KR20050080737A - 환경친화형 소형경량화 배전용 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과부하에 대한 내구성이 우수하고 환경친화적인 소형경량화 배전용 변압기에 관한 것이다.

단상 변압기 함체 내부에 배치된 코어에 1,2차 코일인 동선이 권취되고, 상기 1,2차 코일의 권선층 간에 단락기계력을 높이도록 권선 상태를 밀착시키기 위한 필름을 권취하고, 상기 필름에 겹쳐서 상기 1,2차 코일의 권선층 간에 층간 절연지를 권취하여 절연하는 구조로 되는 소형경량화 배전용 변압기에 있어서, 상기 변압기 함체 내부에 충진되는 절연유로서 식물성 에스텔유를 사용하고, 상기 동선을 A종 또는 H종으로 사용하고, 층간 절연지는 A종과 H종의 적어도 하나 이상을 두겹으로 적층하여 구성하고, 권선간의 단락기계력을 높이도록 권선된 상태를 밀착시키는 필름을 F종 에폭시글라스테이프로 구성하며, 이렇게 구성된 단상 변압기 3개를 델타형으로 수평 배치하여 원통형 케이스에 내재시킨 구성으로 이루어진다.

Description

환경친화형 소형경량화 배전용 변압기{A small size and small weight distribution current transformer for good environment}

본 발명은 배전용 변압기에 관련된 것으로서, 좀더 구체적으로는 식물성 에스텔유를 사용하여 절연유 누유시나 변압기 폐기시에 환경 문제를 걱정하지 않아도 되며 아울러 식물성 에스텔유를 사용함에 적합한 절연지 및 필름을 식물성 에스텔유와 함께 사용하여 과부하로 인한 과열에 대하여 내구성 및 절연수명이 우수하고 슬림형으로 주상에 설치할 수 있는 환경친화형 소형경량화 배전용 변압기에 관한 것이다.

되게 하고 화재 우려를 최소화할수 있으며 식물로부터 추출한 절연유를 에스테르화하여 사용함으로써 무한한 자원을 공급받을 수 있으며

최근들어 전기전력에 대한 경제성 향상, 소형화에 대한 요구가 증가되고 있는 한편 사회환경을 고려해야 된다는 의식이 높아지고 있다.

일반적으로 유입 변압기는 광유와 종이를 조합해서 절연과 냉각을 겸한 복합절연을 채용하고 있다. 이러한 유침복합 절연계의 절연내력을 향상시키고 소형화를 도모하기 위해서는 종이와 기름의 유전율 차이를 작게 해서 절연내력이 낮은 기름으로의 전계집중을 완화하는 유전율 정합절연을 적용하는 것이 효과적인 것으로 밝혀지고 있다.

종래의 배전용 변압기 내부에 충진되어 사용되는 절연유는 실리콘유나 광유를 주로 사용하였는데 광유나 실리콘유는 유전율이 낮을 뿐 아니라 광유는 인화점이 140℃ 정도로 낮아 과부하시 폭발의 위험성을 내포하는 것이었고 이를 개선하고자 사용하는 것이 인화점이 300℃ 정도의 실리콘유이나 이는 동점도(viscosity)가 불량한 편이어서 변압기 내 순환이 양호하지 못해 냉각효율이 떨어지는 등의 단점이 있다. 또한 절연유가 환경보전형에 반하는 공업유이기 때문에 누유시 또는 폐기된 변압기로부터 환경오염이 초래되는 문제점이 있었다.

또, 종래의 배전용 변압기는 절연지의 수분함유분을 건조하기 위해 제품제조 최종과정에서 열건조를 하게 되는데 이때에 증발되는 수분으로 인해 층간절연지의 두께가 수축하게 되고 이에 따라 권선층 간에 이격이 발생하는데 이러한 때에 열수축을 하여 권선층을 조여주는 기능을 하는 필름이 제 기능을 십분 발휘하지 못하는 단점이 있었다.

또한, 종래의 주상용 삼상 변압기는 국내 실용신안 등록 제 147074호에 개시된 바와같이 절연유를 충진하는 케이스 내부에 세 개의 단상 변압기를 상하로 일렬 배치한 구조로 되어 있었던 바, 절연유가 순환하는 내부의 온도구배가 하부측에 비해 상부측이 현저히 고온 상태가 되므로 운전중 과부하로 인한 발열에 견디는 내구성이 저하되고 이로 인해 폭발의 위험성마저 내포하고 있는 문제점이 있었다.

상술한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 변압기 함체 내부에 충진하는 절연유를 기존의 것에 비해 과부하에 대한 내구성 및 절연수명을 향상되게 하고 화재 우려를 최소화할수 있으며 식물로부터 추출할 수 있어 무한한 자원을 공급받을 수 있고 생분해성이 우수한 식물성 절연유를 채택하고, 층간 절연지 및 필름을 상기 식물성 절연유와 유전율 측면에서 잘 매칭될 수 있는 것을 사용함으로써 과부하로 인한 과열에 대하여 안전성을 갖도록 하는 것에 제1 기술적 과제를 두고 있다.

발명의 제2 기술적 과제는 상기 제1 기술적 과제를 해결하는 수단을 이용하여 삼상 주상형 변압기를 구성함에 있어서, 변압기 내부의 상하부 온도 구배의 차이를 최소화할 수 있는 구조로 개선함에 두고 있다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은

단상 변압기 함체 내부에 배치된 코어에 1,2차 코일인 동선이 권취되고, 상기 1,2차 코일의 권선층 간에 단락기계력을 높이도록 권선 상태를 밀착시키기 위한 필름을 권취하고, 상기 필름에 겹쳐서 상기 1,2차 코일의 권선층 간에 층간 절연지를 권취하여 절연하는 구조로 되는 소형경량화 배전용 변압기에 있어서, 상기 변압기 함체 내부에 충진되는 절연유로서 식물성 에스텔유를 사용한 것을 특징으로 하는 환경친화형 소형경량화 배전용 변압기를 제공한다.

상술한 구성에 있어서, 상기 동선을 A종 또는 H종으로 사용하고, 층간 절연지는 A종과 H종의 적어도 하나 이상을 두겹으로 적층하여 구성하고, 권선간의 단락기계력을 높이도록 권선된 상태를 밀착시키는 필름을 F종 에폭시글라스테이프로 구성함이 바람직하다.

또, 상술한 구성과 아울러, 상기 단상 변압기 함체 3개를 델타형으로 수평 배치하여 원통형 케이스에 내재시켜 삼상 주상형 배전용 변압기로 구성할 수도 있다.

한편, 본 발명은 다르게, 삼상 주상형 배전용 변압기를 이루는 원통형 케이스 내부에 절연지 및 필름이 개재된 상태로 1,2차 코일을 권선한 코어로 구성된 외함이 없는 단상 변압기 세 개를 델타형으로 수평 배치하고 상기 원통형 케이스 내부의 공간에 식물성 에스텔유를 충진하여서 된 삼상 주상형의 환경친화형 소형경량화 배전용 변압기를 제공할 수도 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 변압기 구조를 보인 단면도이고, 도 2 는 본 발명의 제1 실시예로서의 삼상 주상형 변압기를 상부에서 본 평단면도이고, 도 3 은 본 발명의 제2 실시예로서의 삼상 주상형 변압기를 상부에서 본 평단면도이다.

도 1 에 도시된 바를 참조하면, 단상 변압기 함체(4) 내부에 배치된 코어(3)에 1,2차 코일(1,2)인 동선이 권취되는 통상의 변압기 구조이다.

상기 1,2차 코일(1,2)의 권선층 간에 단락기계력을 높이도록 권선 상태를 밀착시키기 위한 필름(12)이 권취되어 있고, 상기 필름(12)에 겹쳐서 상기 1,2차 코일(1,2) 각각의 권선층 간에 층간 절연지(13)가 권취되어 코일 권선층 간을 절연하는 구조로 되어 있다. 도면의 미설명부호 5a,5b 는 코어와 코일, 1차 코일과 2차 코일간을 절연하는 절연재이다.

본 발명은 이러한 구성에 있어서, 특히 변압기 함체(4) 내부에 충진되는 절연유(11)로서 식물성 에스텔유를 사용한 것이 특징이다. 상기 식물성 에스텔유는 식물로부터 추출하는 일반적인 식물성 기름을 사용하되, 변압기 절연유의 특성상 순환이 잘되어야 하는 점을 고려하여 점도를 낮추기 위해 에스테르화 하여 사용한다.

이와 같이 종자상품으로 생분해성이 높고 환경에 우수한 식물성 유도체 에스텔계 절연유로 고유전율을 갖는 채종 에스텔유를 절연유로 채택하고 절연유에서의 유전율 정합절연을 실현하기 위한 유침복합 절연계 모델(절연지와 광유를 두께 설정한 후 전압을 걸어 절연지 중의 전계와 절연유 갭의 전계를 측정하는 모델)로서 실험한 결과, 채종 에스텔유의 적용은 광유에 비해 절연지에 가까운 고유전율(εs = 2.9 광유 대비 1.3배)이어서 유전율 정합 효과에 의한 절연내력의 향상을 가져와 절연구조를 축소할 수 있는 합리적 설계가 가능하게 되었다.

한편 본 발명은 상기 식물성 절연유(11)와 유전율 정합절연을 실현하기 위해, 상기 동선(1,2)을 A종 또는 H종으로 사용하고, 층간 절연지(13)는 A종과 H종의 적어도 하나 이상을 두겹(13a,13b)으로 적층하여 구성하고, 권선 간(1-1)(2-2)의 단락기계력을 높이도록 권선된 상태를 밀착시키는 필름(12)을 F종 에폭시글라스테이프로 구성하였다.

상기 층간 절연지(13)는 두겹(13a,13b)의 적층 구성에 의해 어느 한층의 변형 및 절연파괴가 발생하더라도 다른 층에 의해 절연 보강을 행하게 되므로 절연 안전성을 높일 수 있다.

상기 필름(12)의 경우, 종래에는 바니쉬(니스)로 처리하던 것을 개선한 것으로서, 열수축하는 필름(12)의 특성상, 열변화로 인해 발생하는 권선층 간(1-1)(2-2)의 이격을 방지하여 전체적인 권선 상태의 형태 유지력을 높여주게 된다.

한편, 본 발명은 상술한 구성과 아울러, 도 2 에 도시된 바와같이 권선(1,2)이 하나에 코어(3)가 두 개로 이루어진 단상 변압기 3개를 델타형으로 수평 배치하여 원통형 케이스(121)에 내재시키고 식물성 에스텔유를 충진하여 삼상 주상형 배전용 변압기로 구성할 수도 있다. 이러한 구성에 의해 상하 슬림형의 원통형 소형경량화 삼상 배전용 변압기의 외형이 이루어질 수 있다.

또한, 이와 유사하게, 도 3에 도시된 바와같이, 권선(1,2)이 두 개에 코어(3)가 하나인 내철형 삼상 주상형 배전용 변압기로서, 변압기 원통형 케이스(121) 내부에 도 1을 통해 상술한 절연지(13) 및 필름(12)이 개재된 상태로 1,2차 코일(1,2)을 권선한 코어(3)로 구성된 외함이 없는 단상 변압기 세 개를 델타형으로 수평 배치하고 상기 원통형 케이스(121) 내부의 공간에 상술한 식물성 에스텔유(11)를 충진하여서 된 삼상 주상형의 환경친화형 소형경량화 배전용 변압기를 제공할 수도 있다. 도 2 및 도 3에서 미설명부호 141,142,143은 권선된 코어(3)를 수평 델타형으로 배치 고정하기 위한 구조물이며, 131은 방열기이고, 151은 전주 고정장치이다.

상기 두 실시예와 같이 구성하면, 변압기를 전체적으로 보았을 때 상하 슬림형인 원통형 구조가 되므로 식물성 에스텔유가 순환하면서 냉각을 행함에 있어서 앞서 설명한 상하 단상변압기 일렬배치 방식이던 종래의 삼상 주상형 변압기에 비해 상하 온도 차이가 적게 발생하기 때문에 과부하시 과열되는 위험에 대한 안전성이 향상된다. 또, 실리콘유를 사용함에 따른 절연내력의 향상으로 절연구조를 축소할 수 있기 때문에 전체적으로 작은 사이즈 설계가 가능하게 되어 단상 변압기 세 개를 델타형으로 배치하여 삼상주상형으로 제공할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 변압기 함체 내부에 충진하는 절연유를 식물성 에스텔 유를 사용함으로써 기존 사용하던 광유에 비해 과부하에 대한 내구성 및 절연수명이 향상되고 화재 우려를 최소화할 수 있으며 식물로부터 추출할 수 있어 무한 자원을 공급받을 수 있고 생분해성이 우수하여 절연유 누유시나 변압기 폐기시에도 환경 문제를 해결할 수 있는 환경 친화적인 유용한 효과가 있다.

고유전율인 식물성 에스텔 절연유를 사용하고 층간 절연지 및 필름을 상기 식물성 절연유와 유전율 측면에서 잘 매칭될 수 있는 것을 사용함으로써 유전율 정합 효과에 의한 절연내력의 향상을 가져와 절연구조를 축소할 수 있는 합리적 설계가 가능하게 되는 효과가 있으며 과부하로 인한 과열에 대하여 안전성을 갖게 되는 효과가 있다.

삼상 주상형 변압기를 구성함에 있어서 변압기 배치를 수평 델타 구조로 가져감으로써 변압기 내부의 상하부 온도 구배의 차이를 최소화할 수 있어 과부하로 인한 단락이나 폭발에 대한 안전성이 높으며 슬림한 디자인을 연출할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 변압기 구조를 보인 단면도,

도 2 는 본 발명의 제1 실시예로서의 외철형 삼상 주상형 변압기를 상부에서 본 평단면도,

도 3 은 본 발명의 제2 실시예로서의 내철형 삼상 주상형 변압기를 상부에서 본 평단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1,2 - 권선(1차 코일,2차 코일) 3 - 코어

11 - 식물성 에스텔유(절연유) 12 - 필름

13 - 절연지 121 - 원통형 케이스

Claims (3)

1. 단상 변압기 함체 내부에 배치된 코어에 1,2차 코일인 동선이 권취되고, 상기 1,2차 코일의 권선층 간에 단락기계력을 높이도록 권선 상태를 밀착시키기 위한 필름을 권취하고, 상기 필름에 겹쳐서 상기 1,2차 코일의 권선층 간에 층간 절연지를 권취하여 절연하는 구조로 되는 소형경량화 배전용 변압기에 있어서, 상기 변압기 함체 내부에 충진되는 절연유로서 식물성 에스텔유를 사용한 것을 특징으로 하는 환경친화형 소형경량화 배전용 변압기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 동선을 A종 또는 H종으로 사용하고, 층간 절연지는 A종과 H종의 적어도 하나 이상을 두겹으로 적층하여 구성하고, 권선간의 단락기계력을 높이도록 권선된 상태를 밀착시키는 필름을 F종 에폭시글라스테이프로 구성한 것을 특징으로 하는 환경친화형 소형경량화 배전용 변압기.
3. 배전용 변압기를 삼상주상형으로 구성하는 것에 있어서, 삼상주상형 변압기의 원통형 케이스 내부에 절연지 및 필름이 개재된 상태로 1,2차 코일을 권선한 코어로 구성된 외함이 없는 단상 변압기 세 개를 델타형으로 수평 배치하고, 상기 원통형 케이스 내부의 공간에 식물성 에스텔유를 충진하여서 된 삼상 주상형의 환경친화형 소형경량화 배전용 변압기.