KR20170000637U - 변압기실 변압기용 직접 분사식 냉각장치 - Google Patents

Abstract

1차와 2차로 더 낮은 온도로 냉각한 냉각공기를 변압기로 직접 분사방식에 의해 냉각이 이루어질 수 있도록 변압기실의 일측에 그 변압기실 내의 변압기를 냉각할 수 있도록 연결되는 순환통로; 상기 순환통로의 상부에 변압기실 내의 고온공기를 흡입하여 통과시키면서 1차로 냉각하는 제1 냉각수단; 및 상기 순환통로의 하부에 상기 제1 냉각수단을 통과하여 냉각된 냉각공기를 외부공기에 의해 2차로 저온의 냉각공기로 냉각한 후 상기 변압기실 내의 변압기로 직접 분사시켜 냉각하는 제2 냉각수단;을 포함하는 변압기실 변압기용 직접 분사식 냉각장치를 제공한다.
그에 따라 간단한 기술적 구성에 의해 변압기실 내의 변압기의 냉각 효율성을 극대화할 수 있는 효과를 가진다.

Description

변압기실 변압기용 직접 분사식 냉각장치{Direct injection Cooling for transformers devices Transformers thread}

본 고안은 밀폐된 변압기실 내의 변압기를 냉각하기 위한 냉각장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 변압기실에서 발생한 고온을 1차적으로 냉각시킨 후 외부공기에 의해 2차로 더 낮은 온도로 냉각한 냉각공기를 변압기로 직접 분사방식에 의해 냉각이 이루어질 수 있도록 한 변압기실 변압기용 직접 분사식 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전설비는 바람의 의한 운동 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 설비로, 경제성이 높은 무공해 에너지원으로서, 장소에 크게 구애받지 않으면서 환경에 악영향이 없는 점 등의 장점으로 인해 차세대 에너지원으로 각광 받고 있으며, 설치되는 환경 조건에 따라 육상용과 해상용으로 나뉜다.

풍력발전설비는 지상에서 일정 높이를 갖도록 설치되는 타워와, 상기 타워의 상단에 구비되는 너셀과, 상기 너셀의 전방에 풍력에 의해 회전되는 블레이드로 구성된다.

너셀은 바람에 의한 운동에너지를 블레이드와 증속기를 통하여 고속의 운동 에너지를 변화시키고 상기 증속기와 연결된 발전기는 운동에너지를 전기에너지로 변환시키며, 상기 발전기에서 생산된 전기는 인버터에서 정류되어 전송이 이루어지도록 한다.

아울러, 너셀의 내부에는 발전에 필요한 각종 기계 또는 전자 부품 등이 구비되며, 특히 장거리까지 전력을 전송하고자 발전기의 출력전압을 증가시키는 복수의 변압기 등이 구비된다.

여기서, 복수의 변압기는 용도의 특성상 밀폐된 변압기실에 구비되는 데, 각 변압기는 승압하는 과정에서 고안이 발생하게 된다.

그에 따라 복수의 변압기가 수용되는 밀폐된 변압기실에는 각 변압기를 냉각하기 위한 냉각수단을 구비하게 되는 데, 통상 변압기실의 횡방향 중간을 막아 압력 차이에 의한 기류 형성으로 냉각하는 방식을 채택하고 있는 실정이다.

그러나 상기한 종래의 방식에 있어, 압력 차이에 의한 기류형성으로 흡입력이 강한 부분으로 편중되는 단점을 가지데, 이는 도 4의 시뮬레이션에서와 같이 불균형 열 유동 현상을 나타내는 단점을 가진다.

이는 부분적인 냉각효과로 상대적으로 냉각이 이루어지지 않는 변압기의 내부 권선의 발열의 잠재적인 문제점을 가지며, 종종 발전기의 운전 정지를 유발하거나 화재의 큰 위험을 야기하여 인명 또는 재산 등과 같은 막대한 피해를 끼치는 원인을 제공하였다.

상기와 같이 변압기의 냉각장치와 관련된 선행기술에는 대한민국 등록특허 제10-0462802호(이하 '특허문헌 1'이라 한다)에 게시된 바와 같이 변압기의 사용 가능용량을 극대화하여 변압기의 효율을 증대시키고 수전설비비의 절감을 유도할 수 있는 변압기의 터보 냉각 운전 시스템과 같은 기술이 제안된 바 있다.

또한, 대한민국 등록특허 제10-1036282호(이하 '특허문헌 2'라 한다)에 게시된 바와 같이 유입된 이물질에 의한 냉각효율 저하를 방지하는 냉각장치 및 이를 구비한 변전설비와 같은 기술도 제안된 바 있다.

또, 대한민국 공개특허 제10-2013-0092109호(이하 '특허문헌 3'이라 한다)에 게시된 바와 같이 전기실 외부의 찬 공기를 몰드형변압기 내부의 철심과 내측코일 절연체 및 외측코일 절연체 사이에 형성되는 이격 공간에 집중적으로 유입시켜 냉각효율을 향상시키는 옥내 수전반 변압기 냉각장치와 같은 기술도 제안된 바 있다.

대한민국 등록특허 제10-0462802호 대한민국 등록특허 제10-1036282호 대한민국 공개특허 제10-2013-0092109호

그러나 특허문헌 1은 터보 냉각 운전시스템을 구축하기 위한 기술적 구성이 상당히 복잡한 단점을 가진다.

특허문헌 2는 물을 이용하는 관계로, 온도 차이에 의한 수증기나 수분이 변압기에 악영향을 미칠 수 있는 단점과 함께 물로 인한 항시 위험한 상황을 유발하는 단점도 가진다.

특허문헌 3 또한 냉각을 위한 복잡한 구조로 인한 시설투자비가 과다하게 소요됨은 물론 설치되는 위치가 극히 제한되는 단점을 가진다.

상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 주된 목적은 변압기실에서 발생한 고온을 1차적으로 냉각시킨 후 외부공기에 의해 2차로 더 낮은 온도로 냉각한 냉각공기를 변압기로 직접 분사방식에 의해 냉각이 이루어질 수 있도록 한 변압기실의 변압기용 직접 분사식 냉각장치를 제공하는 데 있다.

본 고안의 다른 목적은 변압기로의 냉기 공급이 더욱더 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는 데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 1차 냉각된 냉각공기를 2차 냉각시 더욱더 낮은 온도로 원활하게 냉각이 이루어질 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 고안은 밀폐형 변압기실에 구비된 복수의 변압기를 냉각하기 위한 냉각장치로서, 상기 냉각장치는 변압기실의 일측에 그 변압기실 내의 변압기를 냉각할 수 있도록 연결되는 순환통로; 상기 순환통로의 상부에 변압기실 내의 고온공기를 흡입하여 통과시키면서 1차로 냉각하는 제1 냉각수단; 및 상기 순환통로의 하부에 상기 제1 냉각수단을 통과하여 냉각된 냉각공기를 외부공기에 의해 2차로 저온의 냉각공기로 냉각한 후 상기 변압기실 내의 변압기로 직접 분사시켜 냉각하는 제2 냉각수단;을 포함한다.

상기 순환통로는 변압기실의 측면을 기준하여 내부 또는 외부에 형성된다.

상기 제1 냉각수단은 순환통로의 상부 변압기실와 접하는 위치에 마련되는 라디에이터(radiator), 상기 라디에이터의 일측 순환통로 측에 변압기실의 고온공기가 상기 라디에이터를 거처 냉각되면서 순환통로로 순환되도록 흡입하는 흡기팬을 포함한다.

상기 제2 냉각수단은 쉘(shell), 상기 쉘에 관통되게 형성되어 상기 제1 냉각수단을 거쳐 냉각된 냉각공기를 변압기실의 변압기로 직접 분사하도록 마련되는 복수의 분사튜브, 및 상기 쉘의 내부에 외부공기가 유입되어 순환되면서 상기 분사튜브의 내부를 통과하는 냉각공기를 2차적으로 냉각하여 저온의 냉각공기로 냉각하는 외부 공기냉각부를 포함한다.

상기 분사튜브는 쉘에 관통되게 형성되는 냉각라인, 상기 냉각라인의 끝단에 상기 변압기실의 각 변압기로 저온의 냉각공기를 분사하도록 적어도 한번 이상 절곡 형성되는 분사라인을 포함한다.

상기 분사튜브의 외측면에는 복수 개의 냉각핀을 더 마련한다.

상기 외부 공기냉각부는 쉘의 일측에 외부공기가 유입되도록 형성되는 유입구, 상기 유입구의 반대측 유입된 외부공기가 순환된 후 배출되도록 형성되는 배출구, 및 상기 유입구와 배출구 사이에 유입된 외부공기가 상기 분사튜브와 접촉시간을 길게 가질 수 있도록 지그재그 형태로 배치된 배플 플레이트에 의해 형성되는 순환로를 포함한다.

본 고안은 변압기실에서 발생한 고온을 1차적으로 냉각시킨 후 외부공기에 의해 2차로 더 낮은 온도로 냉각한 냉각공기를 변압기로 직접 분사방식에 의해 냉각이 이루어질 수 있도록 함으로써, 변압기실 내의 변압기의 냉각 효율성을 극대화할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 간단한 구조로 인한 제작이 경제적이면 간편하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 기존의 변압기실로의 적용 또한 편리하게 이루어질 수 있는 효과도 갖는다.

또, 변압기로의 냉기 공급이 직접 분사방식에 의해 더욱더 효율적으로 이루어질 수 있도록 함으로써, 변압기의 냉각 효율성을 더욱더 증대시키는 효과를 가진다.

또, 1차 냉각된 냉각공기를 2차 냉각시 더욱더 낮은 온도로 냉각이 원활하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 변압기의 냉각 효율성을 극대화할 수 있음은 물론 변압기실 내의 냉각 효율성도 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 고안을 설명하기 위한 개념도,
도 2는 도 1에 따른 외부 공기냉각부를 설명하기 일부 확대도,
도 3은 도 1에 따른 A부분의 저면 확대도,
도 4는 종래 변압기실에 기류 형성으로 냉각하는 방식에 의한 불균형 열 유동 현상을 도시한 시뮬레이션이다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 고안이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 고안을 설명하기 위한 개념도이며, 도 2는 도 1에 따른 외부 공기냉각부를 설명하기 일부 확대도이고, 도 3은 도 1에 따른 A부분의 저면 확대도이다.

도시된 바와 같이 풍력발전설비 등에 구비되어 장거리까지 전력을 전송하고자 발전기의 출력전압을 승압시키도록 밀폐형 변압기실(100)에 구비된 복수의 변압기(110)에서 승압에 의해 발생하는 고온을 냉각하기 위한 냉각장치(1)를 제시한다.

본 고안은 변압기실에서 발생한 고온을 1차적으로 냉각시킨 후 외부공기에 의해 2차로 더 낮은 온도로 냉각한 냉각공기를 변압기로 직접 분사방식에 의해 냉각이 이루어질 수 있도록 하는 데 있다.

본 고안에 따른 상기 냉각장치(1)는 변압기실(100)의 일측에 그 변압기실(100) 내에서 승압에 따른 고온을 발생하는 변압기(110)를 냉각할 수 있도록 상부와 하부가 연결되는 통상의 덕트 형태로 형성되는 순환통로(10)와; 상기 순환통로(10)의 상부에 변압기실(100) 내의 고온공기를 흡입하여 통과시키면서 1차로 냉각하는 제1 냉각수단(20); 및 상기 순환통로(10)의 하부에 상기 제1 냉각수단(20)을 통과하여 냉각된 냉각공기를 외부공기에 의해 2차로 저온의 냉각공기로 냉각한 후 상기 변압기실(100) 내의 변압기(110)로 직접 분사시켜 냉각하는 제2 냉각수단(30);을 포함한다.

다시 말해서, 1차 냉각수단은 변압기실의 변압기에서 발생하는 고온공기를 흡입하여 통과시키면서 냉각한 후 그 냉각된 냉각공기를 외부공기에 의한 제2 냉각수단에 의해 재차 더 낮은 저온의 냉각공기로 냉각한 다음 승압시 고온을 발생하는 변압기로 직접 분사방식에 의해 분사하여 냉각시킴으로써, 냉각 효율성을 극대화할 수 있는 조건을 가진다.

더욱이, 복잡한 기술적 구성을 가지는 것이 아니라 순환통로와, 상기 순환통로의 상부와 하부에 구비되는 제1,2 냉각수단과 같이 간단한 구조에 의해 변압기실 내의 고온공기를 지속적으로 1,2차적으로 냉각하여 직접 분사방식에 의해 냉각시킴에 따라 냉각 효율성을 최대한 증대시키는 것이다.

그로 인해 시간이 지날수록 제1,2 냉각수단은 냉각을 위해 그리 큰 열교환 조건을 가지지 않더라도 단시간 내에 신속하게 냉각할 수 있는 부수적인 조건도 가진다.

이로써, 본 고안은 변압기실 내의 자체 공기를 순환시키는 과정에서 1차와 2차에 의해 저온의 냉각공기를 변압기로 직접 분사방식에 의해 냉각시킴으로써, 단시간 내에 신속하게 냉각이 이루어질 수 있음은 물론 냉각효율성 또한 최대한 높일 수 있는 장점을 가진다.

아울러, 복잡한 기술적 구성을 가지는 것이 아니라 냉각을 위한 기술적 구성 또한 간단한 구조에 의해 이루어짐으로써, 새로 설계되는 변압기실이나 기존에 사용되는 변압기실에도 간단하게 적용하여 높은 냉각 효율성을 가질 수 있는 활용성이 뛰어난 장점도 가진다.

순환통로(10)는 덕트 형태로 형성되어 변압기실(100)의 고온공기를 흡입한 후 1차와 2차를 거쳐 냉각이 이루어진 후 다시 변압기실(100)의 변압기(110)로 공급이 이루어질 수 있도록 구비되는 것으로, 상기 변압기실(100)의 측면을 기준하여 내부 또는 외부에 형성할 수 있다. 아울러, 순환통로는 측면에 설치된 것을 일 예로 설명하였으나, 측면 뿐만 아니라 변압기실의 설치위치나 조건에 따라 상면이나 하면 등에 설치할 수 있다.

제1 냉각수단(20)은 순환통로(10)의 상부 변압기실(100)와 접하는 위치에 마련되는 통상적인 냉매가 순환되는 라디에이터(22)와, 상기 라디에이터(22)의 일측 순환통로(10) 측에 변압기실(100)의 고온공기가 상기 라디에이터(22)를 거처 냉각되면서 순환통로(10)로 순환되도록 흡입하는 흡기팬(24)을 포함한다. 이때, 상기 흡기팬은 변압기실에 위치하여도 무방하다.

그에 따라 제1 냉각수단은 변압기실 내의 변압기가 승압하는 과정에서 발생되는 고온을 상기 흡기팬이 구동됨에 따라 순환통로로 유입시킴과 동시에 라디에이터에 의해 고온공기를 열교환 시킴으로써, 1차적으로 냉각공기로 냉각한 후 순환통로를 통하여 순환되도록 하는 역할을 한다.

제2 냉각수단(30)은 케이싱인 쉘(32)과, 상기 쉘(32)에 관통되게 형성되어 상기 제1 냉각수단(20)을 거쳐 냉각된 냉각공기를 변압기실(100)의 변압기(110)로 직접 분사하도록 마련되는 복수의 분사튜브(34), 및 상기 쉘(32)의 내부에 외부공기가 유입되어 순환되면서 상기 분사튜브(34)의 내부를 통과하는 냉각공기를 2차적으로 냉각하여 저온의 냉각공기로 냉각하는 외부 공기냉각부(35)를 포함한다. 이때, 상기 쉘은 순환통로부터 공지된 방식에 의해 탈착 가능하게 마련되는 것이 바람직하다. 상기 쉘의 탈착은 순환통로에 쉘과 대응되는 삽입공간을 형성하고 그 삽입공관으로 브레킷이나 스크류 또는 볼팅 등에 의해 탈착 가능하게 마련된다.

그에 따라, 제2 냉각수단은 제1 냉각수단을 거쳐 냉각된 냉각공기를 외부 공기에 의해 2차적으로 더 낮은 저온의 냉각공기로 냉각한 후 변압기실의 변압기 내로 직접 분사방식에 의해 냉각공기를 분사하도록 함으로써, 변압기의 냉각 효율성을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 변압기실 내의 냉각 효율성도 향상시키는 조건을 가진다.

분사튜브(34)는 쉘(32)에 관통되게 형성되는 냉각라인(34a)과, 상기 냉각라인(34a)의 끝단에 상기 변압기실(100)의 각 변압기(110)로 저온의 냉각공기를 분사하도록 적어도 한번 이상 절곡 형성되는 분사라인(34b)을 포함한다. 이때, 분사튜브는 열교환 효율성이 뛰어난 금속재질이나 세라믹재질로 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 분사튜브는 쉘을 관통하여 외부 공기냉각부가 위치한 부분에 배치되는 냉각라인에서 외부공기로 인해 재차 저온의 냉각공기로 냉각이 이루어지고, 저온의 냉각공기는 각 변압기에 위치하는 분사라인을 통하여 직접 분사되도록 함으로써, 냉각 효율성을 극대화한다.

아울러, 상기 분사튜브(34)의 외측면에는 외부공기에 의해 냉각시 냉각 효율성을 더욱더 높일 수 있도록 통상적인 복수 개의 냉각핀(도시하지 않음)을 더 마련하는 것이 바람직하다.

외부 공기냉각부(35)는 쉘(32)의 일측에 외부공기가 유입되도록 형성되는 유입구(35a)와, 상기 유입구(35a)의 반대 측 유입된 외부공기가 순환된 후 배출되도록 형성되는 배출구(35b), 및 상기 유입구(35a)와 배출구(35b) 사이에 유입된 외부공기가 상기 분사튜브(34)와 접촉시간을 길게 가질 수 있도록 지그재그 형태로 배치된 배플 플레이트(35c)에 의해 형성되는 순환로(35c)를 포함한다.

즉, 순환로는 배플 플레이트에 의해 외부공기가 순환되는 과정에서 긴 경로를 갖도록 함으로써, 외부공기가 분사튜브와의 접촉시간을 길게 가짐에 따라 냉각 효율성을 더욱더 증대시킬 수 있는 조건을 가진다.

그에 따라 외부 공기냉각부에 의해 분사튜브를 통하여 공급되는 냉각공기를 2차적으로 더욱더 효율적으로 냉각시킴으로써, 변압기의 냉각 효율성을 더욱더 증대시킬 수 있는 장점을 가진다.

1 : 냉각장치
10 : 순환통로 20 : 제1 냉각수단
22 : 라디에이터 24 : 흡기팬
30 : 제2 냉각수단 32 : 쉘
34 : 분사튜브 34a : 냉각라인
34b : 분사라인 35 : 외부 공기냉각부
35a : 유입구 35b : 배출구
35c : 배플 플레이트 35d : 순환로
100 : 변압기실 110 : 변압기

Claims (7)

1. 밀폐형 변압기실에 구비된 복수의 변압기를 냉각하기 위한 냉각장치로서,
   상기 냉각장치는 변압기실의 일측에 그 변압기실 내의 변압기를 냉각할 수 있도록 연결되는 순환통로;
   상기 순환통로의 상부에 변압기실 내의 고온공기를 흡입하여 통과시키면서 1차로 냉각하는 제1 냉각수단; 및
   상기 순환통로의 하부에 상기 제1 냉각수단을 통과하여 냉각된 냉각공기를 외부공기에 의해 2차로 저온의 냉각공기로 냉각한 후 상기 변압기실 내의 변압기로 직접 분사시켜 냉각하는 제2 냉각수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기실 변압기용 직접 분사식 냉각장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 순환통로는 변압기실의 측면을 기준하여 내부 또는 외부에 형성되는 것을 특징으로 하는 변압기실 변압기용 직접 분사식 냉각장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 냉각수단은 순환통로의 상부 변압기실와 접하는 위치에 마련되는 라디에이터, 상기 라디에이터의 일측 순환통로 측에 변압기실의 고온공기가 상기 라디에이터를 거처 냉각되면서 순환통로로 순환되도록 흡입하는 흡기팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기실 변압기용 직접 분사식 냉각장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 냉각수단은 쉘, 상기 쉘에 관통되게 형성되어 상기 제1 냉각수단을 거쳐 냉각된 냉각공기를 변압기실의 변압기로 직접 분사하도록 마련되는 복수의 분사튜브, 및 상기 쉘의 내부에 외부공기가 유입되어 순환되면서 상기 분사튜브의 내부를 통과하는 냉각공기를 2차적으로 냉각하여 저온의 냉각공기로 냉각하는 외부 공기냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기실 변압기용 직접 분사식 냉각장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 분사튜브는 쉘에 관통되게 형성되는 냉각라인, 상기 냉각라인의 끝단에 상기 변압기실의 각 변압기로 저온의 냉각공기를 분사하도록 적어도 한번 이상 절곡 형성되는 분사라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기실 변압기용 직접 분사식 냉각장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 분사튜브의 외측면에는 복수 개의 냉각핀을 더 마련하는 것을 특징으로 하는 변압기실 변압기용 직접 분사식 냉각장치.
7. 제4항에 있어서,
   상기 외부 공기냉각부는 쉘의 일측에 외부공기가 유입되도록 형성되는 유입구, 상기 유입구의 반대측 유입된 외부공기가 순환된 후 배출되도록 형성되는 배출구, 및 상기 유입구와 배출구 사이에 유입된 외부공기가 상기 분사튜브와 접촉시간을 길게 가질 수 있도록 지그재그 형태로 배치된 배플 플레이트에 의해 형성되는 순환로를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기실 변압기용 직접 분사식 냉각장치.
   

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