KR101051132B1 - 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 붓싱형 오일절연 계기용 변성기 내 붓싱부분과 권체부분에 부분방전특성을 개선한 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기에 관한 것이다. 본 발명은 절연유가 충진된 탱크 애자형 붓싱의 사기애자 바깥쪽면과 안쪽면에 각각 반도전성 페인트를 칠하고, 애자 상부면에 칠해진 반도전성 페이트와 맞닿도록 하여 반도전 팩킹을 올린 후 1차 동봉을 조립하여 1차 동봉과 애자 내벽이 전기적으로 동상이 되도록 구성하되, 애자 하단부에 고압쉴드와 인서트를 삽입하여 동봉끝단에서의 코로나 방전을 완화하고, 애자를 외함에 거치시킨 후 애자 고정 브라켓과 애자 사이에 반도전 팩킹을 넣고 고정시켜 애자 바깥면에 칠해진 반도전성 페인트와 외함이 전기적으로 동상을 이루게 구성한다. 따라서, 본 발명은 고압과 저압 사이의 전계가 사기애자 내에서만 이루어지게 되고, 애자 바깥면 반도전성 페인트 끝단에서의 전계 집중 현상을 완화할 수 있는 다수의 방법을 제시함으로써, 발생되는 부분방전량을 현저히 감소시켜 비교적 낮은 전압의 계기용 변성기에도 IEC 규격을 만족하게 되는 효과를 제공한다.

Description

고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기{Bushing-type Instrument Transformers of high-reliability}

본 발명은 붓싱형 오일절연 계기용 변성기에 관한 것으로서, 특히 변성기 내 붓싱부분과 권체부분에 부분방전이 발생하는 것을 현저하게 감소시켜 절연파괴를 방지함으로써 내구성이 우수한 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기에 관한 것이다.

계기용 변성기(Instrument Transformers)를 세분하면 계기용 변압기(Voltage Transformers; PT), 계기용 변류기(Current Transformers; CT), 계기용 변압변류기(Combined Transformers; MOF)로 나눌 수 있다.

계기용 변압기(PT)는 높은 전압을 일정한 비율의 낮은 전압으로 변환시키는 기기로 전압계나 계전기 등에 전원을 공급하기 위해 사용되는 일종의 변압기이다.

계기용 변류기(CT)는 높은 전류를 일정한 비율의 낮은 전류로 변환시키는 기기이다.

계기용 변압변류기(MOF)는 최대수요 전력량계와 조합결선되어 주로 산업용 수용가 및 공장, 빌딩 등의 사용 전력량의 측정에 따른 전기요금의 정확한 산정과 수불을 위해 고전압을 저전압으로 변성하는 계기용 변압기(PT)와, 대전류를 소전류로 정밀하게 변성하는 계기용 변류기(CT)의 조합에 의해 최대수요 전력량계를 정확히 작동하게 하기 위한 전자기기로 사용되고 있다.

절연매체를 중심으로 분류하면, 절연유를 충진하고 붓싱을 조립한 철제 탱크형, 에폭시 등의 고체 절연물로 권체(activepart)를 성형한 몰드형, SF6 등의 절연가스로 권체를 포함한 탱크 내부를 충진시킨 가스형으로 대변할 수 있다.

변성기는 타 전기제품과 마찬가지로 제작이나 시험을 위해 표준규격이 설정되어 있는 바, 예를 들면 한국표준규격인 KS, 국제전기규격인 IEC(International Electrotechnical Comission)가 그것이다. 국내 전기제품은 KS를 적용하고, 국제적으로 수출을 하려면 대부분 IEC의 적용을 받는다.

그런데, 시대가 발전하고 국제화됨에 따라 KS도 자연적으로 IEC와 동일한 내용의 규격으로 변천되고 있을 뿐 아니라 IEC 규격도 점차적으로 향상(upgrade)되어 이에 상응한 제품을 기술, 가격, 크기 등에 있어서 경쟁력이 있는 제품을 개발하지 않을 수 없게 되었다.

특히, 본 제품의 내구성(수명)을 분별하는 중요한 요소(factor)가 부분방전량(partial discharge measurement)인 바 그동안 세계적으로 제품 개발이 추구되어왔던 고체 절연형이나 가스타입은 많이 발전되어 문제가 없으나, 절연유 충진형(oil filled type)은 과거 IEC 규격에 의거 72.5kv급 이상에만 적용하고 그 미만에는 적용하지 않은 탓에 비교적 낮은 전압의 전기제품의 부분방전분야의 기술개발이 낙후되었다.

그러나, 현재는 7.2kv 이상 계기용 변성기에도 이를 적용하게 되었고 종전 개발되었던 가스형, 에폭시 몰드형을 제외한 오일탱크타입의 개선 즉, 가장 경제적이면서 부피가 작은 제품의 개발이 필요하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 점을 감안하여 안출된 것으로, 비교적 낮은 전압의 붓싱형 오일절연 계기용 변성기에서 붓싱 내의 전계집중 현상이 발생하는 부근에 액상의 반도전성 조성물(semiconductive composition)을 칠하여 전계를 완화시키고 부분방전이 일어나지 않도록 한 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 또한, 비교적 낮은 전압의 붓싱형 오일절연 계기용 변성기에서 변압기 내의 전계집중 현상이 발생하는 부근에 쉴드를 부착하여 전계의 집중을 완화시키고 부분방전이 발생하지 않도록 한 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기를 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기는, 붓싱형 오일절연 계기용 변성기에 있어서, 상기 붓싱의 사기애자 내에서만 전계가 이루어지도록, 애자의 바깥쪽면과 안쪽면에 칠해지는 반도전성 페인트와, 상기 사기애자의 안쪽면 상부에 칠해진 반도전성 페인트에 맞닿도록 결합되는 반도전 팩킹과, 과기 사기애자의 하단부에 절연팩킹을 통해 삽입되는 쉴드, 및 상기 변성기 외함 상부에 상기 애자를 고정시키는 브라켓과 애자 사이에 결합되는 반도전 팩킹을 포함하며, 상기 반도전성 페인트는 상기 애자의 안쪽면 전체에 칠해지고, 바깥쪽면에 대해서는 전계 집중 현상이 일어나는 외함과의 연결 부근에 칠해져 외함과 전기적 동상을 이루도록 하여 전계의 집중을 완화시켜 부분방전특성을 개선함을 특징으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기는, 1차코일과 2차코일 및 철심으로 이루어진 계기용 변압기가 내장되는 붓싱형 오일절연 계기용 변성기에 있어서, 상기 계기용 변압기의 1차코일과 2차코일 사이에 층간 절연을 위해 삽입되는 절연지, 및 상기 1차코일을 감싸도록 형성되어 부분방전이 발생하지 않도록 하는 쉴드를 포함하며, 상기 쉴드는 망사나 판구조로, 양쪽 단부가 둥글게 말아올려져 고전압이 가해진 1차코일의 양단 모서리부분의 전계집중을 완화시킴을 특징으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기는, 전력수급 계기용 변압변류기가 내장되는 붓싱형 오일절연 계기용 변성기에 있어서, 복수개의 붓싱과, 복수개의 계기용 변류기와, 1차코일과 2차코일 및 철심으로 이루어지며, 이들 사이에 층간 절연을 위해 삽입되는 절연지와, 1차코일을 감싸도록 형성되어 부분방전이 발생하지 않도록 하는 쉴드를 포함하는 복수개의 계기용 변압기, 및 상기 복수개의 계기용 변류기와 변압기가 내장되며, 내부공간이 절연유로 충진되는 외함으로 구성되며, 상기 쉴드는 망사나 판구조로, 양쪽 단부가 둥글게 말아올려져 고전압이 가해진 1차코일의 양단 모서리부분의 전계집중을 완화시킴을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기는, 붓싱형 오일절연 계기용 변성기의 전계집중 현상이 발생하는 붓싱부분에 반도전성 페인트를 칠하고, 권체부분에 쉴드를 부착하여 전계의 집중을 완화시켜 부분방전이 발생하지 않도록 함으로써, 절연파괴를 방지하여 사용 수명이 길어지게 되는 효과를 갖는다. 아울러, IEC 규격이 정한 것보다 훨씬 우수한 제품을 개발할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 붓싱형 오일절연 계기용 변성기를 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 도 1 붓싱의 일실시예를 나타내는 내부 단면도,
도 3은 도 1의 붓싱 내 전계분포를 보여주는 도면,
도 4는 도 1 붓싱의 다른 실시예를 나타내는 내부 단면도,
도 5는 도 1 붓싱의 또 다른 실시예를 나타내는 내부 단면도,
도 6a-6b는 도 1 계기용 변압기의 일실시예를 나타내는 사시도 및 단면도,
도 7a-7b는 도 1 계기용 변압기의 다른 실시예를 나타내는 단면도 및 쉴드의 사시도,
도 8a-8b는 본 발명에 따른 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기를 계기용 변압변류기(MOF)에 적용한 경우에 대한 예시도.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.

도 1은 본 발명이 적용된 붓싱형 오일절연 계기용 변성기를 개략적으로 나타내는 도면으로, 특히 계기용 변압기(PT)에 적용한 경우이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 계기용 변성기(100)는 철제탱크로 형성된 외함(10) 상부에 복수개의 애관형 자기(porcelain) 붓싱(20)을 고정시키도록 형성되어 있어서, 인입되는 고전압을 외함(10)의 내부에 배치되어 있는 변압기(30)로 공급하게 된다. 외함(10)의 내부는 상간 도전부간의 절연을 위하여 절연유(insulation oil; OT)로 충진되어 있다.

일반적으로, 붓싱(20) 내부는 공기 절연으로, 변압기(30)는 외함(10)의 내부에 충진되어 있는 절연유로 각각 절연을 유지함으로 인하여 붓싱부분과 변압기 권체부분에서 부분방전이 일어날 수 있다.

따라서, 본 발명은 붓싱부분과 권체부분에서 발생되는 부분방전을 방지할 수 있도록 붓싱(20) 및 변압기(30)의 구조를 새롭게 제시하였다.

도 2 및 도 3은 도 1 붓싱(20)의 일실시예에 따른 내부 단면도 및 전계분포를 보여주는 도면이다.

도 2를 보면, 오일절연 계기용 변성기(100)의 외함(10) 상부에 구성되는 붓싱(20)은 축방향으로 내부가 비어있는 사기 애자(21)로, 그 내경속에는 절연을 유지하기 위해 공기(air)로 차 있다. 애자(21)의 바깥쪽면과 안쪽면에는 전계가 집중되는 것을 완화하기 위해 액상의 반도전성 조성물에 희석제를 일정비율로 혼합하여 형성된 반도전성(semiconductive) 페인트(22)를 칠한다. 여기서, 반도전성 페인트는 대략 흑연가루가 주원료인 액상 원액 50∼80％에 희석제(MEK) 20∼50％의 비율로 혼합되며, 희석제는 메틸(Methyl), 에틸(Ethyl), 케톤(Ketone)으로 이루어진다. 도 3에 도시한 전계분포를 보면, 애자(21)와 외함(10)과의 연결부근에 전계집중 현상이 발생하므로, 애자(21)의 안쪽면은 전체적으로 반도전성 페인트(22)를 칠하고, 바깥쪽면은 전계의 집중 현상이 일어나는 외함(10)과의 연결부근만 반도전성 페인트(22)를 칠한다. 여기서, 도 3의 전계분포는 내전압 50㎸ 인가시 전계분포를 해석한 것이다.

애자(21)의 상부에는 칠해진 반도전성 페인트(22)와 맞닿도록 하여 반도전 팩킹(23)을 결합하고, 1차 동봉(24)을 조립하여 1차 동봉(24)과 애자(21) 내벽이 전기적으로 동상이 되도록 해준다. 애자(21)의 하부에는 반도전성 페인트(22)를 칠하지 않는 대신 그 하단부에 고압쉴드(shield)(27)를, 1차 동봉(24)의 끝단에 인서트(28)를 각각 삽입하여 동봉(24) 끝단에서의 코로나 방전을 완화시킨다. 애자(21)의 하단부와 고압쉴드(27) 사이에는 절연팩킹(29)을 결합한다.

이러한 구성을 갖는 애자(21)는 오일절연 계기용 변성기(100)의 외함(10)에 거치시킨 후 애자 고정 브라켓(25)과 애자(21) 사이에 반도전팩킹(26)을 넣고 볼트체결 등을 통해 고정시키게 된다. 이렇게 함으로써 애자(21)의 바깥쪽면에 칠해진 반도전성 페인트(22)와 외함(10)이 전기적으로 동상을 이루게 된다.

이처럼, 애자(21) 안쪽면과 바깥쪽면에 반도전성 페인트(22)를 칠함으로써, 고압과 저압 사이의 전계가 사기 애자(21) 내부에서만 이루어지게 되고, 외함(10)을 경계로 위쪽과 아래쪽의 애자(21) 날개 형성을 원형에 가깝게 성형하여 바깥쪽면 반도전성 페인트(22) 끝단에서의 전계집중 현상을 완화하게 된다.

도 4는 도 1 붓싱(20)의 다른 실시예에 따른 내부 단면도로, 이는 도 2에 보여준 부분방전특성 개선을 위한 붓싱(20) 구조와 동일한 구조로 구성되되, 애자(21) 하단부의 바깥쪽면에 칠해진 반도전성 페인트(22)와 접촉되도록 쉴드(41)를 더 삽입하여 구성된다.

도 4를 보면, 절연을 위하여 절연유(40)가 충진되어 있는 계기용 변성기(100)의 외함(10) 상부에 구성되는 붓싱(20)의 사기애자(21) 바깥쪽면의 전계 집중 부근에 반도전성 페인트(22)를 칠한다. 도 3의 전계분포에서 알 수 있듯이, 외함(10)과의 연결부근에 전계의 집중 현상이 발생하므로, 애자(21)의 바깥쪽면은 외함(10)과의 연결부근에만 반도전성 페인트(22)를 칠하게 된다. 사기애자(21) 안쪽면은 전체적으로 반도전성 페인트(22)를 칠하여 고압과 저압 사이의 전계가 사기애자(21) 내에서만 이루어지도록 한다.

사기애자(21) 하단부의 바깥쪽면에 칠해진 반도전성 페인트(22)와 접촉되도록 망사 또는 판구조로 된 쉴드(41)를 삽입하는데, 이때 쉴드(41)는 확대 도시한 바와 같이 끝단이 라운딩 처리되며 라운딩 처리된 쉴드(41)의 끝이 애자(21) 바깥쪽면에 칠해진 반도전성 페인트(22) 끝단보다 밑으로 내려오도록 하여 바깥면에 칠해진 반도전성 페인트(22)의 끝단에서의 전계 집중 현상을 완화하도록 한다. 여기서, 애자(21) 바깥면에 칠해진 반도전성 페인트(22)는 외함(10)을 경계로 위쪽이 애자날개 자체가 라운드되어 있어 아래쪽 쉴드(41) 끝단만 라운딩 처리하면 된다.

한편, 애자(21) 상부에는 칠해진 반도전성 페인트(22)와 맞닿도록 하여 반도전 팩킹(23)을 올린 후, 1차 동봉(24)을 조립하여 1차 동봉(24)과 애자(21) 내벽이 전기적으로 동상이 되도록 해준다. 애자(21)의 하부면에는 반도전성 페인트(22)를 칠하지 않는 대신 그 하단부에 고압쉴드(27)를, 1차 동봉(24)의 끝단에는 인서트(28)를 각각 삽입하여 동봉(24) 끝단에서의 코로나 방전을 완화시킨다. 애자(21)의 하단부와 고압쉴드(27) 사이에는 절연팩킹(29)을 결합한다.

이러한 구성을 갖는 애자(21)는 오일절연 계기용 변성기(100)의 외함(10)에 거치시킨 후 애자고정브라켓(25)과 애자(21) 사이에 반도전팩킹(26)을 넣고 볼트체결 등을 통해 고정되게 된다. 이렇게 함으로써 애자(21)의 바깥쪽면에 칠해진 반도전성 페인트(22)와 외함(10)이 전기적으로 동상을 이루게 된다. 외함(10) 상부에 애자(21)를 고정시킨 후, 그 내부에 절연유(40)를 주입하는데, 이때 외함(10) 내의 애자(21) 바깥면에 칠해진 반도전성 페인트(22)와 쉴드(41)의 끝단이 절연유(40)에 완전히 잠길 수 있도록 절연유(40)를 채워 쉴드(41)와 애자(21) 표면 사이의 미세한 공기층에 집중되는 전계를 완화하도록 한다.

이처럼, 애자(21) 안쪽면과 바깥쪽면에 반도전성 페인트(22)를 칠함으로써, 고압과 저압 사이의 전계가 사기 애자(21) 내에서만 이루어지게 되고, 외함(10)을 경계로 위쪽은 애자(21) 날개 형성을 원형에 가깝게 성형하고 아래쪽 끝단은 쉴드(41)를 삽입하여 바깥면에 칠해진 반도전성 페인트(22) 끝단에서의 전계집중 현상을 완화하게 된다. 더욱이, 외함(10) 내에 절연유(40) 충진시 애자(21) 바깥면에 칠해진 반도전성 페인트(22) 끝단과 그 끝단에 삽입된 쉴드(41)가 절연유(40)에 완전히 잠길 수 있도록 하여 애자(21) 표면 사이의 미세한 공기층에 집중되는 전계를 완화하게 된다.

도 5는 도 1 붓싱(20)의 또 다른 실시예에 따른 내부 단면도로, 이는 도 4에 보여준 부분방전특성 개선을 위한 붓싱(20) 구조와 동일한 구조로 구성되되, 애자(21) 하단부의 바깥쪽면에 칠해진 반도전성 페인트(22) 끝단과 그 끝단에 삽입된 쉴드(41)의 끝단을 유전율이 높은 절연체(42)로 완전히 감싸도록 더 구성된다.

도 5를 보면, 절연을 위하여 절연유(40)가 충진되어 있는 계기용 변성기(100)의 외함(10) 상부에 구성되는 붓싱(20)의 사기애자(21) 바깥쪽면의 전계 집중 부근에 반도전성 페인트(22)를 칠한다. 도 3의 전계분포에서 알 수 있듯이, 외함(10)과의 연결부근에 전계의 집중 현상이 발생하므로, 애자(21)의 바깥쪽면은 외함(10)과의 연결부근에만 반도전성 페인트(22)를 칠한다. 사기애자(21) 안쪽면은 전체적으로 반도전성 페인트(22)를 칠하여 고압과 저압 사이의 전계가 사기애자(21) 내에서만 이루어지도록 한다.

사기애자(21) 하단부의 바깥쪽면에 칠해진 반도전성 페인트(22)와 접촉되도록 망사구조로 된 쉴드(41)를 삽입하는데, 이때 쉴드(41)는 끝단이 라운딩 처리되며 라운딩 처리된 쉴드(41)의 끝이 애자(21) 바깥쪽면에 칠해진 반도전성 페인트(22) 끝단보다 밑으로 내려오도록 한다. 쉴드(41)와 애자(21) 표면 사이의 미세한 공기층에 집중되는 전계를 완화하게 위해, 도 4처럼 애자(21) 아래쪽 바깥면에 칠해진 반도전성 페인트(22)와 그에 접촉되도록 삽입된 쉴드(41)의 끝단이 절연유에 완전히 잠길 수 있도록 하는 것 대신, 도 5에서는 그 끝단이 완전히 감싸지도록 유전율이 높은 실리콘 등의 절연체(42)로 덮어 절연유를 절약할 수 있도록 한다.

한편, 애자(21) 상부에는 칠해진 반도전성 페인트(22)와 맞닿도록 하여 반도전 팩킹(23)을 올린 후, 1차 동봉(24)을 조립하여 1차 동봉(24)과 애자(21) 내벽이 전기적으로 동상이 되도록 해준다. 애자(21) 하단부에는 고압쉴드(27)를, 1차 동봉(24)의 끝단에는 인서트(28)를 각각 삽입하여 동봉(24) 끝단에서의 코로나 방전을 완화시킨다. 애자(21)의 하단부와 고압쉴드(27) 사이에는 절연팩킹(29)을 결합한다.

이러한 구성을 갖는 애자(21)는 오일절연 계기용 변성기(100)의 외함(10)에 거치시킨 후 애자고정브라켓(25)과 애자(21) 사이에 반도전팩킹(26)을 넣고 볼트체결 등을 통해 고정시킨다. 이렇게 함으로써 애자(21)의 바깥쪽면에 칠해진 반도전성 페인트(22)와 외함(10)이 전기적으로 동상을 이루게 된다. 외함(10) 상부에 애자(21)를 고정시킨 후, 그 내부에 절연유(40)를 주입하는데, 이때 외함(10) 내의 애자(21) 바깥면에 칠해진 반도전성 페인트(22)와 쉴드(41)의 끝단이 절연체(42)로 완전히 덮여있기 때문에 외함(10) 내 애자(21) 바깥면에 칠해진 반도전성 페인트(22) 끝단과 쉴드(41) 끝단이 완전히 잠기도록 절연유(40)를 채우지 않아도 된다.

이처럼, 애자(21) 안쪽면과 바깥쪽면에 반도전성 페인트(22)를 칠함으로써, 고압과 저압 사이의 전계가 사기 애자(21) 내에서만 이루어지게 되고, 외함(10)을 경계로 위쪽은 애자(21) 날개 형성을 원형에 가깝게 성형하고 아래쪽 끝단은 쉴드(41)를 삽입하여 바깥면에 칠해진 반도전성 페인트(22) 끝단에서의 전계집중 현상을 완화하게 된다. 더욱이, 애자(21) 바깥면에 칠해진 반도전성 페인트(22) 끝단과 그 끝단에 삽입된 쉴드(41)가 유전율이 높은 절연체(42)로 완전히 덮여지도록 하여 쉴드(41)와 애자(21) 표면 사이의 미세한 공기층에 집중되는 전계를 완화하게 된다.

위의 실시예들에 의해, 오일절연 계기용 변성기(100)의 붓싱부분에 발생되는 전계를 완화시키고 부분방전을 현저히 감소시킬 수 있다. 오일절연 계기용 변성기(100)의 권체부분에서의 부분방전특성 개선을 위한 실시예를 도 6a 내지 도 7b에 도시하였다.

도 6a 및 6b는 도 1 계기용 변압기(30)의 일실시예에 따른 사시도 및 단면도이다.

도 6a 및 6b를 보면, 오일절연 계기용 변성기(100)의 외함(10) 내에 취부되는 변압기(30)는 1차코일(31)과 2차코일(33) 및 철심(35)을 포함하여 구성된다. 1차코일(31)은 FRP(유리섬유강화플라스틱)나 절연체로 된 1차 보빈 위에 다이아몬드에폭시 절연지나 특수절연지로 층간을 절연하며 균일하게 권선한 후, 건조로에서 110℃ 약 10시간정도 건조된다. 다이아몬드 에폭시 절연지는 필름 위에 다이아몬드 패턴의 에폭시를 바른 것으로, 다이아몬드 패턴의 에폭시가 녹으면서 권선을 고정하게 된다. 도 6a에 보여진 바와 같이, 1차코일(31)은 다단구조로 하여 권선되는 데, 이는 임펄스전압파형이 변압기(30)에 인가될 경우 선로 끝단에 가까운 부분에 큰 전위차가 나타나게 되는 데 이를 보완하기 위한 것이다. 즉, 1차코일(31) 권선시 외측으로 갈수록 권선폭을 줄여 전위분포가 일정하게 되도록 한다. 본 실시예에서, 1차코일(31)은 2단으로 하였다.

1차코일(31)에는 동이나 알루미늄 재질의 쉴드(32)를 부착하여 부분방전이 발생하지 않도록 한다. 쉴드(32)는 1차코일(31)의 표면 전체를 감싸도록 형성되는 데, 이는 고전압 인가시 전계가 집중되는 것을 완화시켜 부분방전이 발생되는 것을 극히 감소시킨다. 이러한 쉴드(32)는 망사구조 또는 판구조로 되어 있으며 양쪽 단부를 둥글게 말아올려 고전압이 가해진 1차코일(31)의 양단 모서리부근에 전계의 집중 현상을 완화시킨다.

2차코일(33)은 2차 보빈(상단부코어) 위에 절연지로 층간을 절연하며 균일하게 권선한 후, 건조로에서 건조된다. 2차코일(33)은 1차코일(31)을 관통하도록 설치되어 교류전력이 공급되는 1차코일(31)에서 전자유도작용(자계의 영향으로 전기가 발생되는 작용)에 의해 전력이 전달된다.

여기서, 철심(35)은 2차코일(33)을 관통하도록 형성되는데, 이때 철심(35)이 커트코어(cut-core)이므로 밴드(34)로 조립하여 지지플레이트(36) 위에 설치된다. 코일리드선(37)은 1차코일(31)에 감싸고 있는 쉴드(32)에 용접을 통해 연결되며, 2차측리드선은 터미널블록(미도시)에 결선된다.

이처럼, 변압기(30)의 1차코일(31)의 표면 전체에 쉴드(32)가 부착되어 고전압이 가해진 1차코일(31)에 전계가 집중되는 것을 완화시켜 부분방전이 발생되는 것을 극히 감소시킨다. 따라서, 더욱더 제품의 수명이 연장되는 효과가 발생하는 것이다.

도 7a 및 7b는 도 1 계기용 변압기(30)의 다른 실시예에 따른 단면도 및 쉴드의 사시도이다.

도 7a 및 7b를 보면, 오일절연 계기용 변성기(100)의 외함(10) 내에 취부되는 변압기(30)는 1차코일(71)과 2차코일(73) 및 철심(75)을 포함하여 구성된다. 1차코일(71)은 FRP(유리섬유강화플라스틱)나 절연체로 된 1차 보빈 위에 각기 다른 폭을 가진 다이아몬드에폭시 절연지(120㎜/100㎜/80㎜…)를 이용하여 층간을 절연하며 균일하게 권선한다. 이때, 권선 높이가 증가할수록 폭이 작은 절연지를 사용한다. 권선된 1차코일(71)은 건조로에서 약 80∼120℃, 4∼10시간정도 건조된다. 도 7a에 보여진 바와 같이, 1차코일(71)은 다단 즉, 본 실시예에서는 2단 구조로 하여 권선되는 데 이는 전위분포를 일정하게 하기 위함이다.

1차코일(71)에는 도 7b에 보여진 바와 같은 동이나 알루미늄 재질의 쉴드(72)를 부착하여 부분방전이 발생하지 않도록 한다. 쉴드(72)는 1차코일(71)의 표면 전체를 감싸도록 형성되는 데, 이는 고전압 인가시 전계가 집중되는 것을 완화시켜 부분방전이 발생되는 것을 극히 감소시킨다. 이러한 쉴드(72)는 도 7b에 보여진 바와 같이, 망사 또는 판구조로 되어 있으며 양쪽 단부를 둥글게 말아올려 고전압이 가해진 1차코일(71)의 양단부에 전계의 집중 현상을 완화시킨다.

2차코일(73)은 2차 보빈(상단부코어) 위에 절연지로 층간을 절연하며 균일하게 권선한 후, 건조로에서 건조시켜 습기를 제거한다. 2차코일(73)은 1차코일(71)을 관통하도록 설치된다.

철심(75)은 2차코일(73)을 관통하도록 형성되는데, 이때 철심(75)은 적철식 코어로 잔넬(74)을 이용하여 그 형태를 잡아주고 1,2차코일(71,73)과 결합한 후 잔넬(74)을 이용하여 고정한다. 철심(75) 하단쪽에 쉴드(76)를 삽입하여 철심(75) 및 잔넬(74)의 날카로운 면으로의 방전을 차단한다.

위의 실시예에서는 계기용 변압기(PT)에 적용하여 설명하였지만, 계기용 변압변류기(MOF)에도 동일하게 적용될 수 있다. 이에 대해 도 8a 및 8b에 도시하였다.

도 8a 및 8b는 본 발명에 따른 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기를 전력수급용 계기용 변압변류기(MOF)에 적용한 경우로, 이는 정면 및 측면에서의 내부 구조를 각각 나타낸다.

도 8a 및 8b를 보면, 전력수급 계기용 변압변류기의 상부는 3개의 애자 붓싱(20A,20B,20C)과 1개의 접지붓싱(20D)으로 구성되며, 하부는 철제탱크로 된 외함(10) 내부에 상부에 형성되어 있는 애자 붓싱의 개수와 동일한 개수의 변류기권체(50)와 변압기권체(30)가 배치되어 있다. 특히, 변압기권체(30)는 부분방전특성 개선을 위해 도 6a 내지 7b에서 설명한 바와 같은 구조를 갖는 변압기가 설치되어진다.

즉, 변압기권체(30)는 고전압이 걸리는 1차코일(81)과, 저전압이 유도되는 2차코일(83)과, 철심(85)으로 이루어지되, 철심(85)은 도 6a와 같은 커트코어식이나 도 7a와 같은 적철식 어느 것으로 해도 무방하다. 그리고, 1차코일(81)에는 도 7b에 도시된 바와 같은 쉴드(82)로 감싸져 있어 전계를 완화시키고, 변압변류기 내부에 발생하는 부분방전의 전하량을 감소시켜 내구성이 향상된다. 본 실시예에서는, 부피를 줄이기 위해, 도 8a에 보여진 바와 같이, 3개의 변압기권체를 하나의 잔넬(84)을 이용하여 고정한다.

위의 실시예들에 의해, 오일절연 계기용 변성기(100)의 권체부분에 발생되는 전계를 완화시키고 부분방전을 현저히 감소시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기의 성능시험 측정결과를 하기 도표로 나타낸다.

시험방법	시험전압	허용 부분방전량	시험결과
부분방전 시험은 유도내전압 시험 후 시행된다. 인가전압은 60초 이하 동안 유지된 유도내전압의 80％(40㎸)까지 상승된다. 그리고, 규정된 부분방전시험전압까지 중단없이 감소된다. 측정된 부분방전은 시험전압에서 명시된 한계를 초과하지 않아야 한다. (Um = 25.8㎸)	1.2 × Um	10pC	2pC
		5pC	1pC
* 시험주파수(Test frequency) : 400㎐ * 주변잡음(Background noise) : 1pC * 대기조건(Atmospheric conditions) : 23℃, 38％

위의 도표를 보면, 본 발명의 실시예에 따른 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기의 성능을 측정하고자 부분방전시험(partial discharge test)을 하였다. 여기서, 부분방전량은 전하량의 단위인 pC(pico coulomb)로 나타낸다.

위의 성능시험 측정값이 나타내는 바와 같이, 시험전압(1.2×Um) 30.96㎸에서 부분방전량은 10pC 이하여야 하는데 시험결과 2pC의 값을 나타내었으며, 시험전압 17.8㎸(1.2×Um /

)에서 5pC 이하여야 하는데 시험결과 1pC의 값을 나타내었다. 주변잡음이 1pC인 경우를 고려하면 30.96㎸와 17.8㎸에서 모두 거의 부분방전이 발생되지 않음을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기는 부분방전이 거의 발생되지 않으며, IEC 규격이 정한 것보다도 훨씬 우수한 제품인 것이다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 계기용 변성기 10 : 외함
20 : 붓싱 30 : 계기용 변압기
40 : 절연유 50: 계기용 변류기
21 : 사기애자 22 : 반도전성 페인트
23,26 : 반도전팩킹 24 : 1차동봉
25 : 애자고정 브라켓 27,32,41,72,76 : 쉴드
28 : 인서트 29 : 절연팩킹
42 : 절연체

Claims (10)

1. 붓싱형 오일절연 계기용 변성기에 있어서,
   상기 붓싱의 사기애자 내에서만 전계가 이루어지도록, 애자의 바깥쪽면과 안쪽면에 칠해지는 반도전성 페인트;
   상기 사기애자의 안쪽면 상부에 칠해진 반도전성 페인트에 맞닿도록 결합되는 반도전 팩킹;
   상기 사기애자의 하단부에 절연팩킹을 통해 삽입되는 쉴드; 및
   상기 변성기 외함 상부에 상기 애자를 고정시키는 브라켓과 애자 사이에 결합되는 반도전 팩킹을 포함하며,
   상기 반도전성 페인트는 상기 애자의 안쪽면 전체에 칠해지고, 바깥쪽면에 대해서는 전계 집중 현상이 일어나는 외함과의 연결 부근에 칠해져 외함과 전기적 동상을 이루도록 하여 전계의 집중을 완화시켜 부분방전특성을 개선함을 특징으로 하는 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 반도전성 페인트는 흑연가루가 주원료인 액상 원액 50∼80％에, 메틸, 에틸, 케톤으로 구성된 희석제(MEK) 20∼50％의 혼합물로 형성됨을 특징으로 하는 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기.
3. 제 1항에 있어서, 외함 상판을 경계로 위쪽과 아래쪽 중 적어도 어느 한쪽의 상기 애자 바깥쪽면에 칠해지는 반도전성 페인트 끝단은 애자 날개의 라운딩된 형상을 따라 칠해져 반도전성 페인트 끝단에서의 전계의 집중을 완화시킴을 특징으로 하는 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기.
4. 제 3항에 있어서, 외함 상판을 경계로 아래쪽의 상기 애자 바깥쪽면에 칠해진 반도전성 페인트의 끝단에서의 전계집중 현상을 완화하기 위하여 상기 애자의 바깥쪽면에 칠해진 반도전성 페인트와 접촉되도록 끝단이 라운딩처리된 쉴드를 삽입하며,
   상기 쉴드와 애자 표면 사이의 미세한 공기층에 집중되는 전계의 완화를 위해, 반도전성 페인트 끝단과 쉴드의 끝단이 상기 외함 내에 충진되는 절연유에 완전히 잠기도록 함을 특징으로 하는 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기.
5. 제 4항에 있어서, 상기 애자의 바깥쪽면에 칠해진 반도전성 페인트 끝단과 그에 접촉되도록 삽입되는 쉴드의 끝단을 완전히 감싸도록 된 절연체를 더 포함하는 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기.
6. 1차코일과 2차코일 및 철심으로 이루어진 계기용 변압기가 내장되는 붓싱형 오일절연 계기용 변성기에 있어서,
   상기 계기용 변압기의 1차코일과 2차코일의 층간 절연을 위한 절연지; 및
   상기 1차코일을 감싸도록 형성되어 부분방전이 발생하지 않도록 하는 쉴드를 포함하며,
   상기 쉴드는 망사나 판구조로, 양쪽 단부가 둥글게 말아올려져 고전압이 가해진 1차코일의 양단부에 전계집중을 완화시킴을 특징으로 하는 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기.
7. 전력수급 계기용 변압변류기가 내장되는 붓싱형 오일절연 계기용 변성기에 있어서,
   복수개의 붓싱;
   복수개의 계기용 변류기;
   1차코일과 2차코일 및 철심으로 이루어지며,이들 사이에 층간 절연을 위해 삽입되는 절연지와, 1차코일을 감싸도록 형성되어 부분방전이 발생하지 않도록 하는 쉴드를 포함하는 복수개의 계기용 변압기; 및
   상기 복수개의 계기용 변류기와 변압기가 내장되며, 내부공간이 절연유로 충진되는 외함으로 구성되며,
   상기 쉴드는 망사나 판구조로, 양쪽 단부가 둥글게 말아올려져 고전압이 가해진 1차코일의 양단 모서리부분의 전계집중을 완화시킴을 특징으로 하는 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기.
8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 1차코일은 FPR(유리섬유강화플라스틱)나 절연체로 된 보빈 위에 다단으로 권선되며, 외측으로 갈수록 권선폭을 줄여 전위분포가 일정하도록 함을 특징으로 하는 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기.
9. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 철심은 커트코어(cut-core)인 것을 특징으로 하는 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기.
10. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 철심은 적철식 코어인 것을 특징으로 하는 고신뢰성의 붓싱형 계기용 변성기.

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