KR20010052086A - 동기 보상기 플랜트 - Google Patents

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KR20010052086A
KR20010052086A KR1020007003468A KR20007003468A KR20010052086A KR 20010052086 A KR20010052086 A KR 20010052086A KR 1020007003468 A KR1020007003468 A KR 1020007003468A KR 20007003468 A KR20007003468 A KR 20007003468A KR 20010052086 A KR20010052086 A KR 20010052086A
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마츠 라이욘
베르틸 베르크그렌
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에이비비 에이비
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Abstract

본 발명은 20-800kV, 바람직하게 36kv의 높은 공급 전압에 직접 접속된 전기 장치에 포함되는 동기 보상기 플랜트의 자기 회로에 관한 것이다. 전기 장치에는 고체 절연체가 제공되며 그 권선(들)은 적어도 하나의 외부 및 내부 반도체층(34,32)과 중간 절연층(33)에 의해 둘러싸인 다수의 스트랜드(36)를 가진 하나 이상의 전류 운반 도체(31)를 포함하는 고전압용에 사용되는 케이블(6)로 구성된다. 플랜트는 이동 유니트로 이루어진다.

Description

동기 보상기 플랜트 {SYNCHRONOUS COMPENSATOR PLANT}
무효 전력은 교류를 전송하는 모든 전력 시스템에 존재한다. 많은 부하가 유효 전력외에 무효 전력을 소비한다. 배전 및 송전은 변압기, 가공 선로 및 케이블의 직렬 인덕턴스에 의해 무효 손실을 수반한다. 가공 선로 및 케이블은 또한 위상간 및 위상과 접지 전위 사이의 도전성 접속에 의해 무효 전력을 생성한다.
교류 시스템의 고정 동작에서 무효 전력 생성 및 소비는 표준 주파수를 획득하기 위해 일치되어야 한다. 전력 네트워크의 무효 전력 밸런스와 전압 사이에 동등하게 강한 커플링이 존재한다. 만일 무효 전력 소비와 생성이 적절한 방식으로 밸런스되지 않았다면, 그 결과는 전력 네트워크의 일부에서 용납할 수 없는 전압 레벨이 될 것이다. 일 영역에서 무효 전력의 초과는 고전압을 유도하며 부족은 저전압을 유도한다.
표준 주파수에서의 유효 전력 밸런스와 반대로, 이는 발생기의 유효 전력 제어만으로 제어되며 적절한 무효 전력 밸런스는 동기 발생기의 제어가능 여자 및 시스템에 펄쳐있는 다른 소자로 얻어진다. 상기 (위상 보상)소자의 예는 션트 리액터, 션트 캐패시터, 동기 보상기 및 SVC(고정 바. 보상기;Static Var. Compensator)이다.
전력 네트워크의 위상 보상 소자는 전력 네트워크의 여러 부분에서의 전압외에 전력 네트워크에서의 손실에 영향을 미치며, 이는 무효 전력의 전송과 마찬가지로 유효 전력 전송이 손실과 그에 따른 열을 일으키기 때문이다. 결과적으로 손실이 최소가 되며 전력 네트워크의 모든 부분에서의 전압이 받아들여질 수 있도록 위상 보상 소자를 배치하는 것은 바람직하다.
션트 리액터 및 션트 캐패시터는 통상적으로 전력 네트워크에 기계적 브레이커 메카니즘을 이용하여 접속되거나 영구적으로 접속된다. 즉, 이 소자에 의해 소비된/생성된 무효 전력은 계속해서 제어가능한 것은 아니다. 그에 반해, 동기 보상기 및 SVC에 의해 소비된/생성된 무효 전력은 계속해서 제어가능하다. 상기 두개의 소자는 고성능 전압 제어에 대한 요구가 있다면 사용될 수 있다.
다음으로 동기 보상기 및 SVC에 의한 위상 보상기의 기술이 간단히 설명된다.
동기 보상기는 원칙적으로 부하없이 동작하는 동기 모터이다. 즉, 장치 손실과 동일한 전력 네트워크의 유효 전력을 이용한다.
동기 보상기의 회전자 샤프트는 일반적으로 수평 방향이며 회전자는 일반적으로 여섯 내지 여덟개의 철극(salient pole)을 가진다. 회전자는 통상적으로 열적 특성을 가지기 때문에 동기 보상기는 과여자 상태에서 피상 전력의 대략 100%를 생성할 수 있고 고정자는 무효 전력의 형태로 (정격 출력)을 위해 열적 특성을 가진다. 부족 여자 상태에서, 동기 보상기가 무효 전력을 소비할 때, 정격 출력(장치가 결정되는 방법에 다른 표준값)의 대략 60%를 소비한다. 만일 장치가 가로 방향에서 상대적으로 작은 리액턴스를 가진 철극을 가지고 포지티브 및 네거티브 여자시킬 수 있는 여자 장치가 제공된다면, 장치는 안정값의 한계를 초과하지 않고 상술한 정격 출력의 60%보다 많은 무효 전력을 소비할 수 있다. 최신 동기 보상기에는 고속 여자 시스템, 바람직하게 직류가 슬립링을 통해 회전자로 공급되는 사이리스터-제어된 정지 여자기가 장착된다.
동기 보상기의 자기 회로는 통상적으로 예를 들면 용접된 구조를 가진 강철 시트로 이루어진 성층 코어를 포함한다. 통풍과 냉각을 위해 코어는 종종 방사상 및/또는 축상 통풍 덕트를 가진 스택으로 분할된다. 큰 장치의 경우, 성층(lamination)은 장치의 프레임에 부착된 세그먼트에서 펀칭되며, 성층 코어는 압력 핑거 및 압력 링에 의해 결합된다. 자기 회로의 권선은 코어의 슬롯에 위치하며, 슬롯은 일반적으로 직사각형 또는 사다리꼴 형태의 단면을 가진다.
다중 위상 전기 장치에서 권선은 단일 또는 이중층 권선으로 이루어진다. 단일층 권선의 경우 슬롯 당 단지 하나의 코일면이 존재하는 반면 이중층 권선은 슬롯당 두개의 코일면이 존재한다. 코일면은 수평 또는 수직으로 결합되며 통상적인 코일 절연체, 즉 접지에 대한 장치의 정격 전압을 유지하도록 설계된 절연체가 제공된 하나 이상의 도체를 의미한다.
이증층 권선은 일반적으로 다이아몬드 권선으로 이루어지는 반면 본 설명을 위한 단일층 권선은 다이아몬드 또는 플랫 권선으로 이루어질 수 있다. 단지 하나(가능하면 둘)의 코일폭은 다이아몬드 권선에 존재하며 플랫 권선은 넓게 가변되는 코일폭을 가진 중앙 권선으로 이루어진다. 코일폭은 동일 코일에 속하는 두 코일면간의 호의 거리를 의미한다.
일반적으로 모든 큰 장치는 이중층 권선과 동일 크기의 코일로 이루어진다. 각 코일은 다른층의 다른면과 일층의 일면을 가지도록 위치한다. 이는 모든 코일이 코일단에서 각각 서로 교차되는 것을 의미한다. 만일 두개 이상의 층이 존재한다면, 상기 교차는 권선을 복잡하게 하며 코일 단부는 덜 만족스럽다.
회전 장치용 코일이 10-20kV의 전압 범위에 이르는 충분한 결과를 가지도록 제작될 수 있는 것은 중요하다.
동기 보상기는 상당히 짧은 지속시간 과부하 용량을 가진다. 전기적-기계적 오실레이션이 전력 시스템에서 발생할 때 동기 보상기는 정격 출력의 두배에 이르는 무효 전력을 짧게 공급할 수 있다. 동기 보상기는 또한 더욱 긴 지속시간 과부하 용량을 가지며 종종 30분에 이르는 시간동안 정격 출력의 10내지 20%를 공급할 수 있다.
동기 보상기는 수 MVA에서 수백 MVA의 크기를 가진다. 동기 보상기에 대한 손실은 대략 10W/kvar의 수소 가스에 의해 냉각되는 반면 공냉식 동기 보상기에 대한 대응수는 대략 20W/kvar이다.
동기 보상기는 바람직하게 긴 방사 전송 라인의 수신단과 긴 전송 라인을 가진 마스킹된 전력 네트워크의 중요 노드, 특히 적은 로컬 발생을 가진 영역에 설치된다. 동기 보상기는 또한 HVDC 인버터 스테이션의 근처의 쇼트 회로 전력을 증가시키는데 사용된다.
동기 보상기는 종종 전압이 실질적으로 동기 보상기보다 높은 전압이 요구되는 전력 네트워크의 포인트에 접속된다. 이는 동기 보상기외에 동기 보상기 플랜트가 일반적으로 셋업 변압기, 동기 보상기와 변압기 사이에 버스바 시스템, 동기 보상기와 변압기 사이에 제너레이터 브레이커, 및 변압기와 전력 네트워크 사이에 라인 브레이커를 포함하는 것을 의미한다.
최근 SVC는 비용면에서 특히 이점이 있고 특정 애플리케이션에서 기술적 이점이 있기 때문에 새로운 장치의 동기 보상기로 상당히 교체될 수 있다.
SVC 컨셉(고정 바. 보상기)은 오늘날 무효 전력 보상을 위한 주된 컨셉이며 또한 많은 경우에 있어서 전송 네트워크의 동기 보상기를 교환하며, 이는 또한 전기 아크 용광로와 연결되어 공업 애플리케이션을 가진다. SVC는 동기 보상기와는 반대로 이동가능하거나 회전하는 주소자가 없기 때문에 고정적이다.
SVC 기술은 반도체 사이리스터로 구성된 빠른 브레이커를 기초로 한다. 사이리스터는 수 백만초에서 절연체로부터 도체를 스위칭할 수 있다. 캐패시터 및 리액터는 사이리스터 브리지를 이용해 무시할 수 있는 지연으로 접속 또는 단절될 수 있다. 상기 두 소자를 결합함으로써 무효 전력은 단계없이 공급되거나 추출될 수 있다.
SVC 플랜트는 전형적으로 캐패시터 뱅크 및 리액터를 포함하며 사이리스터는 고조파를 생성하기 때문에 플랜트는 또한 고조파 필터를 포함한다. 제어 장치외에, 크기 및 비용면에서 최적의 보상을 얻기위해 변압기가 또한 보상 장치 및 네트워크 사이에서 요구된다. SVC 플랜트는 765kV에 이르는 표준 전압으로 수 MVA로부터 650MVA에 이르는 크기를 이용할 수 있다.
캐패시터 및 리액터가 결합되는 방법다음으로 다수의 SVC 플랜트 타입이 존재한다. 두개의 통상적인 엘리멘트는 TSC 또는 TCR이 포함될 수 있다. TSC는 사이리스터-스위칭된 무효 전력-생성 캐패시터이며 TCR은 사이리스터 스위칭된 무효 전력-소비 리액터이다. 통상적인 타입은 상기 엘리멘트, TSC/TCR의 조합이다.
손실 크기는 플랜트 타입에 많이 의존하며 예를 들면 FC/TCR 타입(FC는 캐패시터가 고정된것을 의미한다.)에 속하는 SVC는 TSC/TCR보다 상당히 큰 손실을 가진다. FC/TCR 타입의 손실은 대략 동기 보상기의 손실과 유사하다.
이는 위상 보상 기술에서 두개의 원칙, 즉 동기 보상 및 SVC로 분할될 수 있다.
이 컨셉은 다른 길이와 결점을 가진다. 동기 보상기와 비교하여, SVC는 더 싸다는 이점을 가진다. 그러나, 이는 특정 애플리케이션의 이점일 수 있는 다소 빠른 제어를 허용한다.
동기 보상기와 비교한 SVC의 약점은 다음과 같다.
· 과부하 용량을 가지지 않는다. 용량성 제한값에서의 동작시, SVC는 원칙적으로 캐패시터가 된다. 즉, 만일 전압이 강하되면 무효 전력은 전압의 제곱으로 강하된다. 만일 위상 보상의 목적이 긴 길이를 따르는 전력의 전송을 가능하게 한다면 고부하 용량의 부족은 동기 보상기 플랜트가 선택되기보단 SVC 플랜트가 선택되면 안정화 문제를 피하기 위해 높은 정격 출력이 선택되어야 한다는 것을 의미한다.
·만일 TCR을 포함한다면 필터가 필요하다.
·내부 전압 소스를 가진 회전 장치를 가지지 않는다. 이는 동기 보상기 특히 HVDC 전송의 근처에서 장점을 가진다.
보다 경쟁적인 시장을 얻기위해, 많은 나라에서 규칙을 폐지하거나 폐지된 규칙을 가진 시장에 있다. 이는 통상적으로 분리된 본체로 전력 생산 및 전송 서비스를 분배하는 것을 포함한다. 시스템의 상기 두 부분이 다른 수중에 있다면 생성 플랜트와 전송 라인 계획 사이의 이전 링크는 깨어진다. 생성 플랜트 소유자는 하드웨어 봉쇄에 대해 매우 짧은 시간에 생성 플랜트의 폐쇄를 공지할 수 있으며, 전송 서비스의 오퍼레이터 및 플래너에 부하 흐름 패턴의 주 변화와 제어 가능한 무효 생성/소비 리소스의 위치를 제공한다. 결과적으로, 짧은 리드 시간내에 전송 시스템의 무작위 노드에 재위치될 수 있는 위상 보상 유니트에 대해 전략적인 요구가 존재한다.
전기 시장이 규칙을 폐지하는 나라에서는 또한 재위치 가능한 위상 보상 소자가 필요하다. 예를 들면, 원자력 생산이 큰 역할을 하는 국가는 상술한 경우와 유사한 경우를 경험한다. 일반적으로 원자력 플랜트는 낮은 부하 기간동안 검사와 준비를 위해 일년에 한번씩 폐쇄된다. 그러나, 때때로 이 플랜트는 긴 기간동안 주요한 준비를 위해 폐쇄되어야 한다. 이 상태는 전기 시장의 규칙을 폐쇄하지 않는 국가에서는 취급하기가 쉽지만, 전형적인 원자력 플랙트의 크기는 로드 흐름 패턴의 변화와 제어 가능 반등 생성/소비 리소스는 기술된 보호 표준을 유지하는 동안 취급을 어렵게 하는 상황에 전송 시스템의 오퍼레이터를 제공한다. 이는 상기 상황에서 재위치가능한 위상 보상 유니트가 필요하다.
오늘날 적은 수의 재위치가능한 SVC 플랜트가 존재한다. 예를 들면, 1996년 12월 "Modern Power Systems" 잡지에 페이지 49-54에 "Relocatable static var compensators help control unbundled power flows"기사를 참조한다. 고정 및 동기 보상기 사이의 차이외에, 재위치 가능한 고정 보상기는 다수의 컨테이너를 포함하며, 이는 사이트에서 매우 큰 영역이 필요하며 상기 사이트에서 전기적으로 상호 접속될 필요가 있다. 그러나 대부분의 중요한 재위치가능한 고정 보상기는 스텝-다운 변압기가 이미 사용가능한 전송 시스템의 노드에 접속되며 매우 낮은 전압을 제공한다. 다시 말하면, 재위치가능한 고정 보상기는 전송 시스템 전압(전형적으로 130V 이상)에 직접 접속될 수 없다.
동기 보상기 플랜트에 필요한 소자의 개수와 특히 변압기의 필요 이유 때문에, 고전압 네트워크용 동기 보상기 플랜트는 고정 플랜트로서만 구현된다. 위상 보상이 필요한 현존 전력 네트워크의 변화시 플랜트는 그 위치에서 불필요하며 다르게 구성될 필요가 있거나 플랜트가 네트워크의 다른 장소에 필요할 수 있다. 이는 물론 상기 고정 플랜트에 대한 심각한 장애이다.
본 발명은 배전 또는 송전 네트워크에 접속된 전기 장치에 관한 것이며, 상기 네트워크는 이하 전력 네트워크로 참조된다. 특히, 본 발명은 상기 목적을 위한 동기 보상기 플랜트에 관한 것이며 상기 플랜트의 사용과 위상 보상을 위한 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 동기 보상기 플랜트의 단선 다이아그램을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 동기 보상기 플랜트의 전기 장치의 고정자의 섹터의 개략도이다.
도 3은 도 2의 고정자의 권선에 사용된 케이블의 단면도를 도시한다.
도 4는 로리로 운송되는 플랜트를 개략적으로 도시한다.
본 발명의 목적은 상기한 단점을 피하는 동기 보상기 플랜트를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항의 특징부에 의해 달성된다.
동기 보상기 플랜트에서 회전 전기기기의 권선이 특수 고체 절연체로 제조되는 것에 기인하여, 전압 레벨은 종래의 동기 보상기가 실질적으로 또는 자금적으로 구성되는 제한 이상까지의 기기에 대해 달성될 수 있다. 전압 레벨은 분배 및 전송을 위해 파워 네트워크에 적용가능한 어떤 레벨에 도달할 수 있다. 그러므로 이점은 셋업 트랜스포머의 중간 접속 없이 이러한 네트워크에 동기 보상기가 직접 접속될 수 있는 것에 의해 달성된다.
초당 트랜스포머의 제거는 비용, 중량 및 공간 면에서 큰 절약을 가져오며, 종래의 동기 보상기 플랜트에 대해 다른 중요한 이점을 가진다.
플랜트의 효율은 증가된다. 더욱이, 반응 파워의 트랜스포머의 소모에 의해 초래된 반응 손실은 방지되며 그러므로 위상각이 이동된다. 이것은 시스템의 정적이고 동적인 안정도 여유에 대하여 효과적이다. 더욱이, 종래의 트랜스포머는 화재 위험을 수반하는 오일을 포함한다. 이것은 본 발명에 따른 플랜트에서 제거되며, 여러 가지 형태의 화재 예방의 요건이 감소된다. 많은 다른 전기 커플링 성분 및 보호장치도 감소된다. 이것은 플랜트 비용을 감소시키고 서비스 및 유지의 필요성이 적어진다.
이들 및 다른 이점들은 종래의 플랜트보다 상당히 작고 덜 비싼 동기 보상기 플랜트를 가져오며, 작동 경제성은 유지가 덜 들고 손실이 작아 급속하게 개선된다.
이러한 이점들 때문에, 본 발명에 따른 동기 보상기 플랜트는 SVC 컨셉과 재정적으로 호한가능하고 이것과 비교하여 비용 이점을 제공한다.
그러므로 본 발명이 SVC 컨셉과 비교하여 경쟁적인 동기 보상기 컨셉을 만든다는 사실은 동기 보상기 플랜트의 사용으로의 복귀가 가능하게 한다. SVC 보상과 연관된 결점은 더 이상 관련되지 않는다. SVC 플랜트에서 복잡하고 큰 뱅크의 캐패시터 및 리액터는 이러한 결점을 갖는다. SVC 기술이 갖는 큰 다른 결점은 전압과 위상각에 관하여 회전 e..m.f.를 갖는 회전 전기 기기에 얻어진 것과 동일한 안정도를 제공하지 않는 정적 보상이다. 그러므로 동기 보상기는 네트워크에서의 일시적 장애 및 위상각에서 변동에 대해 보다 양호하게 조절할 수 있다. SVC를 제어하는 사이리스터는 위상각의 변위에 민감하다. 본 발명에 따른 플랜트는 이러한 조화 문제를 해결시킨다.
본 발명에 따른 동기 보상기 플랜트는 실행될 SVC 기술을 통해 동기 보상기 기술의 이점을 가능하게 하며 그것에 의해 보다 효율적이고 안정한 보상이 플랜트 투자 및 동작의 관점에서 저렴한 비용으로 얻어진다.
본 발명에 따른 플랜트는 종래의 동기 보상기 및 SVC와 비교하여 작고 저렴하고 효율적이고 신뢰성이 있다.
플랜트에서 필요로하는 성분의 감소 특히 플랜트에서 트랜스포머의 제거는 가능한한 이동 유니트로서 플랜트를 설계하고 그러므로 청구항 1항의 특징부에 포함된다. 화물차, 레일웨이 트럭 또는 헬리콥터 등에 의해 잔달될 수 있는 이동 유니트로서 플랜트를 만듬으로써, 플랜트는 파워 네트워크의 한 위치로부터 다른 위치로 이동될 수 있으며, 네트워크 변화에서 위상 보상의 필요성이 있다.
청구항 1항에서 청구된 바와 같이 특수 구성의 권선을 구비한 성분을 가지며 이동 유니트로서 플랜트를 설계할 수 있는 기능을 사용하는 동기 보상기 플랜트에서, 정적 동기 보상기 플랜트에 관련된 결점은 극복된다. 이것은 36kV 이상의 범위에서 고전압 네트워크에 대해 중요한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 HVCD 전송의 근방에서 전자 기동력과 회전 매스에 의존하여 및/또는 시스템 안정도를 관리하기 위하여 서브 전송이나 전송 레벨에 직접 연결되는 빠르고 연속적으로 제어가능한 반응 파워에 대한 필요성을 만족시키는 것이다. 플랜트는 수 MVA로부터 수백 MVA까지 어떤 것을 공급할 수 있어야 한다.
상기 목적을 충족함으로써 얻어진 이점들은 중간 트랜스포머의 기피이며, 그 리액턴스는 반응 파워를 소모한다. 이것은 또한 소위 발전기 차단기의 기피이다. 이점들은 또한 회전 보상 때문에 네트워크 품질과 관련하여 얻어진다. 본 발명에 따른 플랜트에서, 과부하 용량은 증가되고, 본 발명에서 +100%이다. 본 발명에 따른 동기 보상기는 짧은 존속기간 및 장기간 과부하 용량과 관련하여 종래의 동기 보상기보다 더 높은 과여기 동작에서의 과부하 용량이 제공될 수 있다. 이것은 회전자를 가열하기 위한 시간 상수가 본 발명에 따른 회전자 권선의 전기 절연으로 크기 때문에 중요하다. 그러나, 로터의 열적 치수설정은 이 과부하 용량을 사용하는 가능성을 제한하지 않도록 해야한다.
이것을 달성하기 위하여 동기 보상기 플랜트내에 포함된 전기기기의 자기회로는 접지에 포함된 나사산식 영구절연 케이블로 형성된다. 본 발명은 자기회로와 같은 제조 절차에 관한 것이다.
공지된 기술과 본 발명에 따른 실시예간의 주요 차이는 이것이 고체 절연으로 제공된 전기 기기로 달성되고, 권선의 자기회로는 20 내지 800kV 바람직하게는 36kV의 높은 공급전압에 차단기를 통해 직접 연결되도록 배열된다. 그러므로 자기회로는 도체에서 그리고 절연체 외부에서 반도체층을 가지는 하나이상의 영구적으로 절연된 도체를 구비한 나사산식 케이블로 이루어진 권선을 가지는 적층 코어를 포함한다.
모든 종류의 고전압 파워 네트워크에 전기기기위 직접 접속하는데 생기는 문제들을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 플랜트의 기기는 공지된 기술로부터 구별되는 다수의 특징을 가진다. 부가적인 특징 및 실시에들은 종속항에 기술되어 있으며 다음에 설명한다.
동기 보상기 플랜트의 상기 및 다른 특징은 다음을 포함한다.
· 자기회로의 권선은 도체와 전단에서 반도체층과 영구적으로 절연된 도체를 가지는 케이블로부터 제조된다. 이러한 형태중 어떤 전형적인 도체는 도체의 스트랜드 그리고 외부 전단의 성질과 관련하여 개발된 EP 고무 절연 케이블 또는 XLPE 케이블이다. XLPE=크로스링크된 폴리에틸렌이고 EP=네틸렌 프로필렌이다.
· 원형 단면적을 갖는 케이블이 바람직하나, 다른 단면적을 갖는 케이블이 예를 들어 보다 양호한 패킹 밀도를 얻기 위하여 사용될 수 있다.
· 이러한 케이블은 슬롯 및 치형과 관련하여 새롭고 최적의 방법으로 본 발명에 따라 구성된 적층 코어를 허용한다.
· 권선은 바람직하게는 적층 코어의 최상의 사용을 위해 단계별로 절연으로 제조된다.
· 권선은 바람직하게는 다층의, 동심 케이블 권선으로서 제조되며, 코일 단부 교차부의 수를 감소시킨다.
· 슬롯 설계는 슬롯이 서로 외부에 방사적으로 또는 축방향으로 주행하는 다수의 원통형 개구의 형태이며 고정자 권선의 층들 사이에서 주행하는 개구 부분을 가진다.
· 슬롯의 구성은 권선의 계단식 절연에 그리고 관련 케이블 단면으로 조절된다. 계단식 절연은 방사 연장과 관계없이 일정한 치형 폭을 가지는 자기 코어를 허용한다.
· 표준에 대하여 상기한 개선점들은 다수의 임팩트한 층들로 이루어진, 즉 전기기기 측면에서 정확하게 전달될 필요없고 절연되지 않으며, 서로 절연되는 절연 스트랜드를 수반한다.
· 외부 치형에 관한 상기한 개선점들은 도체의 길이를 따라 적당한 포인트에서 외부 전단이 차단되고 각 차단 부분 길이는 접지 전위에 직접 연결되는 것을 수반한다.
상기한 형태의 케이블의 사용은 접지 전위에서 유지되기 위하여 플랜트의 다른 부분들과 함께 권선의 외부 치형의 전체 길이를 허용한다. ??요한 이점은 전계가 외부 반도체층의 외부에 코일 단부 영역내에 0에 가깝다는 것이다. 외부 전단에 대한 전지전위에서, 전계는 제어될 필요가없다. 이것은 코일 단부 영역에서, 코어에서 또는 그들 사이의 전이에서 어떤 전계도 발생하지 않는다는 것을 의미한다.
절연되거나 절연되지 않은 임팩트한 스트랜드, 또는 전달된 스트랜드의 혼합은 낮은 스트랜드 손실을 초래한다.
자기회로 권선에 상요된 고전압용 케이블은 복수의 스트랜드를 구비한 적어도 두 반도체층의 내부 코어/도체로 이루어지며, 최내부는 절연층으로 둘러싸여지며, 20-250 mm 정도의 외부 직경 및 30-3000m2을 가지는 외부 반도체층으로 둘러싸여진다.
본 발명에 사용된 절연 도체 또는 케이블은 가요성이며 그 종류는 WO 97/45919 및 WO 97/45847에 상세하게 기술되어 있다. 절연도체나 그것에 연결된 케이블의 부가적인 설명은 WO 97/45918, WO 97/45930 및 WO 97/45931에서 발견될 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 장치에서, 권선은 XLPE-케이블 ERP-절연을 갖는 케이블과 같은 파워 분배를 위해 사용된 새로운 형태의 고체의 압출성형된 절연을 가지는 케이블에 상응하는 형태이다. 이러한 케이블은 하나이상의 스트랜드 부분, 도체를 에워싸는 내부 반도체층, 이것을 에워싸는 고체 절연층 및 절연층을 에워싸는 외부 반도체층으로 이루어진 내부 도체를 포함한다. 그런 케이블들은 가요성이 있는데 이는 이 경우에 있어서 중요한 특성인 바, 본 발명에 따른 장치에 대한 기술이 조립 동안 구부러지는 케이블로 권선이 형성되는 권선 시스템에 주로 근거한 것이기 때문이다. XLPE-케이블의 가요성은 보통 30㎜의 직경을 가진 케이블에 대해서는 대략 20㎝의 곡률 반경에 해당되며, 80㎜의 직경을 가진 케이블에 대해서는 대략 65㎝의 곡률 반경에 해당된다. 본 발명에서 "가요성"이라는 용어는 권선이 케이블 직경의 4배 바람직하게는 8-12배의 곡률 반경까지 구부러질 수 있음을 나타내기 위해 사용된다.
권선은 동작 중에 구부러지고 열 또는 기계적 스트레스를 받더라도 그 특성을 유지하도록 구성된다. 층들이 서로 간에 부착력을 유지한다는 것이 매우 중요하다. 층들의 물질적 특성은 여기서 결정적인 것이며, 특히 그 탄성과 상대적 열팽창 계수들이 중요하다. 예를 들어, XLPE-케이블에서, 절연층은 교차 결합되고(cross-linked), 저밀도의 폴리에틸렌으로 구성되며, 반도전층은 그을음(soot)과 금속 입자들이 혼합되어 있는 폴리에틸렌으로 구성된다. 온도 변화의 결과인 부피 변화는 케이블의 반경의 변화로서 완전히 흡수되며, 이들 재료의 탄성과 관련하여 층들의 열팽창 계수들 사이의 비교적 미미한 차이로 인해, 층들 사이의 부착이 상실되지 않고도 방사상 팽창이 일어날 수 있다.
상기한 재료 화합물은 예시적인 것으로만 이해되어야 한다. 상기한 조건들과 반도전성 즉, 10-1-106ohm-㎝ 범위 내의 고유 저항 예를 들어 1-500ohm-㎝ 또는 10-200ohm-㎝의 고유 저항을 가지는 반도전성을 만족하는 다른 화합물도 본 발명의 범위에 속한다.
절연층은 예를 들어 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리부틸렌(PB), 폴리메틸펜텐("TPX")과 같은 고체 열가소성 재료, 교차 결합된 폴리에틸렌(XLPE)과 같은 교차 결합된 재료, 또는 에틸렌 프로필렌 고무(EPR) 또는 실리콘 고무와 같은 고무로 구성될 수 있다.
내측과 외측 반도전층들은 동일한 기본 재료를 가지되 그을음 또는 금속 분말이 혼합된 전도성 재료의 입자들을 가질 수 있다.
이들 재료들의 기계적 특성, 특히 그 열팽창 계수들은 적어도 본 발명에 따라 필요한 도전성을 얻는데 필요한 부분에 있어서는, 그을음이나 금속 분말이 혼합되어 있는가 아닌가에 의해 상대적으로 거의 영향받지 않는다. 따라서 절연층과 반도전층들은 실질적으로 동일한 열팽창 계수들을 가진다.
에틸렌-비닐-아세테이트 공중합체/니트릴 고무(EVA/NBR), 부틸 융합(graft) 폴리에틸렌, 에틸렌-부틸-아크릴레이트 공중합체(EBA) 및 에틸렌-에틸-아크릴레이트 공중합체(EEA)도 반도전층들을 위한 적절한 중합체를 구성할 수 있다.
여러 층들에서 서로 다른 타입의 재료들이 베이스(base)로 사용되더라도, 그들의 열팽창 계수들이 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 이는 상기한 재료들의 화합물의 경우에 그러하다.
상기한 재료들은 탄성 계수(E-modulus)가 E 〈 500MPa, 바람직하게는 E 〈 200MPa 인 비교적 우수한 탄성을 가진다. 층들의 재료들에 대한 열팽창 계수들 사이의 어떤 미미한 차이도 탄성의 방사상 방향으로 흡수될 수 있도록 탄성이 충분하여서, 어떠한 균열이나 손상도 일어나지 않고, 층들이 서로 분리되지 않는다. 층들의 재료는 탄성적이며, 층들 사이의 부착력은 적어도 가장 약한 재료와 동일한 크기를 가진다.
두 반도전층들의 전도도는 각 층들 따라 전위를 실질적으로 균등화시키기에 충분하다. 외측 반도전층의 전도도는 케이블 내의 전계를 둘러싸기에 충분하게 높고, 층들의 길이 방향에 유도되는 전류에 기인한 상당한 손실을 발생시키지 않을 정도로 충분히 낮다.
따라서, 두 반도전층들은 각각 하나의 등전위면을 구성하며, 이들 층들은 그들 사이의 전계를 실질적으로 둘러싼다.
물론, 하나 이상의 부가적 반도전층들이 절연층에 배치되는 것을 금하지는 않는다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 두 개 바람직하게는 세 개의 이들 층들이 동일한 열팽창 계수를 가진다. 따라서, 권선의 열적 운동에서 결합, 균열 등이 방지되는 결정적 이점이 얻어진다.
본 발명은 또한 동기 보상기 플랜트(synchronous compensator plant)에 포함되는 전기 기계를 위한 자기 회로를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 케이블을 슬롯들의 원통형 개구들을 통해 끼움에 의해 권선이 슬롯들에 배치되도록 한다.
본 발명의 다른 양상으로부터, 제 35 항의 전제부에 기재된 타입의 플랜트에 대해 상기 항의 특징부에 정의된 특징들이 주어진다는 점에서 목적이 달성된다.
열 및 전기적 측면에서 36㎸ 이상의 크기를 가지도록 절연 시스템, 적절하게는 영구적인 절연 시스템이 설계되기 때문에, 중간 승압 변압기 없이도 플랜트가 고압 전력 네트워크에 연결될 수 있어서, 상기한 이점들을 얻게 된다. 그러한 플랜트는 필수적일 필요는 없지만 바람직하게는 제 1-34 항 중 하나에 기재된 플랜트에 대해 정의된 특징들을 포함하도록 구성된다.
본 발명의 상기한 실시예와 다른 유리한 실시예들은 종속항들에 기재되어 있다.
본 발명은 도면을 참조로 이하에서 상세히 설명된다.
도 1에 본 발명의 실시예에 따른 동기 보상기 플랜트의 단선 다이아그램이 도시되어 있으며 장치는 두개의 서로 다른 전압 레벨에서 임의의 셋업 변압기없이 전력 네트워크에 직접 접속되도록 배치되어 있다.
동기 보상기 플랜트에 포함된 전기 장치에 속하는 도 2의 고정자(1)의 섹터의 축상면도에는 장치의 회전자(17)가 도시되어 있다. 고정자(1)는 통상적인 방식으로 성층 코어로 구성되어 있다. 도 2에 일 극 피치(one pole pitch)와 대응되는 장치의 섹터가 도시되어 있다. 방사상 최외각에 위치한 코어의 요크부(9)로부터 다수의 돌기(4)가 회전자(17) 쪽으로 방사상으로 펼쳐지며 고정자 권선이 배치된 슬롯(7)에 의해 분리된다. 상기 고정자 권선을 형성하는 케이블(6)은 전력 분배에 사용되는 것과 실질적으로 동일한 타입의 고전압 케이블, 즉 XLPE 케이블이지만, 외부에서 기계적으로 보호된 어떠한 외장도 없다. 그러므로, 반도체층은 기계적인 손상에 민감하며 케이블 표면에 드러나 있다.
케이블(6)은 도 2에 개략적으로 도시되어 있으며, 코일면 또는 각 케이블 부분의 도전성 중심부가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 각 슬롯(7)은 넓은 부분과 좁은 부분을 가지는 가변적인 단면을 가진다. 넓은 부분은 실질적으로 원형이며 케이블을 감싸고, 중앙 부분은 이 사이에서 좁은 부분을 형성한다. 중앙 부분은 각 케이블을 방사상으로 고정하는 역할을 한다. 슬롯(7)의 단면은 또한 방사상 내부로 갈수록 좁아진다. 이는 케이블부의 전압이 고정자(1)의 방사상 내부에 접근할수록 낮아지기 때문이다. 더 얇은 케이블이 여기에 사용될 수 있으며 더 굵은 케이블은 사용되지 않는다. 일 실시예에서, 슬롯(7)의 새개에 대응되는 섹션에 배치된 세개의 서로 다른 크기를 가진 케이블이 사용될 수 있다.
도 3에 본 발명에 사용된 고전압 권선(6)을 관통하는 단면도가 도시되어 있다. 고전압 권선(6)은 스트랜드(12)가 고전압 권선(6)의 중앙에 배치된 원형 단면을 가진 다수의 스트랜드(12)의 형태인 전류 운반 도체를 포함한다. 스트랜드(12) 주변에는 반도체 특성을 가진 제 1 층(13)이 존재한다. 제 1 반도체층(13) 주변에는 고체 절연체(14)층, 예를 들어 XLPE-절연체가 배치되어 있다. 절연층(14) 주변에는 반도체 특성을 가진 제 2 층(15)이 도시되어 있다. 고전압 권선의 지름은 20-250mm이며 도전성 영역은 80-3000mm2의 간격이다.
세개층은 케이블이 구부러질 때도 서로 부착되도록 배치된다. 도시된 케이블은 탄성적이며 이 특성은 케이블의 전수명동안 유지된다.
완성된 플랜트가 로리에서 수송될 수 있는 이동 유니트(21)를 구성하는 방법이 도 4에 개략적으로 도시되어 있다.

Claims (39)

  1. 적어도 하나의 권선을 가진 적어도 하나의 회전 전기 장치를 포함하는 동기 보상기 플랜트에 있어서,
    상기 전기 장치중 적어도 하나에 존재하는 권선은 적어도 두개의 반도체층을 포함하는 절연 시스템을 포함하는데, 상기 각각의 층은 실질적으로 등전위 표면으로 구성되고 상기 층들 사이에 배치된 고체 절연체를 포함하며, 그리고
    상기 플랜트는 소자의 크기와 무게 및 개수에 대해 완성된 유니트(21)를 로리, 화물 철도, 또는 헬리콥터에 의해 수송하는 이동 유니트인 것을 특징으로 하는 플랜트.
  2. 제 1 항에 있어서, 층들 중 적어도 하나는 상기 절연체와 실질적으로 동일한 열팽창 계수를 가지는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 절연체는 고전압용으로 사용되는 케이블(6)로 구성되며 고체 절연체의 중간 절연층(14)을 가진 적어도 하나의 반도체층(13,15)으로 둘러싸인 하나 이상의 전류-운반 도체(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  4. 제 3 항에 있어서, 최내각 반도체층(13)은 도체(12)와 실질적으로 동일한 전위인 것을 특징으로 하는 플랜트.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 최외각 반도체층(15)의 하나는 상기 도체(12)를 감싸는 등전위 표면을 실질적으로 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 최외각 반도체층(15)은 선택된 전위에 접속되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 선택된 전위는 접지 전위인 것을 특징으로 하는 플랜트.
  8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층들 중 적어도 두개는 실질적으로 동일한 열팽창 계수를 가지는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  9. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전류 운반 도체는 다수의 스트랜드를 포함하며, 단지 수 스트랜드만이 서로 절연되지 않는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선은 하나 이상의 전류-운반 도체(12)를 포함하는 케이블로 구성되며, 각 도체는 다수의 스트랜드, 상기 각각의 도체 주변에 배치된 내부 반도체층(13), 상기 각각의 내부 반도체층(13) 주변에 배치된 고체 절연체로 이루어진 절연층(14) 및 상기 각 절연체층(14) 주변에 배치된 외부 반도체층(5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층(13,14,15)은 절연 도체 또는 케이블이 구부러질 때에도 서로 부착되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 케이블은 금속 스크린 및 외장을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 자기 회로는 회전 전기 장치에 배치되며 상기 장치의 고정자(3)는 접지 전위에서 냉각되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 장치의 자기 회로는 슬롯(5)에 위치한 고정자 권선을 포함하며, 상기 슬롯(5)은 서로 축방향 및 방사 방향으로 뻗어가는 다수의 원통형 개구부(7)로서 설계되며 실질적으로 원형 단면을 가지며 상기 원통형 개구부 사이에서 좁은 중앙부(8)에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 고정자 권선의 형태는 Y 형태로 연결되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  16. 제 15 항에 있어서, 고정자 권선의 Y-포인트는 접지 전위로부터 절연되거나 고저항 임피던스에 의해 접지 전위에 접속되고 서지 방지 장치에 의해 과전압으로부터 보호되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 고정자 권선의 Y-포인트는 제 3 고조파형의 억압 필터에 의해 접지되며, 상기 억압 필터는 상기 전기 장치의 제 3 고조파 전류를 크게 감소시키거나 제거하도록 설계되며 동시에 상기 플랜트에 장애가 발생했을 경우 전압 및 전류를 제한하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 억압 필터는 서지 방지 장치에 의해 과전압으로부터 보호되며, 서지 방지 장치는 상기 억압 필터에 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  19. 제 3 항 또는 제 15 항에 있어서, 고정자 권선으로 구성된 상기 케이블(6)은 고전압단에서 Y-포인트쪽으로 점진적으로 감소하는 절연체를 가지는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 절연체 두께의 점진적인 감소는 계단식이거나 연속적인 것을 특징으로 하는 플랜트.
  21. 제 14 항 또는 제 19 항에 있어서, 상기 고정자 권선에 대한 실질적으로 원통형인 슬롯(5)의 상기 원형 단면(7)은 요크부에서 회전자쪽으로 반경이 감소하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  22. 제 13 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전부는 관성 및 기전력을 가지는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 장치는 국부 전력 공급으로부터 시동되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 장치는 두개 이상의 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 회전자(2) 및 고정자(3)는 표준 전압, 표준 전력 요소 및 과여자 동작에서 회전자 및 고정자의 열기반 회로의 제한값이 대략 동시에 초과되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 회전자(2) 및 고정자(3)는 표준 전압, 표준 전력 요소 및 과여자 동작에서 열기반 회전자 전류 제한값이 초과되기 전에 열기반 고정자 전류 제한값이 초과되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  27. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 표준 전압, 표준 전력 요소 및 과여자 동작에서 100%의 과부하 용량을 가지는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  28. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 상기 회전자 극성이 정해지는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  29. 제 29 항에 있어서, 쿼드러쳐-축 동기 리액턴스는 다이렉트-축 동기 리액턴스보다 상당히 작은 것을 특징으로 하는 플랜트.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 장치는 포지티브 및 네거티브 여자를 이네이블시키는 여자 시스템이 장착되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  31. 제 3 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 고전압용에 사용되는 고체 절연체를 가진 케이블(6)은 30 내지 3000mm2사이의 도체 영역을 가지며 20 내지 250mm 사이의 외부 케이블 지름을 가지는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  32. 제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자 및 회전자 회로(3,2)에는 냉각제가 액체 및/또는 가스 형태인 냉각 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  33. 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 서로 다른 여러 전압 레벨에 접속되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  34. 제 1 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 임의의 셋업 변압기없이 전력 네트워크에 접속되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  35. 제 1 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치의 권선은 자동 조절 계자 제어를 위해 배치되며 계자 제어를 위한 보조 수단이 필요없는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  36. 제 1 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선은 열적 및 전기적 특성에 대해 36kV를 초과하는 장치의 전압 레벨이 허용되는 절연 시스템을 가지는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  37. 제 1 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랜트는 휠에 장착되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  38. 고전압 전력 네트워크의 서로 다른 장소에서 제 1 항 내지 제 37 항중 어느 한 항에 따른 위상 보상을 위해 사용되는 플랜트.
  39. 고전압 전력 네트워크의 위상 보상을 위한 방법에 있어서,
    제 1 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 따른 플랜트는 상기 서로 다른 장소에서 위상 보상을 위해 네트워크의 서로 다른 장소에서 수송되는 것을 특징으로 하는 방법.
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