KR20230062928A - 변압기의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기의 냉각장치에 관한 것으로, 변압기 함체의 측면에 고정되는 다수의 냉각모듈과, 상기 변압기 함체와 다수의 상기 냉각모듈 각각의 사이를 연결하여 절연유가 냉각모듈 각각으로 순환하면서 냉각되도록 하는 순환관부를 포함하되, 상기 순환관부는, 상기 냉각모듈에 절연유가 유입되도록 하는 유입관과, 상기 냉각모듈에서 냉각된 절연유를 상기 변압기 함체로 유출하는 유출관과, 상기 유입관과 연결되며, 상기 냉각모듈의 상면에 위치하는 상부관과, 상기 유출관과 연결되며, 상기 냉각모듈의 저면에 위치하는 하부관과, 상기 유입관과 유출관을 상하 방향으로 서로 연결하는 지지대를 포함할 수 있다.

Description

변압기의 냉각장치{Cooling device for transformer}

본 발명은 변압기의 냉각장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 절연유의 방열을 위한 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 변압기는 전압을 높이거나 낮추는 전력장치로, 외함의 내부에 변압을 위한 전력기기가 배치되고, 전력기기는 외함에 채워지는 절연유에 의해 절연처리된다.

이러한 변압기는 전압을 변압하는 과정에서 열이 발생하며, 변압과정에서 발생한 열은 변압기 내부에 채워진 절연유의 온도를 상승시키게 되고, 절연유의 온도가 상승하게 되면 변압기의 내부 압력도 함께 상승하게 되어, 과열 및 압력상승으로 인해 변압기의 폭발 사고가 발생할 가능성있다. 또한, 절연유의 열화에 따라 절연 손상이 발생할 우려가 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 변압기에는 절연유의 방열을 위한 방열장치가 설치된다. 방열장치는 변압기의 외함에 연결되며, 절연유가 내부에서 순환되며 방열된다. 즉, 변압기의 외함에 채워진 절연유는 방열장치로 공급되어 순환되고, 방열장치를 통과하는 과정에서 열을 배출하며 냉각된다.

이와 같은 변압기 방열장치는 중량물이며 지진 발생시 변압기 구조에서 가장 취약한 지점이다. 변압기의 전체적인 내진강도를 향상시키기 위한 기술로서, 본 발명의 출원인의 공개특허 10-2020-0113755호(2020년 10월 7일 공개, 초고압 변압기 냉각장치의 고정구조)가 있다.

위의 공개특허에는 와이어를 이용하여 변압기 함체에 방열장치들을 고정하는 구성에 대하여 기재하고 있다.

와이어를 사용하는 방법으로도 내진 설계가 가능하지만, 위의 방법은 변압기 함체와 방열장치의 배치 관계에 영향을 받는다.

즉, 변압기 함체의 측면의 크기보다 방열장치의 크기가 작고, 방열장치가 변압기 함체의 측면 중앙부에 위치하는 경우에만 교차 결합되는 와이어를 통해 고정할 수 있다는 개선점이 있었다.

따라서 현재 시장에서 변압기 함체와 방열장치의 크기 및 설치 위치와 무관하게 적용할 수 있는 내진강도를 향상시킬 수 있는 설계방안이 요구되고 있다.

상기와 같은 시장의 요구를 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 변압기 측면에 배치되는 방열장치가 변압기 함체의 측면보다 높게 또는 낮게 위치하거나, 함체의 측면에서 좌우측으로 돌출되게 배치되는 경우 등 크기와 설치 위치에 무관하게 적용하여 내진강도를 향상시킬 수 있는 냉각장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명 변압기의 냉각장치는, 변압기 함체의 측면에 고정되는 다수의 냉각모듈과, 상기 변압기 함체와 다수의 상기 냉각모듈 각각의 사이를 연결하여 절연유가 냉각모듈 각각으로 순환하면서 냉각되도록 하는 순환관부를 포함하되, 상기 순환관부는, 상기 냉각모듈에 절연유가 유입되도록 하는 유입관과, 상기 냉각모듈에서 냉각된 절연유를 상기 변압기 함체로 유출하는 유출관과, 상기 유입관과 연결되며, 상기 냉각모듈의 상면에 위치하는 상부관과, 상기 유출관과 연결되며, 상기 냉각모듈의 저면에 위치하는 하부관과, 상기 유입관과 유출관을 상하 방향으로 서로 연결하는 지지대를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 이웃한 상기 상부관의 끝단 또는 이웃한 상기 하부관의 끝단을 상호 연결하는 진동감쇄부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 진동감쇄부는 상호 결합되는 분할구조이며, 분할구조 사이에는 탄성체인 방진부가 위치할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 변압기 함체와 상기 냉각모듈의 배치에 따라, 상기 유입관과 상부관을 연결하거나, 상기 유출관과 하부관을 연결하거나, 상기 유입관과 상부관을 연결함과 아울러 유출관과 하부관을 연결하는 연결관을 더 포함할 수 있다.

본 발명은, 냉각장치를 이루는 다수의 냉각모듈을 지지하며, 절연유를 순환시키는 관들을 상호 결합하여 내진강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 특히 본 발명은 냉각모듈들과 변압기 함체의 연결이 아닌 냉각모듈들 간의 연결로 내진강도를 향상시킴으로써, 냉각모듈들의 크기나 배치 위치에 무관하게 적용할 수 있어 범용성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기의 냉각장치 사시도이다.
도 2는 도 1의 측면도이다.
도 3은 진동감쇄부의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 내진 성능 시뮬레이션 결과도이다.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.

'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 변압기의 냉각장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기 냉각장치의 사시도이고, 도 2는 측면도이다.

도 1과 도 2를 각각 참조하면 본 발명 변압기의 냉각장치는, 변압기 함체(10)에 결합되어 절연유가 순환되도록 하는 적어도 한 쌍의 순환관부(20)와, 상기 순환관부(20)에 상부와 하부가 각각 고정되며, 변압기로부터 순환관부(20)를 통해 유입되는 절연유를 냉각하여 다시 변압기로 제공하는 적어도 한 쌍의 냉각모듈(30)과, 상기 순환관부(20)의 끝단을 상호 결합하는 진동감쇄부(40)를 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기 냉각장치의 구성과 작용에 대하여 보다 상세히 설명한다.

먼저, 변압기 함체(10)는 실질적으로 외함으로 불리는 탱크이며, 내부에는 자로를 형성하는 코어와 코어를 권회하는 코일을 포함하여, 전압을 승압 또는 감압하는 것으로 한다.

변압기 함체(10)의 구체적인 구성에 의해 본 발명은 제한되지 않으며, 다양한 변형 구조를 가질 수 있다.

변압기 함체(10)의 내에는 절연유를 사용하여 내부 절연을 수행하며, 절연유는 순환관부(20)를 통해 다수의 냉각모듈(30)로 순환되면서 냉각된다.

이때 순환관부(20)는 냉각모듈(30)을 기준으로 유입관(INLET, 21)과 유출관(OUTLET, 22)을 포함한다.

상기 유입관(21)과 유출관(22)은 변압기 함체(10)로부터 지면에 대하여 수평인 방향으로 돌출되는 것으로 한다. 유입관(21)과 유출관(22)의 수는 냉각모듈(30)의 수와 동수로 마련된 것으로 한다.

또한, 냉각모듈(30)의 상부와 하부에는 각각 유입관(21)과 유출관(22)에 연결되는 상부관(23) 및 하부관(24)이 형성되어 있다. 상부관(23)과 하부관(24) 각각에는 냉각모듈(30)로 절연유를 공급하는 공급구와 냉각모듈(30)을 지나면서 냉각된 절연유가 배출되는 배출구가 다수로 마련될 수 있다.

냉각모듈(30)은 다수의 냉각핀이 외부에 형성되며, 내부에는 절연유가 순환되는 순환관을 포함하는 공랭식 구조일 수 있다.

이때, 냉각모듈(30)의 배치에 따라 상기 유입관(21)과 상부관(23)을 연결하는 연결관(27)을 포함할 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이 냉각모듈(30)의 상면이 변압기 함체(10)의 상면에 비하여 더 높게 설치되는 경우라면, 연결관(27)을 이용하여 유입관(21)과 상부관(23)을 상호 연결한다.

반대로, 냉각모듈(30)의 저면이 변압기 함체(10)의 저면에 비하여 더 낮게 설치되는 경우라면 연결관(27)은 유출관(22)과 하부관(24)을 연결하는데 사용된다.

또한, 냉각모듈(30)의 상하 높이가 변압기 함체(10)의 높이보다 더 크며, 냉각모듈(30)의 상면이 변압기 함체(10)의 상면보다 높고, 냉각 모듈의 저면이 변압기 함체(10)의 저면보다 낮다면 연결관(27)은 한 쌍으로 적용되며, 각각 유입관(21)과 상부관(23), 유출관(22)과 하부관(24)을 연결한다.

이처럼 본 발명에 적용되는 순환관부(20)는 다양한 크기 및 다양한 배치 상태의 냉각모듈(30)에 적용되어, 냉각모듈(30)을 변압기 함체(10)에 고정하고, 절연유를 순환시킬 수 있다.

본 발명은 내진강도의 향상을 위하여 상하로 배치되는 유입관(21)과 유출관(22)을 상호 연결하여 지지하는 지지대(26)를 포함한다. 지지대(26)는 관상이 아니며, 유입관(21)의 하부와 유출관(22)의 상부를 연결하는 봉형상의 구조물인 것으로 한다.

즉, 절연유의 순환에는 영향을 주지 않으면서 유입관(21)과 유출관(22)을 상호 결합함으로써, 내진 성능을 향상시킬 수 있다.

특히 지지대(26)는 상기 연결관(27)과 상하 방향으로 동일 위치에 배치되는 것으로 한다. 이는 배치상 진동을 최소화할 수 있다.

그리고 상기 순환관부(20)의 외측 끝단을 이루는 상부관(23)과 하부관(24)의 끝단에는 이웃한 관을 지면에 대하여 수평방향으로 연결하는 진동감쇄부(40)가 결합된다.

진동감쇄부(40)는 특정한 냉각모듈(30) 상부에 위치하는 상부관(23)과 그 특정한 냉각모듈(30)의 측면에 배치되는 다른 냉각모듈(30)의 상부에 위치하는 상부관(23)을 연결하며, 특정한 냉각모듈(30) 하부에 위치하는 하부관(24)과 그 특정한 냉각모듈(30)의 측면에 배치되는 다른 냉각모듈(30)의 하부에 위치하는 하부관(24)을 연결하여 진동을 최소화할 수 있다.

도 3은 진동감쇄부(40)의 분해 사시도이다.

도 1을 참조하면, 진동감쇄부(40)는 제1관(41)의 일단에 마련된 제1결합부(42)와, 제2관(45)의 일단에 마련된 제2결합부(44)를 포함한다.

제1결합부(42)와 제2결합부(44)는 서로 마주하는 방향으로 상호 체결될 수 있으며, 제1관(41)과 제2관(45)의 타단측은 각각 상부관(23)에 결합되거나, 하부관(24)에 결합되는 것으로 한다.

상기 제1관(41)과 제2관(45)의 타단측은 각각 상부관(23)과 하부관(24)에 용접되거나, 볼트를 이용하여 결합될 수 있다.

도면에서는 제1관(41), 제2관(45)을 중공된 형태로 도시하였으나, 중실 구조를 사용할 수 있으며, 원통형 또는 원기둥형이 아닌 다각통형, 다각기둥형 구조를 사용할 수도 있다.

상기 제1결합부(42)와 제2결합부(44)는 판상구조로 결합면적을 증가시키는 구성이며, 제1결합부(42)와 제2결합부(44)의 사이에는 진동을 완화할 수 있는 방진부(43)가 위치한다.

즉, 진동감쇄부(40)는 단일체가 아니며, 상부관(23)을 상호 연결할 때, 인접한 두 상부관(23)에 제1관(41)과 제2관(45)이 각각 결합되어 제1결합부(42)와 제2결합부(44)가 서로 마주하도록 배치하고, 그 사이에 방진부(43)가 위치하도록 배치한 상태에서 제1결합부(42)와 제2결합부(44)를 상호 배치함으로써, 내진 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

상기 방진부(43)는 탄성체를 사용할 수 있다.

도 4는 본 발명 변압기의 냉각장치의 내진강도 시뮬레이션 결과도이다.

도 4의 (a)는 지지대(26)를 포함하는 순환관부(20)만을 사용한 구조의 시뮬레이션 결과를 나타내며, 도 4의 (b)는 지지대(26)를 포함하는 순환관부(20)의 상부관(23)들과 하부관(24)들을 각각 연결하는 한 쌍의 진동감쇄부(40)를 사용한 구조의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.

도면에 도시한 바와 같이 두 경우 각각 종래에 배해서는 내진 성능이 향상되며, 특히 진동감쇄부(40)를 적용한 예에서, 유입관(21)에 작용하는 응력이 30%정도 개선된 것을 확인할 수 있다.

이처럼 본 발명은 순환관부(20)의 형상을 변경하여, 자체 내진 성능을 향상시킴과 아울러 순환관부(20)의 끝단인 상부관을 상호연결하고, 하부관을 상호연결하는 진동감쇄부(40)를 적용하여 내진 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10:변압기 함체 20:순환관부
21:유입관 22:유출관
23:상부관 24:하부관
26:지지대 27:연결관
30:냉각모듈 40:진동감쇄부

Claims (4)

1. 변압기 함체의 측면에 고정되는 다수의 냉각모듈; 및
   상기 변압기 함체와 다수의 상기 냉각모듈 각각의 사이를 연결하여 절연유가 냉각모듈 각각으로 순환하면서 냉각되도록 하는 순환관부를 포함하되,
   상기 순환관부는,
   상기 냉각모듈에 절연유가 유입되도록 하는 유입관;
   상기 냉각모듈에서 냉각된 절연유를 상기 변압기 함체로 유출하는 유출관;
   상기 유입관과 연결되며, 상기 냉각모듈의 상면에 위치하는 상부관;
   상기 유출관과 연결되며, 상기 냉각모듈의 저면에 위치하는 하부관; 및
   상기 유입관과 유출관을 상하 방향으로 서로 연결하는 지지대를 포함하는 변압기의 냉각장치.
2. 제1항에 있어서,
   이웃한 상기 상부관의 끝단 또는 이웃한 상기 하부관의 끝단을 상호 연결하는 진동감쇄부를 더 포함하는 변압기의 냉각장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 진동감쇄부는 상호 결합되는 분할구조이며,
   분할구조 사이에는 탄성체인 방진부가 위치하는 것을 특징으로 하는 변압기의 냉각장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 변압기 함체와 상기 냉각모듈의 배치에 따라,
   상기 유입관과 상부관을 연결하거나,
   상기 유출관과 하부관을 연결하거나,
   상기 유입관과 상부관을 연결함과 아울러 유출관과 하부관을 연결하는 연결관을 더 포함하는 변압기의 냉각장치.

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