KR200378014Y1 - Radiator-embedded transformer chiller using refrigeration cycle - Google Patents
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Abstract
본 고안은 변압기에서 발생하는 열을 냉동사이클을 이용하여 냉각시킴으로써 냉각효과를 한층 높인 변압기 냉각장치에 관한 것이다.The present invention relates to a transformer cooling device that further enhances the cooling effect by cooling the heat generated from the transformer using a refrigeration cycle.
변압기에는 무부하손실과 부하손실에 의해 열이 발생하게 된다. 열이 제거되지 않으면 변압기 권선을 싸고 있는 절연물질이 열화현상에 의해 열화 되어 그 정도가 심하면 절연파괴에 의한 변압기 내부고장을 유발시키게 된다. 따라서 변압기용량은 변압기에 가해지는 열을 냉각시키는 정도에 따라 결정된다. 본 고안자는 출원번호 20-2004-0033312로 [냉동사이클의 냉매 기화열을 이용한 변압기 냉각장치]에 대한 고안을 하였다. 이 고안에서는 변압기 방열기 내부에 냉동사이클의 증발기가 포함되도록 고안하였다. 본 고안에서는 변압기 방열기를 냉동사이클의 증발기가 감싸도록 냉각장치 구조를 변경하여 지하변전소 등 외기가 차단된 공간에 설치되는 변압기에 적용하기에 효과적이도록 하였다. 또한 증발기 외부에 단열재와 외함이 설치된 구조도 제시하였으며, 연장 절연유관(51)으로 변압기본체(12)와 변압기방열기(11)를 이격시키도록 연결하여 변압기본체(12)와 변압기방열기(11)를 서로 다른 공간에 배치할 수 있도록 하여 냉각의 효과 및 공간 활용의 장점을 추가하였다.In the transformer, heat is generated by no-load loss and load loss. If the heat is not removed, the insulating material surrounding the transformer winding is degraded by the deterioration phenomenon, and if the degree is severe, it causes the internal breakdown of the transformer by the insulation breakdown. Therefore, the transformer capacity is determined by the degree of cooling the heat applied to the transformer. The present inventors have devised a design for [transformer cooling device using refrigerant vaporization heat of a refrigeration cycle] to the application number 20-2004-0033312. In this design, the evaporator of the refrigeration cycle is included in the transformer radiator. In this design, the transformer radiator is changed to the structure of the cooling device so as to surround the evaporator of the refrigeration cycle, so that the transformer radiator can be effectively applied to a transformer installed in a space where the outside air is blocked such as a substation. In addition, a structure in which an insulation and an enclosure are installed outside the evaporator is also presented, and the transformer body 12 and the transformer radiator 11 are connected to each other so that the transformer main body 12 and the transformer radiator 11 are separated by an extension insulating pipe 51. It can be placed in different spaces, adding the effect of cooling and space utilization.
특히 변압기의 년간 운전부하 및 온도곡선을 분석해 보면 도체를 감싸는 절연물질에 문제를 일으킬 수 있는 온도까지 도체의 온도가 상승하는 시간은 매우 짧음을 알 수 있다. 이 짧은 시간만 효과적인 냉동방식으로 변압기를 냉각시킨다면 변압기의 용량은 더욱더 커질 것이다. 아파트 등 이미 변압기 공간이 제한된 장소에서 전력수요가 증가할 경우 변압기 용량증대가 어려워 정전을 유발하는 경우가 많다. 이러한 수용장소의 변압기에 냉각장치를 통한 용량증대는 매우 유용하다고 판단된다.In particular, the analysis of the operating load and temperature curve of the transformer shows that the temperature rise of the conductor to a temperature that can cause problems with the insulating material surrounding the conductor is very short. If only this short time cools the transformer by effective refrigeration, the transformer's capacity will be even greater. When power demand increases in places where transformer space is already limited, such as apartments, it is difficult to increase the transformer capacity and cause power failure. Increasing capacity through the cooling system is considered to be very useful for transformers in these receiving places.
Description
변압기 권선을 감고 있는 절연체가 열화되는 정도에 따라 변압기 수명이 달라지므로 대체로 변압기 허용전류와 관련 있는 용량도 권선 절연체가 열화되지 않도록 변압기에 가해지는 열을 제거시키는 방법에 달렸다고 볼 수 있다. 용량이 작을 경우에는 자연냉각을 시행하고, 용량이 큰 경우에는 절연유를 방열기로 강제 순환시키고 방열기 주변에 설치된 냉각용송풍기를 가동시켜 냉각을 하고 있다. 본 고안자는 기존 냉각장치보다 냉각효과를 높이기 위하여 출원번호 20-2004-0033312로 [냉동사이클의 냉매 기화열을 이용한 변압기 냉각장치]를 고안한 바 있다. 그러나 이 고안에서는 도2에서 도시한 바와 같이 냉동사이클의 증발기(21)가 변압기방열기(11) 내부에 포함되도록 하는 구조의 냉각장치만 제시하였다.Since the life of the transformer varies according to the degree of deterioration of the insulation wound around the transformer windings, the capacity related to the transformer allowable current may also depend on the method of removing heat applied to the transformer so that the winding insulation does not deteriorate. When the capacity is small, natural cooling is performed. When the capacity is large, the insulating oil is forced to circulate to the radiator, and the cooling fan installed around the radiator is operated to cool. The present inventors have devised the [transformer cooling device using the refrigerant vaporization heat of the refrigeration cycle] in the application number 20-2004-0033312 in order to increase the cooling effect than the existing cooling device. However, in this design, only the cooling device having a structure such that the evaporator 21 of the refrigeration cycle is included in the transformer radiator 11 is shown in FIG.
본 고안은 변압기방열기(11) 구조를 변화시켜 냉동사이클의 냉매가 기화되는 증발기(21)와 열교환이 쉽게 되도록 하여 변압기에 가해지는 열을 효과적으로 제거하는 냉각장치를 제안한다. 변압기방열기(11)를 냉동사이클의 증발기(21)가 감싸는 형태로 만들어 효과적으로 열교환이 일어나도록 한다. 또한 증발기(21)의 냉기가 필요 없는 주변 대기와 열교환이 일어나지 않도록 하기 위하여 증발기(21) 외부에 단열재와 외함을 설치하도록 한다. 또한 변압기본체(12)와 변압기방열기(11)를 이격시킬 수 있도록 하여 공간활용과 냉각의 효과를 증대하는 방안을 강구한다.The present invention proposes a cooling device that effectively removes heat applied to the transformer by changing the structure of the transformer radiator (11) to facilitate heat exchange with the evaporator (21) in which the refrigerant of the refrigeration cycle is vaporized. The transformer radiator 11 is formed in a form in which the evaporator 21 of the refrigerating cycle is wrapped so that heat exchange takes place effectively. In addition, in order to prevent heat exchange with the ambient air, which does not require cold air of the evaporator 21, an insulation and an enclosure are installed outside the evaporator 21. In addition, the method to increase the effect of space utilization and cooling by allowing the transformer body 12 and the transformer radiator 11 to be spaced apart.
도1은 기존의 변압기 사시도이다. 변압기몸체(12)에 큰 규모의 변압기방열기(11) 여러 개가 병렬로 붙어서 변압기 전체 규모가 더 커 지는 것을 알 수 있다.1 is a perspective view of a conventional transformer. It can be seen that a large transformer radiator 11 is attached to the transformer body 12 in parallel so that the total size of the transformer becomes larger.
도2는 본 고안자가 출원번호 20-2004-0033312 [냉동사이클의 냉매 기화열을 이용한 변압기 냉각장치]에서 고안한 냉각장치 설명도이다.2 is an explanatory view of a cooling device devised by the present inventor in the application No. 20-2004-0033312 [transformer cooling device using the refrigerant vaporization heat of the refrigeration cycle].
도3은 본 고안에 의한 냉동사이클 증발기(21)이 변압기방열기(11)을 감싸는 형태의 냉각장치 설명도이다. 본 고안에서 냉동사이클은 압축기(25), 응축기(24), 냉매저장탱크(23), 팽창벨브(또는 모세관)(22), 증발기(21)로 구성된다. 압축기(25)는 기체상태의 냉매를 압축하고, 응축기(24)에서는 압축된 냉매가 열을 발산하면서 액체가 되고, 액체가 된 냉매는 냉각시스템의 관성을 높이고자 설치된 냉매저장탱크(23)에 모이게 되고, 액체상태의 냉매는 팽창벨브(또는 모세관)(22)를 통과하면서 기체상태로 변화를 일으키며 부피가 팽창하기 시작한다. 팽창벨브(또는 모세관)(22)를 빠져나온 냉매는 팽창벨브(또는 모세관)(22)와 연결된 증발기(21)에서 증발기(21)가 감싸고 있는 변압기방열기(11)로부터 기화열을 흡수하면서 기체가 된다. 증발기(21)를 지나온 기체는 압축기(25)로 들어가 압축되면서 냉동사이클의 한 사이클을 종료한다. 팽창벨브(또는 모세관)(22)와 응축기(24) 사이에 설치된 냉매저장탱크(23)를 제거하는 것도 본 고안의 범위에 포함된다. 또한 변압기 권선온도 또는 절연유 온도를 감지하여 냉동사이클을 사용자의 의지에 따라 원활히 작동시키는 제어장치를 추가하는 것도 본 고안의 범위에 포함된다.3 is an explanatory view of a cooling apparatus in a form in which a refrigeration cycle evaporator 21 according to the present invention surrounds a transformer radiator 11. In the present invention, the refrigeration cycle is composed of a compressor 25, a condenser 24, a refrigerant storage tank 23, an expansion valve (or capillary tube) 22, the evaporator 21. The compressor 25 compresses a refrigerant in a gaseous state, and in the condenser 24, the compressed refrigerant dissipates heat to become liquid, and the refrigerant, which becomes a liquid, is supplied to the refrigerant storage tank 23 installed to increase the inertia of the cooling system. As the liquid phase cools down, the liquid refrigerant passes through the expansion valve (or capillary tube) 22, causing a change in gaseous state and the volume starts to expand. The refrigerant exiting the expansion valve (or capillary tube) 22 becomes a gas by absorbing heat of vaporization from the transformer radiator 11 which the evaporator 21 surrounds in the evaporator 21 connected to the expansion valve (or capillary tube) 22. . The gas passing through the evaporator 21 enters the compressor 25 and is compressed to end one cycle of the refrigeration cycle. It is also within the scope of the present invention to remove the refrigerant storage tank 23 installed between the expansion valve (or capillary tube) 22 and the condenser 24. In addition, it is also included in the scope of the present invention to add a control device for sensing the transformer winding temperature or the insulating oil temperature to smoothly operate the refrigeration cycle according to the user's will.
도4는 증발기(21)를 제외한 냉동사이클 설비가 변압기방열기(11) 근처가 아닌 다른 장소에 설치 가능하도록 연장냉매관(41)을 설치한 냉각장치 설명도이다.4 is an explanatory view of a cooling apparatus in which an extension refrigerant pipe 41 is installed so that a refrigeration cycle facility other than the evaporator 21 can be installed at a place other than near the transformer radiator 11.
도5는 변압기방열기(11)가 변압기몸체(12)에서 멀리 떨어진 장소에 설치가 가능하도록 연장절연유관(51)을 연장하여 설치하는 냉각장치를 설명하는 도면이다.5 is a view for explaining a cooling device in which the transformer radiator 11 extends and installs the extension insulating oil pipe 51 so that the transformer radiator 11 can be installed at a place far from the transformer body 12.
도6은 냉동사이클 증발기(21)가 주변의 대기와 열교환이 일어나지 않도록하여 냉각의 효과를 높이고자 증발기(21) 외부에 단열재(61)와 외함(62)을 추가한 냉각장치를 설명하는 도면이다. 증발기(21) 외부에 단열재(61)와 외함(62)을 추가한 냉각장치에 도4와 같이 연장냉매관(41)을 설치하거나 또는 도5와 같이 열장절연유관(51)을 설치하여 냉각하는 방법도 본 고안의 범위에 포함된다.FIG. 6 is a view illustrating a cooling apparatus in which a refrigeration cycle evaporator 21 adds a heat insulating material 61 and an enclosure 62 to the outside of the evaporator 21 to increase the cooling effect by preventing heat exchange with the surrounding atmosphere. . An extension refrigerant pipe 41 is installed as shown in FIG. 4 or a heat insulation insulating pipe 51 is installed as shown in FIG. 5 in a cooling apparatus in which an insulation material 61 and an enclosure 62 are added to the outside of the evaporator 21. Methods are also included within the scope of the present invention.
도7은 냉동사이클의 증발기(21)와 압축기(25) 사이의 관에 터빈(71)과 발전기(또는 기계장치)(72)를 추가하여 기화된 냉매의 물리적 에너지를 이용하여 전기 또는 물리에너지를 생산할 수 있도록 한 냉각장치 설명도이다.7 illustrates the addition of a turbine 71 and a generator (or a mechanism) 72 to a tube between an evaporator 21 and a compressor 25 of a refrigeration cycle, thereby utilizing electrical energy or physical energy of the vaporized refrigerant. It is explanatory drawing of the chiller which enabled production.
도8은 냉동사이클의 증발기(21)와 압축기(25) 사이의 관에 터빈(71)과 발전기(또는 기계장치)(72)를 추가하여 기화된 냉매의 물리적 에너지를 이용하여 전기 또는 물리에너지를 생산할 수 있도록 한 냉각장치의 다른 예의 설명도이다.8 illustrates the addition of a turbine 71 and a generator (or a mechanism) 72 to a tube between an evaporator 21 and a compressor 25 of a refrigeration cycle, thereby utilizing electrical energy or physical energy of the vaporized refrigerant. It is explanatory drawing of the other example of the cooling apparatus which could be produced.
도9는 765kV 변압기의 년간부하 및 온도곡선 사례 설명도이다.9 is an explanatory diagram of an example of annual load and temperature curve of a 765kV transformer.
도10은 765kV 변압기 년간 온도지속곡선과 시간별온도곡선을 설명하는 도면이다. 이 그림에서 볼 수 있듯이 변압기 부하가 높거나 여름의 경우 기존의 냉각장치가 가동되더라도 변압기 온도는 매우 높게 상승함을 알 수 있다. 그러나 온도지속곡선에서 알 수 있듯이 변압기 도체 절연물질 열화를 초래할 수 있는 높은 온도가 가해지는 시간은 아주 짧다.Fig. 10 is a diagram illustrating the temperature sustain curve and the hourly temperature curve for the 765 kV transformer year. As can be seen from the figure, the transformer temperature is very high even in the case of high transformer load or summer, even if the existing cooling system is operated. However, as can be seen from the temperature sustain curve, the time required for high temperatures to cause transformer conductor insulation deterioration is very short.
변압기에 가해지는 열을 냉동사이클에 의한 냉매 기화열을 이용하여 냉각시킴으로써 열을 효과적으로 냉각시켜 변압기의 용량을 증대하고 효율을 높일 수 있다. 또한 풍냉식의 경우 팬의 진동에 의한 변압기 고장원인 제공가능성이 있으나 냉동사이클을 이용한 냉각장치는 이를 제거시킬 수 있고, 지하변전소와 같이 변압기와 주변 대기를 동시에 냉각시킬 필요가 있는 장소에는 증발기(21)가 변압기방열기(11)를 감싸는 구조의 열교환 방식이 효과적이다. 또한 변압기몸체(12)와 변압기방열기(11)를 분리시키는 구조는 공간활용과 냉각효과를 동시에 높일 수 있는 방법이다.By cooling the heat applied to the transformer using the refrigerant vaporization heat by the refrigeration cycle, the heat can be effectively cooled to increase the capacity of the transformer and increase efficiency. In addition, in the case of wind cooling, there is a possibility of providing a cause of transformer failure due to the vibration of the fan, but a cooling device using a refrigeration cycle can eliminate it. The heat exchange method of the structure that surrounds the transformer radiator 11 is effective. In addition, the structure separating the transformer body 12 and the transformer radiator 11 is a method that can simultaneously increase the space utilization and cooling effect.
도 1은 기존의 변압기 사시도이다.1 is a perspective view of a conventional transformer.
도 2는 변압기 방열기 내부에 냉동사이클의 증발기가 설치된 냉각장치 설명도이다.2 is an explanatory view of a cooling apparatus in which an evaporator of a refrigeration cycle is installed inside a transformer radiator.
도 3은 냉동사이클 증발기가 변압기 방열기를 감싸는 형태의 냉각장치 설명도이다.3 is an explanatory view of a cooling device in a form in which a refrigeration cycle evaporator surrounds a transformer radiator.
도 4는 증발기를 제외한 냉동사이클 설비가 분리 설치된 냉각장치 설명도이다.4 is an explanatory view of a cooling apparatus in which a refrigeration cycle facility except an evaporator is separately installed.
도 5는 변압기 방열기가 변압기에서 이격되도록 설치된 냉각장치 설명도이다.5 is an explanatory view of a cooling device installed such that a transformer radiator is spaced apart from a transformer.
도 6은 냉동사이클 증발기에 단열재 및 외함이 추가된 냉각장치 설명도이다.6 is an explanatory view of a cooling apparatus in which insulation and an enclosure are added to a refrigeration cycle evaporator.
도 7은 증발기와 압축기 사이에 터빈이 추가된 냉각장치 설명도이다.7 is an explanatory view of a cooling apparatus in which a turbine is added between an evaporator and a compressor.
도 8은 증발기와 압축기 사이에 터빈이 추가된 냉각장치 다른 사례 설명도이다.8 is a diagram illustrating another example of a cooling device in which a turbine is added between an evaporator and a compressor.
도 9는 765kV 변압기 년간 부하 및 온도곡선 설명도이다.9 is an explanatory view of a 765 kV transformer year load and temperature curve.
도 10은 765kV 변압기 년간 온도지속곡선 및 시간별 온도곡선 설명도이다.FIG. 10 is an explanatory diagram of a temperature persistence curve and an hourly temperature curve for a 765 kV transformer.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
11 : 변압기방열기 12 : 변압기몸체11: transformer radiator 12: transformer body
13 : 콘서베이터 14 : 붓싱13: Conservator 14: Bushing
21 : 증발기 22 : 팽창벨브(또는 모세관)21: evaporator 22: expansion valve (or capillary tube)
23 : 냉매저장탱크 24 : 응축기23: refrigerant storage tank 24: condenser
25 : 압축기 26 : 모터(또는 엔진)25 compressor 26 motor (or engine)
27 : 절연유순환펌프 41 : 연장냉매관27: insulated circulation pump 41: extension refrigerant pipe
51 : 연장절연유관 61 : 단열재51: extension insulation pipe 61: insulation
62 : 외함 71 : 터빈62: enclosure 71: turbine
72 : 발전기(또는 기계장치)72: generator (or machinery)
Claims (2)
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| KR20040033312U KR200375025Y1 (en) | 2004-11-24 | 2004-11-24 | Transformer cooling device using refrigerant vaporization heat of refrigeration cycle |
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