KR20170065077A - 철심 및 이를 구비하는 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기의 철심에서 발생하는 유도 전류의 흐름을 차단하여 발열을 최소화할 수 있는 철심 및 이를 구비하는 변압기에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 철심은 상부 요크, 상기 상부 요크의 하측에서 상기 상부 요크와 나란하게 배치되는 하부 요크, 상기 상부 요크와 상기 하부 요크를 연결하는 다수의 레그, 및 상기 레그가 상기 상부 요크, 상기 하부 요크와 상호 결합되는 면에 형성되는 절연층을 포함할 수 있다. 이에 따라 축방향 유도 전류에 의해 야기되는 문제를 최소화할 수 있다.

Description

철심 및 이를 구비하는 변압기{CORE AND TRANSFORMER USING THE SAME}

본 발명은 변압기의 철심에서 발생하는 유도 전류의 흐름을 차단하여 발열을 최소화할 수 있는 철심 및 이를 구비하는 변압기에 관한 것이다.

변압기(transformer)는 전자기유도현상을 이용하여 교류의 전압 및 전류의 크기를 변화시키는 변환 장치이다.

변압기는 소형의 전자 기기에서부터 대형의 변전 설비 또는 송전 설비까지 널리 사용되고 있다. 특히, 대형의 변전 설비 또는 송전 설비에서는 초고압 대용량 변압기가 주로 사용되고 있다.

일반적으로, 변압기는 공통된 철심의 둘레에 복수개의 권선이 감겨 있는 구조로 형성되며, 한 쪽의 권선으로 전력이 입력된 후 다른 쪽의 권선으로 전력이 출력되는 방식이다.

또한 전력용 변압기의 경우, 권선이나 철심을 고정 및 지지하기 위해 클램프와 탭체인저 등의 부품들이 포함될 수 있다. 또한 각 부품들간의 절연성을 확보하기 위하여 절연유를 절연매질로 사용하고 있으며 외함 내에 배치되어 외부 환경으로부터 보호된다.

도 1은 종래 기술에 따른 변압기의 철심을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 부분 확대도로, 낱장의 전기 강판이 서로 접촉하는 형상을 확대하여 도시하였다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 변압기의 철심(20)은 상부 요크(50), 하부 요크(51), 레그(52, 53)를 포함하여 구성되며, 각 구성 요소들은 다수의 강판이 적층되어 형성된다.

그런데 종래의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 전기 강판이 접촉하는 부분을 확대하면, 레그(53)와 요크(50) 연결되는 부분에 불규칙한 간격이 형성된다.

이로 인해, 변압기 동작 시 자기장 불균형 분포로 인해 철심에 발생되는 축류(Axial currents)의 흐름(화살표)가 상대적으로 간격이 좁은 부위에 집중되며, 이에 해당 부위에서 발열이 집중되는 문제가 있다.

또한, 상기한 간격 사이에 전위차가 발생하게 되면, 미세 방전 등이 유발되며 이로 인해 변압기 내부를 채우고 있는 절연유의 화학 분해를 유도할 수 있다.

본 발명은 철심 사이에서 미세 방전이 발생하거나, 국소 발열이 발생하는 것을 최소화할 수 있는 철심과 이를 구비하는 변압기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 변압기용 철심은, 상부 요크, 상기 상부 요크의 하측에서 상기 상부 요크와 나란하게 배치되는 하부 요크, 상기 상부 요크와 상기 하부 요크를 연결하는 다수의 레그, 및 상기 레그가 상기 상부 요크, 상기 하부 요크와 상호 결합되는 면에 형성되는 절연층을 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 절연층은, 상기 레그와 상기 상부 요크, 상기 하부 요크에 각각 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 절연층은, 내열성과 전기 절연성을 가질 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 레그들, 상기 상부 요크, 및 상기 하부 요크는 상기 절연층에 의해 상호 간에 전기적으로 절연이 유지될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 변압기는, 상기한 철심, 상기 철심에 권선되는 권선, 및 상기 권선이 권선된 철심이 수용되는 외함을 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 축류의 흐름으로 인해 특정 부위에 발열이 집중되거나, 미세 방전이 발생하는 문제를 해소할 수 있다.

또한 미세 방전이 억제되므로, 절연유의 화학적 변화를 최소화할 수 있으며, 이에 변압기 내 가스 발생을 최소화할 수 있다. 따라서 변압기의 안정성을 높일 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 변압기의 철심을 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 A부분을 확대하여 도시한 부분 확대도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변압기의 구성이 개략적으로 도시된 도면.
도 4는 도 3에 도시된 변압기의 철심을 개략적으로 도시한 분해도.
도 5는 도 4에 도시된 철심의 B-B에 따른 단면을 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 철심을 부분적으로 확대하여 도시한 부분 확대도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 더하여 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변압기의 구성이 개략적으로 도시된 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 변압기의 철심을 개략적으로 도시한 분해도이다. 또한 도 5는 도 4에 도시된 철심의 B-B에 따른 단면을 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 철심을 부분적으로 확대하여 도시한 부분 확대도이다. 여기서 도 6은 도 2에 확대 도시된 부분과 대응하는 부분을 도시하고 있다.

먼저 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 변압기(100)는 외함(110), 권선(130), 및 철심(120)을 포함할 수 있다.

외함(110)의 내부에는 철심(120)과 권선(130)이 배치될 수 있다. 즉, 외함(110)은 철심(120)과 권선(130)을 외부와 격리시킴과 동시에 외부 환경으로부터 철심(120)과 권선(130)을 보호하는 부재이다.

외함(110)의 내부에는 변압기(100)의 종류에 따라 다양한 유체가 저장될 수 있다. 예를 들면, 유입식 변압기의 경우에는 외함(110)의 내부에 절연유가 채워질 수 있으며, 건식 변압기의 경우에는 외함(110)의 내부에 공기가 채워질 수 있다.

권선(130)은 후술되는 철심(120)에 감겨지는 와이어(wire) 형태 또는 포일(foil) 형태의 도선일 수 있으며, 1차 권선과 2차 권선을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 1차 권선과 2차 권선이 철심(120)의 메인 레그(153)에 상호 적층되며 권선되는 경우를 예로 들고 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 사이드 레그(152)에 권선하는 것도 가능하다.

철심(120)은 자기력선의 통로 역할을 수행하는 부재이다. 일반적으로, 철심(120)은 철손을 감소시키기 위하여 박강판을 적층시킨 구조로 형성된다. 본 실시예에 있어서 철심(120)은 전기강판들을 적층시킨 구조로써, 전기강판은 규소를 포함하는 박강판일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

철심(120)은 도 4에 도시된 바와 같이 상부 요크(150), 하부 요크(151), 레그(152, 153), 요크 결합부(154, 155), 및 레그 결합부(156, 157)를 포함한다.

상부 요크(150)는 철심(120)의 상부를 형성하는 부재로, 막대 형태로 형성되어 길게 배치될 수 있다.

하부 요크(151)는 철심(120)의 하부를 형성하는 부재이다. 하부 요크(151)는 상부 요크(150)의 하측에서 상부 요크(150)와 평행하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 하부 요크(151)와 상부 요크(150)는 수평 방향을 따라 나란하게 배치될 수 있다.

레그(152, 153)는 상부 요크(150)와 하부 요크(151)의 사이에 수직하게 배치되는 부재이다. 레그(152, 153)는 상부 요크(150)와 하부 요크(151)의 사이에 수직 방향을 따라 복수개가 소정 간격으로 서로 이격되게 배치될 수 있다.

구체적으로 본 실시예에 따른 레그(152, 153)는 중심에 배치되는 메인 레그(153)와, 메인 레그(153)의 양측에 각각 배치되는 두 개의 사이드 레그(152)를 포함한다.

한편, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어 상기한 실시예에서는 메인 레그(153)가 하나로 구성되나 변압기를 3상용이나 병렬 구조로 구성하는 경우, 메인 레그(153)는 다수 개로 구성될 수 있다.

요크 결합부(154, 155)는 상부 요크(150)나 하부 요크(151)가 레그와 결합되는 부분이다. 따라서 요크 결합부(154, 155)는 레그(152, 153)와 동일한 개수로 상부 요크(150)와 하부 요크(151)에 각각 형성될 수 있다.

레그 결합부(156, 157)는 레그(152, 153)들의 양단에 각각 형성된다. 레그 결합부(156, 157)는 상부 요크(150)와 하부 요크(151)의 요크 결합부(154, 155)에 각각 결합된다.

즉, 요크 결합부(154, 155)와 레그 결합부(156, 157)는 서로 대면하며 결합되는 면을 의미한다.

따라서 요크 결합부(154, 155)와 레그 결합부(156, 157)는 서로 맞물리며 결합될 수 있는 구조로 형성된다. 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이, 레그 결합부(156, 157)가 중심으로 갈수록 돌출 형성되는 경우, 요크 결합부(154, 155)는 중심으로 갈수록 오목한 홈의 형태로 형성될 수 있다.

또한, 요크 결합부(154, 155)나 레그 결합부(156, 157) 중 어느 하나에는 절연층이 형성된다.

절연층(180)은 절연 도료를 요크 결합부(154, 155)나 레그 결합부(156, 157)에 도포함으로써 형성될 수 있다. 여기서 절연 도료는 변압기의 정상 운전중 발생하는 열에 의한 화학적 변형을 일으키지 않는 내열 성능을 갖는 도료가 이용될 수 있다.

절연층(180)에 의해, 레그들(152, 153)과 상부 요크(150), 하부 요크(151)는 상호 간에 전기적으로 절연된다. 따라서 레그(152, 153)와 요크(150, 151) 간의 축류 흐름을 차단할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 요크 결합부(154, 155)와 레그 결합부(156, 157)에 모두 절연층(180)이 형성되는 경우를 예로 들고 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며 요크 결합부(154, 155)와 레그 결합부(156, 157) 중 어느 한쪽에만 절연층(180)을 형성하는 것도 가능하다.

이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 철심은 낱장의 전기 강판들을 적층하여 레그(152, 153)와 요크(150, 151)를 형성한 후 이들을 조립하기 전에 요크 결합부(154, 155)와 레그 결합부(156, 157)에 전기 절연 성능을 가지는 도료를 도포하여 요크 결합부(154, 155)와 레그 결합부(156, 157) 사이에 전기적 절연층(180)을 형성한다.

절연층(180)이 형성됨에 따라, 본 실시예에 따른 변압기는 자기장 불균형 분포로 발생되는 축류(Axial currents)가 요크에서 레그 측으로 또는 레그에서 요크 측으로 흐르는 것을 차단할 수 있다(도 6의 화살표 참조).

이에 따라 축류(Axial currents)가 상대적으로 간격이 좁은 부위에 집중되며, 이에 축류가 흐름으로 인해 특정 부위에 발열이 집중되거나, 미세 방전이 발생하는 문제를 해소할 수 있다.

또한 미세 방전이 억제되므로, 절연유의 화학적 변화를 최소화할 수 있으며, 이에 변압기 내 가스 발생을 최소화할 수 있다. 따라서 변압기의 안정성을 높일 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

100: 변압기
110: 외함
120: 철심
130: 권선
150: 상부 요크
151: 하부 요크
152: 사이드 레그
153: 메인 레그
180: 절연층

Claims (5)

1. 상부 요크;
   상기 상부 요크의 하측에서 상기 상부 요크와 나란하게 배치되는 하부 요크;
   상기 상부 요크와 상기 하부 요크를 연결하는 다수의 레그; 및
   상기 레그가 상기 상부 요크, 상기 하부 요크와 결합되는 면에 형성되는 절연층;
   을 포함하는 변압기용 철심.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 절연층은,
   상기 레그와 상기 상부 요크, 상기 하부 요크에 각각 형성되는 변압기용 철심.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 절연층은,
   내열성과 전기 절연성을 갖는 것을 특징으로 하는 변압기용 철심.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 레그들, 상기 상부 요크, 및 상기 하부 요크는 상기 절연층에 의해 상호 간에 전기적으로 절연이 유지되는 변압기용 철심.
   
5. 제1항에 기재된 철심;
   상기 철심에 권선되는 권선; 및
   상기 권선이 권선된 철심이 수용되는 외함;
   을 포함하여 구성되는 변압기.

Images