KR20190043785A - 표유 부하손 저감을 위한 변압기 타이 플레이트 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배전 계통에서 발생하는 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 철심에 코일이 권취된 변압기에서 누설자속에 의해 타이 플레이트(Tie-Plate)에 발생하는 표유 부하손(stray loss)을 저감시키는 변압기 타이 플레이트 및 그 제조 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 변압기 타이 플레이트는, 철심의 상부에 위치하여 철심의 상부를 고정하기 위한 상부 프레임; 철심의 하부에 위치하여 철심의 하부를 고정하기 위한 하부 프레임; 및 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그에 대응되는 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대를 통해 상부 프레임과 하부 프레임을 수직으로 연결 결합하는 수직 지지대를 포함하고, 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대는 1차 코일 및 2차 코일에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유 부하손(stray loss)을 줄이도록 각각 중앙 부분에 중앙 돌출부가 형성되고, 상측 및 하측이 깍여 들어간 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

표유 부하손 저감을 위한 변압기 타이 플레이트 및 그 제조 방법{Transformer type tie-plate for reduced stray loss, and manufacturing method thereof}

본 발명은 변압기 타이 플레이트 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 배전 계통에서 발생하는 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 철심에 코일이 권취된 변압기에서 누설자속에 의해 타이 플레이트(Tie-Plate)에 발생하는 표유 부하손(stray loss)을 저감시키는 변압기 타이 플레이트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적인 변압기의 구조는 공통적으로 변압기의 기능을 수행하기 위하여 권선과 철심을 필수적으로 포함하고, 외부로부터 공급되는 고압의 전력을 권선으로 인가하는 접속 단자로서 고압 부싱과, 변압된 저압의 전력을 다시 외부로 인출하는 저압 부싱을 포함하고 있다. 이에 따라, 변압기는 고압 부싱을 통하여 인입되는 고압의 전력을 저압의 전력으로 변압하고, 저압 부싱을 통하여 수용가나 배전 선로로 공급한다.

저압 부싱 사이에는 강자성체인 몸체가 매질로서 와류 자속의 통로가 되어, 변압기 부하 손실 중 표유 부하손(stray loss)의 원인이 된다. 이러한 부하 손실은 권선 외의 누설 자속이 변압기의 구조물과 쇄교하여 발생되는 것으로, 전류가 큰 변압기일수록 매우 심각하게 증가한다.

표유 부하손은 철심과 권선이 아닌 변압기의 주변 구조물에 의한 손실을 나타낸다. 철 구조물은 철심을 지지해 주거나 변압기 자체의 보호를 목적으로 이루어져 있기 때문에 구조물의 형상 변화보다는 재질 변화에 대한 손실 해석이 주를 이룬다. 그렇기 때문에 손실 저감 효과는 쉽지 않다.

변압기의 타이 플레이트(Tie-plate)는 상하부에서 권선, 철심 및 부스바를 연결해 주고 지탱해 주는 역할을 한다. 변압기는 타이 플레이트, 2차 공통 부스바, 프레임에서 표유 부하손이 주로 발생한다.

타이 플레이트는 그 위치가 다른 철 구조물에 비해 권선과 가깝기 때문에 누설 자속은 높은 밀도로 타이 플레이트에 입사된다. 그렇기 때문에 타이 플레이트의 재료나 형태가 잘못 선정되면, 변압기의 국부적인 온도 상승을 유발하고, 핫스폿(Hot spot) 주변의 절연물은 열화 될 수 있다. 이러한 국부적인 온도 상승으로 인한 변압기의 수명 감소는 대략적으로 10℃ 상승할 때마다 수명은 반으로 줄어드는 관계가 있다는 것이 알려져 있다.

그러므로 변압기의 설계 시 변압기의 수명에 영향을 주는 치명적인 열화를 막기 위해 타이 플레이트 부근의 방열 설계를 위한 공간을 할당하게 되는데, 이는 변압기의 소형화에 장애요소가 되는 문제점이 있다.

한국 공개특허공보 제10-2012-0072443호(공개일 : 2012년07월04일)

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 배전 계통에서 발생하는 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 철심에 코일이 권취된 변압기에서 누설자속에 의해 타이 플레이트(Tie-Plate)에 발생하는 표유 부하손(stray loss)을 저감시키는 변압기 타이 플레이트 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 변압기 타이 플레이트는, 철심의 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그에 1차 코일과 2차 코일이 권취된 변압기에서, 1차 코일과 2차 코일 및 철심의 무게를 지탱하고, 철심의 전면과 후면에 각각 위치하여 철심을 지지하는 변압기 타이 플레이트로서, 철심의 상부에 위치하여 철심의 상부를 고정하는 상부 프레임; 철심의 하부에 위치하여 철심의 하부를 고정하는 하부 프레임; 및 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그에 대응되는 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대를 통해 상부 프레임과 하부 프레임을 수직으로 연결하는 수직 지지대를 포함하고, 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대는 1차 코일 및 2차 코일에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유 부하손(stray loss)을 줄이도록 각각 중앙 부분에 중앙 돌출부가 형성되고, 상측 및 하측이 깍여 들어간 형상을 가질 수 있다,

또한, 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대는, 각각 중앙 부분에 중앙 돌출부가 형성될 때, 상기 상부 프레임과 결합되는 부분에 상부 돌출부가 형성되고, 하부 프레임과 결합되는 부분에 하부 돌출부가 형성되며, 중앙 돌출부와 상부 돌출부 및 하부 돌출부에는 각각 경사면이 형성될 수 있다.

또한, 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대는, 각각 상측 및 하측이 깍여 들어간 형상을 갖는 경우에, 깍여 들어간 부분에는 각각 경사면이 형성될 수 있다.

또한, 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대는, 상부 프레임과 하부 프레임에 결합될 때, 용접 결합 또는 볼트 결합을 통해 결합될 수 있다.

또한, 상기 제1 지지대의 상부 돌출부의 외측에 제1 외측 지지대가 결합 지지되고, 상기 제3 지지대의 상부 돌출부의 외측에 제2 외측 지지대가 결합 지지되며, 상기 제1 지지대의 하부 돌출부의 외측에 제3 외측 지지대가 결합 지지되며, 상기 제3 지지대의 하부 돌출부의 외측에 제4 외측 지지대가 결합 지지될 수 있다.

또한, 상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 사이에 상부측으로 제1 상부 지지대가 위치하고 상기 제1 상부 지지대는 상기 제1 지지대의 상부 돌출부와 상기 제2 지지대의 상부 돌출부를 결합하여 지지하고, 상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 사이에 하부측으로 제1 하부 지지대가 위치하고 상기 제1 하부 지지대는 상기 제1 지지대의 하부 돌출부와 상기 제2 지지대의 하부 돌출부를 결합하여 지지하며, 상기 제2 지지대와 상기 제3 지지대 사이에 상부측으로 제2 상부 지지대가 위치하고 상기 제2 상부 지지대는 상기 제2 지지대의 상부 돌출부와 상기 제3 지지대의 상부 돌출부를 결합하여 지지하며, 상기 제2 지지대와 상기 제3 지지대 사이에 하부측으로 제2 하부 지지대가 위치하고 상기 제2 하부 지지대는 상기 제2 지지대의 하부 돌출부와 상기 제3 지지대의 하부 돌출부를 결합하여 지지될 수 있다.

또한, 1차 코일의 제1 권선과 제2 권선 및 제3 권선이 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그에 동일한 방향으로 권취되고, 배전 계통에서 발생하는 전압과 전류의 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 2차 코일의 제1 권선과 제2 권선 및 제3 권선이 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그에 지그재그 형태로 권취될 수 있다.

또한, 제1 레그에는 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되고, 제2 레그에는 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되며, 제3 레그에는 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선이 순차적으로 중첩되어 권취될 수 있다.

그리고, 제1 권선은 제1 레그, 제3 레그 및 제1 레그의 순서로 권취되되, 제1 레그, 제3 레그, 제1 레그, 제3 레그 및 제1 레그의 순서로 권취되고, 제2 권선은 제2 레그, 제1 레그 및 제2 레그의 순서로 권취되되, 제2 레그, 제1 레그, 제2 레그, 제1 레그 및 제2 레그의 순서로 권취되며, 제3 권선은 제3 레그, 제2 레그 및 제3 레그의 순서로 권취되되, 제3 레그, 제2 레그, 제3 레그, 제2 레그 및 제3 레그의 순서로 권취될 수 있다.

한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 변압기 타이 플레이트 제조 방법은, 철심의 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그에 1차 코일과 2차 코일이 권취된 변압기에서, 1차 코일과 2차 코일 및 철심의 무게를 지탱하고, 철심의 전면과 후면에 각각 위치하여 철심을 지지하는 변압기 타이 플레이트 제조 방법으로서, (a) 철심의 상부에 상부 프레임이 위치되고 철심의 상부가 상부 프레임에 고정되는 단계; (b) 철심의 하부에 하부 프레임이 위치되고 철심의 하부가 하부 프레임에 고정되는 단계; (c) 상부 프레임과 하부 프레임을 연결 결합하기 위한 수직 지지대에서, 1차 코일 및 2차 코일에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유 부하손(stray loss)을 줄이도록 중앙 부분에 중앙 돌출부가 형성되거나, 상측 및 하측이 깍여 들어간 형상을 갖도록 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대를 형성하는 단계; 및 (d) 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대를 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그에 대응되게 위치시키고 상부 프레임과 하부 프레임에 각각 연결 결합하는 단계를 포함한다.

또한, (c) 단계에서, 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대는, 각각 중앙 부분에 중앙 돌출부가 형성될 때, 상부 프레임과 결합되는 부분에 상부 돌출부가 형성되고, 하부 프레임과 결합되는 부분에 하부 돌출부가 형성되며, 중앙 돌출부와 상부 돌출부 및 하부 돌출부에는 각각 경사면이 형성될 수 있다.

또한, (c) 단계에서, 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대는, 각각 상측 및 하측이 깍여 들어간 형상을 갖는 경우에, 깍여 들어간 부분에 각각 경사면이 형성될 수 있다.

또한, (d) 단계에서, 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대는, 상부 프레임과 하부 프레임에 결합될 때, 용접 결합 또는 볼트 결합을 통해 결합될 수 있다.

또한, 상기 (c) 단계에서, 상기 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대는, 각각 중앙 부분에 중앙 돌출부가 형성될 때, 상기 상부 프레임과 결합되는 부분에 상부 돌출부가 형성되고, 상기 하부 프레임과 결합되는 부분에 하부 돌출부가 형성되며, 상기 중앙 돌출부와 상기 상부 돌출부 및 상기 하부 돌출부에는 각각 경사면이 형성될 수 있다.

또한, 상기 (c) 단계에서, 상기 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대는, 각각 상측 및 하측이 깍여 들어간 형상을 갖는 경우에, 깍여 들어간 부분에 각각 경사면이 형성될 수 있다.

또한, 상기 (c) 단계는, 상기 제1 지지대의 상부 돌출부의 외측에 제1 외측 지지대가 결합 지지되고, 상기 제3 지지대의 상부 돌출부의 외측에 제2 외측 지지대가 결합 지지되며, 상기 제1 지지대의 하부 돌출부의 외측에 제3 외측 지지대가 결합 지지되며, 상기 제3 지지대의 하부 돌출부의 외측에 제4 외측 지지대가 결합 지지될 수 있다.

또한, 상기 (c) 단계는, 상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 사이에 상부측으로 제1 상부 지지대가 위치하고 상기 제1 상부 지지대는 상기 제1 지지대의 상부 돌출부와 상기 제2 지지대의 상부 돌출부를 결합하여 지지하고, 상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 사이에 하부측으로 제1 하부 지지대가 위치하고 상기 제1 하부 지지대는 상기 제1 지지대의 하부 돌출부와 상기 제2 지지대의 하부 돌출부를 결합하여 지지하며, 상기 제2 지지대와 상기 제3 지지대 사이에 상부측으로 제2 상부 지지대가 위치하고 상기 제2 상부 지지대는 상기 제2 지지대의 상부 돌출부와 상기 제3 지지대의 상부 돌출부를 결합하여 지지하며, 상기 제2 지지대와 상기 제3 지지대 사이에 하부측으로 제2 하부 지지대가 위치하고 상기 제2 하부 지지대는 상기 제2 지지대의 하부 돌출부와 상기 제3 지지대의 하부 돌출부를 결합하여 지지될 수 있다.

또한, (d) 단계에서, 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대는, 상부 프레임에 형성된 제1 결합홈과 제2 결합홈 및 제3 결합홈을 통해 각각 결합되고, 제1 결합홈과 제2 결합홈 및 제3 결합홈에 각각 걸림판이 삽입되어 상부 프레임의 지지를 받으며, 각 걸림판에는 결합을 증대시키기 위한 복수 개의 요홈부가 형성될 수 있다.

또한, 각 걸림판이 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대에 각각 용접되는 용접부의 폭(d)은 각 걸림판의 두께(t)보다 같거나 작게 형성될 수 있다.

또한, (d) 단계는, 1차 코일의 제1 권선과 제2 권선 및 제3 권선이 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그에 동일한 방향으로 권취되고, 배전 계통에서 발생하는 전압과 전류의 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 2차 코일의 제1 권선과 제2 권선 및 제3 권선이 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그에 지그재그 형태로 권취될 수 있다.

또한, (d) 단계에서, 제1 레그에는 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되고, 제2 레그에는 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되며, 제3 레그에는 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선이 순차적으로 중첩되어 권취될 수 있다.

그리고, (d) 단계에서, 제1 권선은 제1 레그, 제3 레그 및 제1 레그의 순서로 권취되되, 제1 레그, 제3 레그, 제1 레그, 제3 레그 및 제1 레그의 순서로 권취되고, 제2 권선은 제2 레그, 제1 레그 및 제2 레그의 순서로 권취되되, 제2 레그, 제1 레그, 제2 레그, 제1 레그 및 제2 레그의 순서로 권취되며, 제3 권선은 제3 레그, 제2 레그 및 제3 레그의 순서로 권취되되, 제3 레그, 제2 레그, 제3 레그, 제2 레그 및 제3 레그의 순서로 권취될 수 있다.

본 발명에 의하면, 철심에 코일이 권취된 변압기에서 발생된 누설 자속에 따른 표유 부하손(stray loss)을 타이 플레이트(Tie-Plate)의 형상을 변형시켜 줄일 수 있다.

또한, 변압기에 의해 각각의 레그 상에서 자속(magnetic flux)의 크기는 동일하지만 부하에서 발생한 영상분 전류의 위상이 서로 반대가 되어 자속이 상쇄하게 됨에 따라 고조파 및 불평형 성분의 전류가 감소하게 되는 효과가 있다.

또한, 변압기의 타이 플레이트를 통해 코일의 권선 상태가 변형되지 않도록 지지하는 구조를 통해 코일에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유 부하손(stray loss)을 저감시킬 수 있다.

그리고, 변압기의 타이 플레이트와 프레임이 결합되는 부분의 핫 스폿(Hot spot) 온도를 약 6℃ 정도 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 타이 플레이트의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 변압기 타이 플레이트를 형성하는 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 타이 플레이트의 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대가 상부 프레임과 하부 프레임에 용접 결합되는 구조 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 타이 플레이트가 적용되는 하이브리드 변압기의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 타이 플레이트가 적용되는 하이브리드 변압기의 일부 권선도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 타이 플레이트 제조 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 변압기 타이 플레이트의 각 부위별 표유 부하 손실을 도시한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시 예에 따른 변압기 타이 플레이트를 각 하이브리드 변압기에 적용한 결과에 따른 표유 부하 손실을 비교한 예를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 타이 플레이트의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 변압기 타이 플레이트(100)는, 제1 레그(142)와 제2 레그(144) 및 제3 레그(146)로 이루어진 철심(140)의 상부에 위치하여 철심의 상부를 고정하기 위한 상부 프레임(120); 철심(140)의 하부에 위치하여 철심의 하부를 고정하기 위한 하부 프레임(130); 및 제1 레그(142)와 제2 레그(144) 및 제3 레그(146)에 대응되는 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 및 제3 지지대(156)를 통해 상부 프레임(120)과 하부 프레임(310)을 수직으로 연결 결합하는 수직 지지대(150)를 포함한다.

여기서, 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 및 제3 지지대(156)는 1차 코일 및 2차 코일에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유 부하손(stray loss)을 줄이도록 각각 중앙 부분에 중앙 돌출부가 형성되고, 상측 및 하측이 깍여 들어간 형상을 가질 수 있다,

본 발명의 실시 예에서는 변압기 타이 플레이트(100)를 하이브리드 변압기에 적용하여 예시적으로 설명하지만, 이에 한정하지 않고 일반적인 변압기에도 동일하게 적용할 수 있다.

하이브리드 변압기는 철심(140)의 제1 레그(142)와 제2 레그(144) 및 제3 레그(146)에, 1차 코일이 동일한 방향으로 권취되고 2차 코일이 지그재그 형태로 권취되며, 이런 구조의 하이브리드 변압기에 대한 변압기 타이 플레이트(100)는, 1차 코일과 2차 코일 및 철심의 무게를 지탱하고, 철심(140)의 전면과 후면에 각각 위치하여 철심을 지지하는 역할을 한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 변압기 타이 플레이트를 형성하는 예를 나타낸 도면이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 변압기 타이 플레이트(100)는, 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 및 제3 지지대(156)를 포함하고, 각 지지대의 중앙 부분에 중앙 돌출부(152-2, 154-2, 156-2)가 형성되는 것으로 구성할 수 있다.

이때, 변압기 타이 플레이트(100)는, 중앙 부분에 각각 중앙 돌출부(152-2, 154-2, 156-2)가 형성되고, 상부 프레임(120)과 결합되는 상측 부분에 상부 돌출부(152-4, 154-4, 156-4)가 형성되며, 하부 프레임(130)과 결합되는 하측 부분에 하부 돌출부(152-6, 154-6, 156-6)가 형성될 수 있다.

즉, 변압기 타이 플레이트(100)는, 상부 프레임(120)과 결합되는 상측 부분에 상부 돌출부(152-4, 154-4, 156-4)가 형성되고, 하부 프레임(30)과 결합되는 하측 부분에 하부 돌출부(152-6, 154-6, 156-6)가 형성될 수 있다.

또한, 중앙 돌출부(152-2, 154-2, 156-2)와 상부 돌출부(152-4, 154-4, 156-4) 사이는 깍여 들어간 형상을 가지며, 중앙 돌출부(152-2, 154-2, 156-2)와 하부 돌출부(152-6, 154-6, 156-6) 사이도 깍여 들어간 형상을 가지므로, 깍여 들어간 부분에는 각각 경사면이 형성될 수 있다.

즉, 변압기 타이 플레이트(100)는, 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 및 제3 지지대(156)가 모두 동일한 형상을 가지며, 각각의 지지대는 상측 및 하측이 깍여 들어간 형상을 갖는 것으로 구성할 수 있다.

또한, 변압기 타이 플레이트(100)는, 철심(140)의 앞측에서 철심(140)을 지지하는 앞측 면(LV-Side)에는 제1 외측 지지대(150-1)와 제2 외측 지지대(150-2), 제3 외측 지지대(150-3) 및 제4 외측 지지대(150-4)가 결합 지지되어 있다.

즉, 제1 지지대(152)의 상부 돌출부(152-4)의 외측에 제1 외측 지지대(150-1)가 결합 지지되고, 제3 지지대(156)의 상부 돌출부(156-4)의 외측에 제2 외측 지지대(150-2)가 결합 지지되어 있다. 제1 지지대(152)의 하부 돌출부(152-6)의 외측에 제3 외측 지지대(150-3)가 결합 지지되고, 제3 지지대(156)의 하부 돌출부(156-6)의 외측에 제4 외측 지지대(150-4)가 결합 지지되어 있다.

또한, 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 사이에 상부측으로 제1 상부 지지대(158-1)가 위치하고, 제1 상부 지지대(158-1)는 제1 지지대(152)의 상부 돌출부(152-4)와 제2 지지대(154)의 상부 돌출부(154-4)를 결합하여 지지하고 있다.

또한, 제2 지지대(154)와 제3 지지대(156) 사이에 상부측으로 제2 상부 지지대(158-2)가 위치하고, 제2 상부 지지대(158-2)는 제2 지지대(154)의 상부 돌출부(154-4)와 제3 지지대(156)의 상부 돌출부(156-4)를 결합하여 지지하고 있다.

또한, 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 사이에 하부측으로 제1 하부 지지대(158-3)가 위치하고, 제1 하부 지지대(158-3)는 제1 지지대(152)의 하부 돌출부(152-6)와 제2 지지대(154)의 하부 돌출부(154-6)를 결합하여 지지하고 있다.

또한, 제2 지지대(154)와 제3 지지대(156) 사이에 하부측으로 제2 하부 지지대(158-4)가 위치하고, 제2 하부 지지대(158-4)는 제2 지지대(154)의 하부 돌출부(154-6)와 제3 지지대(156)의 하부 돌출부(156-6)를 결합하여 지지하고 있다.

그리고, 변압기 타이 플레이트(100)는, 철심(140)의 뒤측에서 철심(140)을 지지하는 후측 면(HV-Side)에는 제1 외측 지지대(150-1)와 제2 외측 지지대(150-2), 제3 외측 지지대(150-3) 및 제4 외측 지지대(150-4)가 존재하지 않는다. 즉, 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 및 제3 지지대(156)는, 각 외측 지지대의 결합 없이, 상측으로 제1 상부 지지대(158-1) 및 제2 상부 지지대(158-2)를 통해 결합 지지되고, 하측으로 제1 하부 지지대(158-3) 및 제2 하부 지지대(158-4)를 통해 결합 지지되어 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 타이 플레이트의 제1 내지 제3 지지대가 상부 프레임과 하부 프레임에 용접 결합되는 예를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 변압기 타이 플레이트(100)에서 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 및 제3 지지대(156)는, 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130)에 결합될 때 용접 방식으로 결합될 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않고 볼트 체결 방식으로도 결합될 수 있다.

여기서, 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 및 제3 지지대(156)가 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130)에 각각 용접 방식으로 결합될 때, 도 3에 도시된 바와 같이 상부 프레임(120)에는 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 및 제3 지지대(156)와 각각 결합하기 위한 제1 결합홈(202)과 제2 결합홈(204) 및 제3 결합홈(206)이 형성될 수 있다.

또한, 상부 프레임(120)에는 제1 결합홈(202)과 제2 결합홈(204) 및 제3 결합홈(206)에 각각 삽입되어 상부 프레임(120)의 지지를 받는 걸림판(502, 504, 506)이 각각 구비될 수 있다.

그리고, 각 걸림판(502, 504, 506)에는 결합을 증대시키기 위한 복수 개의 요홈부(512, 514, 516)가 형성될 수 있다.

도 3에서, 각 걸림판(502, 504, 506)이 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 및 제3 지지대(156)에 각각 용접되는 용접부의 폭(d)은 각 걸림판(502, 504, 506)의 두께(t)보다 같거나 작게 형성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 변압기 타이 플레이트가 적용되는 하이브리드 변압기의 개념도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 변압기 타이 플레이트가 적용되는 하이브리드 변압기의 일부 권선도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 타이 플레이트가 적용되는 하이브리드 변압기는, 제1 레그(42), 제2 레그(44) 및 제3 레그(46)가 형성된 철심(40)에 대해, 1차 코일(10)의 제1 권선(12), 제2 권선(14) 및 제3 권선(16)이 제1 레그(42), 제2 레그(44) 및 제3 레그(46)에 동일한 방향으로 권취될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 타이 플레이트가 적용되는 하이브리드 변압기는, 배전 계통에서 발생하는 전압과 전류의 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 2차 코일(20)의 제1 권선(22), 제2 권선(24) 및 제3 권선(26)이 제1 레그(42), 제2 레그(44) 및 제3 레그(46)에 지그재그 형태로 권취될 수 있다.

이때, 하이브리드 변압기는 Δ-Y 형태의 변압기일 수 있다. 즉, 변압기 본체의 1차 코일(10)은 Δ형으로 결선되고, 2차 코일(20)은 Y형으로 결선될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들에 따른 변압기 본체의 결선 형태는 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 다양한 방법으로 결선할 수 있음은 당연하다. 다만, 이하, 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 Δ-Y 형태의 하이브리드 변압기를 예를 들어 설명한다.

철심(40)은 제1 레그(42), 제2 레그(44) 및 제3 레그(46)를 구비하며, 제1 레그(42), 제2 레그(44) 및 제3 레그(46)는 도 4와 같이 나란하게 위치할 수 있다. 철심(40)은 규소 강판이 사용되거나, 또는 아몰퍼스 금속(Amorphous Metal)이 사용될 수도 있다. 여기서, 아몰퍼스 금속이란, 철(Fe), 붕소(B), 규소(Si) 등이 혼합된 용융금속을 급속 냉각시킨 비정질 자성재료이다. 그러나, 이에 제한되지 않다.

1차 코일(110)은 Δ형으로 결선될 수 있다. 1차 코일(10)은 제1 권선(12), 제2 권선(14) 및 제3 권선(16)을 포함하며, 제1 권선(12), 제2 권선(14) 및 제3 권선(16)은 각각 제1 레그(42), 제2 레그(44) 및 제3 레그(46) 상에서 동일한 방향으로 권취될 수 있다. 이 때, 제1 권선(12), 제2 권선(14) 및 제3 권선(16)은 각각 제1 레그(42), 제2 레그(44) 및 제3 레그(46) 상에서 1회 이상 권취될 수 있으며, 예를 들어, 제1 권선(12), 제2 권선(14) 및 제3 권선(16)의 권수비는 1:1:1일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

2차 코일(20)은 제1 레그(42), 제2 레그(44) 및 제3 레그(46)에 Y형으로 결선될 수 있다. 2차 코일(20)은 제1 권선(22), 제2 권선(24) 및 제3 권선(26)을 포함하며, 배전 계통에서 발생하는 전압과 전류의 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 제1 레그(42), 제2 레그(44) 및 제3 레그(46)에 지그재그 형태로 권취될 수 있다. 즉, 2차 코일(20)의 제1 권선(22), 제2 권선(24) 및 제3 권선(26)을 지그재그로 권선하여, 제2차 코일(20)에 흐르는 전류는 1차 코일(10)에 흐르는 전류에 의하여 철심(40)에 생성된 자속(magnetic flux)을 상쇄시키는 방향으로 흐르도록 조절한다.

즉, 하이브리드 변압기는 제1 레그(42), 제2 레그(44) 및 제3 레그(46) 각각에 2차 코일(20)의 제1 권선(22), 제2 권선(24) 및 제3 권선(26)을 포함하는 그룹에서 선택된 두 종류의 권선이 교대로 권취되되, 제1 레그(42), 제2 레그(44) 및 제3 레그(46) 각각에 권취된 두 종류의 권선이 권취 순서대로 철심(40)의 둘레에 중첩되어 권취되는 것이다.

이때, 2차 코일(20)의 지그재그 권선이란, 2차 코일(20)을 구성하는 제1 권선(22), 제2 권선(24) 및 제3 권선(26)이 철심(40)의 제1 레그(42), 제2 레그(44) 및 제3 레그(46)를 포함하는 그룹에서 선택된 둘 이상의 레그에 교차로 권선되는 것을 의미한다. 또는, 철심(40)의 제1 레그(42), 제2 레그(44) 및 제3 레그(46) 각각에 2차 코일(20)의 제1 권선(22), 제2 권선(24) 및 제3 권선(26)을 포함하는 그룹에서 선택된 둘 이상의 권선이 교차로 권선되는 것을 의미한다.

예를 들어, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 타이 플레이트가 적용된 하이브리드 변압기에서 2차 코일(20)의 제1 권선(22)은 제1 레그(42), 제3 레그(46), 제1 레그(42), 제3 레그(46) 및 제1 레그(42)의 순서로 권취하고, 제2 권선(24)은 제2 레그(44), 제1 레그(42), 제2 레그(44), 제1 레그(42) 및 제2 레그(44)의 순서로 권취한다. 또한, 2차 코일(20)의 제3 권선(26)은 제3 레그(46), 제2 레그(44), 제3 레그(46), 제2 레그(44) 및 제3 레그(46)의 순서로 권취한다. 이 때, 2차 코일(20)의 제1 권선(22), 제2 권선(24) 및 제3 권선(26)은 각각 중성선(N)에 연결되도록 한다.

한편, 2차 코일(20)의 제1 권선(22)은 제1 레그(42) 및 제3 레그(46)에서 서로 반대방향으로 권취될 수 있으며, 제2 권선(24)은 제2 레그(44) 및 제1 레그(42)에서 서로 반대방향으로 권취될 수 있다. 또한, 2차 코일(20)의 제3권선(26)은 제3 레그(46) 및 제2 레그(44)에서 서로 반대방향으로 권취될 수 있다. 그러면, 각각의 레그(42, 44, 46) 상에서 자속(magnetic flux)의 크기는 동일하지만 부하에서 발생한 영상분 전류의 위상이 서로 반대가 되어 자속이 상쇄되게 되며, 이에 따라 고조파 및 불평형 성분의 전류는 감소하게 된다.

2차 코일(20)에서 제1 레그(42), 제2 레그(44) 및 제3 레그(46)에 지그재그로 권취된 제1 권선(22), 제2 권선(24) 및 제3 권선(26)의 권수비는 각각 1:1:1:1:1 또는 1:2:2:2:1일 수 있다. 즉, 예를 들어, 제1레그(42), 제3 레그(46), 제1 레그(42), 제3 레그(46) 및 제1 레그(42)의 순서로 권취된 제1 권선(20)의 권수비는 1:1:1:1:1 또는 1:2:2:2:1일 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 구현할 수 있는 범위 내에서 다양한 권수비로 권취될 수 있다.

또한, 1차 코일(10) 및 2차 코일(20)이 각각 Δ형 및 Y형으로 결선되는 경우, 1차 코일(10) 및 2차 코일(20) 사이에 혼촉 방지판(30)이 개재될 수 있다. 혼촉 방지판(30)은 2차 코일(20)보다 1차 코일(10)에 상대적으로 높은 전압이 인가될 경우에, 낮은 전압이 인가된 2차 코일(20) 측에 연결된 제1 부하 및 제2 부하에 발생하는 전기적 피해를 줄인다. 또한, 혼촉 방지판(30)은 전원과 제1 부하 및 제2 부하 사이에 발생하는 고조파의 유입을 방지한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 변압기 타이 플레이트 제조 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 변압기 타이 플레이트(100)는, 철심(140)의 상부에 상부 프레임(Upper Frame, 120)이 위치하고 철심(140)의 상부가 상부 프레임(120)에 고정된다(S610).

이때, 철심(140)은 각 코일 속에 세워지도록 마련되고, 상부 및 하부는 각각 연결되는 형태로 마련된다. 철심(140)의 재질은 냉간 압연 방식으로 제조된 방향성 규소 강판을 사용할 수 있다. 철심(140)은 열적, 기계적 특성이 우수한 절연 테이프로 감싸질 수 있으며, 철심(140)의 표면에는 보호용으로 방청도장 처리가 될 수 있다.

또한, 상부 프레임(120)은 코일(미도시)의 상부에 하부 프레임(130)과 같은 방향으로 설치될 수 있다. 상부 프레임(120)은 하부 프레임(130)과 같은 구성물로 이루어질 수 있다. 즉, 상부 프레임(120)은 사각형강(rectangularsteel)으로 구성될 수 있다. 그리고 베드 프레임(110)은 기반이 되는 구조물로서 지반 등에 단단하게 고정 설치된다.

이어, 철심(140)의 하부에 하부 프레임(Lower Frame, 130)이 위치하고 철심(140)의 하부가 하부 프레임(130)에 고정된다(S620).

여기서, 하부 프레임(130)은 베드 프레임(110)의 중앙에 베드 프레임(110)과 직교하는 방향으로 설치된다. 하부 프레임(130)은 3상의 코일(미도시)을 모두 수용하는 길이로 형성될 수 있다. 하부 프레임(130)은 형강(section shape steel)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 프레임(130)은 사각형강(rectangular-steel)으로 구성될 수 있다.

하부 프레임(130)과 코일(미도시) 사이 및 상부 프레임(120)와 코일(미도시) 사이에는 스페이서(160)가 개재될 수 있다. 스페이서(160)는 목재 등으로 이루어질 수 있다. 크로스바(125)는 상부 프레임(120) 위에 설치된다. 크로스바(125)는 상부 프레임(120)에는 직교하는 방향으로, 베드 프레임(110)에는 나란한 방향으로 설치된다. 크로스바(125)는 상부 프레임(120)의 양측면에 결합되어 상부 프레임(120)이 벌어지는 것을 방지하게 된다. 크로스바(125)의 크기는 베드 프레임(110)의 크기보다 작게 형성될 수 있다. 즉, 크로스바(125)의 길이는 베드 프레임(10)의 길이보다 짧고, 크로스바(125)의 폭은 베드 프레임(110)의 폭보다 좁게 형성될 수 있다. 크로스바(125) 사이의 간격은 베드 프레임(110) 사이의 간격과 동일하도록 놓일 수 있다.

이어, 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130)을 결합하기 위한 수직 지지대(150)에 대해, 1차 코일(10) 및 2차 코일(20)에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유 부하손(stray loss)을 줄이도록 중앙 부분에 중앙 돌출부(152-2, 154-2, 156-2)가 형성되고, 상측 및 하측이 깍여 들어간 형상을 갖도록 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 및 제3 지지대(156)가 형성된다(S630).

이때, 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 및 제3 지지대(156)는, 각각 중앙 부분에 중앙 돌출부(152-2, 154-2, 156-2)가 형성될 때, 상부 프레임(120)과 결합되는 부분에 상부 돌출부(152-4, 154-4, 156-4)가 형성되고, 하부 프레임(130)과 결합되는 부분에 하부 돌출부(152-6, 154-6, 156-6)가 형성되며, 중앙 돌출부(152-2, 154-2, 156-2)와 상부 돌출부(152-4, 154-4, 156-4) 및 하부 돌출부(152-6, 154-6, 156-6)에는 각각 경사면이 형성될 수 있다.

또한, 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 및 제3 지지대(156)는, 각각 상측 및 하측이 깍여 들어간 형상을 갖는 경우에, 깍여 들어간 부분에도 각각 경사면이 형성될 수 있다.

그리고, 수직 지지대(150)는 일자형 강(I-steel)으로 형성되고, 상부 프레임(120)에서 하부 프레임(130)에 이르는 길이로 형성된다. 수직 지지대(150)는 철심(140)의 양측에 대칭적으로 마련된다. 수직 지지대(150)는 상부 프레임(120)에 결합되어 철심(140)을 지지하기 위한 것으로서 재질을 철재(steel)로 구성할 수 있다.

이어, 본 발명의 실시 예에 따른 변압기 타이 플레이트(100)는 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 및 제3 지지대(156)를 제1 레그(42)와 제2 레그(44) 및 제3 레그(46)에 대응되게 위치시키고 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130)에 각각 연결 결합한다(S640).

즉, 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 및 제3 지지대(156)는 각각의 상부 돌출부(152-4, 154-4, 156-4)를 상부 프레임(120)에 결합하고, 각각의 하부 돌출부(152-6, 154-6, 156-6)를 하부 프레임(130)에 결합하되, 용접 결합 또는 볼트 결합을 통해 결합할 수 있다.

또한, 상부 프레임(120)에는 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 및 제3 지지대(156)를 각각 결합하기 위한 제1 결합홈(202)과 제2 결합홈(204) 및 제3 결합홈(206)이 형성될 수 있다.

또한, 상부 프레임(120)에는 제1 결합홈(202)과 제2 결합홈(204) 및 제3 결합홈(206)에 각각 삽입되어 상부 프레임(120)의 지지를 받는 걸림판(502, 504, 506)이 각각 구비될 수 있다.

또한, 각 걸림판(502, 504, 506)에는 용접 결합을 증대시키기 위한 복수 개의 요홈부(512, 514, 516)가 형성되고, 요홈부(512, 514, 516)는 걸림판(502, 504, 506)의 상측에 형성될 수 있다. 도 3에서, 각 걸림판(502, 504, 506)이 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 및 제3 지지대(156)에 각각 용접되는 용접부의 폭(d)은 각 걸림판(502, 504, 506)의 두께(t)보다 같거나 작게 형성될 수 있다.

그리고, 도 3에서, 요홈부(512, 514, 516)의 폭 'D'는 용접부의 폭 'd'의 2배보다 넓게 형성된다. 이에 따라, 요홈부(512, 514, 516)는 용접에 필요한 공간을 확보함으로써 용접면을 증대시켜 걸림판(502, 504, 506)과 수직 지지대(150)의 결합력이 우수해지도록 할 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 변압기 타이 플레이트의 각 부위별 표유 부하 손실을 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 변압기 타이 플레이트(100)는 그 위치가 다른 철 구조물에 비해 코일과 근접하고 있어서 누설 자속이 고밀도로 변압기 타이 플레이트(100)에 입사된다.

이때, 변압기 타이 플레이트(100)의 재료나 형태가 잘못 설계되면 변압기의 국부적인 온도 상승을 유발하게 되고, 핫 스폿(hot spot) 주변의 절연물은 열화되며, 손실은 증가하게 된다. 변압기의 용량이 커질수록 표유 부하손을 저감하기 위한 변압기 타이 플레이트(100)의 최적화 설계는 매우 중요하다.

본 발명에 따른 변압기의 타이 플레이트(100)는 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130)에 결합되는 수직 지지대(150)의 제1 지지대(152)와 제2 지지대(154) 및 제3 지지대(156)를 도 2에 도시된 바와 같이 설계함으로써, 와전류 분포가 최소화가 되고 전체적인 와전류 분포 및 표유 부하손을 저감시켜 주게 된다.

도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 변압기 타이 플레이트(100)에서 각 부위에 따른 손실은, 철심(140)의 후면 측(HV-Side)에 있는 변압기 타이 플레이트(100)에서 제3 지지대(156)의 상부에 해당하는 부위(HH_1)가 5.965 와트(W)이고, 제2 지지대(154)의 상부에 해당하는 부위(HH_2)가 4.375 와트(W)이며, 제1 지지대(152)의 상부에 해당하는 부위(HH_3)가 5.453 와트(W)인 것으로 나타났다.

또한, 철심(140)의 후면 측(HV-Side)에 있는 변압기 타이 플레이트(100)에서, 제1 상부 지지대(158-1)에 해당하는 부위(HW_1)는 0.546 와트(W)이고, 제2 상부 지지대(158-2)에 해당하는 부위(HW_2)는 0.500 와트(W)이며, 제1 하부 지지대(158-3)에 해당하는 부위(HW_3)는 0.526 와트(W)이며, 제2 하부 지지대(158-4)에 해당하는 부위(HW_4)는 0.527 와트(W)인 것으로 나타났다.

또한, 철심(140)의 전면 측(LV-Side)에 있는 변압기 타이 플레이트(100)에서, 제1 지지대(152)의 중앙 돌출부(152-2)에 해당하는 부위(LH_1)는 4.648 와트(W)이고, 제2 지지대(154)의 중앙 돌출부(154-2)에 해당하는 부위(LH_2)는 3.088 와트(W)이며, 제3 지지대(156)의 하부에 해당하는 부위(LH_3)는 4.207 와트(W)인 것으로 나타났다.

또한, 철심(140)의 전면 측(LV-Side)에 있는 변압기 타이 플레이트(100)에서, 제1 상부 지지대(158-1)에 해당하는 부위(LW_1)는 1.289 와트(W)이고, 제2 상부 지지대(158-2)에 해당하는 부위(LW_2)는 1.162 와트(W)이며, 제1 하부 지지대(158-3)에 해당하는 부위(LW_3)는 1.153 와트(W)이며, 제2 하부 지지대(158-4)에 해당하는 부위(LW_4)는 1.238 와트(W)인 것으로 나타났다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 변압기 타이 플레이트(100)의 모든 부위의 손실을 합한 총(Total) 손실은 34.676 와트(W)인 것으로 산출할 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시 예에 따른 변압기 타이 플레이트를 각 하이브리드 변압기에 적용한 결과에 따른 표유 부하 손실을 비교한 예를 나타낸 도면이다.

즉, 일반적인 타이 플레이트를 구비하는 제1 하이브리드 변압기(DZN0_case1)와, 타이 플레이트에 슬롯(Slot)이 형성된 제2 하이브리드 변압기(DZN0_case2), 본 발명의 실시 예에 따른 변압기 타이 플레이트를 적용한 하이브리드 변압기(DZN0_case3)에 각각 나타나는 손실을 비교한 것이다.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 코어 손실(Core Loss)의 경우에는, 제1 하이브리드 변압기와 제2 하이브리드 변압기 및 제3 하이브리드 변압기 모두 9343 와트(W)로 동일한 것으로 나타났다.

또한, 타이 플레이트 손실(Tie-Plate Losses)은, 제1 하이브리드 변압기가 103 와트(W)이고, 제2 하이브리드 변압기가 34 와트(W)이며, 제3 하이브리드 변압기가 23 와트(W)인 것으로 나타났다.

또한, 구리 재질의 손실(Copper Losses)은, 제1 하이브리드 변압기에서 100% 부하인 경우 14,500 와트(W)이고, 50% 부하인 경우 3,625 와트(W)이며, 제2 하이브리드 변압기에서 100% 부하인 경우 14,500 와트(W)이고, 50% 부하인 경우 3,625 와트(W)이며, 제3 하이브리드 변압기에서 100% 부하인 경우 14,500 와트(W)이며, 50% 부하인 경우 3,625 와트(W)인 것으로 나타났다.

또한, 총 손실에 있어서, 제1 하이브리드 변압기는 100% 부하이면 23,946 와트(W)이고, 50% 부하이면 13,071 와트(W)이며, 제2 하이브리드 변압기는 100% 부하이면 23,877 와트(W)이며, 50% 부하이면 13,002 와트(W)이며, 제3 하이브리드 변압기는 100% 부하이면 23,866 와트(W)이며, 50% 부하이면 12,991 와트(W)인 것으로 나타났다.

또한, 효율에 있어서, 제1 하이브리드 변압기는 100% 부하이면 99.042%이고, 50% 부하이면 99.477%이며, 제2 하이브리드 변압기는 100% 부하이면 99.045%이며, 50% 부하이면 99.480%이며, 제3 하이브리드 변압기는 100% 부하이면 99.045%이며, 50% 부하인 경우 99.480%인 것으로 나타났다.

그리고, 총 손실에 대한 타이 플레이트 손실 비율의 경우, 제1 하이브리드 변압기는 100% 부하일 때 43.2%이고, 50% 부하일 때 79.1%이며, 제2 하이브리드 변압기는 100% 부하일 때 14.5%이고, 50% 부하일 때 26.7%이며, 제3 하이브리드 변압기는 100% 부하일 때 9.7%이고, 50% 부하일 때 17.8%인 것으로 나타났다.

도 8b에서, 고효율 변압기(DYN11_Case 1)에 적용된 타이 플레이트의 손실(Tie-Plate Losses)은 53.379 와트(W)이고, 제1 하이브리드 변압기(DZN0_Case 1)의 타이 플레이트 손실은 103.39 와트(W)이며, 제2 하이브리드 변압기(DZN0_Case 2)의 타이 플레이트 손실은 34.676 와트(W)이며, 제3 하이브리드 변압기(DZN0_Case 3)의 타이 플레이트 손실은 23.099 와트(W)인 것으로 나타났다.

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 변압기 타이 플레이트(100)를 적용한 제3 하이브리드 변압기(DZN0_Case 3)의 손실이 23.099 와트(W)로서 가장 적은 손실이 발생하는 것을 알 수 있다.

한편, 변압기의 설계 상 온도 분포는 변압기의 상부에서 온도의 집중이 발생하며, 표유 부하손이 발생하는 즉, 와전류 분포가 집중되는 부분에서 온도가 더욱 상승하는 것을 확인할 수 있다.

실제 변압기의 제작 시 온도의 집중 부분은 상하부 프레임(120, 130)과 수직 지지대(150)가 겹쳐지는 부분 및 프레임, 수직 지지대(150)와 볼트, 너트를 체결하는 부분에서 더욱 발생할 수 있다.

실제 슬롯이 적용되는 모델과 함께 본 발명에서 제안하는 모델의 와전류 분포를 파악한 결과, 본 발명에 따른 타이 플레이트의 와전류 분포가 완화되는 것을 확인할 수 있었으며, 표유 부하손 또한 저감되는 것을 확인할 수 있다.

그리고, 프레임과 타이 플레이트(Tie-plate)가 만나는 부분의 핫 스폿(Hot spot) 온도는 약 6℃ 감소됨을 확인할 수 있었다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 배전 계통에서 발생하는 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 철심에 코일이 권취된 변압기에서 누설자속에 의해 타이 플레이트(Tie-Plate)에 발생하는 표유 부하손(stray loss)을 저감시키는 변압기 타이 플레이트 및 그 제조 방법을 실현할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 1차 코일 12 : 제1 권선
14 : 제2 권선 16 : 제3 권선
20 : 2차 코일 22 : 제1 권선
24 : 제2 권선 26 : 제3 권선
30 : 혼촉 방지판 40 : 철심
42 : 제1 레그 44 : 제2 레그
46 : 제3 레그 100 : 변압기 타이 플레이트
110 : 베드 프레임 120 : 상부 프레임
125 : 크로스바 130 : 하부 프레임
140 : 철심 150 : 수직 지지대
150-1 : 제1 외측 지지대 150-2 : 제2 외측 지지대
150-3 : 제3 외측 지지대 150-4 : 제4 외측 지지대
152 : 제1 지지대 152-2, 154-2, 156-2 : 중앙 돌출부
154 : 제2 지지대 152-4, 154-4, 156-4 : 상부 돌출부
156 : 제3 지지대 152-6, 154-6, 156-6 : 하부 돌출부
158-1 : 제1 상부 지지대 158-2 : 제2 상부 지지대
158-3 : 제1 하부 지지대 158-4 : 제2 하부 지지대
202, 204, 206 : 결합홈 502, 504, 506 : 걸림판
512, 514, 516 : 요홈부

Claims (15)

1. 철심의 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그에 1차 코일과 2차 코일이 권취된 변압기에서, 상기 1차 코일과 상기 2차 코일 및 상기 철심의 무게를 지탱하고, 상기 철심의 전면과 후면에 각각 위치하여 상기 철심을 지지하는 변압기 타이 플레이트로서,
   상기 철심의 상부에 위치하여 상기 철심의 상부를 고정하는 상부 프레임;
   상기 철심의 하부에 위치하여 상기 철심의 하부를 고정하는 하부 프레임; 및
   상기 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그에 대응되는 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대를 통해 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임을 수직으로 연결하는 수직 지지대;
   를 포함하고,
   상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 및 상기 제3 지지대는 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유 부하손(stray loss)을 줄이도록 각각 중앙 부분에 중앙 돌출부가 형성되고, 상측 및 하측이 깍여 들어간 형상을 갖는, 변압기 타이 플레이트.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 및 상기 제3 지지대는, 각각 중앙 부분에 중앙 돌출부가 형성될 때, 상기 상부 프레임과 결합되는 부분에 상부 돌출부가 형성되고, 상기 하부 프레임과 결합되는 부분에 하부 돌출부가 형성되며,
   상기 중앙 돌출부와 상기 상부 돌출부 및 상기 하부 돌출부에는 각각 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 변압기 타이 플레이트.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 및 상기 제3 지지대는, 각각 상측 및 하측이 깍여 들어간 형상을 갖는 경우에, 깍여 들어간 부분에는 각각 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 변압기 타이 플레이트.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 및 상기 제3 지지대는, 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임에 결합될 때, 용접 결합 또는 볼트 결합을 통해 결합된 것을 특징으로 하는 변압기 타이 플레이트.
   
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 지지대의 상부 돌출부의 외측에 제1 외측 지지대가 결합 지지되고, 상기 제3 지지대의 상부 돌출부의 외측에 제2 외측 지지대가 결합 지지되며, 상기 제1 지지대의 하부 돌출부의 외측에 제3 외측 지지대가 결합 지지되며, 상기 제3 지지대의 하부 돌출부의 외측에 제4 외측 지지대가 결합 지지되는,
   변압기 타이 플레이트.
   
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 사이에 상부측으로 제1 상부 지지대가 위치하고, 상기 제1 상부 지지대는 상기 제1 지지대의 상부 돌출부와 상기 제2 지지대의 상부 돌출부를 결합하여 지지하고,
   상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 사이에 하부측으로 제1 하부 지지대가 위치하고, 상기 제1 하부 지지대는 상기 제1 지지대의 하부 돌출부와 상기 제2 지지대의 하부 돌출부를 결합하여 지지하며,
   상기 제2 지지대와 상기 제3 지지대 사이에 상부측으로 제2 상부 지지대가 위치하고, 상기 제2 상부 지지대는 상기 제2 지지대의 상부 돌출부와 상기 제3 지지대의 상부 돌출부를 결합하여 지지하며,
   상기 제2 지지대와 상기 제3 지지대 사이에 하부측으로 제2 하부 지지대가 위치하고, 상기 제2 하부 지지대는 상기 제2 지지대의 하부 돌출부와 상기 제3 지지대의 하부 돌출부를 결합하여 지지하는,
   변압기 타이 플레이트.
   
7. 철심의 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그에 1차 코일과 2차 코일이 권취된 변압기에서, 상기 1차 코일과 상기 2차 코일 및 상기 철심의 무게를 지탱하고, 상기 철심의 전면과 후면에 각각 위치하여 상기 철심을 지지하는 변압기 타이 플레이트 제조 방법으로서,
   (a) 상기 철심의 상부에 상부 프레임을 위치시키고 상기 철심의 상부에 상기 상부 프레임을 고정하는 단계;
   (b) 상기 철심의 하부에 하부 프레임을 위치시키고 상기 철심의 하부에 상기 하부 프레임을 고정하는 단계;
   (c) 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임을 결합하기 위한 수직 지지대에 대해, 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유 부하손(stray loss)을 줄이도록 중앙 부분에 중앙 돌출부를 형성하고, 상측 및 하측이 깍여 들어간 형상을 갖도록 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대를 형성하는 단계; 및
   (d) 상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 및 상기 제3 지지대를 상기 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그에 대응되게 위치시켜 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임에 각각 연결 결합하는 단계;
   를 포함하는 변압기 타이 플레이트 제조 방법.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 (c) 단계에서, 상기 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대는, 각각 중앙 부분에 중앙 돌출부가 형성될 때, 상기 상부 프레임과 결합되는 부분에 상부 돌출부가 형성되고, 상기 하부 프레임과 결합되는 부분에 하부 돌출부가 형성되며, 상기 중앙 돌출부와 상기 상부 돌출부 및 상기 하부 돌출부에는 각각 경사면이 형성된, 변압기 타이 플레이트 제조 방법.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 (c) 단계에서, 상기 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대는, 각각 상측 및 하측이 깍여 들어간 형상을 갖는 경우에, 깍여 들어간 부분에 각각 경사면이 형성된, 변압기 타이 플레이트 제조 방법.
   
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 제1 지지대의 상부 돌출부의 외측에 제1 외측 지지대가 결합 지지되고, 상기 제3 지지대의 상부 돌출부의 외측에 제2 외측 지지대가 결합 지지되며, 상기 제1 지지대의 하부 돌출부의 외측에 제3 외측 지지대가 결합 지지되며, 상기 제3 지지대의 하부 돌출부의 외측에 제4 외측 지지대가 결합 지지된, 변압기 타이 플레이트 제조 방법.
    
11. 청구항 8에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 사이에 상부측으로 제1 상부 지지대가 위치하고 상기 제1 상부 지지대는 상기 제1 지지대의 상부 돌출부와 상기 제2 지지대의 상부 돌출부를 결합하여 지지하고,
    상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 사이에 하부측으로 제1 하부 지지대가 위치하고 상기 제1 하부 지지대는 상기 제1 지지대의 하부 돌출부와 상기 제2 지지대의 하부 돌출부를 결합하여 지지하며,
    상기 제2 지지대와 상기 제3 지지대 사이에 상부측으로 제2 상부 지지대가 위치하고 상기 제2 상부 지지대는 상기 제2 지지대의 상부 돌출부와 상기 제3 지지대의 상부 돌출부를 결합하여 지지하며,
    상기 제2 지지대와 상기 제3 지지대 사이에 하부측으로 제2 하부 지지대가 위치하고 상기 제2 하부 지지대는 상기 제2 지지대의 하부 돌출부와 상기 제3 지지대의 하부 돌출부를 결합하여 지지된,
    변압기 타이 플레이트 제조 방법.
    
12. 청구항 7에 있어서,
    상기 (d) 단계에서 상기 제1 지지대와 제2 지지대 및 제3 지지대는, 상부 프레임과 하부 프레임에 결합될 때, 용접 결합 또는 볼트 결합을 통해 결합된, 변압기 타이 플레이트 제조 방법.
    
13. 청구항 7에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 상기 1차 코일의 제1 권선과 제2 권선 및 제3 권선이 상기 제1 레그와 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그에 동일한 방향으로 권취되고, 배전 계통에서 발생하는 전압과 전류의 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 상기 2차 코일의 제1 권선과 제2 권선 및 제3 권선이 상기 제1 레그와 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그에 지그재그 형태로 권취된 것을 특징으로 하는 변압기 타이 플레이트 제조 방법.
    
14. 청구항 7에 있어서,
    상기 (d) 단계에서, 상기 제1 레그에는 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되고,
    상기 제2 레그에는 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되며,
    상기 제3 레그에는 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선이 순차적으로 중첩되어 권취된 것을 특징으로 하는 변압기 타이 플레이트 제조 방법.
    
15. 청구항 7에 있어서,
    상기 (d) 단계에서, 상기 제1 권선은 상기 제1 레그, 상기 제3 레그 및 상기 제1 레그의 순서로 권취되되, 상기 제1 레그, 상기 제3 레그, 상기 제1 레그, 상기 제3 레그 및 상기 제1 레그의 순서로 권취되고,
    상기 제2 권선은 상기 제2 레그, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그의 순서로 권취되되, 상기 제2 레그, 상기 제1 레그, 상기 제2 레그, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그의 순서로 권취되며,
    상기 제3 권선은 상기 제3 레그, 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그의 순서로 권취되되, 상기 제3 레그, 상기 제2 레그, 상기 제3 레그, 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그의 순서로 권취된 것을 특징으로 하는 변압기 타이 플레이트 제조 방법.

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