KR102669370B1 - 변압기 고압부싱 체결용 플랜지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 변압기 상부에 부착된 고압부싱에 관한 것으로 단자클램프와 애자 및 일체형 플랜지로 구성되며 상기 일체형 플랜지는 변압기 상부 뚜껑 하부에 암나사 형상의 플랜지가 용접등의 방법으로 상부 뚜껑에 고정되고 숫나사 형상의 플랜지를 나사조임 방법으로 체결하여 완전한 기밀을 유지시켜 이물질 혼입과 누유를 예방할 수 있도록 구성하며 플랜지 조임지그를 이용하여 일정한 토크로 체결부위 압력분포를 균일하게 조임으로서 편심을 방지하여 비숙련자도 용이하게 시공이 가능하도록 할뿐 만 아니라 나노 크기의 입자를 갖는 실리콘 컴파운드 소재를 이용한 코팅을 고압부싱에 활용되는 금구와 조임지그에 실시함으로서 내부식 및 트래킹 현상으로 인한 변압기 안전사고를 예방하고자 하는 고압부싱에 관한 것이다.
Description
본 발명은 변압기 상부에 부착된 고압부싱에 관한 것으로 단자클램프와 애자 및 일체형 플랜지로 구성되며 상기 일체형 플랜지는 변압기 상부 뚜껑 하부에 암나사 형상의 플랜지가 용접등의 방법으로 상부 뚜껑에 고정되고 숫나사 형상의 플랜지를 나사조임 방법으로 체결하여 완전한 기밀을 유지시켜 이물질 혼입과 누유를 예방할 수 있도록 구성하며 플랜지 조임지그를 이용하여 일정한 토크로 체결부위 압력분포를 균일하게 조임으로서 편심을 방지하여 비숙련자도 용이하게 시공이 가능하도록 할뿐 만 아니라 나노 크기의 입자를 갖는 실리콘 컴파운드 소재를 이용한 코팅을 고압부싱에 활용되는 금구와 조임지그에 실시함으로서 내부식 및 트래킹 현상으로 인한 변압기 안전사고를 예방하고자 하는 고압부싱에 관한 것이다.
일반적으로 변전소로부터 고압(22,900V)으로 공급되는 전력은 변압기를 통해 가정이나 산업현장 등의 일반 수용가에서 사용이 가능한 저압(220V, 380V)으로 변환되어 공급된다.
이때, 변압기란 전자기유도작용으로 교류전압 및 전류값을 변화시키는 장치의 총칭인바 전술한 바와 같이 변전소로부터 가공전선을 통해 전송된 고압의 전기를 일반 수용가에서 요구되는 저압의 전기로 변환시켜 전력을 공급해 주는 것을 변압기라하며 통상 전신주 등에 고정되어 설치되는 변압기를 주상변압기라고 한다
이러한 주상변압기의 구조는 용량 및 전압에 따라서 차이를 보일 수 있지만 공통적으로 변압기의 기능을 수행하기 위한 권선과 철심을 필수적으로 포함하고 있고 권선과 철심은 절연류로 충진된 탱크안에 내장되는 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.
주상변압기는 외관상 몸체를 이루는 원형의 외함과 이를 밀폐하기 위한 상부뚜껑과 외부로부터 공급되는 고압의 전기를 권선으로 인가하는 접속부재로서 상부두껑을 관통하여 설치되는 고압부싱, 변압된 저압의 전기를 다시 외부로 인출하기 위해 외함의 외벽에 설치되는 저압부싱, 주상 변압기 외부의 가공전선과 주상변압기 내부의 권선을 전기적으로 연결하기 위한 케이블로 구성된다.
이ㅣ때 상기 주상변압기의 외함 내부에는 절연유가 충진되어 변압시 발생되는 열을 냉각시키도록 되어 있다.
그리고 상기 고압부싱은 전기적으로 충분한 절연내력을 갖도록 함은 물론 고압가공전선으로부터 연결되는 케이블을 지탱할 수 있을 정도의 지지력을 가지면서, 연결되는 케이블 나선 부분의 고전압을 절연할 수 있고, 특히 염분이나 먼지 등이 부착될 경우 절연내력이 저하되는 것을 방지하기 위해 내열 및 내식성이 뛰어난 자기재질의 애자가 주로 사용되고 있으나 최근에는 고분자 합성기술의 발달과 함께 고압부싱의 재질로 EPDM(에틸렌프로필렌고무), XLPE, 에폭시 및 실리콘 고무와 같은 고분자로 이루어진 고무나 폴리머 재질이 사용되고 있다.
상기 고압부싱은 변압기에 설치되며 애자와 변압기에 전기적으로 연결되면서 애자의 내부에 고정되고 그 상단의 나사축이 애자의 상부로 연장된 커넥터와 상기 커넥터의 나사축에 나사 결합되며 그 상면에는 연결단자가 구비되어 케이블을 연결할 수 있도록 된 도전체인 캡 형태의 단자클램프로 구성된다.
여기서, 애자의 하단은 플렌지와 스프링 및 체결용 볼트 등으로 구성되며 플렌지 하부에 패킹은 플렌지와 상부 두껑사이에 구성되어 애자 내부에 유입된 절연유가 상두두껑의 관통공으로 누출되는 것을 방지함과 동시에 애자의 손상을 방지하는 역할을 수행하게 된다.
그러나, 종래의 고압부싱은 주상변압기의 설치 또는 유지보수 시 돌출된 고압부싱을 이용하여 이동 또는 압력을 가함으로서, 플렌지에 체결된 3개의 볼트 사이에 서로 다른 압력이 전달되어 플렌지와 상부 두껑사이에 뒤틀림이 발생함으로서 누유가 발생하거나 변압기 내부로 빗물과 같은 이물질이 혼입되어 절연유를 오염시킴으로서 변압기의 절연내력을 감소시키고 안전사고와 화재발생 등 변압기를 손상시키는 사고가 자주 발생하느느 문제점이 발생하였다.
또한, 자기 등의 부스러지기 쉬운 재질로 이루어진 고압부싱은 볼트를 조이는 과정에서 3개의 볼트에 조이는 압력을 서로 달리할 경우 뒤틀림이 발생하고 패킹밀림이나 크랙이 발생할 수 있기 때문에 작업자의 감각에 의존하여 숙련자가 필요했으며 이로 인해 작업성이 현저히 저하될 뿐만 아니라 변압기에 사용되는 모든 금구는 경년열화에 의해 부식이 발생함으로서 표면에 부착된 이물질에 의해 발생하는 트래킹 현상으로 부분방전이 발생함으로서 변압기 사고가 발생하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 패킹의 뒤틀림과 밀림현상 방지를 위해 일체형 나사구조를 취하여 완전기밀을 유지할 수 있도록 하여 이물질 혼입 및 누유를 방지하고자 하였으며 일정 토크(kgfm)로 조이고 체결부위 압력분포를 균일하게 하여 편심을 방지함으로서 비숙련자도 시공이 가능하도록 별도의 플랜지 조임지그를 적용하여 체결시간 단축과, 원가 절감, 작업자의 실수를 방지하고자 하였다.
또한 고압부싱에 사용되는 금구에 나노 실리콘 컴파운드를 이용한 코팅을 실시함으로서 금구의 경년열화에 따른 내부식 특성을 향상시키고 자정작용 특성으로 표면의 이물질 부착을 예방함으로서 트래킹에 의한 전기 안전사고를 예방할 수 있도록 하였다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 변압기 상부에 부착된 고압부싱은 단자클램프와 애자 및 일체형 플랜지로 구성되며 상기 일체형 플랜지는 변압기 상부 뚜껑 하부에 암나사 형상의 플랜지를 용접 등의 고정방법을 활용하여 고정하고 숫나사 형상의 플랜지를 일체형으로 나사 조임함으로서 상부 뚜껑 상부에 삽입된 패킹의 뒤틀림과 밀림현상을 방지하고 완전한 기밀을 유지시켜 이물질 혼입과 누유를 예방할 수 있도록 구성하며 누구나 용이하게 플랜지를 조일 수 있도록 플랜지 조임지그를 이용하여 일정한 토크로 체결부위 압력분포를 균일하게 조임으로서 편심을 방지하여 비숙련자도 용이하게 시공이 가능하도록 하였다.
또한 나노 크기의 입자를 갖는 실리콘 컴파운드 소재 또는 니켈도금등 어느 한가지를 이용한 코팅을 고압부싱에 활용되는 금구에 실시함으로서 내부식 및 트래킹 현상으로 인한 변압기 안전사고를 예방하고자 하였다.
본 발명에서는 패킹의 뒤틀림과 밀림현상 방지를 위해 일체형 나사구조를 취하여 완전기밀을 유지할 수 있도록 함으로서 이물질 혼입 및 누유를 방지하고 일정 토크(kgfm)로 조여 체결부위 압력분포가 균일하게 되도록 하여 편심을 예방함으로서 정전감소 및 전기 안전사고를 예방할 수 있을 뿐만 아니라 작업의 편의성을 제고하고 나노 실리콘 컴파운드 코팅 또는 니켈 도금 등을 이용하여 안정성을 개선함으로서 변압기 수명을 연장하고 교체비용 절감 효과가 있다.
도 1. 종래기술의 주상변압기
도 2. 종래기술의 고압부싱
도 3. 본 발명의 고압부싱
도 4. 본 발명의 애자와 상부두껑사이의 상세도
도 5. 본 발명에 사용되는 일체형 나사구조의 플랜지 분해도
도 6. 본 발명의 플랜지 단면도
도 7. 본 발명의 원통형 조임지그
도 8. 본 발명의 라켓형 조임지그
도 2. 종래기술의 고압부싱
도 3. 본 발명의 고압부싱
도 4. 본 발명의 애자와 상부두껑사이의 상세도
도 5. 본 발명에 사용되는 일체형 나사구조의 플랜지 분해도
도 6. 본 발명의 플랜지 단면도
도 7. 본 발명의 원통형 조임지그
도 8. 본 발명의 라켓형 조임지그
이하 본 발명에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명은 클램프와 애자로 구성된 변압기용 고압부싱(100)에 있어서, 상부 뚜껑(120)의 관통공에 고압부싱의 하부가 삽입되고, 애자(131)와 상부 뚜껑(120)은 패킹(136)으로 밀착되며, 상기 상부 뚜껑의 하부에 암나사 플랜지(1342)가 고정되고, 사각형의 요홈을 구비한 숫나사 플랜지(1341)가 결합되는 일체형 플랜지(134)와 상기 고압부싱 하부의 요홈에 원형의 스프링(133)이 삽입되며, 상기 플랜지(134)는 사각형의 돌출부(201)로 구성된 조임지그(200)에 의해 체결될 때 상기 스프링(133)에 의해 상기 상부 뚜껑(120)과 더욱 밀착되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 변압기 고압부싱 체결용 플랜지에 관한 것이다.
도3에 나타난 바와 같이 고압부싱의 상부에는 전선을 클램핑하는 단자클램프(300)가 부착되어 있으며 상기 단자클램프(300)는 회전시켜 조임으로서 전선을 밀착시킬 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 도 3은 변압기 상부 뚜껑(120)에 결합된 고압부싱은 단자클램프(300), 애자(131) 및 암나사 플랜지(1342)와 숫나사 플랜지(1341)가 나사조임으로 결합되는 일체형 플랜지(134)로 구성된다.
이때 암나사플랜지(1341)는 상부 뚜껑의 하부에 용접 또는 고정이 가능한 방법을 이용하여 고정하고 고압부싱의 하부가 변압기 상부 뚜껑(120)의 관통공에 삽입된 후 숫나사 플랜지(1342)는 나사조임 형태로 결합되며 애자와 상부 뚜껑 상부 사이에 삽입된 패킹(136)의 뒤틀림과 밀림현상을 방지하고 체결부위의 압력분포를 균일하게 하여 편심을 예방할 수 있도록 플랜지 조임지그를 이용하여 체결하는 것을 특징으로 한다.
또한, 도 4는 애자와 상부두껑(120)사이에 변압기 내부의 오일이 누유되는 것을 방지하기 위하여 패킹(136)을 사이에 두고 밀착될 수 있도록 하였다.
본 발명에서 고압부싱의 조립순서는 애자의 하부에 패킹을 삽입한 후 상부 뚜껑에 형성된 관통공에 고압부싱의 하부를 삽입하고 변압기 상부 뚜껑(120)에 용접등으로 고정된 암나사 플랜지와 숫나사 플랜지(1342)를 나사 조임으로 체결하며 고압부싱의 하부에 형성된 원형의 요홈에 원형의 스프링을 삽입하여 숫나사 플랜지(1342)를 조임지그를 사용하여 체결시 스프링의 탄성과 방지 턱의 역할에 의하여 변압기 상부 뚜껑(120)의 완전기밀을 유지할 수 있도록 밀착 체결이 가능하며 이물질 혼입 및 누유를 방지할 수 있다.
또한, 숫나사 플랜지의 수평면에는 사각형상의 요홈이 2개 이상 형성되도록 구성하고 상기의 요홈에 조임지그의 돌출부가 끼움형태로 압력을 주어 체결될 수 있도록 하였다.
상기의 조임지그는 도 7와 도8에 나타난 바와 같이 원통형상 또는 라켓(탁구 또는 테니스 라켓) 형상으로 하부에 2개 이상의 사각형상 돌출부를 구성하여 숫나사 플랜지의 사각형 지그홈(137)과 끼워맞춤에 의해 조일 수 있도록 형성되고 원통형 조임지그의 상부는 6각형의 돌출부를 형성하여 용이하게 조임지그의 회전에 의해 체결할 수 있도록 하였다.
또한 도 6은 숫나사 및 암나사 플랜지(134)의 단면도를 나타낸 것으로 구체적으로 설명하면 상부 뚜껑(120) 하부에 용접부(138)와 같이 용접으로 부착한 암나사 플랜지(1342)에 숫나사 플랜지(1341)가 나사산으로 회전하여 결합하는 방식으로 이루어지며 암나사 플랜지(1342)와 숫나사 플랜지(1341)사이에는 패킹(136을 삽입할 수 있으며 암나사가 밀착될 수 있는 요홈이 구성되고 상기의 숫나사 플랜지(1341)에는 사각형 또는 다각형의 지그홈(137)이 형성되어 조임지그의 돌출부가 삽입되어 조임이 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 숫나사 플랜지(1341) 하부에는 스프링(133)이 안착되어 밀착될 수 있도록 안착홈(139)이 형성되어 있어야 한다.
또한 고압부싱에 활용되는 금구에 표면 절연이 가능하며 내부식 특성을 부여하고 및 트래킹 현상으로 인한 변압기 안전사고를 예방하기 위하여 나노 크기의 입자를 갖는 실리콘 컴파운드 소재를 활용하여 코팅을 실시하였다.
절연이 불필요한 금구의 경우 니켈 또는 아연등을 이용하여 5㎛ 이상의 도금을 하여 부식을 방지할 수 있다.
상기의 실리콘 컴파운드 코팅은 본 발명에서 사용되는 고압부싱의 금구표면 또는 조임지그에 일정한 두께로 부착하여 자정작용특성, 내부식특성, 내오염특성, 불연특성, 표면의 고경도 특성 등 다양한 기계적, 화학적 특성을 부여하기 위한 것으로 이하, 본 발명의 코팅방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 실리콘 컴파운드 코팅소재는, 하기 화학식으로 표시되는 알칼리 금속산화물(M2O:x1Na2O+x2K2O+x3Li2O)인 산화나트륨(Na2O), 산화칼륨(K2O), 산화리튬(Li2O) 중 적어도 하나 이상 포함되고; 무기산 화합물; 및 물(H2O);을 포함하며;
[화학식] (x1Na2O+x2K2O+x3Li2O)·ySiO2·nH2O
상기 화학식 (x1Na2O+x2K2O+x3Li2O)·ySiO2에서는, X〉0, (X=x1+x2+x3이며 x1, x2, x30, x1x2+x3 ), yX를 만족한다.
상기 화학식으로 표기되는 나노무기소재((x1Na2O+x2K2O+x3Li2O)·ySiO2·nH2O) 100 중량부에서 (M2O+ySiO2)은 0.1~10 중량부이고 무기산 화합물 0.01 ~ 2 중량부와 나머지의 물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 화학식으로 표현된 소재는 요구되는 기능성과 코팅방법 및 코팅장치에 따라 분산제와 촉매제 그리고 계면활성제 등이 추가로 포함될 수 있다.
상기의 코팅장치에 따른 소재의 변경은 전처리장비에 따라 달라질 수 있으며 특히, 모재 표면의 친수여부에 따라 계면활성제를 포함시켜 부착특성(레벨링)을 개선시키고, 색상을 위한 칼라안료의 분산을 향상시키기 위해 분산제를 더 포함할 수 있으며 소재의 생산시간 단축 및 화학반응의 촉진 등을 위해 촉매제를 추가로 포함시킬 수 있다.
상기 첨가되는 용매(물+무기산화합물)의 양은 첨가 되는 알칼리 산화금속의 용매에 대한 용해도 보다 크며, 무기산 화합물은 주로 인산 또는 붕산을 사용한다.
본 발명의 나노 실리콘 컴파운드 소재는 상기 화학식으로 표시되는 x1Na2O, x2K2O, x3Li2O 중 1종 또는 2종 그리고 3종을 모두 포함하여 제조할 수 있다. 즉, 본 발명은 상기 화학식에 나타난 산화 알칼리 금속 중 적어도 하나 이상을 포함함으로써, 모재와의 접착력 또는 부착력을 높이면서도 코팅박막의 이지클린(easy-clean) 특성, 방오성, 내수성 및 기계적 및 화학적 특성을 포함한 다양한 고기능성을 향상시키는 나노 무기 소재를 구현할 수 있다.
본 발명에 이용되는 모재는 상기의 고압부싱 이외에 변압기에 사용되는 모든 금속 및 비철금속재, 기타 플라스틱(고분자 재료), 필름, 도자기, 타일, 석재, 목재 등의 다양한 모재에 사용 가능하다.
상기 실리콘 컴파운드 코팅 소재를 고압부싱 금구 표면에 코팅하기 위해서 금구표면의 이물질을 제거하기 위한 전처리가 필요할 수 있으며 이것은 알칼리 세정제를 활용한 수세정 또는 산세정, 프라즈마 및 샌드브라스트 등 다양한 전처리가 가능하다.
상기의 전처리과정이 끝나면 수세정의 경우 물로 인한 습기제거를 위한 에어샤워가 필요할 수 있으며 이후 상기의 제조된 실리콘 컴파운드 코팅 소재를 다양한 코팅 방식을 이용하여 부착시키고 300±50℃의 열처리를 통하여 코팅을 완료할 수 있다. 실리콘 컴파운드 코팅 소재를 부착시키는 방법은 스프레이 방식 이외에 붓이나 스폰지, 브러쉬 등를 비롯한 부드러운 천등을 이용하여 바르는 등의 방법들 중 어느 하나의 방법을 이용하거나 하나 이상의 방법을 동시에 사용함으로서 모재 표면에 실리콘 컴파운드 코팅 소재를 코팅할 수 있다. 이때, 비정질 합금 표면에 코팅되는 실리콘 컴파운드 코팅 소재의 코팅막은 10nm ~ 5㎛의 두께로 코팅되도록 함이 바람직하다. 상기의 모든 코팅 방법은 용도에 따라 상기 범위 내에서 코팅두께로 제어가 가능할 것이다.
상기 스프레이 방식의 코팅도막 형성을 위한 조건들의 관계식은 다음과 같다.
Ht : 코팅 두께
Q : 유량(ul/min)
C : 점도 또는 농도(고형분 함량)
U : 모재의 이동속도(m/min)
t : 코팅 횟수
W : 스프레이 면적 (m2)
h : 노즐의 높이(m)
0.1m x 0.1m 평판 코팅의 경우, 유량(100 ul/min ~ 10,000ul/min), 점도(1~10cp), 모재의 이동속도 (0.1~5m/min), 노즐의 이동속도 (10~50m/min),노즐의 높이(0.05 ~ 1m), 코팅 횟수 등의 조건들을 통해 다양한 두께의 코팅 층을 만들 수 있다.
100 : 주상변압기
120 : 주상변압기 상부 뚜껑
130 : 고압부싱, 131 : 애자, 133 : 스프링, 134 : 플랜지, 135 : 볼트, 136 : 패킹, 137 : 지그홈, 138 : 용접부, 139 : 스프링 안착홈
1341 : 숫나사플랜지, 1342 : 암나사플랜지
200 : 조임지그, 201 : 조임지그 돌출부
300 : 단자클램프
120 : 주상변압기 상부 뚜껑
130 : 고압부싱, 131 : 애자, 133 : 스프링, 134 : 플랜지, 135 : 볼트, 136 : 패킹, 137 : 지그홈, 138 : 용접부, 139 : 스프링 안착홈
1341 : 숫나사플랜지, 1342 : 암나사플랜지
200 : 조임지그, 201 : 조임지그 돌출부
300 : 단자클램프
Claims (8)
- 클램프와 애자로 구성된 변압기용 고압부싱(100)에 있어서, 상부 뚜껑(120)의 관통공에 고압부싱의 하부가 삽입되고, 애자(131)와 상부 뚜껑(120)은 패킹(136)으로 밀착되며, 상기 상부 뚜껑의 하부에 암나사 플랜지(1342)가 고정되고, 사각형의 요홈을 구비한 숫나사 플랜지(1341)가 결합되는 일체형 플랜지(134)와 상기 고압부싱 하부의 요홈에 원형의 스프링(133)이 삽입되며, 상기 플랜지(134)는 알칼리 금속산화물(M2O)인 산화나트륨(Na2O), 산화칼륨(K2O), 산화리튬(Li2O) 중 적어도 하나 이상 포함되며 0.1~10 중량부이고; 무기산 화합물 0.01 ~ 2 중량부; 및 나머지의 물(H2O);을 포함하는 [화학식] (x1Na2O+x2K2O+x3Li2O)·ySiO2·nH2O의 실리콘 컴파운드 소재로 코팅되며, 사각형의 돌출부(201)로 구성된 조임지그(200)에 의해 체결될 때 상기 스프링(133)에 의해 상기 상부 뚜껑(120)과 더욱 밀착되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 변압기 고압부싱 체결용 플랜지.
- 제 1항에 있어서,
상기 조임지그(200)는 원통형상을 갖는 것을 특징으로 하는 변압기 고압부싱 체결용 플랜지.
- 제 1항에 있어서,
상기 조임지그(200)는 라켓 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 변압기 고압부싱 체결용 플랜지.
- 제 1항에 있어서,
상기 암나사 플랜지(1342)는 상부 뚜껑(120)과 용접에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 변압기 고압부싱 체결용 플랜지.
- 제 1항에 있어서,
상기 플랜지(134)는 실리콘 컴파운드 소재의 코팅 또는 5 μm 이상 두께의 니켈도금을 하는 것을 특징으로 하는 변압기 고압부싱 체결용 플랜지.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
실리콘 컴파운드 코팅소재 두께는 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 변압기 고압부싱 체결용 플랜지.
- 삭제
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| KR1020210182956A KR102669370B1 (ko) | 2021-12-20 | 2021-12-20 | 변압기 고압부싱 체결용 플랜지 |
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Patent Citations (2)
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