KR101923136B1

KR101923136B1 - 변압기 탱크용 브레이스장치 및 그의 길이결정방법

Info

Publication number: KR101923136B1
Application number: KR1020160184327A
Authority: KR
Inventors: 박철준; 이규호; 김도진
Original assignee: 효성중공업 주식회사
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2018-11-28
Also published as: US20210125777A1; KR20180079002A; WO2018124520A1; US11574769B2

Abstract

본 발명은 변압기 탱크용 브레이스장치 및 그의 길이결정방법에 관한 것으로, 변압기 탱크(10)의 외면에 장착되어 변압기 탱크(10)의 강도를 보강하는 브레이스장치(20)에 관한 것이다. 본 발명의 브레이스장치(20)는 브레이스본체(21)가 외관을 형성하고, 상기 브레이스본체(21)의 내부공간(22)에서 공명이 발생하는 것을 차단하기 위해, 상기 브레이스본체(21)의 길이를 브레이스본체(21)의 내부공간(22)에서 공명이 발생하지 않는 값으로 설정하거나, 브레이스본체(21)에 격판(24)을 설치하여 공명이 발생하지 않도록 한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 간단한 구성으로 브레이스장치의 길이를 정확하게 설정하여 공명에 의한 소음이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Description

변압기 탱크용 브레이스장치 및 그의 길이결정방법{Brace apparatus for transformer tank and length decision method for the same}

본 발명은 변압기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변압기탱크 내부에서 발생되는 진동에 의해 변압기탱크의 외면에 설치된 브레이스 내부에서 공명에 의한 소음이 발생하는 것을 차단하는 변압기 탱크용 브레이스장치 및 그의 길이 결정방법에 관한 것이다.

변압기의 외관을 구성하는 변압기 탱크의 내부에는 코어 등 주요부품이 설치된다. 상기 변압기 탱크의 내부에는 절연내력을 높이기 위해서 절연유가 채워져 있다. 상기 변압기 탱크에서는 변압기가 동작하는 과정에서 진동이 발생하고, 이 진동이 절연유를 통해 변압기 탱크로 전달된다.

상기 변압기 탱크는 소정의 강도를 가지도록 만들어지는데, 변압기 탱크의 강도 보강을 위해서, 변압기 탱크의 외면에 브레이스를 설치하는 경우가 있다. 브레이스를 변압기 탱크의 외면에 설치함에 의해 내압강도는 만족하지만, 브레이스 내부에 형성된 공간에서 변압기 탱크 내부에서 발생한 진동에 의한 공명이 발생하여 소음이 커지는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0128036호 대한민국 공개특허 제10-2016-0026099호

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 변압기 탱크에서 사용되는 브레이스장치의 내부에서 변압기 탱크에서 발생된 진동에 의한 공명이 발생하는 것을 차단하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 본 발명은 변압기 탱크의 외면에 장착되고 내부에 내부공간이 형성되는 브레이스본체의 길이를 결정하는 변압기 탱크용 브레이스장치의 길이 결정방법에 있어서, 상기 변압기 탱크로 주어지는 진동에 의한 진동주파수를 다르게 설정한 다수의 모드에서 상기 진동에 의해 상기 브레이스본체에서 발생하는 공명주파수를 계산하는 주파수계산단계와, 상기 주파수계산단계에서 계산된 공명주파수를 상기 브레이스본체의 길이에 대한 공명주파수로 회귀분석하여 상기 다수의 모드마다의 회귀식을 구하는 회귀식계산단계와, 상기 다수의 모드마다 구해진 회귀식을 이용하여 상기 브레이스본체의 길이에 대한 공명주파수를 상기 브레이스본체의 길이에 대해 기설정된 간격으로 나누어진 길이마다 계산하는 길이에 따른 주파수계산단계와, 상기 길이에 따른 주파수계산단계에서 상기 간격으로 나누어진 길이마다 계산된 공명주파수를 기초로 상기 변압기 탱크의 진동주파수와 상기 브레이스본체 내부의 공명주파수 간의 불일치로 인해 공명이 발생하지 않도록 하는 상기 브레이스본체의 길이를 구하는 브레이스본체 길이계산단계를 포함하는 변압기 탱크용 브레이스장치의 길이결정방법을 제공한다.

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상기 브레이스본체 길이계산단계에서 구해진 브레이스본체의 길이에서 상기 다수의 모드에 대해 공명이 발생하지 않는 길이를 구하고 상기 구해진 길이를 이용하여 격판의 사용여부를 결정하는 격판사용결정단계를 더 포함한다.

상기 격판은 상기 격판에 의해 각각 구획된 브레이스본체의 내부공간에 상기 진동주파수와 공명주파수가 불일치로 인해 공명의 발생이 차단되도록 위치와 개수가 결정된다.

본 발명에 의한 변압기 탱크용 브레이스장치에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에서는 변압기 탱크의 외면에 부착되어 변압기 탱크의 강도를 보강하는 브레이스장치의 길이를 브레이스 내부에서 변압기 탱크에서 전달된 진동에 의해 공명이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 하거나, 브레이스에 격벽을 두어 브레이스 내부를 공명이 발생하지 않는 길이로 나누도록 하였다. 따라서, 본 발명에서는 다양한 크기를 가지는 변압기 탱크에서 브레이스의 길이 또는 브레이스에 설치되는 격벽의 갯수를 설정하여 공명을 차단할 수 있으므로, 변압기 탱크의 브레이스에서 발생하는 소음을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 외면에 브레이스장치가 설치된 변압기 탱크의 일반적인 구성을 보인 개략사시도.
도 2는 도 1에 도시된 브레이스장치가 변압기 탱크에 설치된 상태를 보인 부분단면도.
도 3은 본 발명 실시례의 브레이스장치의 일례를 보인 사시도.
도 4는 본 발명에서 변압기 탱크에서 주어지는 진동주파수와 공명할 수 있는 주파수의 범위에 대한 구분을 보이는 표.
도 5는 본 발명에서 다른 길이를 가지는 브레이스본체에서 다양한 모드에 대해 주파수를 구하고 공명이 일어나는 모드를 표시한 표.
도 6은 본 발명에서 브레이스본체의 길이와 주파수 사이의 회귀식을 구하는 그래프.
도 7은 본 발명에서 브레이스본체의 길이에서 공명이 일어날 수 있는 모드를 일정한 길이간격을 두고 회귀식에서 구한 표.

이하, 본 발명의 실시례를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도면들에 도시된 바에 따르면, 일반적인 변압기 탱크(10)의 외면에는 브레이스장치(20)가 설치된다. 상기 브레이스장치(20)의 골격을 브레이스본체(21)가 형성한다. 상기 브레이스본체(21)는 본 실시례에서는 횡단면이 'ㄷ'자 형상으로 된다. 따라서, 상기 브레이스본체(21)의 내부공간(22)은 브레이스본체(21)의 일측면 쪽과 양단부쪽으로 개방되어 있다. 상기 브레이스본체(21)가 도 2에 도시된 바와 같이 변압기탱크(10)의 외면에 부착되면 상기 내부공간(22)은 양단부를 제외하고는 폐쇄된다. 물론, 상기 브레이스본체(21)의 양단부도 다른 구성들에 의해 차폐될 수 있다.

상기 브레이스본체(21)의 길이(도면상에서는 높이)는 원칙적으로는 상기 변압기 탱크(10)의 높이 또는 변압기 탱크(10)의 외면에 구비되는 구조물의 존재에 따라 결정된다. 이와 같이 구조적 특성에 의해 결정된 브레이스본체(21)의 길이가 내부공간(22)에서 공명이 발생하지 않을 수 있는 것이라면, 그대로 사용하면 된다. 하지만, 결정된 브레이스본체(21)의 길이가 내부공간(22)에서 공명이 발생할 수 있는 값을 가지는 경우에는 내부에 격판(24)을 설치하여 공명발생을 차단한다.

상기 격판(24)은 상기 내부공간(22)을 구획하는데, 실질적으로는 상기 브레이스본체(21)에 소정의 간격으로 설치되어 상기 브레이스본체(21)의 강도를 보강함과 동시에 공명이 발생하지 않도록 한다.

본 발명에서는 상기 브레이스본체(21)의 길이를 공명이 발생하지 않는 값으로 만들어 변압기 탱크(10)의 외면에 부착하거나, 격판(24)을 활용하여 브레이스본체(21)에서 공명이 발생하지 않도록 하기 위해 격판(24)의 설치 위치와 개수를 결정한다.

이를 위해 특정한 제원을 가지는 브레이스본체(21)에 변압기 탱크(10)에서 발생된 진동에 의한 진동주파수를 다르게 설정한 다수의 모드마다 진동에 의해 브레이스본체(21)에서 발생하는 공명주파수를 구한다. 이때, 상기 공명주파수는 일례로 버추얼랩(Virtual.lab)이라는 상용프로그램을 사용해서 구할 수 있다. 이와 같이 구한 각각의 모드에서의 공명주파수가 상기 진동주파수와 일치하거나 또는 진동주파수를 기준으로 ±10%의 범위 내에 있는 경우에는 공명의 가능성이 존재하는 것으로 본다.

다음으로 다른 조건들은 모두 동일하게 하면서 브레이스본체(21)의 길이를 달리하여 상기 다수의 모드별로 공명주파수를 구한다. 이는 변압기 탱크(10)의 진동주파수가 동일하다고 하더라도 브레이스본체(21)의 길이에 따라 공명이 발생할 수 있기 때문에 길이를 달리하여 각 모드별로 공명주파수를 구하고, 이로써 공명이 발생하지 않는 길이를 찾기 위한 것이다.

위에서와 같이 브레이스본체(21)의 길이별로 구해진 각 모드의 공명주파수를 이용하여 회귀식을 도출한다. 즉, 가로축을 브레이스본체(21)의 길이로 하고 세로축을 주파수로 하여 각각의 모드에서 나오는 곡선으로 회귀식을 도출하는 것이다.

이와 같이 하면 각각의 모드별로 회귀식이 나오고, 이 회귀식에 브레이스본체(21)의 길이값을 넣어서 브레이스본체(21)의 길이별(일정한 간격을 두고)로 모드에 따른 공명주파수를 구한다. 여기서 상기 브레이스본체(21)의 길이 간격을 일정하게 하여, 각각의 브레이스본체(21)의 길이에 대해서 모드별로 공명주파수를 구한다.

다음으로 일정한 길이 간격으로 브레이스본체(21)의 길이마다 공명주파수를 상기 회귀식을 이용하여 구해 보았을 때, 상기 진동주파수를 기준으로 ±10%의 범위 내에 있는 경우는 공명 가능성이 있는 것으로 보고, 모든 모드에 대해 공명 가능성이 없는 브레이스본체(21)의 길이를 구한다.

만약, 변압기 탱크(10)의 제원이 결정되어, 이에 적용하고자 하는 브레이스본체(21)의 길이가 정해지면, 이 길이가 모든 모드에서 공명 발생의 가능성이 없는 것인지를 확인한다. 만약, 적용하고자 하는 브레이스본체(21)의 길이가 모든 모드에서 공명 발생 가능성이 없는 것이라면, 그 길이 그대로의 브레이스본체(21)를 사용한다. 즉, 별도의 격판(24)을 두지 않고 적용하고자 하는 브레이스본체(21)의 길이 그대로의 브레이스본체(21)를 사용한다.

하지만, 변압기 탱크(10)에 적용하고자 하는 브레이스본체(21)의 길이가 어느 한 모드에서라도 공명 발생의 가능성이 있는 것이라면, 격판(24)을 적용하게 된다. 이때는 적용하고자 하는 브레이스본체(21)의 길이를 공명이 발생하지 않는 길이로 나누는 위치에 격판(24)을 설치하면 된다.

위에서 설명된 내용을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해, 아래에서는 브레이스본체(21)의 길이를 정하거나 격판(24)의 위치 및 개수를 정하는 것을 실제 예를 들어 설명하기로 한다.

먼저, 변압기 탱크(10)로부터 주어지는 진동에 의한 진동주파수를 120Hz로 보고, 이 진동주파수와 관련해서 공명이 일어날 수 있는 공명주파수의 범위를 도 4에 도시된 표와 같이 구했다.

즉, 120hz에 대해서 ±10% 범위인 108에서 132Hz 사이, 240Hz에 대해서 ±10% 범위인 216에서 264Hz 사이, 360Hz에 대해서 ±10% 범위인 324에서 396Hz 사이, 480Hz에 대해서 ±10% 범위인 432에서 528Hz 사이에 있을 경우 진동주파수와 공명주파수의 일치로 인해 공명이 일어날 가능성이 있는 것으로 보았다. 그리고 도 4의 표에서는 각 주파수 범위에 대해서 색상을 지정하여 구분하였다.

다음으로, 가로길이가 382mm, 세로길이가 241mm이고, 다양한 길이(높이)를 가지는 브레이스본체(21)들에 대해서 공명주파수를 구했다. 이때, 모드를 1~6으로 나누었는데, 상기 모드는 상기 진동주파수를 다르게 설정하는 것으로 구분할 수 있다.

이와 같은 조건에서, 특정한 브레이스본체(21)에 대해서 각각의 모드에서의 공명주파수를 버추얼랩(Virtual.lab)이라는 상용프로그램을 사용해서 구했다. 이와 같이 구해진 공명주파수들은 도 5에 표시된 표에 두었다. 도 5에 표시된 각각의 필드의 색상은 도 4에서 구분된 범위에 각각의 모드에서의 공명주파수가 포함되는지를 표시한 것이다.

다음으로, 도 5의 표에 있는 공명주파수들을 사용하여 도 6에 표시된 바와 같이 x축이 브레이스본체(21)의 길이이고, y축이 공명주파수인 그래프로 만들었다. 이 그래프의 곡선으로부터 일정한 길이 간격에 대해서 브레이스본체(21)에 대한 공명주파수를 얻을 수 있다. 즉 해당되는 모드에 대한 회귀식을 구할 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 공명주파수가 도 7에 표시되어 있다. 여기서는 총 6개의 모드에 대해서 공명주파수를 계산했다. 이를 위해서는 모드별로 회귀식을 구해야 한다.

도 7의 표에서는 각각의 모드별로 브레이스본체(21)의 길이(높이)별로 공명주파수를 표시했고, 이들 공명주파수가 상기 진동주파수에 의해 공명할 수 있는 범위에 있는지를 도 4에 표시된 것과 같은 색상으로 표시했다.

다음으로, 적용하고자 하는 브레이스본체(21)의 길이가 정해지면, 도 7을 보면서, 이 길이가 모든 모드에서 공명 발생의 가능성이 없는 것인지를 확인한다. 만약, 적용하고자 하는 브레이스본체(21)의 길이가 모든 모드에서 공명 가능성이 없는 것이라면, 그 길이 그대로의 브레이스본체(21)를 사용한다. 하지만, 변압기 탱크(10)에 적용하고자 하는 브레이스본체(21)의 길이가 어느 한 모드에서라도 공명의 가능성이 있는 것이라면, 격판(24)을 적용하게 된다. 이때는 적용하고자 하는 브레이스본체(21)의 길이를 공명이 발생하지 않는 길이로 나누는 위치에 격판(24)을 설치하면 된다. 이는 변압기 탱크(10)의 진동주파수와 브레이스본체(21) 내부에서의 공명주파수가 서로 불일치되는 길이가 되도록 브레이스본체(21) 내부공간에 적어도 하나 이상의 격판(24)를 설치하는 것이다. 이때, 상기 진동주파수와 공명주파수의 불일치라 함은 상기 진동주파수를 기준으로 기설정된 범위(본 실시 예에서는 ±10% 내의 범위)를 벗어나는 경우를 의미한다.

예를 들어 적용하고자 하는 브레이스본체(21)의 길이가 1700mmn라면, 도 7의 표에서 보면 모드5에서 501Hz로 공명발생범위에 있다. 따라서, 1700mm를 그대로 사용할 수 없다. 도 7의 표에서 보면, 100,200,300, 400. 600, 800, 1200, 1600mm에서 공명이 발생하지 않으므로, 다음과 같이 나누어서 격판(24)을 설치할 수 있다.

즉, 1700을 1600과 100mm로 나누어서 하나의 격판(24)을 1600mm의 위치에 설치하거나, 1700을 1200, 600, 100mm로 나누어서 2개의 격판(24)을 1200mm, 1800mm의 위치에 각각 설치하는 것이다. 이 경우에 100mm 간격으로 격판(24)을 16개를 설치할 수도 있다. 이와 같이 격판(24)의 개수와 위치가 설정되는 것이다.

만약, 변압기 탱크(10)의 진동주파수와 특정한 길이를 가지는 브레이스본체(21)의 내부공간에서의 모든 모드에서의 주파수가 공명주파수가 불일치하는 경우에는 격판(24)을 설치할 필요가 없다. 도 7에서 보면, 파란색으로 표시된 길이로서, 3200, 1600, 1200, 800, 600, 400, 300,200,100mmm가 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 변압기 탱크 20: 브레이스장치
21: 브레이스본체 22: 내부공간
24: 격판

Claims

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변압기 탱크의 외면에 장착되고 내부에 내부공간이 형성되는 브레이스본체의 길이를 결정하는 변압기 탱크용 브레이스장치의 길이 결정방법에 있어서,
상기 변압기 탱크의 진동에 의한 진동주파수를 다르게 설정한 다수의 모드에서 상기 진동에 의해 상기 브레이스본체에서 발생하는 공명주파수를 계산하는 주파수계산단계와,
상기 주파수계산단계에서 계산된 공명주파수를 상기 브레이스본체의 길이에 대한 공명주파수로 회귀분석하여 상기 다수의 모드마다의 회귀식을 구하는 회귀식계산단계와,
상기 다수의 모드마다 구해진 회귀식을 이용하여 상기 브레이스본체의 길이에 대한 공명주파수를 상기 브레이스본체의 길이에 대해 기설정된 간격으로 나누어진 길이마다 계산하는 길이에 따른 주파수계산단계와,
상기 길이에 따른 주파수계산단계에서 상기 간격으로 나누어진 길이마다 계산된 공명주파수를 기초로 상기 변압기 탱크의 진동주파수와 상기 브레이스본체 내부의 공명주파수 간의 불일치로 인해 공명이 발생하지 않도록 하는 상기 브레이스본체의 길이를 구하는 브레이스본체 길이계산단계를 포함하는 변압기 탱크용 브레이스장치의 길이결정방법.
제5항에 있어서, 상기 브레이스본체 길이계산단계에서 구해진 브레이스본체의 길이에서 상기 다수의 모드에 대해 공명이 발생하지 않는 길이를 구하고 상기 구해진 길이를 이용하여 격판의 사용여부를 결정하는 격판사용결정단계를 더 포함하는 변압기 탱크용 브레이스장치의 길이결정방법.
제6항에 있어서, 상기 격판은 상기 격판에 의해 각각 구획된 브레이스본체의 내부공간에 상기 진동주파수와 공명주파수가 불일치로 인해 공명의 발생이 차단되도록 위치와 개수가 결정되는 변압기 탱크용 브레이스 장치의 길이결정방법.