 그리드, 광전지 (PV) 설치를 위한 수집 그리드 및 선박의 전력 그리드이다. MVDC 애플리케이션용 SST 는 저전압 (LV) 측에 병렬로 접속되고 고전압 (HV) 측에 직렬로 접속된 다수의 셀들로 구성된다. 각 컨버터 셀은 통상적으로 DC-AC 인버터, 중간 주파수 트랜스포머 및 AC-DC 정류기를 포함한다. HV 측의 컨버터 셀의 직렬 접속으로 인해, 셀의 적어도 일부에서 (출력) DC 고전압의 전체 양이 트랜스포머의 HV 권선과 접지 코어 사이에 존재하며, 접지 코어는 예를 들어, 높은 절연 요건들을 발생한다.
상술한 바와 같은 애플리케이션들 및 많은 다른 애플리케이션들에서, 드라이 코어를 갖는 액체- 또는 겔-절연 중간 주파수 트랜스포머 (MFT) 가 상당히 중요 해졌다. 특징적으로, 오직 권선만이 탱크의 절연 재료에 침지되고, 코어는 탱크 외부에 제공된다. 코어의 레그는 탱크 체적에 유체 연결되지 않은 채널을 경유하여 탱크를 통해 연장된다. 이 개념은 최소량의 절연 매체가 필요한 소형 트랜스포머를 가능하게 한다. 낮은 중량뿐만 아니라, 화재 및 연기 위험을 줄이는데 도움이 된다. 이러한 트랜스포머에서, 오일 탱크는 통상적으로 환상 형상이며, 코어 레그 주위에 루프를 형성한다. 탱크에서 높은 루프 전류의 유도를 회피하기 위해, 탱크는 코어 주위에 높은 전기 전도성의 루프를 형성하지 않아야 한다. 이것은 모든 금속 탱크의 가능성을 배제한다.
탱크에서 앞서 언급된 바람직하지 않은 높은 전류의 유도를 회피하는 옵션은 전적으로 유전체 재료로 탱크를 구성하는 것이다. 따라서, 탱크에서 고전류의 유도가 회피된다. 그러나, 그러한 해결책은 개선의 여지를 남겨둔다. 상기를 고려하여, 본 발명이 요구된다.
상기를 고려하여, 청구항 제 1 항에 따른 트랜스포머가 제공된다.
따라서, 제 1 양태에 따르면, 트랜스포머가 제공된다. 트랜스포머는 절연 재료를 갖는 밀폐된 체적을 구비한 탱크를 포함하고, 탱크는 탱크를 통해 연장되는 적어도 하나의 채널을 포함하며, 여기서 적어도 하나의 채널의 내부는 채널 벽에 의해 탱크의 밀폐된 체적으로부터 분리된다. 트랜스포머 코어는 밀폐된 체적의 외부에 제공되며, 적어도 하나의 채널을 경유하여 탱크를 통해 연장되는 적어도 하나의 레그를 포함한다. 적어도 하나의 코일이 밀폐된 체적 내부에 위치되며, 코일은 적어도 하나의 채널 주위에 감겨 있으며, 여기서 탱크는 약한 전도성 층을 포함하는 탱크 벽을 가지며, 이는 함침 재료에 내장된 섬유를 포함한다.
본 발명의 추가의 양태, 장점 및 특징은 종속항, 청구 범위 조합, 설명 및 첨부 도면으로부터 명백하다.
본 발명의 최적의 모드를 포함하여 당업자에게 개시된 전체 및 가능한 개시는, 첨부된 도면들에 대한 참조를 포함하여 본 명세서의 나머지 부분에서 구체적으로 제시되며,
도 1 은 코어의 오직 하나의 레그만이 도시되는 실시형태들에 따른 트랜스포머의 사시 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 코어의 단면도를 포함하는 도 1 의 트랜스포머의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 3 내지 도 5 는 선 A-A 를 따라 도 1 및 도 2 의 트랜스포머의 탱크의 일부의, 각각 실시형태들에 따른 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 6 은 선 A-A 를 따라 도 1 및 도 2 의 트랜스포머의 탱크의 일부의, 추가의 실시형태들에 따른 단면도를 개략적으로 도시한다.
이제, 다양한 실시형태들을 상세히 참조할 것이고, 그 하나 이상의 예들은 각 도면에 도시된다. 각각의 예는 설명에 의해 제공되며, 제한으로서 의미되는 것은 아니다. 예를 들어, 일 실시형태의 부분으로서 도시되거나 설명되는 특징들은 다른 실시형태들에 대해 또는 다른 실시형태들과 함께 사용되어 더 추가의 실시형태들을 산출할 수 있다. 본 개시가 그러한 변경들 및 변형들을 포함하는 것이 의도된다.
도면들의 다음의 설명 내에서, 동일한 참조부호들은 동일한 컴포넌트들을 지칭한다. 일반적으로, 개별 실시형태들에 대한 오직 차이점들만이 설명된다. 여러 개의 동일한 아이템들 또는 부분들이 도면에 나타날 경우, 모든 부분들이 외형을 단순화하기 위해 참조 번호를 갖는 것은 아니다.
본 명세서에 기술된 시스템 및 방법은 기술된 특정 실시형태로 제한되지 않고, 시스템의 컴포넌트들 및/또는 방법의 단계들은 본 명세서에 기술된 다른 컴포넌트들 및/또는 단계들과 독립적으로 그리고 별도로 활용될 수도 있다. 오히려, 예시적인 실시형태는 많은 다른 애플리케이션들과 관련하여 구현되고 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시형태들의 특정 특징이 일부 도면에 도시되고 다른 도면에는 도시되지 않을 수도 있지만, 이는 단지 편의를 위한 것이다. 본 발명의 원리에 따라, 도면의 임의의 특징은 임의의 다른 도면의 임의의 특징과 조합하여 참조 및/또는 청구될 수도 있다.
본원에 사용된 것과 같이, "함침 재료" 는 경화성이고 경화 후에 본원에 개시된 다양한 유형의 섬유와 함께 매트릭스를 형성하는데 사용되는 중합체 재료를 의미하는 것으로 의도된다. 전형적으로, 반드시 그런 것은 아니지만, 함침 재료는 에폭시 수지 또는 폴리에스테르 수지와 같은 중합체 경화성 수지이다. 따라서, 용어 "함침 재료" 및 "수지" 는 본원에서 상호 교환적으로 사용될 수도 있으며, 이에 따라 수지는 섬유와 함께 매트릭스 형성제로서 사용가능한 다른 경화성 함침 재료들을 포함하여, 가능한 가장 넓은 의미로 해석되어야 한다.
본원에서 사용된 것과 같이, "중간 주파수 트랜스포머" 는 약 1 kHz 내지 약 200 kHz 범위, 보다 구체적으로는 약 4 kHz 내지 약 30 kHz 범위의 주파수와 함께 사용하기 위한 트랜스포머를 의미하도록 의도된다. 따라서, 주파수는 교류 또는 펄스형/스위칭 DC 전류와 관련될 수 있다.
본원에 사용된 것과 같이, 용어 "약한 전도성" 은 "전기 전도성" 의 특성, 또는 보다 정확하게는 절연체와 전도체 사이의 특정 범위에 있는, 트랜스포머 탱크 벽에 사용된 재료의 특정 전기 저항 또는 체적 저항률과 관련된다. 보다 정확하게, 이 범위는 본 명세서에서 약 10 Ωcm 내지 약 106 Ωcm, 보다 구체적으로 약 102 Ωcm 내지 약 105 Ωcm 인 것으로 정의된다. 여기서 전도성은 전기 전도성을 의미하고, 저항률은 전기 저항률을 의미한다.
본 명세서에 기술된 실시형태들은 주로 약 1 kV 이상을 의미하는 고전압으로의 인가를 위한 드라이 코어를 갖는 액체- 또는 겔-절연 중간 주파수 트랜스포머와 관련하여 주로 설명되지만, 제한하는 것으로 이해되지는 않는다. "드라이 코어" 는 오직 코일 (권선) 만이 절연 재료에 침지되고 코어는 탱크 외부에 있다는 것을 의미한다. 이 개념은 액체 (예를 들면, 오일) 또는 젤과 같은 최소량의 절연 재료를 갖춘 소형 트랜스포머를 가능하게 한다. 낮은 중량뿐만 아니라, 이는 화재 및 연기 위험이 감소된 것을 의미한다. 이러한 트랜스포머에서, 탱크는 기본적으로 환상 형상이며, 탱크가 코어의 일부 주위에 폐쇄 루프를 형성하는 것을 포함한다. 탱크에서 높은 루프 전류의 유도를 회피하기 위해, 탱크는 코어 주위에 높은 전기 전도성의 루프를 형성하지 않아야 하며, 모든 금속성의 또는 더 일반적으로 높은 전도성의 탱크의 가능성을 배제한다.
상기를 설명하는 옵션은, 예를 들어, 내부 및 외부 실린더, 및 하부 및 상부 플레이트로부터 중합체 탱크를 구축하는 것이다. 절연 시스템은 절연 재료, 예를 들어 오일, 고체 절연제로서의 탱크 벽, 전형적으로 중합체 및 공기를 직렬로 포함한다. DC 전압 하에서 이들 절연층들에서의 전계의 분포는 개별 층들의 전기 저항률의 상대 크기에 의해 결정된다. 층의 전기 저항률이 높을수록, 그 층 내의 전계 또한 더 높아진다. 오일의 전기 저항률은 일반적으로 고체 절연 재료 및 공기의 전기 저항률보다 낮다. (80 ℃ 에서) 오일의 전형적인 값은 5 * 1011 내지 1 * 1015 Ωcm; 및 (80 ℃ 에서) 충진된 에폭시 수지에 대하여 약 1015 Ωcm 이다.
따라서, 예를 들어 오일의 전기 저항률은 중합체 탱크 벽 및 공기의 전기 저항률보다 수 자릿수 더 낮을 수도 있다. 이 경우, 전기장은 오일 또는 다른 절연 액체 또는 겔이 아니라 유전체 탱크 벽 및/또는 공극 (존재하는 경우) 에 거의 완전히 집중되며, 이는 절연 재료인 탱크의 액체 또는 겔의 개념을 절충한다. 벽 및/또는 에어 갭의 부분 방전 및 후속 전기 고장이 발생할 수도 있다. 이를 회피하는 한 가지 방법은 더 두꺼운 탱크 벽이지만, 비용이 많이 들고, 무겁고, 냉각 측면에서 불량하고, 확대된 코어 윈도우를 요구하며, 그 결과 코어 비용과 중량이 증가할 것이다. 탱크와 코어 사이의 에어 갭을 증가시키는 단계는 다소 유사한 단점을 갖는다.
상기는 적절히 전도성이고 (즉 약하게 전도성이고) 접지된 본 발명 및 그 실시형태에 따른 탱크에 의해 효과적으로 해결될 수도 있다. 이것은 탱크 주위의 공기에서 코로나 방전 및 또한 탱크 벽의 잠재적인 파손의 발생을 회피한다. 또한, 전계는 탱크의 액체 또는 젤에 매우 많이 남아 있다. 높은 전도성은 큰 원형 전류의 유도를 초래할 수도 있으므로, 적절한 전기 전도성이 제공된다. 실시형태들에 따르면, 탱크 벽은 약한 전도성 특성을 갖도록 구성된다. 탱크 벽의 이 약한 전도성 층의 개별적인 디자인 및 특성은 상당히 변할 수도 있으며, 따라서 탱크 벽의 약한 전도성 층의 요구되는 비저항은 특정 사용 케이스, 중간 파수 트랜스포머의 설계 및 기타 파라미터들에 상당히 의존하여 변화할 수도 있음은 말할 것도 없다. 일반적으로, 본원에 사용된 바와 같이, 층의 특성으로서 "약한 전도성" 이라는 용어는 다음과 같이 기능적 방식으로 해석될 수도 있다: 약한 전도성 층은 탱크 벽에서 유도된 와전류에 의한 손실을 최소화하기 위해 충분히 높은 비저항을 가져야 한다. 당업자는 이러한 손실이 개별 사용 케이스에서 본 명세서에 기술된 것보다 훨씬 낮은 비저항이 적합하게 채용될 수도 있도록 비교적 높은 것으로 허용될 수도 있음을 이해한다. 다른 한편으로, 약한 전도성 층의 비저항은 탱크 벽의 층의 전도성이 본원에 설명된 것과 같은 결과들을 획득하기 위해 여전히 충분히 높다면, 본원에 정의된 파라미터에 의해 달성된 것보다 - 상대적으로 - 더 높게 설계될 수도 있으며, 추가로 상기를 참조한다.
실시형태들에 따르면, 약한 전도성 층이 트랜스포머 탱크의 외부 실린더 (이후, 탱크 벽이라고 함) 에 제공된다. 따라서, 탱크 벽은 약한 전도성 층을 포함하는데, 이는 섬유 및 함침 재료, 전형적으로 수지를 포함하지만 필수적인 것은 아니다. 실시형태들에서, 섬유 자체는 약한 전도성일 수도 있거나 섬유는 전도성일 수도 있으며, 전체적으로 층의 약한 전도성 특성 (벌크 전도성) 은 섬유와 함침 재료, 바람직하게는 그들을 둘러싸는 수지의 조합의 파라미터들에 의해 달성된다. 적합한 전도성 또는 약한 전도성 섬유에 대한 비 제한적인 예는 PANI 와 같은 미리 함침된 약한 전도성 섬유 또는 탄소 섬유이다. 일반적으로, 섬유의 전도성은 넓은 범위에서 제어 및 조절될 수 있다. 일 예로서, 유전체 수지로 함침된 탄소 섬유의 층의 벌크 전도성은 10 Ωcm 내지 106 Ωcm, 보다 구체적으로는 약 102 Ωcm 내지 약 105 Ωcm 의 범위일 수 있다. 이에 의해, 약한 전도성 층의 벌크 전도성은, 예를 들어 섬유의 재료 및 유형, 층 내의 섬유의 배향, 섬유와 섬유가 내장된 수지 사이의 층에서의 중량비, 층의 체적 단위당 개별 섬유 사이의 교차들의 수, 몇몇 예를 들면 벌크 전도성을 변화시키기 위한 소수의 파라미터들에 의해 상당히 변화될 수 있다.
따라서, 본 명세서에 제공된 바와 같이, 적합한 섬유 유형의 예, 및 전체로서 약한 전도성 층의 설계는 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 당업자는 다양한 재료로부터 광범위의 약한 전도성 또는 전도성 섬유 유형이 존재하며, 이들 중 본 발명 및 그 실시형태들에 따른 트랜스포머 탱크 벽에 적합한 약한 전도성 층이 형성될 수도 있음을 쉽게 이해할 것이다. 실시형태에 따른 약한 전도성 층의 구성 및 섬유 유형에 대한 상세한 예는 아래에 추가로 제공된다.
일부 실시형태에 따르면, 탱크 벽 내부의 (상대적으로 얇은) 층만이 전도성 또는 약한 전도성의 섬유로 감겨지고, 절연 섬유의 절연 층은 탱크의 측면에 감겨지며, 절연 재료를 함유하는 탱크의 밀폐된 체적에 대해 외부를 향한다. 절연 섬유는 저렴하고 전기 저항이 높다. 이 경우, 탱크 벽의 내부에서 수지와 같은 함침 재료에 내장된 전도성 또는 약한 전도성 섬유의 얇은 층은 실시형태들로서 탱크 벽의 요구되는 약한 전도성을 제공하기에 충분하다.
실시형태들에 따르면, 탱크 벽의 내부 및 또한 외부에 함침된 전도성 또는 약한 전도성의 섬유의 층이 있을 수도 있고, 이들 사이의 층은 수지로 함침된 절연 섬유로부터 감겨져서 절연 섬유의 보다 경제적인 재료를 사용하여 기계적 또는 물리적 안정성을 제공한다. 절연 섬유의 비-제한적인 예들은 유리 섬유 및 폴리에스테르 섬유 및 아라미드 섬유와 같은 중합체 섬유이다.
본 명세서에 기술된 다른 실시형태들과 결합될 수 있는 일부 실시형태들에 따르면, 전도성 또는 약한 전도성 섬유가 또한 탱크의 상부 플레이트 및 하부 플레이트에 사용될 수 있다. 이에 의해, 플레이트는 예를 들어, 미리 함침된 섬유의 천으로 제조될 수 있다. 실린더와 마찬가지로, 옵션적으로 수지에 내장된 전도성/약한 전도성의 섬유 및 수지에 내장된 절연 섬유로부터 (하나 이상의) 약한 전도성 층의 조합이 존재할 수 있다. 일반적으로, 실시형태들에서, 또한 탱크의 내부 실린더, 내부 탱크 벽 또는 내부 벽이라고도 할 수도 있는 채널 벽은 적어도 하나의 층, 내부 구조 및 포함된 재료들의 약한 전도성 특성을 포함하여 모든 특성들을 나타낼 수도 있으며, 이는 실시형태들에 따른 (외부) 탱크 벽과 관련하여 본 명세서에서 설명된다. 이에 의해, 여기에 설명된 임의의 실시형태들에 따른 탱크 벽이 여기에 설명된 것과 같은 탱크 벽의 임의의 실시형태들에 대해 설명된 특성을 갖는 채널 벽과 결합될 수도 있고, 따라서 추가의 실시형태가 생성된다.
본원에 기술된 다른 실시형태와 조합될 수 있는 일부 실시형태에 따르면, 탱크는 중합체 물질 및 약한 전도성 층으로 완전히 제조되는 것은 아니지만, 탱크의 특정 영역은 예를 들어, 탱크 내부의 절연 재료로부터 주변부로의 열 전달을 용이하게 하기 위해 금속을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 탱크 벽의 일부는 금속으로 만들어질 수도 있다. 이에 의해, 금속 부분은 전형적으로 바람직하지 않은 큰 유도 루프 전류를 회피하기 위해 코어 주위에 폐쇄 루프의 형성을 피하도록 구성된다. 이러한 설계에서, 탱크 벽의 나머지 중합체 영역은 전형적으로 전술한 바와 같은 약한 전도성 층(들)을 함유한다.
도 1 은 실시형태들에 따른 트랜스포머 (1) 를 도시한다. 트랜스포머 (1) 는 절연 재료 (13) 를 함유하는 밀폐된 체적 (11) 을 갖는 탱크 (10) 를 포함한다. 탱크 (10) 는 (외부) 탱크 벽 (16) 을 가지며, 이는 통상적으로 원통형이며, 통상적으로 하부 플레이트 (36) 및 상부 플레이트 (37) 를 갖는다. 탱크 (10) 는 탱크 (10) 를 통해 하부 플레이트 (36) 로부터 상부 플레이트 (37) 로 연장되는 채널 (25) 을 포함한다. 전형적으로, 채널 (25) 은 기본적으로 코어 (30) 의 레그 (32) 의 형상, 즉 전형적으로 반드시 원통형일 필요는 없는 내부 단면을 갖는다. 채널 (25) 의 내부는 채널 벽 (17) 에 의해 탱크 (10) 의 밀폐된 체적 (11) 으로부터 분리된다. 따라서, 채널 벽 (17) 은 탱크 (10) 의 내부 원통형 벽을 형성한다. 트랜스포머 (10) 의 코어 (30) 는 밀폐된 체적 (11) 의 외부에 완전히 제공되며, 여기서 코어 (30) 의 하나의 레그 (32) 는 채널 (25) 을 경유하여 탱크 (10) 를 통해 연장된다. 도 1 에서, 2 개의 코일들 (또는 권선) 이 도시된다. 저전압 코일 (50) 은 채널 (25) 주위에 감겨 있고, 고전압 코일 (52) 은 절연 거리를 두고 저전압 코일 (50) 의 외부에 감겨 있다. 저전압 코일 (50) 및 고전압 코일 (52) 양자는 탱크의 밀폐된 체적 (11) 내부에 제공되고, 절연 재료 (13) 에 침지된다. 양자의 코일들은 채널 (25) 을 통해 연장되는 코어 레그 (32) 주위에 제공된다. 즉, 코일은 절연 재료 (13) 와 접촉하거나 침지되는 반면, 코어 (30) 와 코어 레그 (32) 는 이들이 탱크 (10) 의 밀폐된 체적 (11) 외부에 제공되므로 절연 재료 (13) 와 접촉하지 않는다.
탱크 벽 (16) 은 약한 전도성 층 (40) 을 포함한다. 약한 전도성 층 (40) 은 수지 (44) 에 내장된 전도성 또는 약한 전도성 섬유 (42) 를 포함한다 (상세한 실시형태들을 위해 도 3 내지 도 6 과 관련 설명을 참조한다). 이에 의해, 섬유 (42) 의 전도성은 실시형태들로서 원하는 약한 전도성 층의 설계 프로세스에서, 섬유 (42) 의 배향 및 그 중량 백분율과 관련하여 약한 전도성 층 (40) 의 질량 단위당 수지 (44) 의 중량 백분율과 비교하여 선택된다. 실시형태들에 따른 약한 전도성 층은 전형적으로 약 10 Ωcm 내지 약 106 Ωcm, 보다 구체적으로는 약 102 Ωcm 내지 약 105 Ωcm 의 벌크 전도성을 갖지만, 더 높거나 더 낮은 값들이 트랜스포머 (1) 의 개별 설계 및 동작 파라미터들에 따라 실시형태들에서 적합할 수도 있다.
도 1 에는 코어 (30) 의 오직 하나의 코어 레그 (32) 만이 예시의 목적으로 개략적으로 도시되어 있지만, 도 2 는 코어 (30) 의 단면도를 포함하는 동일한 트랜스포머 (1) 를 도시한다.
섬유 (42) 는 일부 실시형태들에서, 섬유의 길이 방향으로 비교적 높은 전기 전도성을 가질 수도 있다. 이에 의해, 탱크 벽 (16) 의 약한 전도성 층 (40) 의 전체 전도성이 부분적으로 결정되므로, 섬유 (42) 가 가장 근접한 경우에 개별 섬유의 교차에 의해 제어될 수도 있다. 이것은 다수의 다른 파라미터들 중에서, 약한 전도성 층 (40) 의 전도성 값을 넓게 조정하기 위해 사용될 수 있다.
예를 들어, 공지된 탄소 섬유는 일본 제조업체 Toray 에 의해 T300 유형의 탄소 섬유에 대해 예를 들어 1.7 * 10-3 Ωcm 의 섬유 방향의 전도성을 나타낼 수 있다. 섬유에 수직으로, 이 값은 훨씬 더 낮을 수 있으며, 예를 들어 대략 1000 미만 인자만큼 더 낮을 수 있다. 실시형태들에서 사용될 수도 있는 섬유는 전형적으로 코팅된 무기 섬유, 예를 들어 코팅된 유리 섬유를 기초로 하거나, 또는 중합체 섬유, 예를 들어 PANI 또는 탄소 섬유이거나, 또는 금속 섬유일 수 있다.
약한 전도성 층 (40) 의 섬유 (42) 가 실시형태들에 따라 코팅된 섬유인 것으로 선택되는 경우, 다양한 상용 제품의 예가 이용가능하다. 비-제한적인 예로서, 미국 유타주 Heber City 의 회사 Conductive Composites 는 아라미드 또는 탄소의 니켈 코팅 섬유를 제공하는 반면, 스위스의 회사 Swicofil 은 알루미늄 코팅 유리 섬유를 제공한다. 다른 유형의 적합한 섬유는 정전기 방지 애플리케이션 분야에서 유래한다. 이 경우, 섬유는 기본적으로 중합체이지만, 내부에 정전기 방지 입자가 내장되어 있다. 예를 들어, 벨기에의 Bekeart 로부터 전달된 얇은 금속 섬유는 필요한 전기 전도성을 획득하기 위해 국부적으로 사용될 수 있다. 금속 섬유는 조합하여 제공될 수도 있으며, 즉 하이브리드 번들로도 알려진 하나의 번들로 표준 유리 섬유와 혼합될 수도 있다.
다양한 치수로 도 3 내지 도 6 에서 작은 원으로서의 섬유의 예시는 단지 예시의 목적을 위한 것이며, 층 내의 섬유들의 사이즈, 형상, 배향, 순서, 밀도 등에 대한 설명 또는 제한으로 해석되도록 의도되지 않거나, 또는 개별 층들의 성질을 제한하거나 층들 사이의 차이를 기술한다. 오히려, 섬유 배열의 파라미터는 실시형태에 따라 광범위하게 변화될 수 있다.
도 3 은 화살표 및 A-A 로 표시된 위치에서 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같은 실시형태로서 탱크 벽 (16) 의 상세도를 도시한다. 탱크 벽 (16) 은 약한 전도성 층 (40) 을 포함하고, 이는 함침 재료 (44) 에 내장된 섬유 (42) 를 포함한다.
도 4 는 화살표 및 A-A 로 표시된 위치에서 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같은 추가의 실시형태에 따라 탱크 벽 (16) 의 상세도를 도시한다. 여기서, 도 3 과 상이하게, 탱크 벽 (16) 은 추가로 수지 (54) 로 함침된 절연 섬유 (52) 의 층 (50) 을 포함한다. 절연 섬유 (52) 의 추가 층 (50) 은 약한 전도성 층 (40) 으로부터 탱크 (10) 의 밀폐된 체적 (11) 에 대해 외부로 제공된다. 일반적으로, 본원에 개시된 바와 같이, 절연 섬유는 비-제한적인 예로서, 유리 섬유 및/또는 폴리에스테르 섬유 및 아라미드 섬유와 같은 중합체 섬유를 포함할 수도 있다.
도 5 는 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같은 탱크 벽 (16) 의 상세도를 도시하지만, 이 실시형태에서 탱크 벽 (16) 은 도 4 와 상이하게, 섬유 (62) 및 수지 (64) 를 포함하는 추가의 외부의 약한 전도성 층 (60) 을 포함한다. 약한 전도성 층 (60) 은 절연 섬유 (52) 의 층 (50) 의 외부에 제공된다.
일반적으로, 약한 전도성 층(들) (40, 60) 의 벌크 전도성은 유도된 와전류에 의한 탱크 벽 (16) 의 가열이 동작 동안 정의된 임계 값 아래로 유지되도록 구성될 수도 있다. 바람직하게, 와전류에 의한 탱크 벽 (16) 의 가열은 트랜스포머에 의해 전달되는 전력의 0.4 % 미만, 보다 전형적으로는 0.2 % 미만을 소비해야 한다.
도 6 은 도 4 와 유사한 약한 전도성 층을 도시하며, 여기서 추가로 금속 전도체 (70) 는 탱크 벽 (16) 에 내장된 메쉬 또는 스트라이프(들)의 형태로 제공된다. 이는 약한 전도성 층 (40) 의 충분한 저 저항 접지를 용이하게 할 수도 있다. 이는 유도된 루프 전류를 회피하기 위해 코어 (30) 주위에 폐쇄 루프를 생성하지 않고 수행되어야 한다. 탱크 (10) 를 감을 때, 메쉬 또는 스트라이프 (70) 는 절연 섬유를 포함하는 층 (50) 으로 계속 진행하여 도 6 에 도시된 바와 같이 탱크 벽 (16) 을 생성하기 전에 약한 전도성 층 (40) 상에 적용될 수 있다. 메시 또는 스트라이프 (70) 는 유사한 방식으로 플레이트들로서 통합될 수 있다. 적어도 하나의 단부에서, 금속 전도체 (70) 는 예를 들어 개략적으로 도시된 바와 같이, 탱크 벽 (16) 의 복합물 위로 돌출되어 예를 들어, 접지 접점 (80) 과 접촉 및 접지하기 위한 리드를 형성해야 한다.
추가의 실시형태들에서, 탱크 벽 (16) 은 탱크 (10) 와 주위부 또는 냉각 매체 사이의 열 교환을 촉진하기 위해, 예를 들어 금속을 포함하는 전기 전도성 부품 (도시되지 않음) 을 더 포함한다. 이에 의해, 전기 전도성 부품은 코어 레그 주위에 원주 방향으로 적어도 하나의 갭을 갖도록 구성되어, 트랜스포머 코어 주위의 폐쇄된 단락 루프를 회피하도록 구성된다.
본 명세서에 기술된 다른 실시형태들과 결합될 수 있는 일부 실시형태들에서, 트랜스포머 (1) 는 3 상 트랜스포머일 수도 있다. 이 실시형태에서, 탱크 (10) 는 탱크 (10) 를 통해 연장되는 3 개의 채널을 포함할 수도 있고, 코어는 3 개의 채널 각각을 경유하여 탱크 (10) 를 통해 연장되는 3 개의 레그를 포함한다. 이 경우에 상부 플레이트 (37) 및 하부 플레이트 (36) 는 각각 코어 레그를 위해 제공된 3 개의 개구를 갖는다. 대안적으로, 3 상 트랜스포머가 제공될 수도 있으며, 여기서 하나의 채널을 갖는 하나의 탱크가 각각 3 개의 코어 레그들의 각각에 대해 제공된다.
일반적으로, 모든 실시형태들에서, 탱크 내의 절연 재료는 비-제한적 예로서 천연 또는 합성 절연 액체 또는 겔을 포함할 수도 있으며, 그 리스트 중 적어도 하나는 미네랄 오일, 천연 오일, 실리콘 오일, 겔, 바람직하게는 실리콘 겔인 겔, 및 에스테르 유체를 포함한다. 또한 이들 재료의 혼합물 또는 조합이 적합할 수도 있다.
이러한 기재된 설명은 예들을 사용하여, 최상의 모드를 포함하여 본 발명을 개시하며, 또한 당업자로 하여금 임의의 디바이스들 또는 시스템들을 제조 및 이용하는 것 및 임의의 포함된 방법들을 수행하는 것을 포함하여, 본 발명을 실시할 수 있게 한다. 다양한 특정 실시형태들이 앞서 개시되었지만, 당업자는 청구범위의 사상 및 범위가 동일하게 효과적인 수정을 허용한다는 것을 인식할 것이다. 특히, 전술한 실시형태의 상호 비-배타적인 특징은 서로 결합될 수도 있다. 본 발명의 특허가능한 범위는 청구항들에 의해 정의되며, 당업자들에게 떠오르는 다른 예들을 포함할 수도 있다. 그러한 다른 예들은, 청구항들의 문자 언어와는 상이하지 않은 구조적 엘리먼트들을 가지면 또는 청구항들의 문자 언어와는 크지 않은 차이들을 갖는 균등의 구조적 엘리먼트들을 포함하면, 청구항들의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 중간 주파수 트랜스포머 (1) 로서,
    - 절연 재료 (13) 를 갖는 밀폐된 체적 (11) 을 구비한 탱크 (10) 로서, 상기 탱크는 상기 탱크 (10) 를 통해 연장되는 적어도 하나의 채널 (25) 을 포함하고, 상기 적어도 하나의 채널 (25) 의 내부는 채널 벽 (17) 에 의해 상기 탱크 (10) 의 상기 밀폐된 체적 (11) 으로부터 분리되는, 상기 탱크 (10),
    - 상기 적어도 하나의 채널 (25) 을 경유하여 상기 탱크 (10) 를 통해 연장되는 적어도 하나의 코어 레그 (32) 를 포함하는, 상기 밀폐된 체적 (11) 의 외부에 제공된 트랜스포머 코어 (30),
    - 상기 밀폐된 체적 (11) 내부에 위치된 적어도 하나의 코일 (50, 52) 로서, 상기 적어도 하나의 코일 (50, 52) 은 상기 적어도 하나의 채널 (25) 주위에 감겨 있는, 상기 적어도 하나의 코일 (50, 52) 을 포함하며,
    상기 탱크 (10) 는 함침 재료 (44) 에 내장된 섬유들 (42) 을 포함하는, 약한 전도성 층 (40) 을 포함하는 탱크 벽 (16, 17) 을 가지는, 중간 주파수 트랜스포머 (1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 약한 전도성 층 (40) 은 10 Ωcm 내지 106 Ωcm 범위의 비저항을 가지는 벌크 전도성을 가지는, 중간 주파수 트랜스포머 (1).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탱크 벽 (16, 17) 은 절연 섬유 (52) 를 포함하는 층 (50) 을 추가로 포함하는, 중간 주파수 트랜스포머 (1).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 약한 전도성 층 (40) 은 상기 탱크 벽 (16, 17) 의 내부에 제공되고,
    절연 섬유 (52) 를 포함하는 층 (50) 은 상기 약한 전도성 층 (40) 으로부터 외부로 제공되는, 중간 주파수 트랜스포머 (1).
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크 벽 (16, 17) 은 절연 섬유 (52) 를 포함하는 층 (50) 을 포함하고, 상기 절연 섬유 (52) 를 포함하는 층 (50) 의 외부에는 외부의 약한 전도성 층 (60) 이 제공되고 상기 절연 섬유 (52) 를 포함하는 층 (50) 의 내부에는 약한 전도성 층 (40) 이 제공되는, 중간 주파수 트랜스포머 (1).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 약한 전도성 층 (40) 및 상기 외부의 약한 전도성 층 (60) 중 적어도 하나의 전도성은 와전류에 의한 상기 탱크 벽 (16, 17) 의 가열이 상기 트랜스포머 (1) 의 동작 동안 정의된 임계값 아래로 유지되도록 구성되는, 중간 주파수 트랜스포머 (1).
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 약한 전도성 층 (40) 은 무기 섬유, 중합체 섬유, 금속 섬유, 코팅된 섬유, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는, 중간 주파수 트랜스포머 (1).
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크 벽 (16, 17) 은 상기 탱크 (10) 와 주변부 또는 냉각 매질 사이에 열 교환을 촉진하기 위해, 금속을 포함하는 전기 전도성 부품 (70) 을 더 포함하는, 중간 주파수 트랜스포머 (1).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 부품 (70) 은 상기 코어 레그 (32) 주위에 원주 방향으로 적어도 하나의 갭을 갖도록 구성되어, 상기 코어 레그 (32) 주위에 폐쇄된 단락 회로 루프를 형성하지 않도록 구성되는, 중간 주파수 트랜스포머 (1).
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜스포머 (1) 는 3 상 트랜스포머이고,
    상기 탱크 (10) 는 상기 탱크 (10) 를 통해 연장되는 3 개의 채널들 (25) 을 포함하고,
    상기 코어 (30) 는 상기 3 개의 채널들 (25) 을 경유하여 상기 탱크 (10) 를 통해 연장되는 3 개의 코어 레그들 (32) 을 포함하는, 중간 주파수 트랜스포머 (1).
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크 벽 (16, 17) 은 외부 탱크 벽 (16), 내부 탱크 벽 (17) 및 상기 채널 (25) 의 채널 벽 (17) 에 의해 형성되는 내부 탱크 벽 (17) 중 적어도 하나인, 중간 주파수 트랜스포머 (1).
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크 (10) 의 상기 절연 재료 (13) 는 천연 또는 합성 절연 액체, 또는 천연 또는 합성 절연 젤을 포함하는, 중간 주파수 트랜스포머 (1).
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크 (10) 는 상기 탱크 (10) 를 접지에 접속하기 위한 접지 접점 (80) 을 포함하고, 상기 접지 접점 (80) 은 상기 약한 전도성 층 (40) 및 전기 전도성 부품 (70) 중 적어도 하나에 전기적으로 접속되는, 중간 주파수 트랜스포머 (1).
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜스포머 (1) 는, 각각 함침 재료 (44) 에 내장된 섬유 (42) 를 포함하는 약한 전도성 층 (40) 을 포함하는, 상부 플레이트 (37) 및 하부 플레이트 (36) 를 갖는, 중간 주파수 트랜스포머 (1).
  15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜스포머 (1) 는 1 kHz 내지 200 kHz 의 주파수 범위에서 사용하기 위한 중간 주파수 트랜스포머인, 중간 주파수 트랜스포머 (1).
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