KR102639220B1 - 변압기의 화재 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기의 화재 방지 장치에 관한 것으로, 부싱의 상단에 분출홀이 형성되고, 평소에는 분출홀을 막아주는 방압변이 설치된다.
부싱 내압이 설정 한도 이상으로 상승하면 상기 방압변이 상승하여 분출홀이 개방되고, 분출홀을 통해 부싱 내부의 절연유가 외부로 배출됨으로써 부싱의 고온 고압이 해소되며, 그에 따른 부싱의 애관 파손이 방지된다. 따라서 발화를 유발하는 고온 절연유 분출이 방지되어 변압기 화재 사고가 예방된다.

Description

변압기의 화재 방지 장치{Device for preventing fire in transformer}

본 발명은 변압기의 화재 방지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부싱 고장으로 유발되는 화재를 방지하기 위한 변압기의 화재 방지 장치에 관한 것이다.

발전소에서 생산된 전력은 전압을 높여 송전선로를 통해 부하중심지로 수송된다. 변전소는 고전압을 일반가정 등 사용자가 편리하게 사용하도록 전압의 크기를 적정하게 변환(감압)하여 전력을 배분한다.

상기와 같은 변전소에서 전압을 낮춰주는 과정은 변압기에 의해 이루어지며, 변압기는 1차측 부싱을 매개로 송전전압을 인가받아 내부의 1차 및 2차 코일에 의해 전압을 강하시켜 저전압을 출력한다.

변압기의 1차측 부싱으로는 고전압용으로서 유입형 부싱을 널리 사용하고 있다. 유입형 부싱은 도 1에 도시된 바와 같이, 중심도체(부싱을 관통하는 봉 형상의 도체)(1)와 애관(2)의 사이에 절연재(3)(절연지 또는 베크리이트로 만든 절연원통)를 배치하고, 애관(2)의 내부에 절연유(4)를 충만시킨 구조로 이루어져 있다.

또한 72.5kV 이상의 전압이 인가되는 경우에는 내부에 커패시터(5)가 구성된 커패시터형 부싱을 이용하는데, 이 경우에도 애관(2)의 내부에 절연유(4)가 주입되어 있다.

한편, 상기 부싱의 고장은 변압기 화재 사고의 주요 원인이 되고 있다.

부싱 내부의 절연재(3)가 열화되면 아크가 발생하여 온도와 압력이 상승하고, 이에 애관(2)이 파손되어 지락 고장이 발생함과 더불어 파손부위로 고온의 절연유(4)가 분출되면서 발화가 이루어짐으로써 화재가 발생하게 된다.

이와 같이 변압기 화재가 발생하면 해당 변압기의 변전이 불가능하므로 변전소의 변전 능력이 감소됨은 물론 변압기 수리 및 교체에 많은 비용이 소모된다.

대한민국 등록실용신안공보 20-0262229(2002.03.18. 공고)

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 부싱 고장으로 인한 변압기 화재를 방지할 수 있도록 된 변압기의 화재 방지 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 애관의 상단이 연장 성형된 연장부와; 상기 연장부의 측면부에 형성된 복수의 분출홀과; 상기 연장부의 외측을 감싸는 형태로 설치되어 평소 사용 상태에서 상기 분출홀을 막아주고, 애관의 내부 압력이 작동 기준값 범위 이상으로 상승하면 상기 분출홀을 개방하는 방압변;을 포함한다.

상기 방압변은 원판형의 상면부와 상면부로부터 하방으로 절곡 성형된 원통형의 측면부를 포함하고, 상기 측면부가 상기 연장부의 외주면에 밀착되어 상기 분출홀을 막아준다.

상기 연장부의 상면부에 복수의 배출홀이 형성되고, 애관 내부의 온도와 압력이 상승하면 애관 내부의 절연유가 상기 배출홀을 통해 연장부의 상면부와 방압변의 상면부 사이 공간으로 배출되면서 방압변을 상방으로 밀어준다.

상기 방압변의 측면부 하단에 반경 방향 내측으로 돌출된 걸림돌기가 형성되고, 상기 연장부의 하측에 상기 걸림돌기가 삽입되어 걸려지는 걸림홈이 형성된다.

상기 걸림홈은 연장부의 외주면에 원주방향으로 형성되고, 상기 연장부의 외주면에 수직으로 가이드홈이 형성되며, 상기 가이드홈은 상단부가 개방되고 하단부는 상기 걸림홈에 연통된다.

상기 걸림돌기는 애관의 내부 압력이 설정된 기준값 범위에 이르면 파단된다.

상기 걸림돌기에는 걸림돌기의 완전한 파단을 유도하는 파단유도선이 형성된다.

상기 파단유도선은 방압변의 측면부와 걸림돌기 사이의 내측 모서리와 외측 모서리를 연결하는 선으로 형성된다.

상기 방압변의 측면부 하단에, 방압변 상향 작동시 상기 분출홀로부터 분출되는 절연유를 막아주는 가드부가 형성된다.

상기 방압변을 관통한 부싱의 중심도체 외주에 탄성 재질의 감속부재가 압입되어 상기 방압변의 상향 작동속도를 감속해줄 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 변압기의 부싱에 이상이 발생하여 내부 온도와 압력이 급격히 상승하는 경우에 방압변이 작동하여 절연유를 부싱 외부로 배출함으로써 부싱과 그 내부의 절연유의 온도가 화재가 발생할 정도로 상승하는 것을 방지할 수 있게 된다.

따라서 부싱 고장으로 인한 변압기의 화재 발생을 방지할 수 있게 된다.

따라서 변전소의 변압기 화재 사고 횟수가 크게 감소되고, 이에 변압기 화재 대응에 소모되는 비용을 절감할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 변압기의 부싱의 구성을 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 변압기의 화재 방지 장치가 설치된 부싱의 구성을 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 화재 방지 장치의 구성 및 평소 상태를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 구성인 방압변의 측면부 확대도.
도 5는 본 발명에 따른 화재 방지 장치의 작동 상태도.
도 6은 본 발명의 일 구성인 방압변의 변형 실시예를 도시한 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 종래 기술과 동일한 부분에는 동일한 참조번호를 부여하여 설명하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 변압기의 부싱은 중심도체(부싱을 관통하는 봉 형상의 도체)(1)와 애관(2)의 사이에 절연재(3)(절연지 또는 베크리이트로 만든 절연원통)를 배치하고, 애관(2)의 내부에 절연유(4)를 충만시킨 구조로 이루어진다. 또한 부싱의 내부에는 커패시터(5)가 구비될 수 있다.

또한 상기 절연유(4)의 양을 체크할 수 있도록 부싱의 상부에는 유면계(6)가 마련될 수 있다. 유면계(6)는 절연유(4)의 유면 또는 유면에 떠 있는 플로우트를 직접 관찰할 수 있는 투명 관찰창으로 형성될 수 있으며, 관찰창의 표면에는 계측을 위한 눈금이 표시될 수 있다.

애관(2)의 하측에는 반경방향 외측으로 돌출된 플랜지(7)가 형성되어 있어서, 부싱을 변압기 몸체에 볼트로 고정할 수 있다.

본 발명에 따른 변압기의 화재 방지 장치(100)는 부싱의 상단부에 설치된다.

도 3과 같이, 본 발명에 따른 변압기의 화재 방지 장치(100)는 애관(2)의 상단이 연장 성형된 연장부(10)와, 상기 연장부(10)의 측면부에 형성된 복수의 분출홀(12)과, 평소에는 상기 분출홀(12)을 막아주다가 애관(2)의 내부 압력이 비정상적으로 증가하면 분출홀(12)을 개방해주는 방압변(20)을 포함한다.

상기 연장부(10)는 애관(2)의 상단부가 상방으로 연장 형성된 것으로, 유면계(6)의 위쪽에 형성된다. 연장부(10)는 원주형의 측면부와 평평한 상면부로 이루어진다.

연장부(10)의 상면부 중앙에는 부싱의 중심도체(1)가 관통하는 도체삽입홀(11)이 형성된다. 또한 연장부(10)의 상면부에는 상기 도체삽입홀(11)을 중심으로 하여 반경방향으로 동일 거리에 복수의 배출홀(13)이 형성된다. 부싱 내부 압력 상승시 상기 배출홀(13)을 통해 부싱 내부의 절연유(4)가 연장부(10)와 방압변(20) 사이의 틈으로 배출되고 방압변(20)에 상방으로 압력을 가함으로써 방압변(20)의 고정 상태가 해제되고 방압변(20)이 상방으로 작동하게 된다.

또한 연장부(10)의 측면부에는 원주 방향으로 일정 간격을 두고 복수의 분출홀(12)이 형성된다. 상기와 같이 방압변(20)이 상승하면 분출홀(12)이 개방되어 부싱 내부의 절연유(4)가 부싱 외부로 분출된다.

상기 방압변(20)은 원판형의 상면부와 원통형의 측면부로 이루어진 부품으로서 상기 연장부(10)의 외측부를 감싸는 구조로 설치된다.

방압변(20)의 측면부의 내측면은 연장부(10)의 외주면에 밀착되어 상기 분출홀(12)들을 막아준다.

방압변(20)의 상면부 중앙에는 중심도체(1)가 관통하는 도체삽입홀(21)이 형성된다. 그 도체삽입홀(21)로 중심도체(1)의 상단이 돌출되며, 중심도체(1)에는 감속부재(30)가 설치된다.

상기 감속부재(30)는 고무 또는 플라스틱과 같이 탄성을 가지는 재질로 이루어진다. 감속부재(30)에는 상하 방향으로 도체삽입홀(31)이 형성되고, 도체삽입홀(31)의 내주면은 단순 원주면으로 형성되나 중심도체(1)의 외경보다 미세하게 작은 직경으로 형성된다. 따라서 감속부재(30)는 중심도체(1)의 외주에 압입되어 탄성 팽창함으로써 그때 발생하는 복원력에 의해 중심도체(1)에 대한 고정력을 발생시킨다.

따라서 감속부재(30)는 방압변(20)을 평소의 사용상태(방압변의 측면부가 분출홀(12)을 막아주는 상태)로 유지하는 고정력을 일부 제공한다. 그러나 감속부재(30)에 의한 고정력은 탄성 복원력에 의한 것으로 그리 크지 않으며 방압변(20)에 작용하는 절연유(4) 압력이 감속부재(30)에 의한 고정력 이상으로 증가되면 방압변(20)을 더 이상 고정할 수 없다. 단 감속부재(30)에 의한 고정력은 방압변(20)의 고속 상승을 억제하는 감속력으로 작용할 수 있다.

평소의 사용 상태에서 상기 방압변(20)을 안정적으로 고정해두기 위한 수단으로서 상기 방압변(20)의 측면부 하단에 반경방향 내측으로 걸림돌기(22)가 돌출 형성된다.

상기 걸림돌기(22)는 연장부(10)의 하단부 둘레에 형성된 링 형상의 걸림홈(14)에 삽입되어 걸려진다. 방압변(20)의 조립을 가능하게 하기 위하여 연장부(10)의 측면부 양측에는 상기 걸림돌기(22)의 이동경로를 제공하는 가이드홈(15)이 수직방향으로 형성되며, 가이드홈(15)의 상단은 상방으로 개방되고 하단은 상기 걸림홈(14)과 연통된다.

따라서 방압변(20) 조립시 걸림돌기(22)와 가이드홈(15)의 위치를 맞추고 방압변(20)을 하방으로 내린 후(걸림돌기(22)가 가이드홈(15)을 따라 하방으로 이동함), 방압변(20)을 원주방향으로 돌려주면 걸림돌기(22)가 걸림홈(14)의 내부로 이동하여 걸려짐으로써 방압변(20)의 상향 이동을 억제해주게 된다.

그런데 상기 걸림돌기(22)는 부싱 내부의 절연유(4) 압력이 과도하게 상승할 경우 파손되어 고정력을 상실하도록 된 것으로 방압변(20)을 정상 사용상태에서만 고정하는 것이며, 방압변(20)을 견고하게 완전히 고정하는 것은 아니다.

한편, 부싱 내부 이상에 의해 절연유(4)의 온도와 압력이 상승할 때 부싱 내부 압력은 14 bar 정도까지 급격하게 상승하고, 그 압력에 의해서 애관(2)이 파손된다. 따라서 애관(2)의 파손을 방지하기 위하여 안전하게 2.5 ~ 5 bar(임의로 설정된 기준값) 정도에서 상기 방압변(20)이 작동하도록 하면 애관(2)의 파손을 방지할 수 있다.

따라서 걸림돌기(22)는 상기 압력범위에서 파단될 수 있는 파단강도를 가지도록 형성된다.

이때 도 4와 같이 걸림돌기(22)의 기단부에 파단유도선(23)을 형성하면 파단유도선(23)의 깊이를 조정함으로써 걸림돌기(22)의 파단강도를 용이하게 조정할 수 있다.

상기 걸림돌기(22)는 직선 또는 지그재그 형상으로 형성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 방압변(20)의 측면부와 걸림돌기(22) 사이의 내측 모서리와 외측 모서리를 연결하는 형상으로 형성하면 걸림돌기(22)가 방압변(20)의 측면부로부터 정확하고 완전히 파단되는데 도움이 된다. 이는 부싱 내부 압력 상승에 의해 걸림돌기(22)가 파단되었으나 그 파단이 완전하지 못하여 걸림돌기(22)의 일부분이 남게 되면 걸림홈(14)와의 걸림상태가 완전히 해제되지 못하여 방압변(20)의 원활한 상승 작동에 방해가 될 수 있기 때문이다.

한편, 분출홀(12)을 통해 고속 분출되는 절연유(4)는 고온이기 때문에 작업자가 맞는 경우 심각한 화상을 입거나 생명을 잃을 수도 있다.

따라서 도 6과 같이, 방압변(20)의 측면부 하단에 가드부(24)가 하방으로 연장 성형되는 것이 바람직하다.

상기 가드부(24)는 방압변(20)의 측면부 원주 둘레 전체에 형성되고, 방압변(20)이 상승했을 때 분출홀(12)로부터 소정 간극 떨어진 위치에서 분출홀(12)의 앞쪽 부분을 차단해주기 때문에 고온의 절연유(4)가 부싱으로부터 반경 방향 외측으로 길게 방사되는 것을 차단해줄 수 있다.

이제 본 발명의 작용 효과를 설명한다.

도 3과 같이, 정상적인 사용 상태에서 방압변(20)은 최초 설치 위치를 유지한다. 방압변(20)의 걸림돌기(22)가 연장부(10) 하측의 걸림홈(14)에 걸려 있기 때문에 방압변(20)이 연장부(10)에 구속되어 있다.

또한 부싱의 중심도체(1)는 상단부가 연장부(10)와 방압변(20) 및 감속부재(30)의 도체삽입홀(11,21,31)을 관통하여 감속부재(30)의 상부로 돌출되어 있게 된다.

이와 같은 상태에서 방압변(20)의 측면부가 연장부(10)에 형성된 분출홀(12)을 막고 있으므로 분출홀(12)이 차단되어 부싱 외부로 절연유(4)가 배출될 수 없다. 도시하지 않았으나 방압변(20)의 측면부 내측면에 실링부재를 설치하여 분출홀(12) 차단 성능을 향상시킬 수 있음은 물론이다.

한편, 부싱에 이상이 발생하여 부싱 내부의 온도와 압력이 상승하면 절연유(4)가 연장부(10)의 배출홀(13)을 통해 배출되면서 방압변(20)에 상방으로 힘을 가하게 된다.

부싱 내부의 압력이 방압변(20) 작동 기준값 범위까지 증가하면 상기 걸림돌기(22)가 파단되면서 방압변(20)의 구속 상태가 해제되어 방압변(20)이 연장부(10)의 상방으로 이동한다.

이때 걸림돌기(22)에 의한 고정력은 사라졌지만 감속부재(30)가 중심도체(1)를 잡고 있는 고정력이 존재하기 때문에 방압변(20)의 상승 속도가 감속된다.

따라서 걸림돌기(22) 파단과 동시에 방압변(20)이 상방으로 고속 상승하여 중심도체(1) 상단에 구비된 케이블 접속부재 등을 타격하여 손상시키는 현상을 방지할 수 있게 된다.

상기와 같이 방압변(20)이 상승하면 도 5와 같이, 연장부(10)에 형성된 분출홀(12)들이 모두 개방되며, 이에 부싱 내부의 절연유(4)가 분출홀(12)을 통해 부싱 외부로 배출됨으로써 부싱 내부의 고온 고압이 해소된다.

따라서 고온 고압에 의한 애관(2)의 파손이 방지되고, 이에 애관(2) 파손으로 인해 발생하는 중심도체(1)와 변압기 외함과의 지락 사고가 방지된다.

또한 애관(2) 파손이 방지되고 부싱 내부의 고온 고압이 해소됨으로써 종래에 애관(2) 파손 부위로 고온의 절연유(4)가 분출되면서 발화가 유발되는 현상이 방지된다. 따라서 부싱 고장에 의한 변압기 화재 사고를 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같이 방압변(20)이 상승하여 분출홀(12)을 통해 절연유(4)가 분출될 때 아직 절연유(4)의 온도가 발화에 이를 정도로 증가된 상태는 아니지만 작업자 안전에는 치명적인 정도의 고온 상태이다.

그런데 본 발명에 따르면 상기 방압변(20)의 가드부(24)가 절연유(4)의 앞쪽 공간을 차단함으로써 분출홀(12)에서 분출되는 절연유(4)가 가드부(24)에 막혀 부싱의 아래쪽으로 낙하되고, 따라서 절연유(4)가 주변 작업자에게 분출되지 않음으로써 고온 절연유(4)에 의한 상해 및 사망 사고를 방지할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 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 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

1 : 중심도체 2 : 애관
3 : 절연재 4 : 절연유
5 : 커패시터 6 : 유면계
7 : 플랜지 10 : 연장부
11,21,31 : 도체삽입홀 12 : 분출홀
13 : 배출홀 14 : 걸림홈
15 : 가이드홈 20 : 방압변
22 : 걸림돌기 23 : 파단유도선
24 : 가드부 30 : 감속부재

Claims (10)

1. 애관의 상단이 연장 성형된 연장부와;
   상기 연장부의 측면부에 형성된 복수의 분출홀과;
   상기 연장부의 외측을 감싸는 형태로 설치되어 평소 사용 상태에서 상기 분출홀을 막아주고, 애관의 내부 압력이 작동 기준값 범위 이상으로 상승하면 상기 분출홀을 개방하는 방압변;
   을 포함하는 변압기의 화재 방지 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 방압변은 원판형의 상면부와, 상면부로부터 하방으로 절곡 성형된 원통형의 측면부를 포함하고,
   상기 측면부가 상기 연장부의 외주면에 밀착되어 상기 분출홀을 막아주는 것을 특징으로 하는 변압기의 화재 방지 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 연장부의 상면부에 복수의 배출홀이 형성되고, 애관 내부의 온도와 압력이 상승하면 애관 내부의 절연유가 상기 배출홀을 통해 연장부의 상면부와 방압변의 상면부 사이 공간으로 배출되면서 방압변을 상방으로 밀어주는 것을 특징으로 하는 변압기의 화재 방지 장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 방압변의 측면부 하단에 반경 방향 내측으로 돌출된 걸림돌기가 형성되고,
   상기 연장부의 하측에 상기 걸림돌기가 삽입되어 걸려지는 걸림홈이 형성된 것을 특징으로 하는 변압기의 화재 방지 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 걸림홈은 연장부의 외주면에 원주방향으로 형성되고, 상기 연장부의 외주면에 수직으로 가이드홈이 형성되며,
   상기 가이드홈은 상단부가 개방되고 하단부는 상기 걸림홈에 연통되는 것을 특징으로 하는 변압기의 화재 방지 장치.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 걸림돌기는 애관의 내부 압력이 설정된 기준값 범위에 이르면 파단되는 파단강도를 가지는 것을 특징으로 하는 변압기의 화재 방지 장치.
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 걸림돌기에는 걸림돌기의 완전한 파단을 유도하는 파단유도선이 형성된 것을 특징으로 하는 변압기의 화재 방지 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 파단유도선은 방압변의 측면부와 걸림돌기 사이의 내측 모서리와 외측 모서리를 연결하는 선으로 형성된 것을 특징으로 하는 변압기의 화재 방지 장치.
9. 청구항 2에 있어서,
   상기 방압변의 측면부 하단에, 방압변 상향 작동시 상기 분출홀로부터 분출되는 절연유를 막아주는 가드부가 형성된 것을 특징으로 하는 변압기의 화재 방지 장치.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 방압변을 관통한 부싱의 중심도체 외주에 탄성 재질의 감속부재가 압입되어 상기 방압변의 상향 작동속도를 감속해주는 것을 특징으로 하는 변압기의 화재 방지 장치.