KR100478619B1 - 전기권선용지지체및코로나차폐의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 권선(3C)용, 특히 터빈 발전기의 고정자용 지지체(1)에 관한 것이다. 지지체(1)는 전기 도체(3)가 부착될 수 있는 지지체 표면(2)을 포함한다. 이 지지체 표면(2)에는 코로나 차폐용 코팅(4)이 제공된다. 본 발명은 또한 지지체(1)내에 배치된 전기 권선용 코로나 차폐를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 지지체(1)에는 코로나 차폐용 코팅(4)이 제공된다.

Description

전기 권선용 지지체 및 코로나 차폐의 제조 방법{SUBSTRATE FOR AN ELECTRICAL WINDING AND PROCESS FOR PRODUCING CORONA SHIELDING}

본 발명은 전기 권선용 지지체 및 전기 권선용 코로나 차폐를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

유럽 특허 출원서 제 0 481 984호에는 대형 전기 기계, 특히 터빈 발전기용 도체 권선 장치가 기술되어 있다. 도체 권선 장치는, 전기 도체가 각각 그 내부에 배치된 홈이 지지체 내부에 제공되도록 구성된다. 전기 도체는 각각 절연되고 적합한 수단에 의해 홈내에 고정된다. 도체 권선 장치는 예를 들어 합성 수지와 같은 경화 가능한 충전제에 의해서 전체 함침(total-immersion impregnating) 방법으로 감싸진다. 먼저 액체 충전제가 약 100 내지 200 의 온도에서 경화된다. 경화가 이루어진 후에는 콤팩트한 고체로 형성된 도체 권선 장치가 실온에서 냉각된다. 이 때 열에 의한 수축이 이루어진다. 이러한 수축은 장치 내부에서 인장 응력(tensile stress)을 야기시킨다. 인장 응력에 의해서는 균열이 형성될 수 있다. 이러한 균열에서는 코로나 방전이 발생될 수 있으며, 코로나 방전은 특히 시간이 흐름에 따라 도체 절연을 손상시킬 수도 있다. 유럽 특허 출원서 제 0 481 984호에 따라, 상기와 같은 균열은 무해하게 낮은 전기장 강도가 발생하는 영역에만 집중되도록 조절되어야 한다. 이를 위해 전기 도체의 절연부상에는 제 1반도체층을 형성하는 반도체 테이프가 감겨진다. 제 1반도체층 위에는 제 1반도체층과 전기적으로 접속된 제 2반도체층이 감겨진다. 2개의 반도체층 사이에는 충전제에 대해서 투과성인 분리층이 배치된다. 바람직하게는 얇은 운모 조각 테이프(mica flake tape)를 포함하는 상기 분리층이 원하는 파괴 지점이 됨으로써, 열적 응력이 실제로 상기 분리층에서만 균열을 야기시킨다. 따라서, 분리층 영역내에서 집중적으로 균열이 형성된다. 분리층은 전기 전기장 강도가 작거나 또는 소멸되는 영역에 배치되는데, 그 이유는 분리층이 서로 전기적으로 결합된 2개의 반도체층 사이에 배치되기 때문이다. 2개 반도체층의 전위가 거의 동일함으로써, 2개의 반도체층 사이의 영역에는 거의 전위차가 없게 되고, 따라서 사실상 전기장이 없게 된다. 따라서, 분리층 영역에 집중된 균열에서는 유해한 코로나 방전이 발생되지 않는다.

독일 특허 출원 공개 명세서 제 42 19 064호에는 전기 기계의 고정자 권선용 코로나 차폐가 기술되어 있다. 설명된 고정자 권선에서는 메인 절연부에 의해 감싸진 전기 도체가 시이트 패킷(sheet packet)의 홈내에 배치되어 있다. 이 홈은 홈벽을 갖는다. 메인 절연부는 반도체 재료로 이루어진 제 1코로나 차폐층에 의해 감싸져 있다. 그 제 1코로나 차폐층상에는 제 2코로나 차폐층이 제공된다. 제 2코로나 차폐층은 홈벽에 인접한다. 이 층은, 고정자 권선이 그 내부에 완전히 함침되는 함침용 수지를 밀어내도록 처리된다. 그럼으로써 제 2코로나 차폐층은 제 1코로나 차폐층과도 접착되지 않고, 홈벽과도 접착되지 않는다. 따라서, 전기 도체와 시이트 패킷 사이의 열에 의한 팽창은 기계적인 응력 없이도 충분히 가능하다. 결과적으로, 코로나 방전을 발생시킬 수 있는 균열 형성은 거의 저지된다.

도 1은 지지체의 개략도이고,

도 2는 도 1에 따른 지지체의 단면도이며,

도 3은 전기 도체가 장치된 지지체의 홈을 도시한 개략도이고,

도 4는 홈벽에 인접하는 전기 도체의 횡단면의 일부 섹션을 도시한 개략도이며,

도 5는 도 4와 동일한 섹션을 열적 수축 후에 도시한 개략도이다.

본 발명의 목적은, 전기 권선용 지지체를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 전기 권선용 코로나 차폐를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

지지체와 관련된 목적은, 본 발명에 따라, 함침용 재료에 의해 감싸질 수 있는 전기 권선의 전기 도체가 부착될 수 있는 지지체 표면을 포함하는 지지체에 의해서 달성되며, 그 지지체 표면에는 적어도 부분적으로 코로나 차폐용 코팅이 제공된다.

상기 방식의 지지체에서는 간단한 방식으로 코로나 차폐가 효과적으로 이루어지도록 전기 권선을 구성할 수 있다. 지지체의 표면에 있는 코팅의 특별한 장점은, 지지체에 또는 지지체 내부에 설치하기 위한 전기 도체를 제조하는 것이 상당히 간단하다는 점이다. 일반적으로는, 전기 도체를 절연시키고, 예를 들어 반도체 테이프 같은 단 하나의 코로나 차폐층을 절연부에 제공하기만 하면 된다. 전기 도체를 제조하는데 있어 균열 형성을 피하기 위한 추가 조치 또는 균열 형성을 제어하기 위한 조치들은 필요치 않다. 이것은 현저한 시간 절약 및 비용 절감을 의미한다.

상기 코팅은, 어떠한 경우에도 코팅 및 함침용 재료가 서로 약간만 접착될 수 있는 성질을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 성질로 인해, 기계적인 응력에 의해서 발생될 수 있는 균열의 형성이 감소된다. 기계적인 응력은 특히 전기 도체 및 지지체의 상이한 열적 팽창에 의해서 야기된다. 코로나 차폐의 개선은, 함침용 재료에 의한 함침시에 코팅에 의해서 지지체와 전기 도체 사이가 약간만 접착됨으로써 달성된다. 따라서, 지지체와 전기 도체 사이가 견고하게 접착됨으로써 지지체 및 전기 도체의 상이한 열적 팽창에 의해 야기될 수 있는 기계적인 응력은 저지된다. 그럼으로써, 코로나 방전이 발생될 수 있는 균열은 전혀 형성되지 않거나 약간만 형성된다.

코팅은 바람직하게 전기적으로 작은 전도성을 갖는다. 이러한 성질은, 국부적인 전하 축적이 발생하지 않도록 하여 국부적인 큰 전기장이 발생하지 않게 함으로써 코로나 차폐를 강화시킨다. 작은 전도성은 상당히 많은 와전류가 유도되지 않도록 해준다.

코팅이 바람직하게 탄성적으로 변형될 수 있음으로써, 특히 전기 도체 및 지지체의 상이한 열팽창에 의해 야기될 수 있는 지지체 표면과 전기 도체 사이의 중간 공간이 코팅에 의해서 충전될 수 있다. 이와 같은 탄성 변형에 의해서, 전기 도체 및/또는 지지체가 열에 의해 수축되는 경우에 코로나 방전이 발생될 수 있는 틈이 형성되지 않게 된다. 탄성적으로 변형 가능한 코팅에 의해 코팅의 두께가 확대됨으로써 수축이 보상되고, 그 결과 틈은 형성되지 않는다.

코팅은 바람직하게 실리콘을 함유한다. 코팅이 실리콘 탄성 고무 또는 실리콘 래크, 특히 실온에서 교차 결합되는 실리콘 탄성 고무 또는 실리콘 래크이면 더욱 바람직하다. 실리콘 래크 또는 실리콘 탄성 고무는 코팅용으로 매우 적합한 제작 재료이다. 그러나 코팅은 다른 재료, 특히 반도체성으로 작용하는 첨가제를 함유하는 재료로 이루어질 수도 있다.

코팅의 두께는 바람직하게 10㎛ 내지 1㎜이다.

지지체는 바람직하게 발전기의 고정자 권선용 시이트 패킷으로서, 특별히 10 MVA 이상의 출력을 갖는 터빈 발전기용 시이트 패킷으로서 실시된다. 지지체는 터빈 발전기내에, 특히 10 MVA 이상의 출력을 갖는 터빈 발전기내에 설치되는 것이 바람직한데, 이 경우에 터빈 발전기는 고정자 전류 도체를 갖는 고정자 권선을 포함하며, 전기 권선은 고정자 권선이고 전기 도체는 고정자 전류 도체이다.

지지체는 바람직하게 홈벽을 갖는 홈이 제공된 표면을 포함하며, 이 경우 지지체 표면은 홈벽으로 형성된다. 더욱 바람직하게 지지체는 홈을 폐쇄시키는 커버 스트립을 포함하며, 이 커버 스트립은 홈으로 향한 내부면을 포함하고, 그 내부면에는 적어도 부분적으로 코팅이 제공된다. 일반적으로 전기 도체는 지지체의 홈 내부로 끼워지고, 도체의 방사 방향 이동을 저지하는 커버 스트립에 의해서 보호된다. 전기 도체와 커버 스트립 사이의 열적 이동에 의해서 야기될 수 있는 기계적인 응력은 커버 스트립의 내부면에 코팅이 제공됨으로써 저지될 수 있다.

지지체는 바람직하게 분리기 표면을 갖는 분리기를 포함하는데, 이 슬라이드에 의해서 홈이 슬라이드 높이에서 2부분으로 나누어지며, 이 경우 중간 슬라이드 표면에는 적어도 부분적으로 코팅이 제공된다. 터빈 발전기에서는 2개의 전기 도체를 하나의 홈 내부에서 위·아래로 겹쳐서 배치하는 것을 생각할 수도 있다. 이 경우에는 먼저 하부 도체를 장치하고, 방사 방향 이동이 저지되도록 분리기에 의해서 고정된다. 중간 슬라이드 위에 제 2전기 도체가 장치된다. 열적으로 인가되는, 전기 도체와 중간 슬라이드 사이의 변위에 의해서 야기될 수 있는 기계적 응력은 중간 슬라이드 표면 또는 중간 슬라이드 표면의 일부분에 코팅이 제공됨으로써 저지된다.

지지체 표면을 갖는 지지체를 포함하는 전기 권선용 코로나 차폐를 제조하기 위한 방법과 관련된 목적은 본 발명에 따라 지지체 표면에 전기 도체가 배치됨으로써 달성되는데, 이 경우에 전기 도체 및 지지체는 함침용 재료, 특히 합성 수지로 적어도 부분적으로 감싸지며, 코팅 영역내에 있는 지지체 표면에는 어떠한 경우에도 함침용 재료에 약간만 접착되는 코팅이 제공된다.

이와 같이 제조된 코로나 차폐의 장점은 상기 설명에 대응되는 방법으로 얻어진다.

코팅은 바람직하게 전기적으로 약한 전도성을 갖는다. 이 코팅이 실리콘 탄성 고무 또는 실리콘 래크, 특히 실온에서 교차 결합되는 실리콘 탄성 고무 또는 실리콘 래크로서 형성되면 더욱 바람직하다.

본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 하기에 자세히 설명된다.

전체 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 의미를 갖는다.

도 1에는 터빈 발전기의 고정자 권선용 시이트 패킷(1)으로 설계된 지지체(1)가 개략적으로 도시되어 있다. 지지체(1)는 축(1A)을 따라 유도된 속이 빈 실린더로서, 내부면(1B) 및 외부면(1C)을 포함한다. 내부면(1B) 및 외부면(1C)은 지지체 표면(1D)의 부분이다. 내부면(1B)상에는 지지체(1)의 전체 길이에 걸쳐서 서로 같은 간격으로 떨어져 배치된 다수의 홈(8)이 축(1A)을 따라 연장되며, 이 홈은 각각 직사각형의 횡단면을 갖는다. 상기와 같은 지지체(1)를 도시되지 않은 터빈 발전기에 사용하는 경우에는 각각의 홈(8) 내부로 하나의 전기 도체(3)가 끼워지거나(도 3 참조) 또는 2개의 전기 도체(3A, 3B)가 위·아래로 끼워진다. 전기 도체(3)는 서로 결합되어 도시되지 않은 전기 권선이 된다. 다른 세부 사항은 도 3을 참조하여 설명된다. 도시되지 않은 완성된 전기 권선은 지지체(1)와 함께 전체 함침 방법에 의해 함침용 재료로 감싸진다. 이 함침용 재료는 경화된다. 함침용 재료를 경화시킨 후에는 콤팩트한 응집성 고체가 얻어진다.

도 2는 도 1에 따른 지지체의 단면에서 하나의 홈(8)을 보여준다. 홈(8)은 홈벽(8A, 8B 및 8C)을 포함한다. 이 홈벽(8A, 8B 및 8C)은 지지체 표면(2)의 부분이다. 홈벽(8A)상에는 코팅(4)이 제공된다. 이 코팅(4)은 전기적으로 약한 전도성을 가지며, 표면(8A)에 대해 법선 방향으로 탄성적으로 변형될 수 있다.

도 3은 홈(8)내에 위·아래로 겹쳐서 배치된 2개의 전기 도체(3A, 3B)를 갖는 도 2에 상응하는 단면을 보여준다. 각각의 전기 도체(3A, 3B)는 관련 절연부(5)에 의해서 감싸진다. 절연부(5)상에는 작은 전도성의 코로나 차폐(6)가 감겨진다. 하부 도체(3A)는 분리기 표면(9A, 9B)을 갖는 분리기(9)에 의해서 위쪽으로의 방사 방향 이동이 저지된다. 상부 도체(3B)가 분리기(9)에 인접한다. 상부 도체(3B)도 마찬가지로 내부면(7A)을 갖는 커버 스트립(7)에 의해서 위쪽으로의 방사 방향 이동이 저지된다. 본 실시예에서 지지체 표면(2)은 커버 스트립(7)의 내부면(7A), 분리기(9)의 분리기 표면(9A, 9B) 및 홈벽(8A, 8B 및 8C)으로 형성된다. 본 실시예에서 상기 표면은 모두 코팅(4)을 포함한다. 그러나, 그 표면들 중에서 소수의 표면 및 그 표면의 부분들에만 코팅(4)이 제공되는 한편, 그 표면들 중에서 다른 표면 또는 다른 부분들은 코팅되지 않을 수도 있다. 이러한 방식으로 제조된 전기 권선을 전체적으로 함침하는 경우에는 어떠한 경우라도 함침용 재료가 약간 코팅(4)에 부착된다. 이 코팅에 의해서, 한편으로는 전기 도체(3)의 열에 의한 상이한 팽창에 의해 그리고 다른 한편으로는 지지체(1)의 상이한 팽창에 의해 야기될 수 있는 기계적 응력에 의해서 균열이 형성되지 않게 된다. 따라서, 균열을 통한 코로나 방전이 발생하지 않기 때문에 코로나 차폐가 효과적으로 보장된다.

도 4는 전기 도체(3)에 대해 수직 방향에서 전기 도체(3)와 지지체(1) 사이의 접촉 영역에 대한 부분 횡단면을 도시한다. 가열된 상태, 특히 함침용 재료의 경화시에는 절연부(5)에 의해 감싸진 전기 도체(3)의 외부 코로나 차폐(6)와 지지체(1)내에 있는 홈(8)의 홈벽(8B) 사이에 있는 코팅(4)이 압축된다. 함침용 재료가 경화된 후에는 냉각이 이루어지며, 냉각에 의해서 전기 도체(3) 뿐만 아니라 지지체(1)도 열적으로 수축된다. 이러한 상태는 도 5에 도시되었다. 전기 도체(3)와 지지체(1) 사이의 간격은 도 4의 가열된 상태에 비해서 더 커진다. 이와 같은 더 큰 간격으로 인해서, 코팅(4)에 의해 채워지는 전기 도체(3)와 지지체(1) 사이의 중간 공간이 확대되는데, 그 이유는 코팅이 탄성적으로 변형될 수 있기 때문이다. 이것은 도 4에 비해서 코팅(4)의 두께가 확대된 것으로 알 수 있다. 따라서, 그 위에서 코로나 방전이 이루어질 수도 있는 전기 도체(3)와 지지체(1) 사이의 틈은 나타나지 않게 된다.

Claims (15)

1. 전기 권선(3C)의 전기 도체(3)가 부착될 수 있는 지지체 표면(2)을 포함하며, 상기 전기 권선(3C)이 함침용 재료에 의해서 감싸질 수 있도록 구성된 지지체(1)에 있어서,

   상기 지지체 표면(2)에는 적어도 부분적으로 코로나 차폐용 코팅(4)이 제공되는, 전기 권선용 지지체.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 코팅(4)은 어떠한 경우에도 코팅(4)과 함침용 재료가 약간만 서로 접착될 수 있도록 제조되는, 전기 권선용 지지체.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 코팅(4)은 전기적으로 작은 전도성을 갖는, 전기 권선용 지지체.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 코팅(4)은 열팽창에 의해 형성될 수 있는 지지체 표면(2)과 전기 도체(3) 사이의 중간 공간이 코팅(4)에 의해서 채워질 수 있도록 탄성적으로 변형 가능한, 전기 권선용 지지체.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 코팅(4)은 실리콘을 함유하는, 전기 권선용 지지체.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 코팅(4)은 실리콘 탄성 고무 또는 실리콘 래커인, 전기 권선용 지지체.
7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 코팅(4)의 두께는 10㎛ 내지 1㎜인, 전기 권선용 지지체.
8. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   터빈 발전기의 고정자 권선용 시이트 패킷(1)을 포함하는, 전기 권선용 지지체.
9. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 지지체는 상기 터빈 발전기내에 장치되며, 상기 터빈 발전기는 고정자 전류 도체(3)를 갖는 고정자 권선(3C)을 포함하며, 상기 전기 권선(3C)은 고정자 권선(3C)이고, 상기 전기 도체(3)는 고정자 전류 도체(3)인, 전기 권선용 지지체.
10. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

    홈벽(8A, 8B, 8C)을 갖는 홈(8)이 제공되는 표면(1D)을 포함하며, 상기 홈벽(8A, 8B, 8C)이 지지체 표면(2)을 형성하는, 전기 권선용 지지체.
11. 제 10항에 있어서,

    홈(8)을 폐쇄하고 홈(8)으로 향한 내부면(7A)을 포함하는 커버 스트립(7)을 포함하며, 상기 내부면(7A)에는 적어도 부분적으로 코팅(4)이 제공되는, 전기 권선용 지지체.
12. 제 10항에 있어서,

    분리기 표면(9A, 9B)을 포함하고, 홈(8)을 2부분으로 구분하는 분리기(9)를 포함하며, 상기 분리기 표면(9A, 9B)에는 적어도 부분적으로 코팅(4)이 제공되는, 전기 권선용 지지체.
13. 지지체 표면(2)을 갖는 지지체(1)를 포함하고, 상기 지지체 표면(2)에는 전기 도체(3)가 배치되며, 지지체(1) 및 전기 도체(3)가 함침용 재료로 적어도 부분적으로 감싸지도록 구성된, 전기 권선(3C)용 코로나 차폐를 제조하기 위한 방법에 있어서,

    지지체 표면(2)의 코팅 영역(4A)내에 코팅을 제공하며, 상기 코팅에는 어떠한 경우에도 함침용 재료가 약간만 접착되는, 코로나 차폐 제조 방법.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 코팅(4)은 전기적으로 작은 전도성을 갖는, 코로나 차폐 제조 방법.
15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,

    실리콘 탄성 고무 또는 실리콘 래크가 코팅(4)으로서 제공되는, 코로나 차폐 제조 방법.