KR200382236Y1 - Underground distribution transformer applying refrigeration cycle to cooling system - Google Patents

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KR200382236Y1
KR200382236Y1 KR20-2005-0001865U KR20050001865U KR200382236Y1 KR 200382236 Y1 KR200382236 Y1 KR 200382236Y1 KR 20050001865 U KR20050001865 U KR 20050001865U KR 200382236 Y1 KR200382236 Y1 KR 200382236Y1
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Abstract

본 고안은 유입자냉식의 기존 지중배전변압기(일명 PAD변압기, 유입자냉식 지상설치변압기)의 구조를 변경시켜 냉동사이클을 냉각장치에 적용하여 지중배전변압기에서 발생하는 열을 냉동사이클을 이용하여 냉각시킴으로써 냉각효과를 한층 높인 지중배전변압기에 관한 것이다.The present invention changes the structure of the inlet-cooled existing underground distribution transformer (aka PAD transformer, inlet-cooled ground-mounted transformer) and applies the refrigeration cycle to the cooling device to cool the heat generated from the underground distribution transformer using the refrigeration cycle. The present invention relates to an underground distribution transformer having a higher cooling effect.

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. 기존의 지중배전변압기는 6.6kV 및 22.9kV 지중배전선로를 이용하여 배전계통에 연계하고 지상에 설치하여 사용하는 유입자냉식 지상설치형 변압기이다. 따라서 지중 선로가 많이 설치된 도심지역에는 지중배전변압기가 많이 설치되고 있으나 냉각문제로 인해 변압기 용량이 제한되어 설치수량이 늘어나는 실정이다. 그러나 도7에서 도시한 바와 같이 용량을 증대할 경우 변압기 온도가 문제가 되는 시간은 아주 짧음을 알 수 있다.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. Conventional underground distribution transformers are inflow-cooled ground-mounted transformers that are connected to the distribution system and installed on the ground using 6.6kV and 22.9kV underground distribution lines. Therefore, many underground distribution transformers are installed in urban areas where many underground lines are installed. However, due to cooling problems, the installed capacity is increased due to the limited transformer capacity. However, as shown in FIG. 7, when the capacity is increased, the time for which the transformer temperature is a problem is very short.

본 고안에서는 이 짧은 시간동안 효과적인 냉동방식으로 변압기를 냉각시킴으로써 변압기의 용량을 증대시킬 수 있도록 한다. 지중배전변압기의 용량이 증대될 수 있다면 도심지에 설치되는 지중배전변압기 대수를 감소시켜 도시미관을 개선하고, 변압기 파손 등에 따르는 잠재적 위험을 줄일 수 있을 것이다.In the present invention, the capacity of the transformer can be increased by cooling the transformer by an effective freezing method for this short time. If the capacity of underground distribution transformers can be increased, the number of underground distribution transformers installed in urban areas can be reduced to improve city aesthetics and reduce potential risks caused by transformer breakdown.

Description

냉동사이클을 냉각장치에 적용한 지중배전변압기{omitted}Underground distribution transformer applying refrigeration cycle to chiller

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. 배전계통에는 지중배전변압기(일명 PAD변압기, 유입자냉식 지상설치변압기)가 많이 설치되고 있다. 특히 도심지에는 배전선로가 지중선로로 건설되므로 도로변, 녹지, 지하공간 등에 지중배전변압기가 늘어나고 있다. 지중배전변압기 수량이 늘어나면 도심의 미관을 나쁘게 하고, 고장 발생시 주변에 큰 피해를 줄 수 있다. 지중배전변압기는 사람의 왕래가 많은 위치에 설치되고, 설치에 부여되는 공간이 협소하여 대형 냉각팬 등을 사용할 수가 없어서 냉각방식은 유입자냉식을 채택하고 있다.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. Underground distribution transformers (aka PAD transformers, inlet-cooled ground-mounted transformers) are installed in the distribution system. In particular, since distribution lines are constructed as underground lines in urban areas, underground distribution transformers are increasing in roadsides, green areas, and underground spaces. Increasing the number of underground distribution transformers can deteriorate the aesthetics of the city center and cause great damage to the surroundings in the event of a failure. The underground distribution transformer is installed at a place where many people come and go, and the space provided for installation is small, so that a large cooling fan cannot be used, and the cooling method adopts inflow cooling.

본 고안은 도7에서 도시한 바와 같이 변압기의 년간온도지속곡선중 온도가 문제되는 시간이 아주 짧음에 착안하여 이 짧은 시간에 가장 효과적인 냉각방식인 냉동사이클을 적용하고자 한다. 냉동사이클을 이용하면 향상된 냉각기능을 발휘할 수 있으므로 지중배전변압기 내부에 설치된 일부 방열기(21)를 제거하고 이 공간에 냉동사이클의 응축기(33)와 압축기(34)를 설치하여 추가 공간 필요성을 없앤다. 냉동사이클 과정에 터빈(71)을 설치하여 터빈축에 연결된 발전기(또는 기계장치)(72)에서 전력 또는 물리적 에너지 생산기능을 추가한다.The present invention intends to apply the refrigeration cycle, which is the most effective cooling method in this short time, paying attention to the fact that the temperature is very short in the annual temperature duration curve of the transformer as shown in FIG. By using the refrigeration cycle can improve the cooling function to remove some of the radiator 21 installed inside the underground distribution transformer and eliminate the need for additional space by installing the condenser 33 and compressor 34 of the refrigeration cycle in this space. The turbine 71 is installed during the refrigeration cycle to add power or physical energy production functions in the generator (or mechanism) 72 connected to the turbine shaft.

도1은 기존의 지중배전변압기 사시도이다.1 is a perspective view of a conventional underground distribution transformer.

도2는 기존의 지중배전변압기의 냉각용 방열기 배치 설명도이다. 변압기탱크(22) 전면을 제외한 좌우측면과 후면에 다수의 방열기(21)가 설치되어 변압기 내부에서 발생한 열을 발산하고 있다.Figure 2 is an explanatory view of the arrangement of the radiator for cooling the existing underground distribution transformer. A plurality of radiators 21 are installed on the left and right sides and the rear side except the front of the transformer tank 22 to dissipate heat generated inside the transformer.

도3은 유입자냉식 냉각방식에 본 고안에 의한 냉동사이클을 냉각장치로 추가 설치한 지중배전변압기 평면도이다. 한 열의 방열기(21) 세트(Set) 상부는 남겨놓고 하부는 제거하고 이 공간에 냉동사이클의 중요설비인 응축기(33)와 압축기(34)를 배치한다. 응축기 열이 지중배전변압기 내부로 들어오는 것을 막기 위하여 응축기는 단열재(37)를 사용하여 별도 공간에 존재하도록 하고, 응축기 냉각을 위해 냉각팬(35)도 이 공간에 추가한다. 응축기가 설치된 공간의 지중배전변압기외함(11)에는 환풍구(36)를 설치하여 냉각효과를 높인다. 증발기(31)는 방열기(21) 사이에 설치하여 냉각효과를 극대화하고 증발기(31)들은 전체가 폐회로를 형성하도록 배관을 연결한다. 본 고안에서 냉동사이클은 압축기(34), 응축기(33), 팽창밸브(또는 모세관)(32), 증발기(31) 다시 압축기(34)로 구성된다. 압축기(34)는 기체상태의 냉매를 압축하고, 응축기(33)에서는 압축된 냉매가 열을 발산하면서 액체가 되고, 액체가 된 냉매는 팽창밸브(또는 모세관)(32)를 통과하면서 기체상태로 변화를 일으키며 부피가 팽창하기 시작한다. 팽창밸브(또는 모세관)(32)를 빠져나온 냉매는 팽창밸브(또는 모세관)(32)와 연결된 증발기(31)에서 증발기(31) 주변의 방열기(21)로부터 기화열을 흡수하면서 기체가 된다. 증발기(31)를 지나온 기체는 압축기(34)로 들어가 압축되면서 냉동사이클의 한 사이클을 종료한다. 변압기 권선온도 또는 절연유 온도를 감지하여 냉동사이클을 사용자의 의지에 따라 원활히 작동시키는 제어장치를 추가하는 것도 본 고안의 범위에 포함된다.3 is a plan view of an underground distribution transformer in which a refrigeration cycle according to the present invention is additionally installed as a cooling device in an inflow cooling method. The top of the set of radiators 21 is removed, but the bottom is removed, and the condenser 33 and the compressor 34, which are important facilities of the refrigeration cycle, are disposed in this space. In order to prevent condenser heat from entering the underground distribution transformer, the condenser is kept in a separate space by using a heat insulator 37, and a cooling fan 35 is also added to the space for cooling the condenser. Ventilation holes 36 are installed in the underground distribution transformer enclosure 11 in the space where the condenser is installed to increase the cooling effect. The evaporator 31 is installed between the radiators 21 to maximize the cooling effect and the evaporators 31 connect the pipes to form a closed circuit as a whole. In the present invention, the refrigeration cycle is composed of a compressor 34, a condenser 33, an expansion valve (or capillary tube) 32, an evaporator 31, and a compressor 34 again. The compressor 34 compresses the gaseous refrigerant, and in the condenser 33, the compressed refrigerant dissipates heat to become liquid, and the liquid refrigerant becomes gaseous while passing through the expansion valve (or capillary tube) 32. It causes a change and the volume begins to expand. The refrigerant exiting the expansion valve (or capillary tube) 32 becomes gas while absorbing heat of vaporization from the radiator 21 around the evaporator 31 in the evaporator 31 connected to the expansion valve (or capillary tube) 32. The gas passing through the evaporator 31 enters the compressor 34 and is compressed to end one cycle of the refrigeration cycle. It is also included in the scope of the present invention to add a control device that senses the transformer winding temperature or the insulating oil temperature to smoothly operate the refrigeration cycle at the user's will.

도4는 냉동사이클을 냉각장치로 채택한 배전지중변압기 우측면도와 정면도다.4 is a right side view and a front view of a transformer in a battery employing a refrigeration cycle as a cooling device.

도5는 냉동사이클을 냉각장치로 채택하고 단열재로 지중배전변압기외함(11)을 보강한 지중배전변압기 설명도이다. 변압기 온도가 문제가 되는 시간은 주로 여름의 한 낮이므로 철재로 만든 지중배전변압기외함(11)을 통하여 변압기 내부로 유입되는 태양열 또한 엄청나다. 변압기 온도가 문제가 되는 시간에 냉동사이클이 작동할 것이므로 이 냉동사이클의 냉각효과를 높이기 위하여 지중배전변압기외함(11) 내부를 단열재(37)로 보강하는 방법도 본 고안의 범위에 포함된다.5 is an explanatory diagram of an underground distribution transformer adopting a refrigeration cycle as a cooling device and reinforcing the underground distribution transformer enclosure 11 with insulation. Since the temperature of the transformer is a problem during the summer, the solar heat flowing into the transformer through the underground distribution transformer enclosure 11 made of steel is also enormous. Since the refrigeration cycle will operate at a time when the transformer temperature is a problem, a method of reinforcing the inside of the underground distribution transformer enclosure 11 with the insulation 37 to increase the cooling effect of the refrigeration cycle is also included in the scope of the present invention.

도6은 증발기(31) 외의 냉동사이클을 변압기외부에 설치한 지중배전변압기 설명도다. 상부 뿐 만 아니라 측면의 일부에 공간을 확보하여 냉동사이클의 일부 설비를 설치하는 것도 본 고안의 범위에 포함된다.6 is an explanatory diagram of an underground distribution transformer in which a refrigeration cycle other than the evaporator 31 is installed outside the transformer. It is also included in the scope of the present invention to install some equipment of the refrigeration cycle by securing a space on a part of the side as well as the upper part.

도7은 냉동사이클 설명도이다. 보통의 냉동사이클에 추가되는 회생발전냉동사이클은 증발기(31)와 압축기(34) 사이에 터빈(71)을 삽입한다. 터빈(71) 축에는 발전기(또는 기계장치)(72)를 설치한다. 냉매가 증발기(31)에서 기화하여 압축기(34)로 유입되는 과정에서 터빈(71)을 회전시키고 터빈(71)축에 연결된 발전기(또는 기계장치)에서 전력 또는 물리적 에너지를 생산한다. 이렇게 생산된 전력을 지중배전변압기 내부기기, 특히 냉각팬(35) 독립전원으로 사용하든지 또는 병렬운전보조장치를 거쳐 압축기 동력원으로 사용하든지, 터빈(71)축에 팬을 설치하여 냉각팬(35)으로 직접 사용하는 것도 본 고안의 범위에 포함된다.7 is an explanatory view of a refrigeration cycle. The regenerative generation refrigeration cycle in addition to the normal refrigeration cycle inserts a turbine 71 between the evaporator 31 and the compressor 34. The generator (or machine) 72 is installed in the turbine 71 shaft. As the refrigerant vaporizes in the evaporator 31 and flows into the compressor 34, the turbine 71 is rotated and power or physical energy is produced by a generator (or a mechanical device) connected to the shaft of the turbine 71. The electric power thus produced is used as an internal device of the underground distribution transformer, in particular, the cooling fan 35 as an independent power source or as a compressor power source through a parallel operation assistance device, or a fan is installed on the shaft of the turbine 71 to provide a cooling fan 35. Direct use is also included in the scope of the present invention.

도8은 변압기 년간 온도지속곡선 설명도이다. 정상운전 온도지속곡선에서 온도가 30%와 50% 상승된 곡선을 그려보아도 온도가 문제가 되는 시간과 냉각이 필요한 영역은 매우 작음을 알 수 있다. 변압기 용량이 이 작은 시간 때문에 제한된다면 냉동사이클을 동원한 냉각장치는 변압기 용량증대에 효과적임을 알 수 있다.8 is an explanatory diagram of a temperature curve of a year of a transformer. Even if we plot the temperature increase of 30% and 50% in the normal operating temperature curve, it can be seen that the time for which temperature is a problem and the area requiring cooling are very small. If the transformer capacity is limited by this small amount of time, the cooling unit with refrigeration cycle is effective for increasing the transformer capacity.

지중배전변압기에 가해지는 열을 냉동사이클에 의한 냉매 기화열을 이용하여 냉각시킴으로써 변압기 내부의 열을 효과적으로 냉각시켜 변압기의 용량을 증대하고 효율을 높일 수 있다. 특히 년간온도지속곡선에서 볼 수 있듯이 변압기 온도가 문제가 되는 시간은 1년중 아주 짧은 시간에 불과하므로 이 시간 동안만 효과적인 냉동사이클을 사용한 냉각장치를 채택한다면 설치될 변압기 수를 줄일 수 있기 때문에 도심의 미관을 개선하고 투자비용을 대폭 절감할 수 있다.By cooling the heat applied to the underground distribution transformer using the refrigerant vaporization heat by the refrigeration cycle, the heat inside the transformer can be effectively cooled to increase the capacity of the transformer and increase efficiency. In particular, as shown in the annual temperature continuity curve, the transformer temperature problem is only a short time of year. If only a cooling system using an effective refrigeration cycle is employed during this time, the number of transformers to be installed can be reduced. It can improve aesthetics and drastically reduce investment costs.

도 1은 기존의 지중배전변압기 사시도이다.1 is a perspective view of a conventional underground distribution transformer.

도 2는 기존의 지중배전변압기 냉각용 방열기 배치 설명도이다.Figure 2 is an explanatory view of a conventional radiator for cooling the underground distribution transformer.

도 3은 냉동사이클을 냉각장치로 채택한 지중배전변압기 평면도이다.3 is a plan view of an underground distribution transformer employing a refrigeration cycle as a cooling device.

도 4는 냉동사이클을 냉각장치로 채택한 지중배전변압기 우측면도와 정면도이다.4 is a right side view and a front view of an underground distribution transformer employing a refrigeration cycle as a cooling device.

도 5는 냉동사이클을 냉각장치로 채택한 단열재 보강 지중배전변압기 설명도다.5 is an explanatory view of the insulation reinforcement underground distribution transformer employing a refrigeration cycle as a cooling device.

도 6은 증발기외 냉동사이클을 변압기외부에 설치한 지중배전변압기 설명도다.6 is an explanatory diagram of an underground distribution transformer in which a refrigeration cycle other than an evaporator is installed outside a transformer.

도 7은 냉동사이클 설명도이다.7 is an explanatory view of a refrigeration cycle.

도 8은 변압기 년간온도지속곡선 설명도이다.8 is an explanatory diagram of a transformer annual temperature sustain curve.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>

11 : 지중배전변압기외함 12 : 통풍구11: underground distribution transformer enclosure 12: vent

13 : 외함문 21 : 방열기13: enclosure 21: radiator

22 : 변압기탱크 31 : 증발기22: transformer tank 31: evaporator

32 : 팽창밸브(또는 모세관) 33 : 응축기 32: expansion valve (or capillary) 33: condenser

34 : 압축기 35 : 냉각팬34 compressor 35 cooling fan

36 : 환풍구 37 : 단열재36: vent 37: insulation

71 : 터빈 72 : 발전기(또는 기계장치)71: turbine 72: generator (or mechanism)

Claims (1)

지중배전변압기 내부 방열기(21)사이에 설치되는 증발기(31)와; 증발기(31), 압축기(34), 응축기(33), 팽창밸브(또는 모세관)(32), 다시 증발기(31)로 순환되는 순서로 관으로 연결되며 지중배전변압기외함(11) 내부에 설치되는 냉동사이클과; 단열재(37)를 특징으로 하는 냉동사이클을 냉각장치에 적용한 지중배전변압기.An evaporator 31 installed between the underground distribution transformer and the internal radiator 21; Evaporator (31), compressor (34), condenser (33), expansion valve (or capillary tube) 32, in order to be circulated back to the evaporator (31) and connected to the pipe is installed inside the underground distribution transformer enclosure (11) A refrigeration cycle; Underground distribution transformer applying a refrigeration cycle to the cooling device characterized by the insulation (37).
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