KR101980923B1 - 도전체를 위한 지지부를 갖는 고전압 부싱 - Google Patents

Abstract

고전압 가스 절연식 부싱은, 밀폐된 체적을 생성하고 각각의 단부에 단부 플랜지를 갖는 관형 쉘, 일 단부는 제 1 고정 지점에서 하나의 단부 플랜지에 고정되고 다른 단부는 제 2 고정 지점에서 나머지 하나의 단부 플랜지에 고정된 2 개의 단부들을 갖고 밀폐된 체적 내에 현수된 도전체를 포함한다. 단부 플랜지들 중 적어도 하나의 단부 플랜지는 밀폐된 체적 안으로 부싱의 종방향으로 연장되는 지지체 (5, 6) 를 구비하고, 그리고 지지체는 플랜지 상의 고정 지점으로부터 이격된 적어도 하나의 지지 지점 (1, 2) 상에서 도전체를 지지하도록 구성된다.

Description

도전체를 위한 지지부를 갖는 고전압 부싱{HIGH VOLTAGE BUSHING WITH SUPPORT FOR THE CONDUCTOR}

본 발명은 고전압 기술 분야, 특히 가스 절연식 고전압 부싱들에 관한 것이다.

가스 절연식 고전압 부싱들은, 종종 접지된 평면으로 지칭되며 전류 경로와 상이한 전위에 있는 평면을 통해 고전위에서 전류를 흐르도록 하기 위해서 이용된다. 부싱들은 부싱의 내부에 위치된 고전압 도전체를 접지된 평면으로부터 전기적으로 절연시키도록 구성된다. 접지된 평면은, 예를 들어 고전압 직류 (HVDC) 밸브 홀 벽과 같은, 예를 들어 변압기 탱크 또는 벽일 수 있다. 가스 절연식 부싱의 예는 ABB 에 의해 제조된 GGFL, 즉 공기 대 공기 부싱이다.

프리 행잉 (free hanging) 도전체를 갖는 가스 충전식 부싱, 예를 들어 월 (wall) 부싱에 있어서, 부싱의 종방향 중심에 있는 도전체의 최대 편향은 부싱의 외경에 영향을 주는 부싱의 내경에 영향을 미친다. 섬락들 (flashover) 을 방지하기 위해서, 최대 편향이 클수록 부싱의 내부 직경은 더 커야만 한다. 부싱의 내부에, 상이한 장 제어 실드들이 전기장들을 다루도록 구성된다. 만약 도전체가 반경방향 중심에 또는 부싱의 반경방향 중심 근처에 있지 않으면 장 제어 실드들은 의도된 대로 작동하지 않을 것이다. 따라서, 매우 긴 부싱에 있어서 도전체의 편향을 최소화할 필요성이 있다.

도전체의 정적 편향은 중력 및 도전체 자체의 질량에 의해서 생성된다. 부싱 내의 도전체는 양 단부들이 고정된 튜브의 형태이다. 수평으로 또는 거의 수평으로 배치된 튜브의 편향은 도전체 튜브의 재료 상수들 (영 계수 및 밀도), 튜브의 길이, 벽 두께 및 직경에 의존한다.

도전체는 전류를 전도하도록 치수 지어지고, 즉 주어진 전류 및 저항률에 대해서 도전체의 단면적이 주어진다. 주어진 외경의 도전체에 대해서, 벽 두께는 튜브의 단면적에 의해서 결정될 것이다. 길이는 외부 전기적 요건들, 예를 들어 전압들 및 섬락 거리들에 의해서 결정되는 부싱의 길이에 의해서 설정된다. 큰 전류들에 대해서 구리 또는 알루미늄 또는 이들의 합금들을 도전체에 이용하는 것은 원칙적으로만 가능하다. 이것은 재료 파리미터를 결정하고, 이 파라미터는 다음으로 재료의 최대 강성을 설정할 것이다. 거의 모든 재료 파라미터들 및 구성 파라미터들은 부싱의 전기적 요건들에 의해서 설정된다.

종방향 중심에서 도전체의 정적 편향을 최소화하기 위해서, 많은 해결책들이 제안되어 왔다. 도전체의 인장이 증가될 수 있으나 이것은 정적 편향에 대해서 단지 한정된 효과만을 갖는다. 도전체가 부싱의 단부 플랜지에 대해서 고정되는 고정 지점을 부싱의 반경방향 중심으로부터 위로 수평으로 이동시키는 것은 종방향 중심 지점에서 편향을 감소시킬 것이다. 오늘날의 장비들이 처리해야 할 증가하는 전압들 및 매우 높은 전력 분포들은 오늘날의 부싱을 매우 길게, 즉 10 ~ 20 m 또는 더 길게 만든다. 큰 정적 편향을 갖는 매우 긴 부싱들에 대해서, 정적 편향 문제를 해결하기 위해서 요구되는 고정 지점의 이동은 너무 커져서 실용적이지 않다.

본 발명의 다양한 양태들이 수반된 청구항들에서 설명된다.

본 발명은 부싱의 종방향 중심에서 도전체의 정적 편향을 감소시키는 부싱을 제공한다.

본 발명에 따르면, 밀폐된 체적을 생성하고 각 단부에서 단부 플랜지들을 갖는 관형 쉘, 일 단부가 제 1 고정 지점에서 하나의 단부 플랜지에 고정되고 다른 단부가 제 2 고정 지점에서 나머지 하나의 단부 플랜지에 고정된 2 개의 단부들을 갖고 밀폐된 체적 내에서 현수된 (suspended) 도전체를 포함하는 고전압 부싱이 제공된다. 단부 플랜지들 중 적어도 하나는 밀폐된 체적 안으로 부싱의 종방향으로 연장되는 지지체를 구비하고, 지지체는 플랜지 상의 고정 지점으로부터 이격된 적어도 하나의 지지 지점 상에서 도전체를 지지하도록 구성된다.

이 실시형태의 장점은 지지되지 않는 도전체의 길이가 감소되고 그래서 부싱의 종방향 중심에서 정적 편향이 감소된다. 본 발명에 있어서 단부 플랜지 상의 고정 지점은 어떠한 모멘트도 수용할 필요가 없고, 그리고 도전체를 위한 고정 배열체는 더 간단하고 더 가볍게 만들어져 지지체의 추가적인 중량을 상쇄한다. 도전체의 지지체는 단일 지점 또는 몇 개의 지점들 또는 지지 표면에서 지지될 수도 있다. 몇 개의 지지 지점들이 지지 지점과 고정 지점 사이의 도전체를 따라서 분포될 수도 있다. 몇 개의 지점들은 장착된 부싱 내 도전체의 하측 및 상측 모두에 있을 수도 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 지지체는 도전체의 주변에 배치되고, 그리고 지지체의 일 단부는 단부 플랜지에 고정되고, 그리고 지지체의 다른 단부는 도전체를 위한 개구부를 구비하고, 개구부는 지지 지점을 형성한다. 지지체는 도전체 및/또는 부싱의 종방향 중심선 주변로 회전 대칭이다.

이 실시형태의 장점은 부싱이 회전되는지에 관계없이 지지체가 균일하게 지지한다는 것과 지지체의 베이스를 단부 플랜지에 고정하는 것은 지지체를 안정적으로 만든다는 것이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 지지체는 섬유 강화 폴리머 또는 탄소 또는 유리 섬유 강화 에폭시와 같은 전기 절연 재료로 제조된다.

이 실시형태의 장점은 지지체가 전기장들에 영향을 주지않는다는 것이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 지지체는 금속으로 제조된다. 이 실형태의 장점은 강과 같은 금속의 기계적 강성이, 일부 경우에 있어서 더 양호하고 더 강성인 지지체를 제조하는 것이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 지지체는 원뿔형이고 그리고 도전체의 주변에 배치되고, 원뿔형의 지지체의 둥근 베이스는 단부 플랜지 상에 고정되고, 그리고 원뿔형의 지지체의 상부는 도전체를 위한 개구부를 구비하고, 개구부는 지지 지점을 형성한다.

이 실시형태의 장점은 지지체의 베이스가 큰 고정 및 지지 영역을 갖고, 그리고 원뿔 형태는 지지 지점으로부터 힘들을 수용하기에 기계적으로 우수하다. 일 실시형태에 있어서, 지지체는 각각 다른 것 상부에 적층된 몇 개의 원뿔형체들을 포함하고, 이 원뿔형체들은 모두 단부 플랜지에 대해서 고정되고, 지지 지점과 고정 지점 사이의 도전체를 따라서 몇 개의 지지 지점들을 생성한다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 관형 쉘은 종방향 중심선을 갖고, 그리고 지지체는 지지 지점이 중심선으로부터 이격되게 그리고 부싱이 장착되면 지지 지점이 중심선 위쪽에 위치되도록 구성된다.

이 실시형태의 장점은 지지 지점을 중심선 위쪽에 배열함으로써 부싱의 종방향 중심에서 정적 편향이 최소화되는 것이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 관형 쉘은 종방향 중심선을 갖고 그리고 고정 지점은 중심선으로부터 이격되게 그리고 부싱이 장착되면 고정 지점이 중심선 아래쪽에 위치된다.

이 실시형태의 장점은 고정 지점을 중심선 아래쪽에 배열함으로써, 도전체는 부싱의 종방향 중심에서 정적 편향을 최소화하는 지지 지점에서 모멘트를 받는다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 고정 지점 및 지지 지점은 중심선의 대향측들상에 위치된다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 지지 지점과 단부 플랜지의 고정 지점 사이의 거리는 0.3 m ~ 4 m 의 범위에 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 지지체는 부싱 내부의 가스가 지지체 내부를 순환하는 것을 허여하는 개구부를 포함한다. 이 실시형태의 장점은 지지체에 의해서 둘러싸인 도전체 부분의 냉각을 허여하는 것이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 부싱은 과압인 SF₆, 즉 육불화황으로 충전된다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 지지체는 단부 플랜지 상에 고정되고, 그리고 관형 쉘의 내측 벽 상에 지지체를 지지하는 하나 이상의 지지 부재들을 포함한다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 단부 플랜지들 중 다른 단부 플랜지는 밀폐된 체적 안으로 부싱의 종방향으로 연장되는 지지체를 구비하고, 그리고 이 지지체는 플랜지 상의 고정 지점으로부터 이격된 제 2 지지 지점에서 도전체를 지지하도록 구성된다.

비록 본 발명의 다양한 양태들이 수반된 독립 청구항들에서 설명되나, 본 발명의 다른 양태들은 수반된 청구항들에서 명시적으로 설명된 조합들만이 아니라, 설명된 실시형태들에서 그리고/또는 수반된 청구항들에서 제공되는 어떠한 특징들의 조합을 포함한다.

도면들은 이 명세서의 일부를 구성하고, 그리고 다양한 형태들로 실시될 수도 있는 본 발명의 예시적 실시형태들을 본 발명에 포함한다.

도 1 은 본 발명이 이용될 수도 있는 가스 절연식 부싱을 도시하고,
도 2 는 본 발명이 해결하고자 하는 문제를 도시하고,
도 3 은 종래 기술의 해결책을 도시하고,
도 4 는 본 발명의 실시형태를 도시하고,
도 5 는 본 발명의 다른 실시형태를 도시하고,
도 6 은 본 발명의 다른 실시형태를 도시하고,
도 7a 및 도 7b 는 지지체의 다른 실시형태를 도시한다.

도 1 은 본 발명이 이용될 수도 있는 종래 기술에 따른 가스 절연식 부싱 (18) 을 도시한다. 부싱은 중간 플랜지 (14) 와 조립된 관형 쉘 (12) 을 포함하며, 중간 플랜지는 벽 플랜지로도 공지되고 각각이 벽 플랜지 각 측에 있는 2 개의 절연체들과 결합된 용접된 알루미늄으로 만들어질 수도 있다. 전기장 그레이딩 (grading) 은 원뿔형 알루미늄 실드들일 수도 있는 내측 실드들 (15) 에 의해서 이루어지고 그리고 이 전체 배열체는 중공 절연체 또는 관형 쉘로서 도시될 수 있다. 절연체들은, 실리콘 고무 또는 다른 적절한 재료로 만들어진 웨더 쉐드들 (weather sheds) 에 의해서 피복될 수 있는 튜브 형태로 유리 섬유 강화 에폭시로 만들어질 수 있다. 튜브들은 일체로 제작되고 양 단부들에 단부 플랜지들 (8, 9) 이 설치되고, 단부 플랜지들 (8, 9) 은 접착되고 그리고 주조 알루미늄으로 만들어질 수 있다. 이 구성은 뛰어난 기계적 특성들을 갖는 견고한 부싱을 제공한다. 중공 도전체 (11) 가 중공 쉘 (12) 을 통해서 연장되고, 그리고 고정 지점에서 단부 플랜지들 (8, 9) 상에 양 단부들이 고정되고 그리고 도전체는 고정 지점들 사이에서 지지되지 않는다. 부싱은 절연 가스, 예를 들어 SF₆ (육불화황) 으로 충전될 수 있다. 절연 가스는 대기압 또는 과압일 수 있다. 부싱은 실질적으로 회전 대칭이다.

도 2 는 본 발명이 해결하고자 하는 문제를 도시하며, 실척은 아니다. 단부 플랜지들 (8, 9) 에 대한 도전체 (11) 의 고정부는 고정 지점이 굽힘 모멘트를 지지할 수 있도록 일반적으로 강성이다. 파선 (30) 은 부싱의 종방향 중심선이고, 중력 및 도전체의 질량에 의해서 유발된 정적 편향이 없는 도전체에 대한 위치이다. 부싱의 길이 및 따라서 지지되지 않는 도전체의 길이에 의존해서, 부싱의 종방향 중심에서 정적 편향은 상이할 것이다. 부싱의 길이가 증가함에 따라, 부싱의 종방향 중심에서 편향은 크게 증가할 것이다. 10 ~ 20 m 보다 더 긴 부싱들의 경우에, 편향은 전압 그레이딩 실드들 (15) 이 적절하게 작동하지 않을 정도로 클 수도 있다.

도 3 은 도 2 에서 설명된 문제들을 극복하기 위한 종래 기술의 해결책을 도시하고, 이에 의해서 단부 플랜지의 고정 지점은 수직 방향으로 위로 이동된다. 고정 지점의 이동은 단지 일 단부 플랜지 상에서 또는 양 단부 플랜지들 상에서 가능하다. 이 이동은 부싱의 종방향 중심에서 정적 편향을 감소시킨다. 만약 고정 지점이 일 측상에서 이동되면 정적 편향의 감소는 고정 지점이 이동된 양의 절반이 될 것이고, 그리고 만약 양 고정 지점들이 이동되면, 종방향 중심에서 정적 편향의 감소는 고정 지점들이 이동된 양과 대략 같을 것이다. 얼마나 많이 고정 지점을 이동할 수 있는지에 대한 한계가 있어 이 해결책은 중간 길이 부싱들에 제한된다. 종래 기술에서 공지된 다른 해결책들은 도전체들의 인장력을 증가시키는 것 또는 도전체의 구성을 변경하는 것, 예를 들어 도전체의 직경을 더 크게 만드는 것이다. 모든 이 해결책들은 최고전압을 위한 가장 긴 부싱들에 대해서는 충분하지 못할 수도 있다.

도 4 는 본 발명의 실시형태를 도시하며, 여기서 도전체 (11) 는 중공 절연체 (12) 내부의 두 지점들 (1, 2) 에서 지지체에 의해서 지지된다. 고정 지점 및 지지 지점들은 종방향 중심선상에 배치된다. 부싱의 종방향 중심에서 정적 편향은 추가적인 지지 지점들에 의해서 작아진다. 종래 기술의 해결책들에 있어서, 단부 플랜지 상의 고정 지점은 도전체의 정적 편향에 의해서 연결부에 나타나는 모멘트를 수용할 만큼 충분히 강해야 한다. 본 발명에 있어서, 고정 지점은 단지 수직방향 힘들과 종방향으로의 인장력을 견디어야 한다. 이것은 고정 지점에서 연결부를 더 간단하고 더 약하게 하는 것을 허여하며, 이는 지지체에 의해서 추가된 중량을 보상할 수도 있는 단부 플랜지 상의 중량을 줄일 수도 있다.

도 5 는 도 4 의 실시형태에 유사한 본 발명의 다른 실시형태를 도시하며, 여기서 도전체 (11) 는 지지체에 의해서 중공 절연체 (12) 내 2 개의 지점들 (1, 2) 에서 지지된다. 고정 지점 또는 지지 지점들은 종방향 중심선 상에 배치되지 않는다. 도 5 에서 부싱의 종방향 중심에서 정적 편향은 도 4 의 해결책에 비해서 고정 지점들의 이동에 의해서 더욱 작아지고 그리고 이것은 지지 지점에서 모멘트를 생성한다. 도시되지 않았지만, 다른 실시형태는 지지 지점들 및 고정 지점들 중 어느 것도 종?향 중심선 상에 위치되지 않는 것이다. 부싱의 종방향 중심에서 도전체의 정적 편향을 최소화하는 방식으로 고정 지점들은 중심선 아래쪽에 배치되고, 그리고 지지 지점들은 중심선 위쪽에 배치된다.

도 6 은 본 발명의 다른 실시형태를 도시하며, 여기서 지지체는 도전체의 주변에 배치된 원뿔형체 (5, 6) 의 형태이다. 지지체의 원형 단부는 단부 플랜지에 고정되고, 그리고 원뿔형체의 팁은 지지 지점이다. 원뿔형체는 중실체 또는 중공체일 수 있다. 중공체는 도전체를 절연하고 냉각하도록 부싱 내부 가스 중의 가스가 순환되는 것을 허여하는 개구부들을 갖도록 구성될 수 있다.

도 7a 는 본 발명의 다른 실시형태를 도시하며, 여기서 지지체는 도전체의 주변에 배치된 원뿔형체 (5, 6) 의 형태이며, 지지 부재들은 지지체를 중공 도전체의 내측 벽에 대해서 지지하도록 구성된다. 지지체가 원뿔형체가 아니고 다른 임의의 형상이 가능하며 지지 부재들이 지지체를 중공 도전체의 내측 벽에 대해서 지지하도록 구성된 실시형태가 도 7b 에 도시된다.

지지체들은 중력으로부터의 정적 편향을 감소시키기 위한 장점들을 갖고, 그리고 예를 들어 지진들로부터의 동적 편향을 감소시키기 위한 장점들도 갖는다.

Claims (15)

1. 고전압 가스 절연식 부싱 (18) 으로서,
   - 밀폐된 체적을 생성하고, 각각의 단부에 단부 플랜지 (8, 9) 를 갖는 관형 쉘 (12),
   - 일 단부가 제 1 고정 지점에서 하나의 단부 플랜지에 고정되고 다른 단부가 제 2 고정 지점에서 나머지 하나의 단부 플랜지에 고정된 2 개의 단부들을 갖고, 상기 밀폐된 체적 내에 현수된 (suspended) 도전체 (11) 를 포함하고,
   상기 단부 플랜지 (8, 9) 들 중 적어도 하나의 단부 플랜지는 상기 밀폐된 체적 안으로 상기 부싱의 종방향으로 연장되는 지지체 (5, 6) 를 구비하고, 그리고 상기 지지체는 상기 단부 플랜지 상의 고정 지점으로부터 이격된 적어도 하나의 지지 지점 (1, 2) 상에서 상기 도전체를 지지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 고전압 가스 절연식 부싱.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 지지체 (5, 6) 는 상기 도전체의 주변에 배치되고, 그리고 상기 지지체의 일 단부는 상기 단부 플랜지 (8, 9) 에 고정되고, 그리고 상기 지지체의 다른 단부는 상기 도전체를 위한 개구부를 포함하며, 상기 개구부는 적어도 하나의 상기 지지 지점 (1, 2) 을 형성하는, 고전압 가스 절연식 부싱.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 지지체 (5, 6) 는 전기 절연 재료로 제조되는, 고전압 가스 절연식 부싱.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 지지체 (5, 6) 는 섬유 강화 폴리머로 제조되는, 고전압 가스 절연식 부싱.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 지지체 (5, 6) 는 탄소 또는 유리 섬유 강화 에폭시로 제조되는, 고전압 가스 절연식 부싱.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 지지체는 금속으로 제조되는, 고전압 가스 절연식 부싱.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 지지체 (5, 6) 는 원뿔형이고, 그리고 상기 도전체 주변에 배치되며, 원뿔형의 상기 지지체의 둥근 베이스는 상기 단부 플랜지 (8, 9) 상에 고정되고, 그리고 원뿔형의 상기 지지체는 상기 도전체를 위한 개구부를 포함하고, 상기 개구부는 적어도 하나의 상기 지지 지점을 형성하는, 고전압 가스 절연식 부싱.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관형 쉘은 종방향 중심선 (30) 을 갖고, 그리고 상기 지지체는 상기 지지 지점이 상기 중심선으로부터 이격되게 그리고 상기 부싱이 장착되면 상기 지지 지점 (1, 2) 이 상기 중심선 위쪽에 위치되도록 구성되는, 고전압 가스 절연식 부싱.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관형 쉘은 종방향 중심선 (30) 을 갖고 상기 고정 지점 (3, 4) 은 상기 중심선으로부터 이격되게 그리고 상기 부싱이 장착되면 상기 고정 지점이 상기 중심선 아래쪽에 위치되는, 고전압 가스 절연식 부싱.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 고정 지점 (3, 4) 및 상기 지지 지점 (1, 2) 은 상기 중심선의 대향측들에 위치되는, 고전압 가스 절연식 부싱.
11. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 지점 (1, 2) 과 상기 단부 플랜지 (8, 9) 사이의 거리는 0.3 ~ 4 m 의 범위 내에 있는, 고전압 가스 절연식 부싱.
12. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지체 (5, 6) 는 상기 부싱의 내부 가스가 상기 지지체 내부에서 순환하는 것을 허여하는 개구부들을 포함하는, 고전압 가스 절연식 부싱.
13. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부싱은 SF₆ 으로 충전되는, 고전압 가스 절연식 부싱.
14. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지체 (5, 6) 는 상기 단부 플랜지 (8, 9) 상에 고정되고, 그리고 상기 관형 쉘의 내측 벽 상에 상기 지지체를 지지하는 하나 이상의 지지 부재들 (7) 을 포함하는, 고전압 가스 절연식 부싱.
15. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단부 플랜지 (8, 9) 들 모두는 상기 밀폐된 체적 안으로 상기 부싱의 종방향으로 연장되는 지지체 (5, 6) 를 구비하고, 그리고 상기 지지체는 상기 플랜지들 상의 상기 고정 지점들로부터 이격된 상기 지지 지점 (1, 2) 들에서 상기 도전체를 지지하도록 구성되는, 고전압 가스 절연식 부싱.

Images