KR20010049161A - 고정 부분을 가진 전기 장치의 권선 - Google Patents

Abstract

고정 부분을 가진 전기 장치의 권선(13)은 고전압 케이블(1)로 구성되며 권선을 형성하는 케이블(1)이 감기는 조립식 드럼(15) 형태를 가진다. 드럼(15)은 현장에서 장치에 배치된다.

Description

고정 부분을 가진 전기 장치의 권선{A WINDING IN AN ELECTRIC MACHINE WITH STATIONARY PARTS}

통상적인 전력 변압기는 예를 들어 1996년 쿤리가 테크니스카 호그스코란, 프레드릭 그스타브손의 "Elektriska Maskiner" , 3.6 - 3.12쪽에 개시되어 있으며, 이는 오일에 의하여 냉각되고 절연된다. 그러나, 다수의 문제가 상기와 같은 오일 충진된 전력 변압기에 내재되어 있다. 권선을 가진 변압기 코어, 절연 및 냉각용 오일 및 여러 가지 타입의 장치적 지지 수단을 가진 외부 하우징이 변압기에 요구된다. 상기 하우징에 대한 장치적 요구는 상당히 까다로우며 제조 및 조립 과정에 상당히 많은 시간이 소요된다. 마지막으로, 하우징의 외부 치부는 커서 운반시 문제가 있다. 오일-냉각, 특히 압축된 오일-냉각은 또한 오일 펌프, 외부 냉각 엘리먼트 및 확장 용기 등이 필요하다. 절연 물질 역시 상당히 순수해야하고 전도성 입자가 없어야 한다. 오일 및 그 외의 절연 물질에서의 수분 함유량 역시 대기에서보다 상당히 낮아야 한다. 별도 공정에서 수분 함유량은 종이, 그 외의 셀룰로스 물질 및 오일내의 소수 마이크로파트에 대하여 1%이하의 값으로 감소되어야 한다. 전체 절연 시스템은 제조 공정의 종료 시에 조심스럽게 건조되어야 한다. 이러한 높은 순도 및 낮은 수분 함유량은 변압기 이송 및 동작 중에 유지되어야 한다.

예를 들어, JP 4 179 107, JP 6 196 343 및 JP 7 057 951에서, 조립식 드럼 형태의 권선이 공지되어 있다. 그러나, 상기와 같은 권선은 고전압 케이블을 이용할 수 없다.

미국특허 5 036 165에는 절연물에 반도체 열분해 유리섬유로된 내부층 및 외부층이 제공되는 도체가 공지되어 있다. 예를 들어, 미국특허 5 066 881에 설명된 바와 같이, 발전기기에 상기와 같은 절연물을 가진 도체를 제공하는 것이 공지되어 있는데, 여기서 반도체 열분해 유리섬유층은 도체로 형성된 두 개의 평행 qhdrhk 접촉하고 고정자의 절연물은 반도체 열분해 유리섬유의 외부층에 의하여 감싸인다. 열분해 유리섬유 물질은 주입 처리 후에도 그 저항력을 유지하기 때문에 바람직하다.

본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에서 개시된 바와 같이, 예를 들어10kV이상의 고전압에서 이용되는 전력 변압기와 같은 고정 부분을 가진 전기 장치의 권선에 관한 것이다. 본 발명에 따른 변압기의 동작 범위는 36-800 kV이다.

도 1은 본 발명에 따른 전력 변압기의 하나의 상에 대한 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 변압기에 이용되는 권선 케이블의 단면도이다.

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하고 또한 제조를 간단히 하고 운반을 용이하게 하고 그리고 제조 및 조립 비용을 감소시키도록 장치를 개선하는 것이다. 이러한 목적은 청구항 제 1항의 특징부에 기재된 본 발명의 장치에 의하여 달성된다.

본 발명은 일차적으로 고전압 케이블을 이용하고자 하는 것이며, 상기 고전압 케이블은 다수의 연선을 가진 코어, 상기 코어를 감싸는 내부 반도체층, 내부 반도체층을 감싸는 절연층 및 절연층을 감싸는 외부 반도체층으로 구성된다. 특히 본 발명은 20-200mm의 직경을 가지며 80-3000mm²의 전도 영역을 가지는 케이블에 관한 것이다. 상기와 같은 본 발명의 이용은 바람직한 실시예에 나타나 있다.

본 발명에 따르면, 권선은 바람직하게 전력 분배를 위하여 사용되는 것과 같은 고체, 압출된 절연물을 가진 케이블(예를 들어, XLPE-케이블 또는 EPR-절연물을 가진 케이블)에 상응하는 형태이다. 상기와 같은 케이블은 하나 이상의 연선부분으로된 내부 전기 도체, 상기 전기 도체를 감싸는 내부 반도체층, 상기 내부 반도체층을 감싸는 고체 절연층 및 상기 절연층을 감싸는 외부 반도체층으로 구성된다. 상기와 같은 케이블은 가용성인데, 이것은 상당히 중요한 성질이다. 왜냐하면 본 발명에 따른 디바이스를 위한 기술은 기본적으로 조립 중에 구부러지는 케이블로부터 권선이 형성되는 권선 시스템을 기초로 하기 때문이다. XLPE-케이블의 가용성은 일반적으로 직경 30mm 케이블에 대하여 약 20cm의 곡률 반경 및 직경 80mm케이블에 대하여 약 65cm의 곡률 반경을 가진다. 본 출원에서, 용어 "가요성"은 권선이 케이블 직경의 약 4배, 바람직하게는 케이블 직경의 8 내지 12배의 곡률 반경으로 하방향으로 구부러진다는 것을 의미한다.

동작 중에 권선이 구부러지고 열적 스트레스를 받더라도 권선은 그 성질을 유지하도록 구성되어야 한다. 이와 관련하여 층들이 서로 그 접착성을 유지한다는 것은 특히 중요하다. 층들의 물성이 중요하며, 특히 탄성 및 상대 열팽창 계수가 특히 중요하다. 예를 들어, XLPE-케이블에서, 절연층은 가교된 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어지며, 반도체층은 슈트(soot) 및 금속 입자가 혼합된 폴리에틸렌으로 이루어진다. 온도 변화에 의한 부피 변화는 케이블 반경 변화로서 흡수되며, 이들 물질의 탄성에 대한 층의 열팽창 계수사이의 상대적으로 작은 차이 때문에, 층간의 접착성을 잃지 않고 방사방향 확장이 발생될 수 있다.

전술한 물질 결합은 예로서만 고려되어야 한다. 특정 조건을 만족하는 다른 결합 및 반도체 상태(즉, 10^-1- 10⁶ohm-cm의 저항범위, 예를 들어 1-500ohm-cm 또는 10-200ohm-cm)를 만족하는 결합은 본 발명의 범위 내에 속한다.

절연층은 예를 들어 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리브틸렌(PB), 폴리메틸펜텐(PMP), 가교된 폴리에틸렌(XLPE)과 같은 가교된 물질 또는 에틸렌 프로필렌 고무(EPR) 또는 실리콘 고무와 같은 고무로 이루어진다.

내부 및 외부 반도체층은 기본 물질이 동일하지만 슈트 또는 금속 분말과 같은 도체 물질의 입자가 혼합된다.

이들 물질의 장치적 성질, 특히 열팽창 계수는 슈트 또는 금속 입자가 적어도 본 발명에 요구되는 도전성을 얻기 위하여 요구되는 비율로 혼합되었을 경우 이러한 혼합여부에 대하여는 상대적으로 영향을 적게 받는다. 따라서 절연층 및 반도체층은 동일한 열팽창 계수를 가진다.

에틸렌-비닐-아세테이트 공중합체/니트릴 고무, 부틸 그라프트 폴리에틸렌, 에틸렌-부틸-아크릴레이트-공중합체 및 에틸렌-에틸-아크릴레이트는 또한 반도체를 위한 적당한 중합체를 구성한다.

상이한 형태의 물질이 여러 가지 층의 베이스로서 이용되더라도, 이들의 열팽창 계수가 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 전술한 물질이 결합될 경우에 더욱 그러하다.

전술한 물질은 E〈500MPa, 바람직하게 E〈200MPa인 E-모듈러스의 상대적으로 양호한 탄성을 가진다. 탄성은 층내의 물질에 대한 열팽창 계수사이의 미소한 차이가 방사방향의 탄성 방향으로 흡수되기에 충분하도록 되어 있어, 크랙이 발생하지 않거나 또는 다른 손상이 발생하지 않도록 하고 그리고 층들이 서로 분리되지 않도록 한다. 층의 재료는 탄성이 있고, 층 사이의 부착력은 재료중 가장 약한 부착성을 가진 것과 적어도 동일한 크기이다.

두 반도체층의 전도성은 각각의 층을 따른 전위가 거의 동일할 만큼 충분히 커야 한다. 외부 반도체층의 전도성은 케이블내의 전기장을 감쌀 만큼 충분히 커야하지만, 층의 종방향으로 유도되는 전류에 의한 손실을 발생시키지 않을 만큼 충분히 작아야 한다.

따라서, 각각의 두 개의 반도체층은 하나의 등전위 표면 및 권선으로 구성되며, 이들 층에 의하여 전기장이 감싸인다.

물론, 하나 또는 그이상의 추가 반도체층이 절연층에 배치될 수 있다.

본 발명은 이하 첨부된 도면을 참조로 설명된다.

도 1은 변압기 코어(11), 저전압 권선(12) 및 고전압 권선(13)을 가진 전력 변압기의 단면을 도시한다. 본 발명에 따르면, 권선은 조립식 드럼(14, 15)위에 감긴다. 이들 드럼은 공장에서 완전히 감기며 변압기가 이용되는 사이트로 운반되며, 여기서 드럼은 코어의 각각의 상에 배치된다(도 1에서는 변압기의 하나의 상만이 도시된다).

도 1에 도시된 실시예에서, 고전압 권선(13)은 제조 및 운반을 위하여 두 개의 드럼으로 분할된다. 권선이 몇 개의 드럼으로 분할 될 때 개별 권선의 케이블은 사이트상의 케이블 조인트(16)에 의하여 연결된다.

도 2는 본 발명에 따른 건식 전력 변압기에 이용되는 전력 케이블(1)의 단면이다. 케이블(1)은 예를 들어 원형 단면을 가진 구리로 만들어진 도체로 이루어진 다수의 연선(2)을 포함한다. 상기 도체는 케이블(1)의 중간에 배치된다. 케이블 주위에는 제 1반도체층(3)이 배치된다. 제 1반도체층(3) 주위에는 예를 들어 XLPE 절연물인 절연층(4)이 배치된다. 절연층(4) 주위에는 제 2반도체층(5)이 배치된다. 이 경우, 케이블은 일반적으로 전력 분배를 위한 상기와 같은 케이블을 감싸는 외부 덮개가 없다. 케이블은 앞에서 말한 크기일 수 있다.

냉각 공기를 위한 튜브 또는 덕트가 본 발명에 따른 변압기의 권선을 냉각시키기 위하여 권선 케이블 사이에 배치된다. 이들 튜브 또는 덕트는 변압기가 사용될 장소로 운반되기 전에 제조시 드럼(14, 15)에 적당하게 배치된다.

본 발명에 따라, 건식 전력 변압기는 통상적인 변압기 보다 제조가 용이하다. 변압기는 하나의 유니트로서 공장에서 현장으로 운반될 필요가 없으며, 운반 및 조립에 있어서 비용이 절감된다.

본 발명은 전력 변압기에 국한되지 않으며, 유도 리액터와 같은 고정 부분을 가진 다른 전기 장치에 이용될 수 있다.

Claims (8)

1. 고정 부분을 가진 전기 장치에 사용되는 권선으로서, 상기 권선은 권선을 형성하는 도체(1)가 감기는 조립식 드럼(15) 형태이며, 상기 드럼(15)은 현장의 장치에 배치되는 권선에 있어서,

   상기 권선(13)은 고전압 케이블(1)로 구성되는 것을 특징으로 하는 권선.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 고전압 케이블(1)은 다수의 연선을 가진 코어(2), 상기 코어(2)를 감싸는 내부 반도체층(3), 상기 내부 반도체층(3)을 감싸는 절연층(4) 및 상기 절연층을 감싸는 외부 반도체층(5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 권선.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 고전압 케이블(1)은 직경이 20-200mm이며 전도 영역이 80-3000mm²인 것을 특징으로 하는 권선.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 코어를 감싸는 저전압 케이블 및 고전압 케이블(12, 13)을 가진 코어(11)를 가진 전력 변압기를 포함하며, 상기 권선(12, 13)은 권선(12, 13)을 형성하는 케이블(1)이 감기는 조립식 드럼(14, 15) 형태이며, 상기 드럼(14, 15)은 변압기가 이용되는 현장에서 변압기 코어(11)위에 배치되는 것을 특징으로 하는 권선.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 고전압 코일(13)은 각각의 상에 대하여 다수의 드럼(15)으로 분할되며, 드럼(15)사이의 케이블 조인트(16)는 현장에서 조립 중에 사용되는 것을 특징으로 하는 권선.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 권선(12, 13)을 냉각시키는 튜브 또는 덕트는 변압기가 이용되는 현장으로 운반되기 전에 공장에서 드럼(14, 15)에 배치되는 것을 특징으로 하는 권선.
7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 따른 권선으로 제조된 전력 변압기
8. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 따른 권선으로 제조된 유도성 리액터