KR200217073Y1

KR200217073Y1 - 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기

Info

Publication number: KR200217073Y1
Application number: KR2019990001857U
Authority: KR
Inventors: 양태권
Original assignee: 양우현; 동방전기공업주식회사
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2001-03-15
Also published as: KR20000016775U

Abstract

본 고안은 배전용 변압기의 1차권선 및 2차권선으로 사용되는 나도체에 절연지(또는 에나멜 코팅층)을 도포하고 그 위에 반도체 절연층을 1개층 이상 피복한 도체를 1차권선과 2차권선으로 사용한 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기에 관한 것이다.

본 고안에 따른 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기는 자기회로를 구성하는 규소강판으로 이루어진 코아와, 상기 코아의 외측에 권회된 2차 권선과, 상기 2차 권선상에 권회된 1차 권선을 구비한 변압기에 있어서, 상기 2차 권선은 단면이 대체로 사각형을 이루는 나도체를 사용하고, 상기 나도체의 외주면에는 제1 절연지가 배설되어 있고, 상기 제1 절연지의 외측에는 제1 반도체 절연층이 배설되어 있고, 상기 1차 권선은 단면이 대체로 원형을 이루는 나도체를 사용하고, 상기 나도체의 외주면에는 제1 절연지가 배설되어 있고, 상기 제1 절연지의 외측에는 제2 반도체 절연층이 배설되어 있는 것을 있는 것을 특징으로 한다.

Description

서어지 전압 감쇄 배전용 변압기 {A transformer for reducing a surge valtage}

본 고안은 배전용 변압기의 1차권선 및 2차권선으로 사용되는 도체코일에 절연층(또는 에나멜 코팅층)위에 반도체 절연층을 피복한 도체를 1차권선과 2차권선으로 사용한 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기에 관한 것이다.

종래로 부터 전주에 설치되어 사용되는 배전용 변압기(일단 접지변압기등)는 도 9a 도 9b에 도시한 바와 같이 단면이 직사각형 또는 원형인 나도체(1)에 단순히 에나멜 선(2)으로 코팅되거나 또는 절연지로 피복된 도체코일을 사용하여 1차 권선 및 2차 권선을 권회하고 있기 때문에, 이러한 배전용 변압기를 특별고압(또는 고압)에서 저압으로 강압시키는 일반적인 주상변압기에 사용할 경우, 이 배전용 변압기에 전력을 공급하는 전력선(전선)이 장거리에 걸쳐서 가공선로(전주)상에 노출, 설치되어 운영되는 관계로 인하여 송ㆍ배전 운영시 전력선이 대기에 직접 노출되어 각종 서어지 전압(뇌전압), 유도뢰, 기타 개폐 서어지 전압 등)의 영향을 직접 받아 배전 선로를 타고 유입되는 서어지 전압이 배전용 변압기(주상 변압기)의 1차 권선 및 2차 권선을 통하여 각 수용가(빌딩, 공장, 가정)에 직접 서어지 전압이 전달된다.

이로 인하여 가전 제품, 산업기기 및 컴퓨터등 각종 중요한 전기기기 등을 파손, 오손시키거나 또는 수명을 단축시킨다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 뇌전압 또는 유도뢰가 전기제품을 통하여 실내로 유입되어 인명에게 전기적 충격을 준다는 등의 문제점이 있었다.

또한, 문헌에 의하면 2차측 수용가에 전달되는 서어지 전압은 대략 6,000Ｖ-7,000Ｖ 정도로 알려져 있다. 따라서 우리나라와 외국에서는 이 순간적인 서어지 전압을 제거하기 위하여 변압기 고압측(1차측)근처에 피뢰기 및 아킹-혼을 설치하거나 2차측에 저압피뢰기 및 서어지 흡수기(압소버)를 설치하고 있었다.

그러나, 기존 변압기의 1차측 및 2차측 에 설치한 피뢰기는 1회 내지 수회 서어지 전압에 적용되면, 동작불능이 되어 서어지 전압을 흡수하거나 바이패스할 수 없어 교체하여야 한다는 문제점이 있으며, 또한 일반적 전자부품으로 이루어진 서어지 제어기도 마찬 가지로 수천 볼트 이상의 서어지 전압이 수회 유기되면 파손된다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 상기 여러 가지 문제점을 감안해서 이루어진 것으로서, 본 고안의 목적은 송ㆍ배전용 정격 전압은 그대로 변압하면서 서어지 전압만 감쇄 내지는 제거하여 전력수용가에 정격주파수가 안정된 양질의 정격전압을 공급할 수 있는 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 가전 제품 및 전자부품의 파손을 방지할 수 있는 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기는 자기회로를 구성하는 규소강판으로 이루어진 코아와, 상기 코아의 외측에 권회된 2차 권선과, 상기 2차 권선상에 권회된 1차 권선을 구비한 변압기에 있어서, 상기 2차 권선은 단면이 대체로 사각형을 이루는 나도체를 사용하고, 상기 나도체의 외주면에는 제1 절연층이 배설되어 있으며, 상기 제1 절연층의 외측에는 제1 반도체층이 배설되어 있고, 상기 1차 권선은 단면이 대체로 원형을 이루는 나도체를 사용하고 있고, 상기 나도체의 외주면에는 제1 절연층이 배설되어 있고, 상기 제1 절연층의 외측에는 제2 반도체층이 배설되어 있는 것을 있는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기의 단층상태를 도시한 일부절개 사시도.

도 2는 도 1에서 Ａ부의 확대 단면도.

도 3은 본 고안의 일실시예에 따른 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기의 1차권선 및 2차권선의 정전용량 관계를 도시한 개략도.

도 4는 본 고안의 일실시예에 따른 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기의 각 권선과 접지사이 및 1차권선과 2차권선 사이의 정전용량에 대한 블록도.

도 5는 본 고안의 일실시예에 따른 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기의 각 권선 사이의 정전용량 구성을 나타낸 회로도.

도 6은 본 고안의 일실시예의 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기에 사용되는 도체코일의 단면도로서, 도 6a는 단면이 직사각형인 나도체에 제1 절연지 및 제1 반도체 절연층을 순차적으로 피복한 도체코일의 단면도, 도 6b는 단면이 직사각형인 나도체에 제1 절연지, 제1 반도체 절연층 및 제2 절연지를 순차적으로 피복한 도체코일의 단면도이고,

도 7은 본 고안의 일실시예의 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기에 사용되는 다른 도체코일의 단면도로서, 도 7a는 단면이 원형인 나도체에 제2 절연지 및 제2 반도체절연층을 순차적으로 피복한 도체코일의 단면도, 도 7b는 단면이 원형인 나도체에 제2 절연지, 제2 반도체 절연층 및 제2 절연지를 순차적으로 피복한 도체코일의 단면도,

도 8은 본 고안의 일실시예의 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기에 사용되는 또 다른 도체코일의 단면도로서, 도 8a는 단면이 원형인 나도체에 제1 절연지 및 제1 반도체 절연층을 순차적으로 피복한 도체코일의 사시도, 도 8b는 단면이 원형인 나도체에 에나멜 코팅층, 제1 반도체 절연층 및 제1 절연지를 순차적으로 피복한 도체코일의 사시도,

도 9는 종래의 변압기에 사용되고 있는 도체코일의 단면도로서, 도 9a는 단면이 직사각형인 나도체에 제1 절연지를 피복한 도체코일의 단면도, 도 9b는 단면이 원형인 나도체에 절연지 절연지를 피복한 도체코일의 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 코어 30 : 제1 절연층

40,70,80,90 : 나도체 42,82,94 : 제1 절연지

44,84 : 제1 반도체 절연층 46,86 : 제2 절연지

50 : 2차권선 60 : 제2 절연층

72 : 제2 절연지 74 : 제2 반도체 절연층

76 : 제3 절연층 92 : 에나멜 코팅층

13 : 반도체 절연지 15 : 외주절연

이하, 본 고안의 일실시예에 따른 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기에 대하여 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기의 단층상태를 도시한 일부절개 사시도이고, 도 2는 도 1에서 Ａ부의 확대 단면도이고. 도 3은 본 고안의 일실시예에 따른 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기의 1차권선 및 2차권선의 정전용량 관계를 도시한 개략도이고. 도 4는 본 고안의 일실시예에 따른 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기의 각 권선과 접지사이 및 1차권선과 2차권선 사이의 정전용량에 대한 블록도이고, 도 5는 본 고안의 일실시예에 따른 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기의 각 권선 사이의 정전용량 구성을 나타낸 회로도이다.

도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이 본 고안에 따른 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기(1000)는 자기회로를 구성하는 규소강판으로 이루어진 코아(10)와, 상기 코아(10)의 외측에 배설된 제1 절연층(30)과, 상기 제1 절연층(30)에 권회된 2차 권선(50)과, 상기 2차 코일층(50)상에 배설되는 제2 절연층(60)과, 상기 제2 절연층(60)에 권회된 1차 권선(80)을 구비하고 있다.

상기 2차 권선(50)은 도 6a에 상세히 도시한 바와 같이 단면이 대체로 사각형을 이루는 나도체(40)를 사용하고 있고, 상기 나도체(40)의 외주면에는 제1 절연지(42)가 배설되어 있고, 상기 제1 절연지(42)의 외측에는 제1 반도체 절연층(44)이 배설되어 있으며, 또한 상기 1차 권선(80)은 도 7a에 상세히 도시한 바와 같이 단면이 대체로 원형을 이루는 나도체(70)를 사용하고 있고, 상기 나도체(700의 외주면에는 제2 절연지(72)가 배설되어 있고, 상기 제2 절연지(72)의 외측에는 제2 반도체 절연층(74)이 배설되어 있다.

이와 같이 구성된 본 고안의 제1 실시예에 의한 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기(1000)는 상기 코어(10)와 2차권선(50)사이에 배설되는 제1 절연층(30)은 제1 절연지(42)와 제1 반도체 절연층(44)으로 구성되어 있고, 상기 2차 권선(50)과 1차권선(80)사이에 배설되는 제2 절연층(60)은 제1 절연지(42), 제1 반도체 절연층(44), 제2 절연지(72) 및 제2 반도체 절연층(74)으로 구성되어 있고, 상기 제1 및 제2 반도체 절연층(44,74)은 1차권선(80)과 2차권선(50) 및 접지(Ｅ)사이에 발생되는 상호 정전용량에 의해 서어지 전압을 감쇄시키도록 접지되어 있다.

다음에 이와 같이 구성된 본 고안의 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기(1000)의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 상기 1차권선(80)의 외측면에 배설된 제1 절연지(72) 및 상기 2차권선(50)의 제2 절연지(42)상의 제1 및 제2 반도체 절연층(74,44)은 접지선(ℓ3)을 통해서 접지(E)와 연결되어 있어 접지(E)와 1차 권선(80)사이에 큰 용량의 정전용량(C2)이 발생하고, 접지(E)와 2차 권선(50)사이에 큰 용량의 정전용량(C1)이 발생하게 되며, 또한 1차 권선(80)과 2차 권선(50)사이에도 정전용량(C12)이 발생된다(상기 제1 및 제2 절연지(72,42)와 제1 및 제2 반도체 절연층(74,44)이 유전체이므로, 도체간에 상호 전전용량이 발생한다).

따라서, 본 고안에 따른 서어지 전압 감쇄용 배전 변압기(1000)의 특고압선(ℓ1,ℓ2)을 통해서 일차측에 서어지 전압(뇌전압, 유로뢰, 기타 개폐 서어지 전압등)이 인가될 경우, 상기 제1 및 제2 반도체 절연층(74,44)이 도체로 작용하여 전계분포강도를 균일하게 함과 동시에, 정전 용량도 증대되어 변압기(1000)의 1차측으로 유입되는 서어지 전압을 접지선(ℓ3)을 통해서 바이패스시킴으로써, 변압기(1000)의 수명을 연장할 수 있으며, 또한 배전용 정격 전압은 그대로 변압하면서 서어지 전압만 감쇄 내지는 제거하여 전력수용가에 정격주파수가 안정된 양질의 정격전압을 공급할 수 있다.

다시 말하면, 도 4에 도시와 같이 1차권선(80)과 접지(E)간의 정전용량(C1), 2차권선(50)과 접지(E)간의 정전용량(C2)이 발생함과 동시에, 1차권선(80)과 2차권선(50)간의 정전용량(C12)도 발생하여 1차권선(80)과 2차권선(50)간의 합성 정전용량(Cp-s)은

Cp_-s = Ｃ12 + (Ｃ1 × Ｃ2) / (Ｃ1 + Ｃ2)

가 된다(여기에서, Ｃ1은 1차권선(80)과 접지(E)간의 정전용량, Ｃ2는 2차권선(50)과 접지(E)간의 정전용량, Ｃ12는 1차권선(80)과 2차권선(50)간의 정전용량을 각각 표시한다)

그리고, 1차권선(80) 및 2차권선(50)과 접지(E)를 묶은 합성 정전용량(C_P-SE)은

C_P-SE= C1+C12

가 된다(여기에서, SE는 2차권선(50)과 접지(E)를 일괄해서 연결한 것을 의미하며, C_P-SE는 1차권선(80)과 SE간의 정전용량을 표시한다).

마찬 가지로, 1차권선(80)과 2차권선(50)을 일괄해서 묶은 다음, 접지(E)간의 합성 정전용량(C_PS-E)은

C_PS-E= C1+C2

가 된다.

상기 식들은 C1,Ｃ2,Ｃ12의 정전용량의 값을 정확히 찾아내는 방식이며, 이를 통해 얻어진 값, Ｃ1,Ｃ2,Ｃ12의 정전용량을 아래의 ①에 대입하여 정전용량값을 조절하면, 서어지 전압을 제거할 수 있는 변압기(1000)를 제조할 수 있다.

따라서, 도 4에 도시한 본 고안의 서어지 전압 감쇄용 변압기(1000)의 각 권선과 접지사이 및 1차권선(80)과 2차권선(50)간의 정전용량에 대한 블록도를 도 5와 같이 등가회로로 다시 나타낼 수 있으며, 변압기의 1차권선(80)에 유입되는 서어지 전압을 E1이라 할 경우, 2차권선(50)에 나타나는 전압 E2는,

E2 = E1 × C12 /(C12 + C2) ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ ①

가 된다.

따라서, ①식에서 정전용량 Ｃ12가 최소이고, Ｃ2가 최대일 때, 서어지 전압 감쇄효과가 커짐을 알 수 있다. 즉 서어지 전압 E1은 상기 도 5에 도시한 등가회로를 거치면서 C1, C2, C12의 상호 정전용량 관계로 2차권선(50)에는 상당히 감쇄된 전압 E2가 유기된다. 즉, 변압기(1000)의 권수비(변압비)를 제외하고도 1/1000-1/10000정도의 감쇄효과를 나타낸다.

도 6은 본 고안의 일실시예의 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기(1000)에 사용되는 도체코일의 단면도로서, 도 6a는 단면이 직사각형인 나도체(40)에 제1 절연지(42) 및 제1 반도체 절연층(44)을 순차적으로 피복한 도체코일의 단면도이고, 도 6b는 단면이 직사각형인 나도체(40)에 제1 절연지(42), 제1 반도체 절연층(44) 및 제2 절연지(46)를 순차적으로 피복한 도체코일의 단면도이다.

도 7은 본 고안의 일실시예의 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기(1000)에 사용되는 다른 도체코일의 단면도로서, 도 7a는 단면이 원형인 나도체(70)에 제1 절연지(72) 및 제2 반도체 절연층(74)을 순차적으로 피복한 도체코일의 단면도이고, 도 7b는 단면이 원형인 나도체(70)에 제2 절연지(72), 제2 반도체 절연층(74) 및 제3 절연지(76)를 순차적으로 피복한 도체코일의 단면도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 서어지 전압 감쇄용 변압기는 도 6b에 도시한 단면이 직사각형인 나도체(40)에 제1 절연지(42), 제1 반도체 절연층(44) 및 제2 절연지(46)를 순차적으로 피복한 도체코일을 2차권선으로 사용하고, 도 7b에 도시한 단면이 원형인 나도체(70)에 제2 절연지(72), 제2 반도체 절연층(74) 및 제3 절연지(76)를 순차적으로 피복한 도체코일을 1차권선으로 사용하고, 상기 2차권선의 제1 반도체절연층(44) 및 제2 반도체절연층(74)를 접지시키면, 1차권선을 통해서 들어오는 서어지 접압을 제1 실시예에서 설명한 바와 같이 용이하게 제거할 수 있다.

상기 제1 및 제2 실시예에서 2차권선에 단면이 사각형인 나도체를 사용한 것은 2차권선의 표면적을 넓게하여 전류의 흐름을 원활히 하여 변압기에서 방열되는 열을 저감시키기 위함이다.

도 8은 본 고안의 일실시예의 서어지 전압 감쇄 배전용 변압기의 1차권선에 사용되는 또 다른 도체코일의 단면도로서, 도 8a는 단면이 원형인 나도체(80)에 제1 절연지(82) 및 제1 반도체 절연층(84) 및 제2 절연지(86)를 순차적으로 피복한 도체코일의 사시도이고, 도 8b는 단면이 원형인 나도체(90)에 에나멜 코팅층(92), 제1 반도체 절연층(84) 및 제1 절연지(94)를 순차적으로 피복한 도체코일의 사시도이다.

이와 같이 구성된 도체코일을 배전용 변압기의 1차권선으로 사용하면, 제1 반도체 절연층(84)을 접지시킴으로서, 제1 반도체 절연층(84)에 의해 변압기(1000)의 1차측으로 유입되는 서어지 전압을 용이하게 제거할 수 있다.

앞에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 서어지 감쇄 배전용 변압기에 의하면, 1차측으로 유입된 서어지 전압을 방지함에 있어서 반도체 절연물의 가변특성을 이용하여 높은 서어지전압의 전계를 균일하게 함과 동시에, 각 권선, 권선상호간 및 권선과 철심사이에 발생되는 코일의 정전용량 및 접지시킨 반도체 절연층에 의해 서어지 전압의 발생 횟수에 관계없이 확실하게 감쇄시킬 수 있으며, 이에 따라 가전 제품 및 전자부품의 파손을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 송ㆍ배전용 정격 전압은 그대로 변압하면서 서어지 전압만 감쇄 내지는 제거하여 전력수용가에 정격주파수가 안정된 양질의 정격전압을 공급할 수 있다는 매우 유용한 고안이다.

Claims

자기회로를 구성하는 규소강판으로 이루어진 코아(10)와, 상기 코아(10)의 외측에 배설된 제1 절연층(30)과, 상기 제1 절연층(30)에 권회된 2차 권선(50)과, 상기 2차 권선(50)상에 배설되는 제2 절연층(60)과, 상기 제2 절연층(60)에 권회된 1차 권선(80)을 구비한 변압기에 있어서,

상기 2차 권선(50)은 단면이 대체로 사각형을 이루는 나도체(40)를 사용하고, 상기 나도체의 외주면에는 제1 절연지(42)가 배설되어 있고, 상기 제1 절연지(42)의 외측에는 제1 반도체 절연층(44)이 배설되어 있으며,

상기 1차 권선(80)은 단면이 대체로 원형을 이루는 나도체(70)를 사용하고 있고, 상기 나도체(70)의 외주면에는 제2 절연지(72)가 배설되어 있고, 상기 제1 절연지(72)의 외측에는 제2 반도체 절연층(74)이 배설되어 있는 것을 있는 것을 특징으로 하는 서어지 전압 감쇄용 배전 변압기.
제1항에 있어서, 상기 코어(10)와 2차권선(50)사이에는 제1 절연지(42)와 제1 반도체 절연층(44)으로 구성된 절연층(30)이 배설되어 있고, 상기 제1 반도체 절연층(44)은 1차권선(80)과 2차권선(50) 및 접지(Ｅ)사이에 발생되는 상호정전용량에 의해 1차권선(80)으로 유입되는 서어지 전압을 감쇄시키도록 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 서어지 전압 감쇄용 배전 변압기.
제1항에 있어서, 상기 2차 권선(50)과 1차권선(80)사이에는 제1 절연지(42), 제1 반도체 절연층(44), 제2 절연지(72) 및 제2 반도체 절연층(74)으로 구성된 제2 절연층(60)이 배설되어 있고, 상기 제1 반도체 절연층(44) 및 제2 반도체절연층(74)은 1차권선(80)과 2차권선(50) 및 접지(Ｅ)사이에 발생되는 상호정전용량에 의해 1차권선(80)으로 유입되는 서어지 전압을 감쇄시키도록 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 서어지 전압 감쇄용 배전 변압기.