KR20190084632A - 냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 권선금형에 1층의 2차코일을 권선시키고, 상기 1층의 2차코일 권선층 외측에 냉각덕트를 삽입시키고 층간절연지를 감싼 다음 다음 층의 2차코일을 권선시켜 다수회로 복수층의 2차코일을 형성시키는 단계와, 상기 2차코일 외측에 냉각덕트를 삽입시키고 층간전열지를 감싼 다음 1층의 1차코일을 권선시키고, 상기 1층의 1차코일 권선층 외측에 냉각덕트를 삽입시키고 층간전열지를 감싼 다음 다음 층의 1차코일을 권선시켜 다수회로 복수층의 1차코일을 형성시키는 단계와, 상기 1차코일까지 권선된 권선코일의 외형이 일정치수로 유지되도록 사이징지그에 압착시키는 코일사이징 단계와, 상기 코일사이징된 권선코일을 일정한 온도로 건조시키는 코일건조 단계를 포함하여, 상기 1,2차코일이 권선된 권선코일은 사각형의 단면구조로 형성되되, 상기 권선코일의 4면중 상호 바라보는 2면상에만 상기 냉각덕트가 삽입된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 냉각수단으로 사용되던 방열기를 사용하지 않고 변압기용 권선의 배치설계를 개선시켜 열전달 효율을 극대화하도록 하여 변압기의 외경을 축소시켜 도시미관의 심미감을 높이도록 하며, 제조공정 및 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법{Manufacturing method of the winding coil for the transformer}

본 발명은 냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각수단으로 사용되던 방열기를 사용하지 않고 변압기용 권선의 배치설계를 개선시켜 열전달 효율을 극대화하도록 하여 주상변압기의 외경을 축소시킬 수 있는 변압기용 권선코일의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 송전소로부터 고압(22.900V)으로 공급되는 전력은 변압기를 통해 가정이나 산업현장 등의 수용가에서 사용이 가능한 저압으로 변환되어 공급된다. 이때 변압기란 전자기유도작용으로 교류전압 및 전류값을 변화시키는 장치의 총칭인바, 특히 전술한 바와 같이 송전소로부터 전달된 고압의 전원을 수용가에서 요구되는 저압으로 변환되 는 것을 배전용변압기라 하며, 이는 통상 전신주 또는 도로변 등에 고정 설치된다.

일반적인 변압기의 구조는 용량 및 전압에 따라서 차이를 보일 수 있지만, 공통적으로 변압기의 기능을 수행하기 위한 권선과 철심을 필수적으로 포함하고, 이들 권선과 철심은 절연유로 충진된 탱크(tank) 안에 실장되는 바, 이 절연유는 권선의 절연물로 습기나 먼지가 침투하여 절연내력을 저하시키는 것을 방지함과 동시에 철심이나 권선에서 발생하는 열을 기름의 대류 및 복사를 통해 방열시키는 역할을 한다.

이와 같이 변압기 운전 시 발생하는 손실은 모두 열 에너지로서 권선 및 철심의 표면에서 방산하여 변압기 온도를 높이고 절연물을 열화 시켜, 일반적인 변압기 정규 기대 수명을 단축 시킨다.

따라서 적절한 냉각 방식을 취하여 절연물의 온도상승을 그 절연물에 규정한 일정한 허용값 이하로 억제 및 관리가 이루어져야 해서, 주로 배전용변압기에는 발생열을 기름의 대류에 의해 외함 및 방열기에 전달되어 대기중으로 방산시키는 유입 자냉식 방식을 채택하여 사용하고 있다.

이러한 종래의 변압기는 냉각수단으로 사용되는 방열기를 본체의 측면에 별도로 설치해야 해서 제조원가가 상승되며 이러한 방열기가 차지하게 되는 면적에 의해 외함이 두껍게 형성되어 외형크기의 과대로 시각적 안정성이 떨어지며, 도시미관을 저해시키고 전주에 가해지는 굽힘모멘트에 의해 전주절손 등의 문제점이 발생된다.

따라서, 이러한 종래 변압기의 외형크기를 줄여 제조원가를 절감시키고 시각적 안정성을 높히고 외함의 두께로 인한 전주절손 등의 문제점을 해결할 수 있는 프레임 스틸을 이용한 볼풀의 불합리한 점을 극복하고 보관 및 휴대가 용이한 볼풀에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.

한국등록실용 제 338264호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 냉각수단으로 사용되던 방열기를 사용하지 않고 변압기용 권선의 배치설계를 개선시켜 열전달 효율을 극대화하도록 하여 변압기의 외경을 축소시킬 수 있는 변압기의 구조를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 권선금형에 1층의 2차코일을 권선시키고, 상기 1층의 2차코일 권선층 외측에 냉각덕트를 삽입시키고 층간절연지를 감싼 다음 다음 층의 2차코일을 권선시켜 다수회로 복수층의 2차코일을 형성시키는 단계와, 상기 2차코일 외측에 냉각덕트를 삽입시키고 층간전열지를 감싼 다음 1층의 1차코일을 권선시키고, 상기 1층의 1차코일 권선층 외측에 냉각덕트를 삽입시키고 층간전열지를 감싼 다음 다음 층의 1차코일을 권선시켜 다수회로 복수층의 1차코일을 형성시키는 단계와, 상기 1차코일까지 권선된 권선코일의 외형이 일정치수로 유지되도록 사이징지그에 압착시키는 코일사이징 단계와, 상기 코일사이징된 권선코일을 일정한 온도로 건조시키는 코일건조 단계를 포함하여, 상기 1,2차코일이 권선된 권선코일은 사각형의 단면구조로 형성되되, 상기 권선코일의 4면중 상호 바라보는 2면상에만 상기 냉각덕트가 삽입된다.

여기서, 상기 냉각덕트의 두께는 4.0mm 이상 6.0mm 이하이다.

아울러, 상기 1,2차코일은 단면적 대비 표면적이 더 커지도록 형성된다.

여기서, 열전도를 극대화하기 위해 다음의 열전달 수학식 1을 이용하여 상기 1,2차코일의 열전달면적을 산출한다.

수학식 1)

(여기서,

를 나타낸다)

더욱이, 상기 2차코일은 알루미늄 시트로 이루어진다.

또한, 상기 1차코일은 알루미늄 환선으로 이루어진다.

아울러, 상기 2차코일은 두께 0.6.mm, 폭 400mm로 이루어진다.

또한, 상기 1차코일은 지름 3.5mmm로 이루어진다.

그리고, 상기 권선금형에 프레스보드를 감싼 다음, 상기 2차코일을 상기 권선금형에 권선한다.

또한, 상기 층간절연지는 다이아몬드 패턴의 레진이 도포되어, 상기 코일건조 단계에서 상기 층간절연지에 도포된 레진이 녹아 상기 1,2차코일과 상기 층간절연지가 접착된다.

아울러, 상기 코일사이징 단계에서는 두 개의 권선코일을 밀착시켜 좌우 양측면으로 사이징지그를 가압시킨다.

그리고, 상기 두 개의 권선코일 사이에는 층간절연지가 삽입된다.

아울러, 상기 1,2차코일 각각의 코일권선층은 코일의 권선을 하측단부에서 시작하여 상측방향으로 권선해가면서 상측단부에서 권선을 정지하여 권선층이 형성되고, 상기 층간전열지를 상기 권선층 위에 적층한 다음 상기 권선층의 코일을 대각선의 하측방향으로 이동시켜 대각선연결부를 형성되도록 하며, 다시 하측단부에서 권선을 시작하여 상측방향으로 권선해가면서 상측단부에서 권선을 정지하여 다시 권선층이 형성되도록 반복하여 상기 각각의 권선층마다 코일 권선의 시작이 한방향에서 형성되도록 한다.

여기서, 상기 코일권선층의 일렬 권선을 위해 형성되는 대각선연결부에는 절연용 탭튜브가 결합된다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 냉각수단으로 사용되던 방열기를 사용하지 않고 변압기용 권선의 배치설계를 개선시켜 열전달 효율을 극대화하도록 하여 변압기의 외경을 축소시켜 도시미관의 심미감을 높이도록 하며, 제조공정 및 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 변압기용 권선코일의 제조순서를 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 변압기용 권선코일의 단면구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 코일사이징 공정을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 변압기용 권선코일의 권선방법을 설명하기 위한 개념도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 변압기용 권선코일의 제조순서를 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 변압기용 권선코일의 단면구조를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 코일사이징 공정을 간략하게 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 변압기용 권선코일 제조방법은 2차코일(20)형성 단계, 1차코일(10)형성 단계, 코일사이징 단계 및 코일건조 단계를 포함하여 제공된다.

2차코일(20)형성 단계(S110)는 미리 준비된 철재질의 권선금형(미도시)에 코어(미도시)와의 절연을 위해 절연재료인 프레스보드(50)를 감싸도록 설치한다. 그런 다음, 권선금형에 1층의 2차코일(20)을 권선시키고, 1층의 2차코일(20) 권선층 외측에 1층의 권선의 온도방출을 위한 절연유의 대류를 원활히 하기 위해 냉각덕트(30)를 삽입시키고 층간절연지(40)를 감싼 다음 2층의 2차코일(20)을 권선시키고 1층에서과 같이 냉각덕트(30)를 삽입시키고 층간절연지(40)를 감싼 다음 3층의 2차코일(20) 권선층을 형성시키도록 한다. 본 발명에서는 3개 층의 2차코일(20) 권선층이 형성되도록 하였으며, 이는 규격에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

이러한 2차코일(20)은 알루미늄 시트로 이루어지며, 이러한 알루미늄 시트는 자속이 대칭적으로 되어 단락 기계력 개선이 가능하며 턴 수가 적어 2차코일(20)에 유리하다.

1차코일(10)형성 단계(S120)에서는 2차코일(20) 외측에 냉각덕트(30)를 삽입시키고, 층간절연지(40)를 감싼 다음 1층의 1차코일(10)을 권선시키고 1층의 1차코일(10) 권선층 외측에 냉각덕트(30)를 삽입시키고 층간전열지를 감싼 다음 다음 층의 1차코일(10)을 권선시켜 다수회로 반복하여 복수층의 1차코일(10)을 형성하도록 한다. 여기서 1차코일(10)은 알루미늄 환선으로 이루어짐이 바람직하다.

코일사이징 단계(S130)는 1차코일(10)까지 권선된 권선코일을 일정한 치수형상으로 유지되도록 사이징지그(100)에 압착시키게 된다. 여기서 본 발명에 따른 코일사이징 단계(S130)에서는 도 3에서와 같이 두 개의 권선코일을 밀착시키고 좌우 양측면으로 사이징지그(100)를 가압시킨 상태에서 외함까지 조립이 완료되도록 하여 별도의 안정화 공정이 필요치 않게 된다. 아울러 좌,우 2개의 권선코일의 밀착면에는 층간절연지(40)를 미리 삽입시켜 빈 공간이 발생되지 않도록 하고 권선에 손상이 가하지 않아 단락기계력 및 절연내력에 보다 우수하게 된다.

코일건조 단계(S140)는 코일사이징된 권선코일을 일정한 온도로 건조시키는 것으로, 일반적으로 110℃~120℃에서 8~9 시간 동안 유지하여 코일의 습기를 제거하고, 층간절연지(40)에 도포된 다이아몬드 패턴의 레진이 녹아 1, 2차코일(10, 20)과 층간절연지(40)가 접착된다.

상기와 같은 방법으로 1, 2차코일(10, 20)이 권선되는 권선코일은 사각형의 단면구조로 형성되되, 상기 권선코일의 4면중 상호 바라보는 2면상에만 상기 냉각덕트(30)가 삽입된다.

아울러, 냉각덕트(30)의 두께는 점도 및 유막현상을 고려하여 두께가 4.0mm 이상 6.0mm 이하, 더욱 상세하게는 5.6mm로 이루어짐이 바람직하다.

또한, 방열기를 제거하고 자연대류 현상만으로 냉각효율을 높이기 위해서 1, 2차코일(10, 20)의 열전도를 극대화하도록 한다. 이에 1, 2차코일(10, 20)이 기존보다 단면적 대비 표면적이 더 커지도록 한다.

예를 들어 45℃의 물체가 공기 20℃에 열전달을 하는 과정은 우선 자연대류(공기의 유동에 의한 열전달)와 복사열로 인하여 열전달이 이루어지며 자연대류에 의한 열전달은 45℃ 물체 주위를 유동하는 공기속도에 의해서 속도가 빠르면 빨리 열전달이 이루어지고 45℃ 물체의 표면적이 크면 더 빨리 열전달이 이루어진다.

이것을 식으로 나타내면 Q =hAT로서 h는 대류열전달계수이고 A는 물체의 표면적이 된다.

이와 같이, 열전도를 극대화 하기 위해서는 아래의 수학식 1을 이용하여 1, 2차코일(10, 20)의 열전달면적을 산출할 수 있다.

수학식 1)

(여기서,

를 나타낸다)

이와 같이, 열전도를 극대화하기 위해 1, 2차코일(10, 20)의 규격을 살펴보면, 2차코일(20)은 두께 0.6.mm, 폭 400mm로 이루어지는 것이 바람직하며, 1차코일(10)은 지름 3.5mmm로 이루어지는 것이 열전도 효율을 극대화할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 변압기용 권선코일의 권선방법을 설명하기 위한 개념도로서, 도면을 살펴보면 코일의 권선을 하측단부에서 시작하여 상측방향으로 권선해가면서 상측단부에서 권선을 정지하여 제1권선층(W1)을 형성되게 하고, 제1층간절연지(41)를 상기 제1권선층(W1) 위에 적층한 다음 상기 제1권선층의 코일을 대각선의 하측방향으로 이동시켜 대각선연결부(C1)를 형성되게 하며, 다시 하측단부에서 권선을 시작하여 상측방향으로 권선해가면서 상측단부에서 권선을 정지하여 제2권선층(W2)을 형성되게 한다.

그리고, 다시 제2층간절연지(42)를 상기 제2권선층(W2) 위에 적층한 다음에 다시 제2권선층의 코일을 대각선의 하측방향으로 이동시켜 대각선연결부(C1)를 형성되게 하며, 상술한 과정을 반복하면서 규격에 맞게 코일의 권선 및 층간절연지의 적층을 조정하면 된다.

이와 같이, 코일권선층을 형성하는 각각의 권선층마다 그 권선의 시작이 한방향에서 형성도록 한다.

또한, 상기 코일권선층(60)에는 코일의 적층별 일렬 권선을 위한 각각의 대각선연결부(C1)마다 절연용 탭튜브(70)를 결합하여 권선층간의 전위차에 대한 영향력 배제 및 절연안전성을 높일 수 있도록 구성되게 한다.

이에 따라, 각각의 권선층마다 그 권선의 시작이 한방향에서 시작되도록 일렬 권선하여 권선코일에 대한 코일권선층(60)을 형성시킴으로써 각 권선층간 동일 방향성에 의해 전압 인가시 동일한 방향으로의 전류흐름을 유도하게 되므로 권선층간 전위차가 항상 동일해지는 이점을 발휘하게 되며, 권선층간을 연결하는 대각선연결부(C1)에 절연용 탭튜브(70)를 삽입하여 결합함에 의해 상기 대각선연결부(C1)에서 작용될 수 있는 자계의 반작용 영향력을 각 권선층간에서 상쇄시키는 기능을 하게 된다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

10 : 1차코일 20 : 2차코일
30 : 냉각덕트 40 : 층간절연지
50 : 프레스보드 60 : 코일권선층
70 : 절연용 탭튜브
100 : 사이징지그

Claims (14)

1. 권선금형에 1층의 2차코일을 권선시키고, 상기 1층의 2차코일 권선층 외측에 냉각덕트를 삽입시키고 층간절연지를 감싼 다음 다음 층의 2차코일을 권선시켜 다수회로 복수층의 2차코일을 형성시키는 단계와;
   상기 2차코일 외측에 냉각덕트를 삽입시키고 층간전열지를 감싼 다음 1층의 1차코일을 권선시키고, 상기 1층의 1차코일 권선층 외측에 냉각덕트를 삽입시키고 층간전열지를 감싼 다음 다음 층의 1차코일을 권선시켜 다수회로 복수층의 1차코일을 형성시키는 단계와;
   상기 1차코일까지 권선된 권선코일의 외형이 일정치수로 유지되도록 사이징지그에 압착시키는 코일사이징 단계와;
   상기 코일사이징된 권선코일을 일정한 온도로 건조시키는 코일건조 단계를; 포함하여,
   상기 1,2차코일이 권선된 권선코일은 사각형의 단면구조로 형성되되, 상기 권선코일의 4면중 상호 바라보는 2면상에만 상기 냉각덕트가 삽입되는 것을 특징으로 하는 냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 냉각덕트의 두께는 4.0mm 이상 6.0mm 이하인 것을 특징으로 하는 냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 1,2차코일은 단면적 대비 표면적이 더 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   열전도를 극대화하기 위해 다음의 열전달 수학식 1을 이용하여 상기 1,2차코일의 열전달면적을 산출하는 것을 특징으로 하는 냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법.
   수학식 1)
   

   

   
   (여기서,
   

   

   를 나타낸다)
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 2차코일은 알루미늄 시트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 1차코일은 알루미늄 환선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법.
   
7. 제 5항에 있어서,
   상기 2차코일은 두께 0.6.mm, 폭 400mm로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법.
   
8. 제 6항에 있어서,
   상기 1차코일은 지름 3.5mmm로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 권선금형에 프레스보드를 감싼 다음, 상기 2차코일을 상기 권선금형에 권선하는 것을 특징으로 하는 냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법.
   
10. 제 1항에 있어서,
    상기 층간절연지는 다이아몬드 패턴의 레진이 도포되어, 상기 코일건조 단계에서 상기 층간절연지에 도포된 레진이 녹아 상기 1,2차코일과 상기 층간절연지가 접착되는 것을 특징으로 하는 냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법.
    
11. 제 1항에 있어서,
    상기 코일사이징 단계에서는 두 개의 권선코일을 밀착시켜 좌우 양측면으로 사이징지그를 가압시키는 것을 특징으로 하는 냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법.
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 두 개의 권선코일 사이에는 층간절연지가 삽입되는 것을 특징으로 하는 냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법.
    
13. 제 1항에 있어서,
    상기 1,2차코일 각각의 코일권선층은 코일의 권선을 하측단부에서 시작하여 상측방향으로 권선해가면서 상측단부에서 권선을 정지하여 권선층이 형성되고, 상기 층간전열지를 상기 권선층 위에 적층한 다음 상기 권선층의 코일을 대각선의 하측방향으로 이동시켜 대각선연결부를 형성되도록 하며, 다시 하측단부에서 권선을 시작하여 상측방향으로 권선해가면서 상측단부에서 권선을 정지하여 다시 권선층이 형성되도록 반복하여 상기 각각의 권선층마다 코일 권선의 시작이 한방향에서 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법.
    
14. 제 11항에 있어서,
    상기 코일권선층의 일렬 권선을 위해 형성되는 대각선연결부에는 절연용 탭튜브가 결합되는 것을 특징으로 하는 냉각효율을 높힌 변압기용 권선코일의 제조방법.
    

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