KR101874939B1 - 전기적으로 절연된 전도체를 위한 내화성 벽 리드-스루 및 내화성 벽 리드-스루를 생성하기 위한 방법 - Google Patents

전기적으로 절연된 전도체를 위한 내화성 벽 리드-스루 및 내화성 벽 리드-스루를 생성하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기적으로 절연된 전도체를 위한 내화성 벽 리드-스루(fireproof wall lead-through)에 관한 것이며, 상기 내화성 벽 리드-스루는 벽(1), 벽을 통해 이어지는 벽 배관(2), 벽 배관(2)을 통해 연장하는 외부 슬리브(3), 및 외부 슬리브를 통해 이어진 전도체(4)로 구성되고, 상기 전도체는 전기적 절연 방식으로 외부 슬리브(sleeve)(3)로부터 이격되고, 여기서 팽창성 재료(7)는 벽 배관(2)의 전도체 세그먼트에서 외부 슬리브(3) 및 전도체(4)에 적용되고, 상기 팽창성 재료는 열의 영향 하에 팽윤하고 벽 리드-스루를 폐쇄한다.

Description

전기적으로 절연된 전도체를 위한 내화성 벽 리드-스루 및 내화성 벽 리드-스루를 생성하기 위한 방법 {FIREPROOF WALL LEAD-THROUGH FOR AN ELECTRICALLY INSULATED CONDUCTOR AND METHOD FOR PRODUCING A FIREPROOF WALL LEAD-THROUGH}
본 발명은, 단상-분리 고-전압 링크(single-phase-isolated high-voltage links) 또는 "발전기 버스덕트(generator busducts)"의 분야에서, 발전소에서의 화재 보호 요구조건의 충족을 위한 일반적인 기술적 문제를 해결하도록 의도된다. 발전기 버스덕트는 발전소에서 발전기 및 그의 연관된 발전기 변압기 및 보조 변압기 사이의 전기적 링크이다. 구성에서, 이러한 전기적 링크는 개별 상 분리(individual phase isolation)로 설계되는데, 즉 (3-상 교류 시스템에서) 3개의 전도체/관형 버스 각각이 (동축 배열로) 버스덕트 인클로저(enclosure) 내에서 독립적으로 밀폐된다. 전도체 관 및 버스덕트 인클로저 둘 다는 순도 99.5 알루미늄으로 구성된다. 설치된 발전기 버스덕트는 발전기에서 "터빈 홀(turbine hall)"까지 야외 지역에서 변압기의 방향으로 이어진다. 따라서, 발전기 버스덕트는 터빈 홀의 외부 벽 및 보조 변압기와 발전기 또는 유닛(unit) 변압기 사이의 "화재-차단 벽(fire-break wall)" 둘 다를 통과/투과한다.
변압기 사이의 화재-차단 벽, 및 터빈 홀의 외부 벽은, F30, F60 화재 보호 등급 (30 또는 60 분 화재 저항 - 난연성 또는 높은 난연성) 및, 일부 경우에, 보다 엄중한 요구조건을 따라야만 한다. 일반적으로, 이는 구조적 측면에서, 벽의 시공에 대해 어떤 문제도 제기하지 않는다. 그러나, 800 mm 내지 1440 mm에 이르는 높이 및 4000 mm를 초과하는 폭의, 발전기 버스덕트를 위해 필요한 개구는 규정된 화재 보호 요구조건이 준수될 수 없도록 한다. 이는, 화재시 500℃ 이상(≥)의 온도에서, 개구에 내장되거나(built-in) 임베드된(embedded) 알루미늄 구성의 발전기 버스덕트가 녹을 것이고, 이로 인해 벽에 개구 (3-상-분리 발전기 버스덕트 인클로저의 직경에 대응함)를 생성하고, 따라서 화재가 벽의 한 측부에서 다른 측부로의 관통을 가능하게 한다는 사실에 기인한다.
외부 쉘을 둘러싸는 지역의 보호를 위한 구성의 공지된 형태에서, 화재-차단 벽의 양측에 있는 개구가 양면 시트 알루미늄 피복(double-sided sheet aluminum cladding)에 의해 폐쇄되도록 제공되고, 그에 따라 2개의 금속 판 사이에 광물면 충전재(mineral wool filling)가 또한 제공된다. 광물면 대신에, 대략 20 mm 두께의 "방화-차단 패널(fire-break panels)" (샌드위치 구성으로 복수 결합됨)이 또한 사용된다. 그러나, 이러한 형태의 구성에서도, 개구는 완전하게 폐쇄되지 않아, 화재 보호 요구조건이 준수되지 않는다.
본 발명의 목적은 내화성 벽 리드-스루(fireproof wall lead-through) 및 발전소 설치를 위한 화재 보호 요구조건을 충족시키는 발전기 버스덕트를 위한 내화성 벽 리드-스루를 생성하기 위한 방법의 제안이다.
내화성 벽 리드-스루에 대한 본 발명의 목적은 제1항의 특성에 의해 충족된다.
이에 따라, 전기적으로 절연된 전도체를 위한 내화성 벽 리드-스루는 벽, 벽을 통해 연장하는 벽 배관, 벽 배관을 통해 연장하는 외부 쉘 및 외부 쉘을 통해 안내된 전도체를 포함하고, 상기 전도체는 전기적 절연되어 외부 쉘로부터 이격된다. 본 발명은, 벽 개구의 전도체 세그먼트에서 외부 쉘 및 전도체에 팽창성 재료가 적용되고, 상기 팽창성 재료는 열의 영향 하에 팽윤하여 벽 리드-스루를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.
팽창성 재료는 열의 작용 하에 발포되고, 이로 인해, 부피가 10-20 배 증가하고 따라서 밀도가 감소함으로써 확장되는 내화성 절연체(fire-resistant insulator)의 형태인 구조적 재료이다. 팽창성 재료는 벽 리드-스루의 구성 시에 적용되고, 90℃ 내지 105℃에서의 정상 듀티(duty)에서, 차원적으로 안정적이다. 화재 (예를 들어, 변압기에서의 화재) 및 150℃를 초과하는 온도로의 결과적 상승의 경우에, 팽창성 재료는 확장하고 벽 리드-스루에서 모든 개구를 폐쇄한다.
관형 전도체와 외부 쉘 사이의 환형 간극, 관형 전도체 내의 공극 및 외부 쉘 표면과 벽 배관 사이의 환형 간극이 폐쇄된다. 팽창성 재료의 발포에 의한 팽윤 또는 확장에 의해, 화재-차단 벽의 부근에서 발전기 버스덕트에 의해 좌우되는 모든 구조적 개구 및 환형 간극은 폐쇄된다. 따라서, 화재는 화재-차단 벽의 한 측부로부터 다른 측부로 투과할 수 없다. 벽의 한 측부로부터 벽 리드-스루에서의 간극을 통한 다른 측부로 화재의 투과는 이로써 방지된다. 구성에서, 벽 리드-스루의 부근에서 발전기 버스덕트의 모든 3개의 상은 본 발명에 따른 팽창성 재료로 밀폐된다.
90℃ 내지 105℃의 정상 듀티 범위에서 관형 전도체의 최대 온도로서, 본 발명에 따른 팽창성 재료 피복은 120℃ 이상(≥)의 온도에서만 확장해야만 하는 것이 극도로 중요하다. 그렇지 않으면, 팽윤은 접지 전위에 대해 버스덕트의 필요한 서비스중 공기 간극 (관형 전도체와 외부 쉘 사이의 전기적 아크 거리(arcing distance))의 폐쇄를 유발하고, 이로 인해 선접지 결함 또는 이중 선접지 결함 및 발전소 유닛의 결과적 고장을 유발한다.
팽창성 재료는 바람직하게는, 한편으로는 벽 배관과 외부 쉘 사이의 공간이 열의 작용에 의해 폐쇄되도록 벽 배관과 외부 쉘의 외부 표면 사이에 적용되고, 다른 한편으로는 외부 쉘과 전도체 사이의 공간이 열의 작용에 의해 폐쇄되도록 외부 쉘의 내부 표면 및 전도체의 외부 표면에 적용된다.
발전기 버스덕트 내의 전도체는 관형 전도체이고, 내부에 중공을 가진다. 화재시 관형 전도체의 내부의 폐쇄를 보장하기 위해, 벽 리드-스루 관 세그먼트에서, 관형 전도체는 관 축에 수직이고 팽창성 재료로 코팅된 적어도 하나의 판을 구비한다. 화재시에, 상기 판은 확장하고 관형 전도체의 내부를 폐쇄한다.
관형 전도체는 바람직하게는 상호 이격되어 있고, 그의 각각의 서로를 향한 측부가 팽창성 재료로 코팅된, 2개의 판을 구비한다. 바람직하게는, 간격은 벽 두께와 대략 등가이다. 화재시, 팽창성 재료 코팅은 확장 및 결합하고, 따라서 관형 전도체의 내부를 폐쇄한다.
팽창성 재료는 바람직하게는 10 내지 25 mm의 두께의 범위이고, 패널에 적용된다. 폭 250 mm의 3개의 10 mm 패널은 바람직하게는 외부 표면에 적용되고, 폭 250 mm의 하나의 25 mm 패널은 내부 표면에 적용된다.
구체적 추가 개발에서, 팽창성 재료는 패널에 적용되고, 테이프에 의해 외부 표면에 그리고 클램프에 의해 내부 표면에 기계적으로 고정된다.
벽 개구의 전도체 세그먼트에서 외부 쉘은 더 큰 직경을 구비하고, 팽창성 재료의 삽입 후에도, 전도체와 쉘 사이에 필요한 아크 거리를 유지한다.
본 발명의 예시적인 실시예가 도면을 참조하여 이후에 보다 상세하게 기재된다. 여기서:
도 1 및 도 2는 벽 리드-스루의 지역에서 외부 쉘 및 관형 전도체를 도시한다.
도 3은 관형 전도체를 포함하는 전기적으로 절연된 전도체 및 외부 쉘을 갖는 벽 리드-스루의 단면도를 도시한다.
도 4는 관형 전도체를 포함하는 전기적으로 절연된 전도체 및 3개의 상이한 외부 쉘을 갖는 벽 리드-스루의 외부도를 도시한다.
도 5는 벽 배관이 장착된 벽 리드-스루의 외부도를 도시한다.
도 1은, 벽 배관에 삽입하기 위한, 도 3에 삼차원적으로 나타낸 발전기 버스덕트의 외부 쉘(3)의 이차원 측면도를 도시한다. 외부 쉘(3)은 전도체(4)를 포함하고, 이는 관형 전도체(5)로서 구성된다. 외부 쉘(3)과 관형 전도체(5) 사이의 여유(clearance)(A)는 환형 간극으로 기재되고, 발전기 버스덕트의 내전압(voltage withstand)을 목적으로 근본적으로 요구된다. 환형 간극은 구조적 요구조건에 의해 좌우되고, 본 예에서 230 mm이다.
관형 전도체의 내부에, 2개의 판(6a 및 6b)이 관 축에 수직으로 배열되고, 팽창성 재료(7)로 이들의 서로를 향한 측부에 각각 코팅된다.
팽창성 재료(7)의 코팅은 관형 전도체(5)의 외부 표면 및 외부 쉘의 내부 및 외부 표면에 적용된다. 외부 쉘은 직경(D1)을 갖는다. 팽창성 재료(7)의 내부 코팅의 영역에서, 직경(D2)은 팽창성 재료의 두께보다 1 - 2 배 더 크다. 즉, 벽 배관(2)의 전도체 세그먼트에서, 외부 쉘(3)의 직경은 팽창성 재료(7)의 두께만큼 증가된다. 따라서, 외부 쉘의 코팅되지 않은 세그먼트에서와 같은 동일한 환형 간극이 팽창성 코팅의 영역에서 유지된다.
도 3은 각각의 상에 대해 벽 배관(2), 외부 쉘(3) 및 관형 전도체(5)를 갖는 3-상 발전기 버스덕트를 위한 벽 리드-스루의 단면도를 도시한다. 벽 리드-스루는 벽(1), 벽 배관(2), 외부 쉘(3) 및 관형 전도체(5)를 본질적으로 포함한다. 외부 쉘(3)은 절연체에 의해 관형 전도체로부터 거리를 두고 유지된다. 판(6a 및 6b)은, 팽창성 재료(7)로 이들의 내부 측부가 각각 코팅되고, 관형 전도체(5) 내에 배열된다. 판(6a 및 6b) 사이의 여유는 벽(1)의 두께와 대략 등가이다. 관형 전도체(5)는 팽창성 재료(7)의 외부 코팅을 구비한다. 외부 쉘(3)은 팽창성 재료(7)로 이들의 내부 및 외부 측부에 또한 코팅된다.
도 4는 외부 쉘(3) 및 관형 전도체(5)를 갖는 벽 리드-스루의 외부도를 도시한다. 다양한 크기의 관형 전도체(5) 및 외부 쉘(3)이 여기에 도시된다. 그러나, 본 발명의 구조적 실시예에서, 발전기 버스덕트의 모든 3개의 상은 동일한 직경의 외부 쉘(3) 및 관형 전도체(5)로 구성된다.
도 5는 벽(1) 및 벽 배관(2)을 갖는, 벽 리드-스루의 외부도를 도시한다.
본 발명은 높은 수준의 화재 안전성의 제공을 위한 특히 단순한 기술적이고 구조적인 수단을 제공한다. 발전기 버스덕트의 표준화된 구성요소에 대한 사소한 조정만이 이 목적에 요구된다. 따라서, 본 발명은 높은 비용-효율적 방식으로 화재 보호 요구조건의 달성을 가능하게 한다.
방법에 대한 본 발명의 목적은 제8항의 특성에 의해 충족된다. 본 발명에 따른 이점은 제1항에 청구된 바와 같은 내화성 벽 리드-스루와 유사하게 진행한다.
3-상-분리 발전기 버스덕트를 위한 벽 리드-스루는 방법에 의해 생성되고, 상기 방법은, 제1 처리 단계에서, 바람직하게는 대략 800 mm의 길이의 3개의 강철 배관이 벽 앵커 볼트에 의해 화재-차단 벽에 고정된다. 그 다음 제2 처리 단계에서, 팽창성 재료는 외부 쉘, 외부 쉘의 내부 측부, 전도체의 외부 측부 및 상기 전도체에 수직으로 전도체의 내부에 배치된 판 상의 발전기 버스덕트에 적용된다. 제3 처리 단계에서, 발전기 버스덕트는 벽 배관을 통해 공급된다.
바람직하게는, 벽 배관과 발전기 버스덕트의 외부 쉘의 외부 측부 사이에, 팽창성 재료 패널의 3개의 코스가 외부 쉘에 적용된다. 팽창성 재료 패널의 하나의 코스는 외부 쉘의 내부 측부 및 전도체의 외부 측부 각각에 적용된다. 전도체는 팽창성 재료로 코팅된 2개의 라운드(round)에 의해 그의 내부에서 폐쇄된다.

Claims (8)

  1. 전기적으로 절연된 전도체를 위한 내화성 벽 리드-스루(fireproof wall lead-through)로서, 내화성 벽 리드-스루는
    벽(1),
    벽을 통해 연장하는 벽 배관(2),
    벽 배관(2)을 통해 연장하는 외부 쉘(3), 및
    외부 쉘을 통해 안내되고, 전기적 절연되어 외부 쉘(3)로부터 이격된 관형 전도체(4, 5)로 이루어지고,
    벽 배관(2)의 관 세그먼트에서 외부 쉘(3) 및 관형 전도체(4, 5)에 팽창성 재료(7)가 적용되고, 상기 팽창성 재료는 열의 영향 하에 팽윤하고 벽 리드-스루를 폐쇄하는 내화성 벽 리드-스루에 있어서,
    상호 이격되는 적어도 2개의 판(6a, 6b)이 관형 전도체(4, 5) 내부에 그리고 관 축에 수직으로 배열되고, 상기 적어도 2개의 판 각각의 서로를 향한 측부가 팽창성 재료(7)로 코팅되는 것을 특징으로 하는 내화성 벽 리드-스루.
  2. 제1항에 있어서, 팽창성 재료(7)는 10 - 25 mm의 두께로 적용되는 것을 특징으로 하는 내화성 벽 리드-스루.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 팽창성 재료(7)는 패널에 적용되고, 테이프에 의해 외부 표면에 그리고 클램프에 의해 내부 표면에 기계적으로 고정되는 것을 특징으로 하는 내화성 벽 리드-스루.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 벽 배관(2)의 전도체 세그먼트에서, 외부 쉘(3)의 직경은 팽창성 재료(7)의 두께만큼 증가되는 것을 특징으로 하는 내화성 벽 리드-스루.
  5. 제3항에 있어서, 벽 배관(2)의 전도체 세그먼트에서, 외부 쉘(3)의 직경은 팽창성 재료(7)의 두께만큼 증가되는 것을 특징으로 하는 내화성 벽 리드-스루.
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