건식 변압기용 코일 및 그 제조방법

제1도는 본 발명에 의한 건식 변압기코일의 일부 종단면도.

제2도는 본 발명에 의한 건식변압기 다중코일의 일부 횡단면도.

제3도는 본 발명에 의한 건식변압기코일의 AB선 종단면도와 정면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의설명

1 : 코일축 2 : 바탕절연체

3 : 구리코일 4 : 덮개층

5 : 끝고리 6 : 냉각통로

7 : 간격유지부재 8 : 실코일층

9 : 코일 10 : 덮개층

본 발명은 와이어를 감은 건식변압기에 쓰이는 코일 및 그 제조방법에 관한 것으로, 연질절연수지, 특히 에폭시수지로 포위되고 수지에 담근 실코일층의 중간층 아래에 층을 형성하여 코일판에 감기며, 절연 수지층과 함께 각리되며 더 나아가서 본 발명은 이러한 방법에 의해서 제조된 코일을 얻는 것을 목적으로 한 것이다.

여기서는 코일이 감긴뒤에 절연수지가 굳어짐으로 단단한 일연의 코일이 만들어지며, 이 일연의 코일의 와이어층은 포위된 절연층 사이에 있게된다.

종런의 건식변압기는 거의 코일이 감겨진 원통, 끝부분의 고리 및 간격 유지부재로 형성되어 있다. 여기서는 구조부재를 고정시키기 위해서 수지나 래커(lacquer)에 침지(浸漬)하였는데 이로인하여 확실하게 고정시킬 수 있었다. 또, 에폭시 수지를 주입함으로써 변압기의 이용범위가 높아져 가동전압기까지 확대되었다.

이로인하여 주위 환경에 영향을 받지 않는 절연물의 견고성 이외에도 작은 부피를 갖게 되었고, 한정된 내단락성을 얻게 되었다.

그러나, 특히 큰부하가 걸린 변압기에서는 상당한 비용이 요구되었다.

왜냐하면 절연체의 열부하가 결코 작은 것은 아니며, 한부분에 주입된 코일몸체를 제작하는 기술로 제어하는 것은 무하가 점점 증가할때 훨씬 더 어려워지기 때문이다.

주입하기 위해 필요로 하는 주입용틀이 제작될 때나 또는 생산될때에 비용이 낭비되고 있다. 그 이외에도 구조를 만들거나 규격대로 만들때 심한 제약을 받게된다.

그밖에 부하가 없을때에도 절연체에서는 상당한 내부전압이 발생하여 전열체의 전기부하량은 감소된다. 이 내부전압은 가동될때 열부하로 인하여 훨씬 더 증가된다.

또한 주입되는 수지와 구리의 서로다른 열팽창게수가 방해받는 것으로 알려졌다.

두꺼운 절연물체와 포위된 수지는 열전도오 온도의 차이를 관련시켜 볼때 얇게 외장된 층보다 더 좋지 못한 상태로 있게 된다.

이와 같이 발생된 높은 기계적 전압대문에 외장(外裝)되지 않은 절연물체에서 균열이 생길수도 있고 이로인하여 변압기가 손실당할수도 있다.

수지가 냉각되거나 파괴되기가 용이할대에는 이러한 위험이 특히 크다.

즉, 가장 짧은 시간내에 아주 심한 열이 발생하면 단락(短絡)의 경우에도 그 위험이 있다.

균열이 발생하는 위험을 감소시키기 위해서 이미 구리의 열팽창계수에 대해서 주입되는 수지의 열팽창계수를 균일하게 하는 것이 제안되었다. 그러나 수지의 종류선택과 최종 생산품의 특성은 특히 주입기술의 관점에서 달성되어야 하는데 큰 제약을 받게 된다.

더 나아가서, 코일과 주입수지절연체 사이에 삽입물을 끼워넣는 것, 예를들면 특히 축방향으로 팽창하는 것은 조절될 수 없다.

왜냐하면, 여기서 가장 큰 절대팽창이 나타나기 때문이다.

경화되는 절연물질에 침지하여 건식변압기코일을 제작하는 것은 이미 알려져 있다. 코일을 감기 이전이나 코일을 감을때 부가되는 절연물질은(때에 따라서는 이미 굳어버린 물질도 있다)가끔 코일의 단면이 제작된 뒤에 굳어져야 한다. 특히 새로운 코일단면을 감기 이전에 층별로 혹은 층 그룹별로 굳혀져야 한다.

이러한 까다로운 방법은 한편으로 자주 주름이 잡히게 되는 것을 막고 또 힘을 조절하기 위해서 또 다른 한편에서는 낡은 층에 대해서 새로운 층을 밀어넣을 때 층이 꼭맞아 끼게 되는 것을 막기 위해 필수적으로 필요하다.

층물질(대부분은 페놀수지)이 전혀 침지되지 않고, 다만 얇은 층만이 허용되며, 부가적으로 원하지도 않았던 물질이 생겨나면 예를들어 물이나 용매등이 생성되면 불리하다. 나중에는 진공속에서 생성되어 석연분말로 채워진 충전제를 생상하는데까지 발전하였다.

그러나 섬유물질로 된 천이나 금속박과 같은 것도 이미 설명된 코일처럼 굳어진 층에서는 비어있는 공간에 채워 넣는 것이 거의 적당하지 않았다. 반죽같이 굳어진 절연물진도 코일(대부분이 원형이나 장방형으로 되어 있다)과 그 테두리를 포위하는 것이 불가능하였다.

모든 층은 이미 딱딱해진 기층상(上)으로 수축하기 때문에 모든 수지는 내부의 기계적 전압에 걸리게된다.

그런데 그 전압으로 인하여 와이어 표면의 주위에서 아주 미세한 균열이 생기고 동시에 섬광을 일으키며 방전을 하게된다.

경우에 따라서는 사전에 굳어져야하고 특히 신속하게 굳어지는 절연물질을 이용할 뿐만 아니라 무엇보다 난로에서 단단하게 하기 위해서 코일작업을 중단시키는 것은 불리하다. 단락시켜 작업을 하면 완성 과정이 근본적으로 지연되어 영향을 받고 이에 따라 제조에 대한 경제성도 영향을 받는다.

더 나아가서 건씨변압기의 코일이 알려져 있는데 이것은 적당한 온도에서 묽은 액체의 수지가 주입(注入)되며, 동일하게 주입된 밴드(bandage)로 외피를 포위하고 있다.

그런데 이 밴드는 급속하게 굳어지며 감은것에 계속해서 또 감거나 쉽게 겹쳐 감겨진 유리섬유밴드로 형성되어 있다.

이 유리섬유 밴드는 기계적으로 경질층을 형성하는데, 이 층은 액체가 기밀하게 차 있는 차단장치로 이용된다. 이 차단장치는 코일 내부로부터 굳지않은 수지가 유입되는 것을 방지하여야 한다.

외피를 커버하는 목적은 고화과정이 진행되는 동안에 코일안에서 채워지지 않은 수지가 연화(軟化)되어 있을 때 유출되는 것을 막고, 동시에 외부에서 주입되는 특의 대용물로서 이용된다.

변압기가 작동될때 과도하게하면 밴드가 비늘모양으로 배열되어(폭이 넓은 그 밴드들은 코일의 종축방향으로 있다) 종축의 힘에 대해서 크게 견디지 못한다. 말하자면 수지가 보다 높은 온도에서 연화되어 있으면 견디지 못하게 된다.

코일은 다만 포위되어 있을뿐이며 내부층과 내부적으로 결합하지 않고 모든 절연체, 원통의 받침대등이 다만 채워지지 않은 수지에 의해서만 연결되기 때문에 코일의 기계적 강도와 열강도는 외피를 포위하지 않을때와 동일하게 낮다.

따라서 감소현상이 일어나고 열에서는 형태를 유지하거나 취진 모두율이 있거나 다른 식별할 수 있는 크기가 있는 일이 드물다.

본 발명의 목적은 앞서 밝힌 종래의 기술의 결점을 제거시킴과 동시에 간단한 경제적인 방법을 제공하여 단락에 강하게 견디는 건식변압기의 코일을 제조하는데 있다.

여기에서는 특별히 구성하는 문제, 규격화하는 문제, 절연물질을 선택하는 물질질과 관련해서 그 제작이 합리적이어야 한다.

처음에 언급된 종류의 방법에서 보면 다음 사항이 본 발명에 적합한 것으로 예측되었다. 처음에는 젤리처럼 엉키지 않고 감는 과정이 진행될 대에는 여전히 축축하지만, 그 과정이 완전히 끝나고 나서야 비로소 대체로 굳어지는 수지를 코일판에 가하여 유리섬유나 이와 같은 물질로 만들어지고 또 수지에 침지된 실코 일층의 형태로, 그리고 지속적으로 동일한 작업단계로 이루어지는 근본적인 절연은 수지에 침지된 다른 실코일층을 통해서 감거나 풀때에 수지로 포위시키면서 적어도 한개의 와이어 코일에 대해서 형성된다.

이러한 방법으로 하면 상당한 기술적 장점을 얻게된다. 다시말하면 코일받침대, 예를들면 축에는 수지에 침지되고 유리섬유로 만든 기층절연체가 감긴다. 또한 수지가 여전히 축축한 상태일때에는 주물질과 그 위에 있는 덮개층이 들어가게 된다. 축축한 상태에서 권회함으로써 각각의 주물질이 묻히게 되고, 포위되며 커버된다.

작업이 진행될 때에는 여러층으로 된 코일의 각층이(도선을 격리시키든지 안시키든) 감겨져 있는 절연층으로 되며, 완전하고도 통일된 코일이 제조된다. 비교적 적은 양의 수지만이 필요하기 때문에 소멸현상은 일어나지 않는다.

분리시켜, 때로는 특별히 준비하여야 하는 종래의 작업과정에 의하면 그와 같은 것이 필연적이므로 주입하지 않고 사전에 침지하며, 게속해서 밴드를 감는다.

근본적으로는 액체상태의 수지로 작업을 하였는바, 중간고화가 되지않고 달성되었다. 코일몸체를 일정하게 회전시킴으로써 수지가 유출되는 현상은 없어졌다. 그러나 감겨진 실코일층에 의해서도 그 현상은 없어졌다.

이 실코일층은 특히 유리섬유로 만들어졌으며, 예를들면 약 70-80%의 아주 높은 유리성분을 가질 수 있기 때문에 중간공간에 있는 수지가 가벼운 유동을 필요로 하게 되는데, 그러한 상태는 기계적으로 단단한 유리섬유에 의해서 형성된다.

이로 인하여 수축으로 발생되는 불리한 영향은 균열이 생기는 것과 동일하게 완전히 제거되었다. 특히 무엇보다도 어떠한 경질코일도 묻힐 수 없는 가장자리에서 지속적인 전압조정이 이루어질 수 있다. 코일을 충분히 이용하는 것이 가장 바람직하다. 제조된 조합체는 주물질 사이에 동질점연층을 형성하며, 공기의 유통이 자유롭기 때문에 아주 높은 전장(電場)의 힘을 즉시 방시하는데 적합하다.

종래의 방식으로 감는 방법이나 주입형태를 이용하지 않고 감아놓은 부재를 나중에 침지하는 방법을 취하면 이 모든 것은 원칙적으로 달성될 수 없다. 처음에 언급된 종류의 코일을 본 발명이 적합하도록 다음과 같이 형성된다.

각 부재에 속하는 코일은 모든 와이어층과 함께 실코일층 사이에 묻히게 된다. 와이어 모서리 및 와이어코일, 그리고 와이어를 감은 중간공간은 권회과정이 진행될 때 축축하지만 나중에 대체로 굳어지는 절연물질로 포위되거나 가득 채워져 있다.

이러한 일연의 와이어는 발생할 수 있는 모든 압력, 인력 및 취진력에 저항한다. 코일은 그 자체에 의해 견디어 낸다. 말하자면 코일은 압력을 받거나 압력을 지지해서는 안되며, 외부의 장선(長線)을 통해서 지탱되어야 하는데, 그러한 것이 이미 알려진 구조에서는 과거에 필수적이었고 현재에도 그러하다.

본 발명에 의한 다른 특징, 구체적 구조 및 잇점은 도면에 의한 상세한 실시예를 들어 다음과 같이 설명한다.

제1도의 상세한 실시에에서는 잘 알려진 실코일 방법(필라멘트코일)에 따라 코일축(1)위에는 바탕절연체(2)가 감겨있다.

수지가 젤라틴으로 된 다음 원구리코일(3)이 필라멘트 코일층(FW층(위에 감긴다. 충분하게 나란히 놓여 있지 않은 와이어는 젤라틴으로 된 수지중에서 여전히 연질층으로 구성된다. 이때문에 와이어의 모서리는 수지로 포위되고, 또 이렇게 되면 전기적 강도가 늘어나고 모서리에서 발생하는 섬광방전을 방지할 수 있다.

덮개 절연체 안에는 다른 FW층이 감겨져 있는 바, 이 때문에 와이어 모서리는 다시 수지에 의해서 포위된다.

FW층은 예를들면 유리섬유층이다. 실을 적당하게 이끌어줌으로써 바탕절연체(2)와 덮개층(4)을 감을때 발생하는 FW코일 머리가 끝고리(5)로 형성되는데, 이 끝고리는 충격을 축방향으로 받아들인다.

왜냐하면 그것은 바탕절연체(2)나 덮개층(4)에서 일체의 코일상에 고정되어 있는 스프링으로 구성되어 있기 때문이다.

스프링의 머리 내지는 끝고리(5)에서 작동하는 스프링은 그 수, 단면, 취진력에 의해서 측정되기 때문에 그것은 종축의 단락력(短絡力)을 흡수할 수 있게 된다. 특수한 방법에 의해서 실이 감겨지고 이끌려질 때 수지/래미네이트 절연층은 공기가 없으며 공극이 형성되어 있지 않다.

제2도에 도시된 상세한 도면에서는 구리코일(3)의 덮개 절연층(4)위에 간격유지부재로서 도 냉각통로 (6)을 얻기 위해서 필요로 한 코일의 요건(要件)에 일치하도록 적당한 형상으로 구성된 부재가 부착되어 있다.

미리 모울드(mold)로 형성되어 있거나 혹은 원하는 형태로 성형할때 필요로 하는 이 부재는 간격유지재부(7)로 사용된다.

이 부재(7)위에는 가치 근접한 바탕 절연체(8)가 감겨져 있고, 그 절연체(8)위에 다른 코일층(9)가 공지의 방법으로 감겨져 있다.

이 코일층(9)에는 다시 FW덮개층(10)을 구성하고 있다. 필요하다면 위에서 설명된 간격유지부재(7)에 다른 코일층(9)을 나중에 구성시킬 수 있다. 전기저항력을 높이기 위해서 절연체를 부가시켜 예를들면 밴드형태로 감게할 수도 있다.

전기를 과도하게 사용하는 것을 허용할 때 간격유지부재(7) 없이 다만 FW절연층(8)이나 (10)에 의해서 간격이 유지되는 구리코일을 각각 감는 것도 가능하다. 여기서도 절연층을 부가하여 감는다.

제3도에서는 젤라틴으로 되지않은 절연층과 코일층이 각각 감기게 됨으로써 간격유지부재(7)가 접합될 때 저압코일과 코압코일로 형성된 일연의 코일이 어떻게 형성되는가를 나타낸 것이다. 일연의 코일이 기계적으로 과도한 사용에 대해서 높은 강도를 갖고 있다.

코일을 종축으로 미는 힘(단락의 결과로서 나타낼 수 있다)은 절연층을 통해서 받아들여진다. 또 그것은 가능하다.

왜냐하면 코일의 제조방법에 의해 FW층(2,4,8,10) 및 간격유지부재(7), 끝고리(5)가 하나의 완전한 조합체를 형성하여 냉각통로(6)까지도 나타내기 때문이다. 이러한 완전한 조합체는 다른 기게적 가공을 필요로 함이 없이 제조될 수 있다.

이와 같은 구성에 의해 건식변압기의 제조방법은 간단히 할 수 있다.

이것은 주형방법으로 생산되는 코일(이것은 기계적인 추가가공이 필요하다)에 비하여 본 발명에 의한 제작이 갖는 잇점이다.