KR20010032415A - 절연 전기 도전체 및 접점방법 - Google Patents

Abstract

고전압 (10 내지 800 kV) 권선용의 절연 전기 도전체는 중앙의 도전수단 및 그 일부분이 접지를 목적으로 금속 입자를 포함하는 코팅으로 코팅된 외부 반도체층 (18) 으로 구성된다. 바람직하게는, 상기 입자는 가스 증기상에서 상기 외부층 (18) 으로 가속된다. 접지 전선이 탄성 금속 스프링 멤버를 수단으로 상기 코팅된 외부층에 접점될 수 있다

Description

절연 전기 도전체 및 접점방법{INSULATED ELECTRICAL CONDUCTOR AND CONTACTING METHOD}

본 발명은 절연 전기 도전체에 관한 것이다. 더 자세하게는, 접지용으로 접점되는 도체 또는 적어도 반도체 재료로 된 외부층을 갖는 고전압의 권선용 절연 전기 도전체에 관한 것이다. 본 발명의 도전체는 10 kV 를 초과하는, 특정적으로는 36 kV 를 초과하는, 고 전달전압에서 바람직하게는 400 kV 내지 800 kV 또는 그 이상과 같이 72.5 kV 이상의 대형 모터, 발전기 및 변환기에 사용되는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 (반도체) 중합체 물질과의 전기 접점을 설정하는 방법에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명에 사용될 수 있는 특정의 도전체의 단면도이다. 도전체 (10) 는 예컨데 대다수가 절연되고 동 (copper) 으로 된 연선 (12), 그 주위를 둘러싼 제 1 도전층 (14) 을 구비한다. 예컨데, 가교 폴리에틸렌 (cross-linked polyethylene (XLPE)) 으로 된 절연층 (16) 이 제 1 도전층 (14) 를 둘러싸고 다음 제 2 도전층 (18) 으로 둘러싸인다.

상기 14 및 18 번 층은 ″도전성″ 을 띄면서도 통상 카본 블랙과 금속 입자가 혼합된 베이스 중합체로 만들어지며, 1 내지 10⁵Ωcm , 바람직하게는 10 내지 500 Ωcm 사이의 체적 저항률을 갖는다. 상기 층 (14 및 18) (및 절연층 (16)) 에 적절한 베이스 중합체로는, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체/니트릴 고무, 부틸 그라프팅된 폴리텐, 에틸렌 부틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌 에틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌 프로펜 고무, 저밀도의 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리 메틸 펜텐, 및 에틸렌 아크릴레이트 공중합체 등이 있다.

제 1 도전층 (14) 은 절연층 (16) 과의 전체 인터페이스에 걸쳐 견고하게 접속된다. 유사하게 제 2 도전층 (18) 도 절연층 (16) 과의 전체 인터페이스에 걸쳐 견고하게 접속된다. 상기 층 (14 내지 16) 은 솔리드 절연 시스템을 만들며 연선 (12) 주위에 자유롭게 압출성형 된다.

제 1 도전층 (14) 의 도전성은 상기 연선의 도전성보다 낮지만, 그 표면의 전위를 균등화하기에는 충분하다. 따라서, 절연층 (16) 의 주위의 전계는 균일하게 분포되며, 전계강도가 밀집될 위험성 및 부분 방전의 위험성은 최소화된다.

0 또는 접지이어야하는 제 2 도전층 (18) 의 전위는 이 층이 도전성을 띄므로서 상기 값으로 균등화된다. 동시에, 상기 도전층 (18) 은 전계를 에워싸기에 충분한 저항을 갖는다. 이 저항의 측면으로 볼 때, 도전성의 중합체층을 적당한 간격으로 접지시키는 것이 요구된다.

중합체층과의 전기적 접점에 있어서의 문제점은 열 확산계수가 높기 때문에 사용시 인장되며, 또한 기계적 부하가 적용되면 휜다는 것이다.

은 입자를 포함하는 페인트 또는 접착제는 가끔 극소한 신호전류 전달용의 마이크로 전자소자를 접점하는데 사용된다.

본 발명에 따르면, 중앙의 도전수단, 및 도전체의 표면부가 금속입자를 포함하는 코팅으로 코팅된 것을 특징으로 하는 외부 반도체층으로 구성된 고전압 권선용 전기 도전체가 제공된다.

바람직한 실시예로서, 중앙의 도전수단은 하나 또는 그 이상의 연선을 구비하며, 상기 연선 보다 낮은 도전성의 내부층으로 둘러싸이고, 다음 전기 절연층, 다음 상기 절연층보다 높은 전도성을 갖는 것이 바람직한 외부층으로 둘러싸인다.

코팅은 페인트 또는 접착제 일 수 있으나, 코팅이 금속 입자로 된 충격 접착층으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 입자는 은 입자를 포함하는 것이 바람직하다.

코팅은 외부 중합체층을 직접 코팅할 수 있으나, 은 호일과 같은 금속 호일이 코팅과 중합체층 사이에 용이하게 위치될 수 있다. 코팅 (및 호일) 은 도전체를 따라 적절한 간격으로 복수의 중합체층부에 적용될 수 있다.

바람직한 실시예에 있어, 적어도 하나의 접지 전선이 상기 코팅으로 접속된다.

본 발명에 따르면, 금속 입자를 함유하는, 바람직하게는 은 입자를 함유하는 코팅을 실시하는 것을 포함하는, 반도체 중합체 물질과 전기적 접점을 설정하는 방법이 제공된다.

상기 코팅은 페인트되거나 더욱 바람직하게는 상기 코팅이 예컨데 가스 증기상에서 중합체 재료로 금속 입자를 가속시켜 형성된다.

일실시예에서, 코팅은 중합체 물질의 표면으로 직접 적용된다. 다른 실시예의 방법으로는, 금속 호일을 중합체 물질의 표면으로 접착하고 상기 금속 호일의 외면에 코팅을 적용하는 단계를 포함한다. 상기 금속 호일은 초음파 용접으로 반도체 중합체 물질로 접착될 수 있다.

상기 중합체 물질이 도전체의 반도체 외부층이라면, 상기 방법은 적어도 하나의 접지 전선이 상기 코팅으로 접점되는 방법을 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 접지 전선이 용접 또는 스프링형 접속장치에 의해 접속될 수 있다.

바람직하게는, 전기적 또는 열적 안정성을 위해 상기 코팅이 순수 금속일 수 있다.

본 발명의 방법으로, 영역화된 반도체층 코팅이 다소 쉽게 이루어지며, 상기 층의 가열을 피할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 통하여 본 발명를 더 자세히 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 도전체로서, 코팅은 나타나지 않은 단면도.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따라 코팅이 적용된 것을 나타낸, 도 1 의 도전체의 일부분을 나타낸 길이방향의 단면도.

도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따라 코팅이 적용된 것을 나타낸 도 2 와 동일한 부분의 단면도.

도 2 는 어떻게 작은 은 입자 (20) 가 도전성 중합체 바깥층 (18) 으로 가속되는가를 나타낸다. 입자 (20) 는 18 번 층의 표면을 임팩트하여, 그 층을 침투하며, 그 속의 탄소 입자와 접촉한다. 뒤이어 온 입자 (20) 들이 은 코팅을 구성한다.

도 3 은 충격 접착전에 은 호일 (30) 이 중합체층 (18) 의 표면에 위치하여 보호하게 되는 것을 나타낸다. 은 입자 (20) 는 그 다음 가스 증기상에서 가속되어 은 호일 (30) 을 임팩트하여 그 위에 코팅을 형성한다. 본 실시예에서, 입자의 임팩트는 도전성의 중합체층 (18) 에 최소한의 영향을 미쳐 이와의 전기적 접점이 개선된다. 은 호일 (30) 은 은 입자 (20) 의 운동 에너지를 감소시켜 너무 깊게 매몰되는 것을 방지한다. 선택적으로 은 호일이 중합체층 (18) 으로 초음파 용접될 수 있다.

은 입자 코팅이 도전체 (10) 에 적용되면, 접지 전선이 여기로 접점될 수 있다. 탄성 금속 스프링 멤버 (도시되지 않음) 가 탄성을 주기 위한 목적으로 코팅된 부분의 주위에 위치될 수 있으며, 접지 전선이 상기 스프링 멤버로 용접될 수 있다. 스프링 멤버는 도전체 주위에 배치된 무한 루프의 나선형 (helical) 스프링 또는 감겨진 도전체의 몇 개의 권수에 압력을 가한 신장성 나선형 스프링으로 구성될 수 있다. 스프링 멤버는 은, 금, 또는 백금을 함유한 동합금 클래드와 같은 클래드 금속인 것이 바람직하다.

본 발명의 방법으로서, 도전체 (초전도체일 수 있음) 가 생산될 수 있는 공정으로 압출성형 공정이 호환가능하다. 특히 기계적 응력을 최소화하고 화학 반응이 방지되기 때문에 외부층의 도전성 중합체 재료는 손상되지 않는다.

본 발명에 따른 전기 도전체의 전기적 절연체는 고전압, 예컨데 800 kV 이상을 취급할 수 있으며, 이러한 고전압으로 발생하는 기계적 및 열적 부하를 취급할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 실시예를 통하여, 본 발명의 전기 도전체는 수 백 kVA 에서 100 MVA 이상까지의 정격 전력과 3 ∼ 4 kV 에서 400 ∼ 800 kV 이상의 고 전달전압의 정격 전압을 갖는 전력 변환기의 권선을 구성할 수 있다. 부분 방전 (PD) 은 높은 동작전압에서 공지의 시스템에 심각한 문제를 가져온다. 절연체에 공동 또는 작은 구멍이 존재하면 내부 코로나 방전이 절연 물질의 품질을 저하시켜 결국 절연 파괴를 가져오는 문제점을 일으킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 절연 시스템의 도체 또는 반도체 재료의 내부층이 둘러싼 중앙의 전기 도전수단인 도전체와 동일한 전위이며, 도체 혹은 반도체의 외부층이 제어, 소위 접지 전위로, 되도록하므로서 본 발명의 전기 도전체에 사용되는 전기 절연체의 전기적 부하가 감소된다. 그러므로, 상기 내부층과 외부층사이의 전기적 절연층에서의 전계는 중간층의 두께 전체에 본질적으로 균일하게 분포된다. 재료에 상기와 동일한 성질을 갖도록하고 상기 절연 시스템의 상기 층에 결함을 거의 갖지 않도록함으로서, 주어진 동작 전압에서 부분 방전 (PD) 의 가능성이 감소된다. 따라서, 상기 전기 도전체는 매우 높은 동작 전압, 통상 800 kV 이상을 견딜 수 있도록 설계된다.

Claims (26)

1. 중앙의 도전수단 및 외부 반도체층을 구비하는 고전압 권선용 전기 도전체로서, 상기 도전체의 표면부가 금속 입자를 포함한 코팅으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 전기 도전체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 중앙의 도전수단은 하나 이상의 전선의 연선으로 구성되며, 상기 연선은 상기 연선보다 낮은 도전성을 갖는 내부층으로 둘러싸이며, 그 다음 전기적 절연층에 의해 둘러싸이며, 그 다음 외부 반도체층으로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 전기 도전체.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 외부 반도체층은 하나 이상의 중합체 및 카본 블랙으로 구성되며, 1 내지 10⁵Ωcm 의 체적 저항율을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 도전체.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 외부 반도체 중합체층의 저항은 10 ∼ 500 Ωcm 인 것을 특징으로 하는 전기 도전체.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 코팅은 페인트 혹은 접착제인 것을 특징으로 하는 전기 도전체.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 어느 한 항에 있어서,

   상기 코팅은 충격 접착층 (impact-bonded layer) 인 것을 특징으로 하는 전기 도전체.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 금속입자가 은 입자인 것을 특징으로 하는 전기 도전체.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 코팅과 상기 반도체층 사이에 금속 호일이 위치하는 것을 특징으로 하는 전기 도전체.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 금속 호일이 은 호일인 것을 특징으로 하는 전기 도전체.
10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 코팅이 상기 외부 반도체층에 직접 코팅되는 것을 특징으로 하는 전기 도전체.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 코팅은 상기 도전체를 따라 간격을 가지고 복수의 도전체부를 코팅하는 것을 특징으로 하는 전기 도전체.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    적어도 하나의 접지 전선이 상기 코팅으로 접점되는 것을 특징으로 하는 전기 도전체.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 접지 전선이 탄성 금속 스프링 멤버를 수단으로 하여 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 도전체.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 도전수단 및 상기 외부 반도체층은 10 kV 이상, 특정적으로 36 kV 이상, 바람직하게는 매우 높은 전달전압으로 400 kV 내지 800 kV 이상과 같이 72.5 kV 이상의 고전압용으로 설계되는 것을 특징으로 하는 전기 도전체.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 도전수단과 외부 반도체층은 0.5 MVA 를 초과하는 전력범위, 바람직하게는 30 MVA 초과 1000 MVA 까지의 전력범위용으로 설계되는 것을 특징으로 하는 전기 도전체.
16. 금속 입자를 함유한 코팅을 적용하는 것을 포함하는 반도체 중합체 물질과의 전기적 접점을 설정하는 방법.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 코팅은 은 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 중합체 물질과의 전기적 접점을 설정하는 방법.
18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,

    상기 코팅을 페인트하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 중합체 물질과의 전기적 접점을 설정하는 방법.
19. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,

    상기 반도체 중합체 물질로 상기 금속입자를 가속시키는 것을 특징으로 하는 반도체 중합체 물질과의 전기적 접점을 설정하는 방법.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 입자는 가스 증기상에서 가속되는 것을 특징으로 하는 반도체 중합체 물질과의 전기적 접점을 설정하는 방법.
21. 제 16 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 코팅은 상기 반도체 중합체 물질의 표면상으로 직접 공급되는 것을 특징으로 하는 반도체 중합체 물질과의 전기적 접점을 설정하는 방법.
22. 제 16 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 반도체 중합체 물질의 표면에 금속 호일을 적용하고 상기 금속 호일의 상기 외부표면에 코팅을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 중합체 물질과의 전기적 접점을 설정하는 방법.
23. 제 22 항에 있어서,

    상기 호일은 초음파 용접으로 상기 반도체 중합체 물질로 접착되는 것을 특징으로 하는 반도체 중합체 물질과의 전기적 접점을 설정하는 방법.
24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,

    상기 호일은 은 호일을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 중합체 물질과의 전기적 접점을 설정하는 방법.
25. 제 16 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 반도체 중합체 물질은 전기 도전체의 반도체 외부 표면인 것을 특징으로 하는 반도체 중합체 물질과의 전기적 접점을 설정하는 방법.
26. 제 25 항에 있어서,

    적어도 하나의 접지 전선이 상기 코팅으로 접속되는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 중합체 물질과의 전기적 접점을 설정하는 방법.