KR200385032Y1

KR200385032Y1 - 이격 추가방열기 냉동사이클을 통한 변압기 냉각장치

Info

Publication number: KR200385032Y1
Application number: KR20-2005-0005335U
Authority: KR
Inventors: 임성황
Original assignee: 임성황
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2005-05-24

Abstract

본 고안은 변압기에 설치되는 방열기를 유지하면서 변압기와 이격된 장소에 추가방열기(41)를 설치하고 이 방열기를 통과하는 절연유를 냉동사이클로 절연유를 냉각시키고 변압기몸체(12)로 절연유를 순환시킴으로써 냉각효과를 한층 높인 변압기 냉각장치에 관한 것이다.

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 20-2004-0035075로 [냉동사이클을 이용한 방열기 내포형 변압기 냉각장치]에 관한 고안을 하였다. 이 고안에서는 변압기 방열기를 몸체에서 이격되도록 하고 이 방열기를 냉동사이클로 냉각시키는 방법을 고안하였다. 그러나 이 고안에 의하면 냉동사이클이 운전되지 않을 경우 냉각능력이 떨어질 수 있다. 따라서 본 고안에서는 기존의 설계에 의한 변압기 방열기를 그대로 두고 추가방열기(41)를 변압기몸체(12)와 이격된 장소에 배치하고 추가방열기(41)를 통과하는 절연유를 냉동사이클로 냉각시켜 강제순환 시킴으로써 기존의 설계에 의한 냉각기능에 별도의 냉각기능을 추가한다. 추가방열기(41)가 변압기몸체(12)와 결합되어 절연유 순환시키는 방식은 동일 방열기 T분기 방식, 2개 방열기 T분기방식, 변압기몸체(12) 결합방식의 3가지 방식을 제시하였다. 냉각성능이 우수한 냉동사이클에 의한 냉각장치를 기존 변압기 설계에 추가함으로써 기존 변압기에 냉각기능이 추가되도록 개조할 수 있게 하여 최소의 설비변경으로 기존 변압기가 우수한 냉각기능을 보유할 수 있도록 하였다.

Description

이격 추가방열기 냉동사이클을 통한 변압기 냉각장치{omitted}

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 방열기주변에 설치된 냉각용 송풍기를 가동시켜 냉각을 하고 있다. 본 고안자는 출원번호 20-2004-0035075로 [냉동사이클을 이용한 방열기 내포형 변압기 냉각장치]에 대한 고안을 하였다. 이 고안에서는 변압기 방열기를 몸체에서 이격되도록 하고 이 방열기를 냉동사이클로 냉각시키는 방법을 고안하였다. 그러나 이 고안에 의하면 냉동사이클이 운전되지 않을 경우 냉각능력이 떨어질 수 있다.

본 고안은 설계에 따른 변압기몸체(12)에 붙은 변압기방열기(11) 구조나 숫자를 변화시키지 않고 추가방열기(41)를 더 설치하여 변압기 냉각성능을 높인다. 추가방열기(41)는 변압기 온도가 위험수준에 올라갈 때 수동 또는 자동으로 작동하도록 제어장치를 설치하여 작동시켜 변압기 온도상승을 막도록 한다. 추가방열기(41)가 변압기몸체(12)와 결합되는 방법은 동일 방열기 T분기 방식, 2개 방열기 T분기방식, 변압기몸체(12)에 임의로 2개의 구멍을 뚫어 결합하는 방식의 3가지 방식을 적용한다.

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.

도2는 본 고안자가 출원번호 20-2004-0035075로 [냉동사이클을 이용한 방열기 내포형 변압기 냉각장치에서 고안한 방열기 이격형 냉각장치 설명도이다. 방열기를 모두 이렇게 설치하면 한 장소에서 집중적으로 냉각하기는 쉬우나 냉동사이클이 작동하지 않을 때 냉각성능이 떨어지는 단점이 있을 수 있다.

도3은 본 고안에 적용되는 냉동사이클 설명도이다. 폐회로 냉동사이클은 압축기(25), 응축기(24), 냉매저장탱크(23), 팽창밸브(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 팽창밸브(또는 모세관)(22)를 통과하면서 기체상태로 변화를 일으키며 부피가 팽창하기 시작한다. 팽창밸브(또는 모세관)(22)를 빠져나온 냉매는 팽창밸브(또는 모세관)(22)와 연결된 증발기(21)에서 증발기(21)가 감싸고 있는 추가방열기(41)에서 기화열을 흡수하면서 기체가 된다. 증발기(21)를 지나온 기체는 압축기(25)로 들어가 압축되면서 냉동사이클의 한 주기를 종료한다. 팽창밸브(또는 모세관)(22)와 응축기(24) 사이에 설치된 냉매저장탱크(23)를 제거하는 것도 본 고안의 범위에 포함된다. 또한 변압기권선온도 또는 절연유 온도를 감지하여 냉동사이클을 사용자의 의지에 따라 원활히 작동시키는 제어장치를 추가하는 것도 본 고안의 범위에 포함된다. 회생발전 냉동사이클은 증발기(21)와 압축기(25) 사이에 터빈(31)을 설치한다. 터빈(31) 축에는 발전기(또는 기계장치)(32)를 설치하여 증발기(21)에서 기화된 냉매가 압축기(25)로 유입되기 전에 터빈(31)을 돌리고 터빈(31) 축에 연결된 발전기(또는 기계장치)(32)에서는 전력 또는 물리적 에너지를 회수한다. 나머지 작동원리는 폐회로 냉동사이클에서 설명한 바와 같다. 개방회로 냉동사이클은 증발기(21), 팽창밸브(또는 모세관)(22), 냉매저장탱크(23)로 구성된다. 냉매저장탱크(23)에는 대기 중에 방출하여도 문제가 없는 액체질소, 액체공기 등을 저장한다 팽창밸브(또는 모세관)(22)를 열면 액체냉매는 증발기(21)에 유입되고 증발기(21)를 감싸고 있는 추가방열기(41)로부터 기화열을 흡수하여 기체로 상태변화 한 후 대기로 방출되면서 한 주기를 종료한다.

도4는 동일방열기 T분기 변압기 이격형 냉각장치 설명도이다. 추가방열기(41)는 냉동사이클의 증발기(21)가 감싸고 그 밖은 단열재(42)가 설치되고 그 외부는 냉각기외함(43)으로 포장한다. 추가방열기(41)가 설치되는 장소가 실내 또는 지하변전소 등 냉기를 상실할 우려가 없는 장소이면 단열재(42)나 냉각기외함(43)은 설치하지 않을 수도 있다. 추가방열기(41)는 2개의 연장절연유관(27)에 의해 변압기몸체(12)와 절연유흐름상 폐회로를 이루도록 동일 방열기 절연유 유입관과 유출관에 T분기로 연결된다. 냉동사이클의 작동원리는 도3에서 설명한 바와 같다.

도5는 2개 방열기 T분기 변압기 이격형 냉각장치 설명도이다. 냉동사이클 작동원리는 도3에서 설명한 바와 같고 냉각기구조는 도4에서 설명한 바와 같다. 추가방열기(41)는 2개의 연장절연유관(27)에 의해 변압기몸체(12)와 절연유흐름상 폐회로를 이루도록 서로 다른 2개의 방열기(11) 절연유 유입관과 유출관에 각 1개씩 T분기로 연결된다. 연결되는 방열기(11)는 냉각된 절연유에 의해 가장 냉각효과가 높도록 몸체를 기준하여 서로 반대되는 방향의 것으로 선정한다. 2 방열기(11)의 유입관과 유출관 총4개의 조합 4가지 방법으로 연장절연유관(27)과 방열기(11)를 결합하는 방법이 모두 본 고안의 범위에 포함된다. 또한 다수의 방열기(11) 절연유유입관 또는 유출관에서 T분기된 관이 합쳐져서 연장절연유관(27)에 공통으로 연결되는 방법도 본 고안의 범위에 포함된다.

도6은 변압기몸체 결합 변압기 이격형 냉각장치 설명도이다. 냉동사이클 작동원리는 도3에서 설명한 바와 같고 냉각기구조는 도4에서 설명한 바와 같다. 추가방열기(41)는 2개의 연장절연유관(27)에 의해 변압기몸체(12)와 절연유흐름상 폐회로를 이루도록 변압기몸체에 형성된 서로 다른 2개의 구멍에 연결된다. 도4, 도5, 도6에서 설명한 바와 같은 추가방열기(41)를 기존 변압기에 적용하여 방열기(11)를 그대로 두고 약간의 개조를 통하여 변압기 용량을 증대하는 것과 추가방열기(41) 숫자를 필요에 따라 2개 이상으로 늘리는 것도 본 고안의 범위에 포함된다.

도7은 냉각절연유통로가 추가된 변압기 이격형 냉각장치 설명도이다. 냉각된 절연유가 철심·권선(72)과 먼저 열교환 할 수 있도록 철심·권선(72) 인근에 다수의 홈이 형성된 파이프 형태의 절연재 냉각절연유통로(71)를 다수 설치한다.

도8은 765kV 변압기 년간 온도지속곡선과 시간별온도곡선을 설명하는 도면이다. 이 그림에서 볼 수 있듯이 변압기 부하가 높거나 여름의 경우 기존의 냉각장치가 가동되더라도 변압기 온도는 매우 높게 상승한다. 그러나 온도 지속곡선에서 알 수 있듯이 변압기 도체 절연물질 열화를 초래할 수 있는 높은 온도가 가해지는 시간은 아주 짧다.

변압기에 가해지는 열을 냉동사이클에 의한 냉매 기화열을 이용하여 냉각시킴으로써 열을 효과적으로 냉각시켜 변압기의 용량을 증대하고 효율을 높일 수 있다.

기존의 검증된 변압기 설계에 의한 방열기(11)를 그대로 두고 추가방열기(41)를 추가하여 설치하는 약간의 개조 작업으로 일년 중 아주 짧은 열이 문제가 되는 시간에 강력한 냉각 작용을 하는 냉동사이클을 적용하여 냉각기능을 추가함으로써 변압기를 안전하게 운전할 수 있으며 변압기 용량을 증대시킬 수 있다.

도 1은 기존의 변압기 사시도이다.

도 2는 변압기 방열기가 변압기에서 이격되도록 설치된 냉각장치 설명도이다.

도 3은 본 고안에 적용되는 냉동사이클 설명도이다.

도 4는 동일 방열기 T분기 변압기 이격형 냉각장치 설명도이다.

도 5는 2개 방열기 T분기 변압기 이격형 냉각장치 설명도이다.

도 6은 변압기 몸체 결합 변압기 이격형 냉각장치 설명도이다

도 7은 냉각절연유통로가 추가된 변압기 이격형 냉각장치 설명도이다.

도 8은 765kV 변압기 년간 온도지속곡선 및 시간별 온도곡선 설명도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

11 : 변압기방열기 12 : 변압기몸체

13 : 콘서베이터 14 : 붓싱

21 : 증발기 22 : 팽창밸브(또는 모세관)

23 : 냉매저장탱크 24 : 응축기

25 : 압축기 26 : 절연유순환펌프

27 : 연장절연유관 31 : 터빈

32 : 발전기(또는 기계장치) 41 : 추가방열기

42 : 단열재 43 : 냉각기외함

71 : 냉각절연유통로 72 : 철심·권선

Claims

2개의 연장절연유관(27)에 의해 변압기몸체(12)와 절연유 흐름상 폐회로를 이루도록 연결되는 추가방열기(41)와; 추가방열기(41)를 감싸는 증발기(21)와; 증발기(21)를 감싸는 단열재(42)와: 단열재(42)를 감싸는 냉각기외함(43)과; 변압기 몸체(12)와 추가방열기(41)간 절연유를 강제 순환시키는 절연유순환펌프(26)와; 증발기(21), 압축기(25), 응축기(24), 냉매저장탱크(23), 팽창밸브(또는 모세관)(22), 다시 증발기(21)로 순환되도록 순서를 이루며 관으로 연결되는 냉동사이클과; 제어장치를 특징으로 하는 이격 추가방열기 냉동사이클을 통한 변압기 냉각장치.