KR101415405B1 - 계기용 변압변류기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 계기용 변압변류기에 관한 것으로, 3개의 계기용 변압기와, 3개의 계기용 변류기가 내장되고 절연유가 채워진 외함; 상기 외함의 상단면에 돌출 고정된 3개의 애자부싱과 1개의 접지부싱을 포함하는 계기용 변압변류기에 있어서; 상기 애자부싱은, 상기 외함을 관통하여 외함에 충전된 절연유와 접촉 고정되는 하단지지구, 하단지지구에 고정된 애자, 애자에 고정된 부싱터미널, 부싱터미널과 애자 사이에 개재되는 패킹, 부싱터미널과 상기 변압기 및 변류기를 연결하는 도전선을 포함하여 구성되고, 상기 애자의 내,외부면 및 패킹은 전체가 카본블랙코팅되며, 상기 하단지지구의 내,외부면은 상기 하단지지구 설치시 상기 절연유와 접촉하는 부분까지 카본블랙코팅되어, 상기 애자부싱의 내,외부면에서 영 전위를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 계기용 변압변류기를 제공한다.
본 발명에 따르면, 애자부싱의 내부면과, 외부 하단부에 카본블랙 코팅을 행하고, 에폭시가 코팅된 절연지를 이용하여 하나의 철심에 코일을 분할하지 않은 상태로 감아 계기용 변압변류기에서 부분방전이 거의 발생하지 않도록 함으로써 절연체의 손상을 막고, 장수명화를 달성하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

계기용 변압변류기{A combined voltage current transformer}

본 발명은 계기용 변압변류기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 애자부싱의 내부면 전체를 카본블랙 코팅하고, 외부면은 외함 내부의 절연유와 접하는 부분까지 카본블랙 코팅하여 부분방전을 최소화함으로써 손상을 방지하도록 개선된 계기용 변압변류기에 관한 것이다.

일반적으로, 계기용 변압변류기는 계기용 변압기(PT:Potential Transformer)와 계기용 변류기(CT:Current Transformer)를 공통의 외함 속에 장착한 수변전설비의 일부로서, 통상 특고압 상태에서는 전력량 등을 측정할 수가 없기 때문에 소정의 전압전류로 변환시켜 용이하게 측정하고자 변압기와 같이 철심에 소정의 비율로 1차 및 2차 코일을 권회시켜 전압전류등 전력량을 용이하게 측정할 수 있도록 하기 위한 기기이다.

이때, 계기용 변압기(PT)는 전압을 계기나 계전기에 필요한 저전압으로 변경하는 기기이고, 계기용 변류기는 고전압/대전류 회로의 전류를 계기나 계전기에 필요한 소전류로 변성하는 기기이며, 통상 절연유를 충전하는 유입형으로 구성된다.

이와 관련한 선행기술로는, 공개실용 제2009-0004289호, 등록실용 제0452103호를 비롯하여 다수가 개시되어 있다.

그런데, 계기용 변압변류기는 계기용 변압기와 계기용 변류기가 함께 있어 사용상 편리하다는 장점이 있음에도 불구하고, 부분방전이 발생하기 쉬워 손상을 입을 가능성이 높다.

여기에서, 부분방전이란 고체 절연물의 공극, 액체 절연물의 기체방울, 이종 절연물의 접촉계면, 금속표면의 첨점에서 일어나는 전극과 전극 사이를 교락하지 않는 불완전한 절연파괴 현상으로서, 일종의 방전현상이다.

예컨대, 코로나 방전, 연면 방전, 보이드 방전 등이 이에 속하며, 절연물 둔화가 주된 원인이다.

이와 같은 부분방전이 야기되면, 발열, 하전입자의 충돌, 분자와 이온에 의한 화학작용으로 주변 고체 절연체에 손상을 입히게 되므로 이를 최소화시킬 것이 요구된다.

그러나, 종래 계기용 변압변류기에서는 이를 해소시킨 기술 구성이 개시되지 못하고 있다.

뿐만 아니라, 도 1의 예시와 같이, 종래 계기용 변압기는 하나의 철심(10)을 코일(20)이 4개로 분할된 형태로 감겨 있는 구조이기 때문에 이로 인해 분할된 코일(20)을 연결하는 부분(A)에서 코로나가 생겨 부분 방전이 유기되는 현상도 있었다.

이에, 본 출원인은 방전이 생기지 않도록 부싱 주변을 영전위로 만들 수 있는 개념을 도입하여 기술 개발에 착수하였고, 관련 선행기술들을 더 구체적으로 확인하기 위해 경기북부상공회의소 경기북부지식재산센터에 의뢰(접수번호:SR2013-0001233)한 결과, 2013년 04월 05일자 보고서에 따르면, 일본등록특허 제4634826호, 국내공개특허 제2011-0111643호, 국내등록특허 제1045651호 등이 주변기술로 확인되었다.

하지만, 방전 방지를 위한 영전위 형성 개념은 이들 선행기술들에 나타나 있지 않아 기술적 진보성을 갖춘 것으로 보고서를 통해 확인할 수 있었다.

이와 같이, 본 발명과 관련한 변압변류기는 이미 성숙한 산업분야이기는 하지만, 국부적인 기능 내지 성능 향상을 위한 개량 기술이 여전히 필요함을 인식하게 되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 주변 기술을 검토하고, 개량의 필요성에 의해 창출된 것으로, 계기용 변압변류기를 구성하는 애자부싱의 내,외면을 영 전위로 만들 수 있도록 카본블랙 코팅함으로써 부분방전을 없애 절연체의 손상을 막고 장수명화를 달성하도록 한 계기용 변압변류기를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

또한, 본 발명은 계기용 변압기를 구성할 때 철심을 4개의 코일로 분할하여 권취하지 않고 특수한 형태의 절연지를 이용함으로써 하나의 철심에 하나의 코일이 분할되지 않는 형태로 권취할 수 있어 코로나 방전이 생기지 않도록 하고, 이를 통해 절연체의 손상을 막고 장수명화를 달성하도록 한 계기용 변압변류기를 제공함에 그 다른 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 3개의 계기용 변압기와, 3개의 계기용 변류기가 내장되고 절연유가 채워진 외함; 상기 외함의 상단면에 돌출 고정된 3개의 애자부싱과 1개의 접지부싱을 포함하는 계기용 변압변류기에 있어서; 상기 애자부싱은, 상기 외함을 관통하여 외함에 충전된 절연유와 접촉 고정되는 하단지지구, 하단지지구에 고정된 애자, 애자에 고정된 부싱터미널, 부싱터미널과 애자 사이에 개재되는 패킹, 부싱터미널과 상기 변압기 및 변류기를 연결하는 도전선을 포함하여 구성되고, 상기 애자의 내,외부면 및 패킹은 전체가 카본블랙코팅되며, 상기 하단지지구의 내,외부면은 상기 하단지지구 설치시 상기 절연유와 접촉하는 부분까지 카본블랙코팅되어, 상기 애자부싱의 내,외부면에서 영 전위를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 계기용 변압변류기를 제공한다.

이때, 상기 계기용 변압기는 하나의 철심에 분할되지 않은 형태의 코일이 감기되, 상기 코일을 감싸는 절연지에는 에폭시 수지가 일정한 패턴으로 상하좌우 연속적으로 형성된 것에도 그 특징이 있다.

상기 에폭시 수지는 다이아몬드 형상으로 형성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 절연지는 코일을 감싼 상태에서 120±10℃의 온도로 가열되어 에폭시 수지가 상기 코일을 완전히 고정시켜 절연하는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 애자부싱의 내부면과, 외부 하단부에 카본블랙 코팅을 행하고, 에폭시가 코팅된 절연지를 이용하여 하나의 철심에 코일을 분할하지 않은 상태로 감아 계기용 변압변류기에서 부분방전이 거의 발생하지 않도록 함으로써 절연체의 손상을 막고, 장수명화를 달성하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 계기용 변압변류기에 내장된 변압기의 코일 권취예를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 계기용 변압변류기의 예시적인 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 계기용 변압변류기의 애자부싱을 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 계기용 변압변류기의 변압기 코일 권취예를 보인 예시도이다.
도 5는 도 4의 코일 권취시 절연을 위해 사용되는 절연지의 예시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 계기용 변압변류기는 외함(100)을 포함한다.

상기 외함(100)은 도 4에 예시한 변압기(200)를 포함한 변류기(미도시)를 내장하는 일종의 케이스로서, 상단면에는 변압기(200) 및 변류기와 연결된 부싱터미널(110)을 갖는 애자부싱(120)이 마련된다.

이때, 상기 부싱터미널(110)은 일종의 입력단자로서, 상기 애자부싱(120)의 일 구성요소이지만, 설명의 편의상 따로 떼어 설명하기로 하며, 고압선로 상에 흐르는 고전압을 상기 변압기(200) 및 변류기(미도시)로 유입시키기 위한 수단이다.

그리고, 상기 변압기(200)는 앞서 설명하였듯이, 상기 부싱터미널(110)을 통해 인입된 고전압을 저전압으로 변환하여 출력하는 수단이고, 상기 변류기(미도시)는 상기 부싱터미널(110)을 통해 흐르는 전류량에 상응하는 신호를 출력하는 수단이다.

아울러, 상기 외함(100) 내부에는 절연물질이 채워지며, 바람직한 절연물질로는 절연유이며, 그 외에도 질소가스 혹은 압축 건조공기를 절연물질로 하여 충전할 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 외함(100)의 상면에는 접지부싱(130)이 구비된다.

따라서, 본 발명에서 설명하는 계기용 변압변류기는 3개의 애자부싱(120)을 갖고, 3개의 계기용 변압기(200)와, 3개의 계기용 변류기(미도시)를 구비한 형태이다.

특히, 본 발명에서는 코로나 등에 의한 부분방전을 막기 위해, 애자부싱(120)과, 계기용 변압기(200)의 코일 권취 구조를 개선한 것에 주된 특징이 있다.

먼저, 본 발명에 따른 애자부싱(120)은 도 3에 도시된 바와 같이, 하단지지구(122)와, 상기 하단지지구(122)에 고정된 애자(124)와, 상기 애자(124)의 상단에 개재되는 패킹(126)을 포함하며, 상기 패킹(126)을 사이에 두고 부싱터미널(110)이 안착고정된다.

그리고, 상기 부싱터미널(110)에는 도전선(L)이 연결되고, 도전선(L)은 상기 애자(124) 내부를 관통하여 상술한 변압기(200) 및 변류기로 접속된다.

이때, 종래에는 애자(124)가 통상적으로 알려진 단순 절연체로서, 세라믹 재질로 된 것이었지만, 본 발명에서는 부분방전 자체를 해소하기 위해 상기 애자(124)의 내,외부에서 전위차가 발생하지 않도록, 즉 영 전위로 만들어 주기 위해 카본블랙코팅이 이루어진다.

이는 금속성 물질의 경우, 금속 내부에서 영 전위로 금속 표면과 등전위를 형성하기 때문에 상기 애자(124)의 내부면과 외부면을 카본블랙으로 코팅할 경우 애자(124)의 내,외부에서는 등전위로 영 전위를 유지하게 되며, 이로 인해 전위차가 발생하지 않아 부분방전을 방지할 수 있다.

즉, 이것은 가우스법칙(▽、E =ρ/ε₀)으로부터 유도된 것으로, 도체 내에서는 ρ=0 이다. 다시 말해, 똑같은 양의 양전하와 음전하가 주위에 있기 때문에 도체 내에서의 알짜 전하밀도는 0이 되며, 알짜 전하는 표면에만 존재하게 되는데 이는 전자기학의 기본법칙 중 하나이다.

이 경우, 반드시 애자(124)의 내,외부면에 코팅된 카본블랙은 서로 연결되어 있어야 하는데, 그래야 전체적으로 도전체를 구성하고, 그에 따라 상술한 등전위면 형성이 가능하기 때문이다.

더 나아가, 본 발명에서는 애자(124)를 지지 고정하는 수단인 하단지지구(122)의 경우에도 외함(100)에 고정되어 있기 때문에 이 부분에서의 부분방전 가능까지 완전히 배제시키기 위해 상기 하단지지구(122)의 하단 일부도 카본블랙으로 완전히 코팅하여 코팅면(128)을 형성하도록 함이 바람직하다.

이 경우, 코팅의 두께는 굳이 한정할 필요가 없으며, 등전위면 형성을 위해 내,외부를 균일하게 도포하여야 한다.

이를 위해, 상기 카본블랙 코팅은 침지방식이 가장 바람직하지만, 스프레이, 증착 등 다양한 방법으로도 가능함은 물론이다.

다만, 상기 코팅면(128)의 길이는 한정되어야 하는데, 상기 하단지지구(122)가 설치되었을 때 외함(100) 내부에 충전된 절연유(미도시)와 닿는 길이를 유지하여야 한다.

그래야, 절연성이 증대되어 부분방전을 막을 수 있다.

한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 변압기(200)를 구성하는 철심(210)과 코일(230)이 예시와 같이, 철심(210)을 감싸는 하나의 보빈(220)에 코일(230)이 분할되지 않고 통째로 한 번에 권취된 형태를 갖는다.

이것은 기존처럼 코일(230)을 4분할 했을 때 접점에 발생되는 부분방전을 없애기 위한 것으로, 통상 알려진 절연지를 사용할 경우 부분 방전의 위험성을 배제할 수 없으므로 본 발명에서는 도 5와 같은 형태의 절연지(240)를 사용한다.

도시된 바에 따르면, 본 발명에 다른 절연지(240)는 보빈(220)에 권취된 상기 코일(230)을 감싸면서 위치 고정기능을 갖고, 동시에 부분방전이 발생하지 않도록 절연하는 기능까지 갖기 위한 것으로, 에폭시 수지(242)가 다이아몬드 형상을 갖고 그 형상이 상하좌우 연속적으로 이루어져 일정 패턴을 갖도록 코팅된 구조로 이루어진다.

때문에, 보빈(220)에 코일(230)을 감은 상태에서 코일(230) 외측을 에폭시 수지(242)가 코팅되어 있는 면과 접촉되게 상기 절연지(240)로 감아 감싼 다음, 약 120±10℃의 온도로 굽게 되면 에폭시 수지(242)가 녹으면서 상기 코일(230)을 견고히 고정함과 동시에 절연지(240)과의 밀착성을 좋게 하며, 이를 통해 절연성을 극대화시키게 된다.

여기에서, 상기 온도로 한정하는 이유는 에폭시 수지(242)의 경우, 종류에 따라 다르기는 하지만 평균적으로 멜팅포인트(Melting Point)가 대략 150-240이고, 연화점이 대략 60-70이므로 본 발명에서는 용융되지는 않으면서 연성을 가져 늘러 붙을 수 있을 정도로만 가열해야 하기 때문이다.

이와 같이, 본 발명에 따른 계기용 변압변류기는 부분방전 유발가능성이 가장 높은 애자부싱(120)을 내,외에 걸쳐 카본블랙 코팅하고, 동시에 애자부싱(120)의 하단 지지구에도 절연유와 접촉되는 지점까지 충분한 길이로 카본블랙 코팅함으로써 애자부싱(120)에서 내,외 전체에 걸쳐 영 전위를 형성케 하여 부분방전 가능성을 완전히 일소하여 절연체 보호 및 장수명화를 달성할 수 있게 된다.

또한, 변압 기능을 갖는 변압기(200)의 코일(230) 권취 부분에서 유발되기 쉬운 부분방전까지 완벽하게 차단하기 위해, 코일(230)의 권선 형태를 단일형으로 전환하고, 코일(230)의 외측은 다이아몬드형 에폭시 수지(242)가 도포된 절연지(240)를 이용하여 코일(230) 고정 및 절연 기능을 견고히 수행함으로써 부분방전 현상을 완벽하게 차단할 수 있게 된다.

100: 외함 110: 부싱터미널
120: 애자부싱 130: 접지부싱
200: 변압기

Claims (4)

1. 3개의 계기용 변압기와, 3개의 계기용 변류기가 내장되고 절연유가 채워진 외함; 상기 외함의 상단면에 돌출 고정된 3개의 애자부싱과 1개의 접지부싱을 포함하는 계기용 변압변류기에 있어서;
   상기 애자부싱은, 상기 외함을 관통하여 외함에 충전된 절연유와 접촉 고정되는 하단지지구, 하단지지구에 고정된 애자, 애자에 고정된 부싱터미널, 부싱터미널과 애자 사이에 개재되는 패킹, 부싱터미널과 상기 변압기 및 변류기를 연결하는 도전선을 포함하여 구성되고,
   상기 애자의 내부면 및 패킹은 전체가 카본블랙코팅되며,
   상기 하단지지구의 외부면은 상기 하단지지구 설치시 상기 절연유와 접촉하는 부분까지 카본블랙코팅되어,
   상기 애자부싱의 내,외부면에서 영 전위를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 계기용 변압변류기.
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 계기용 변압기는 하나의 철심에 분할되지 않은 형태의 코일이 감기되, 상기 코일을 감싸는 절연지에는 에폭시 수지가 일정한 패턴으로 상하좌우 연속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 계기용 변압변류기.
3. 청구항 2에 있어서;
   상기 에폭시 수지는 다이아몬드 형상의 패턴인 것을 특징으로 하는 계기용 변압변류기.
4. 청구항 2에 있어서;
   상기 절연지는 코일을 감싼 상태에서 120±10℃의 온도로 가열되어 에폭시 수지가 상기 코일을 완전히 고정시켜 절연하는 것을 특징으로 하는 계기용 변압변류기.

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