KR20050008205A

KR20050008205A - 발전기에서 고정자 코어 시험 회로 및 방법

Info

Publication number: KR20050008205A
Application number: KR1020030048061A
Authority: KR
Inventors: 김대중
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2005-01-21

Abstract

본 발명은 여자 전류용 다심케이블을 사용하여 발전기 고정자 코어의 전기적 건전성을 확인하기 위한 시험을 수행하도록 한 발전기에서 고정자 코어 시험 회로 및 방법에 관한 것으로, 발전기 고정자 코어의 전기적 건전성을 확인하기 위한 시험 회로에 있어서, 하나의 전선재부에 다수 개의 가닥의 전선을 구비하여 주전원 공급기 또는 가변 변압기를 통해 연결되어 상기 발전기 고정자 코어의 전기적 건전성을 확인하는데 사용되는 여자 전류용 다심케이블과; 발전기 고정자의 용량에 따라 전압에 비례하여 필요한 케이블의 턴 수를 조절하도록 하는 케이블 연결 터미널을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 함으로써, 다심케이블 및 터미널의 사용으로 한 번에 설치 및 해체가 가능하여 사용이 간편하고 시간이 절감되며, 다심케이블을 사용하므로 균일한 케이블 정렬로 측정의 신뢰도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 보다 정확한 시험을 수행할 수 있다.

Description

발전기에서 고정자 코어 시험 회로 및 방법 {Circuit and Method of Testing a Stator Core in the Power Generator}

본 발명은 발전기에서 고정자 코어 시험 회로 및 방법에 관한 것으로, 특히 여자 전류용 다심케이블을 사용하여 발전기 고정자 코어의 전기적 건전성을 확인하기 위한 시험을 수행하도록 한 발전기에서 고정자 코어 시험 회로 및 방법에 관한 것이다

일반적인 발전기에서 고정자 코어의 전기적인 건전성을 확인하기 위한 시험을 수행하기 위해서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 해당 고정자 코어 시험을 위한 여자 전류용 케이블을 우선 설치해야 하는데, 먼저 해당 여자 전류용 케이블을 고정자 철심의 내경을 통해 발전기 고정자 외함 주위를 약 7 내지 12 턴(Turn) 수만큼 감아 준다.

그리고, 대형 발전기를 시험할 경우에 길이가 짧거나 전류 용량이 적을 수도 있으므로 표준 여자 전류용 케이블을 별도로 준비해야 하며, 해당 여자 전류용 케이블은 이중 절연(Double Insulation)이 되어 있으며, 약 7 내지 12 턴 수로 고정자 외함 주위를 넉넉하게 감을 수 있도록 해 준다.

이 때, 해당 여자 전류용 케이블은 고정자 철심의 내경을 통해 고정자 외함 주위를 사이 턴 수만큼 넉넉하게 감아 주며, 고정자의 길이 방향에서 내경의 중심선상에 위치하기 위해서 케이블 양끝 단을 묶어서 지지하도록 한다.

또한, 감지 권선의 한 턴을 여자 권선과 나란하게 감아 주며, 해당 감지 권선을 포함한 모든 턴을 같이 테이핑(Taping)해 준다.

그런 후에, 상기 여자 전류용 케이블이 고정자의 길이 방향에서 내경의 중심선상에 위치하기 위해서, 상기 여자 전류용 케이블 양끝 단을 묶어서 지지해 준다.

상술한 바와 같이, 종래의 기술에서는 고정자 코어 시험을 위한 여자 전류용 케이블 설치 등과 같이 측정을 위한 준비 작업이 과다하게 소요되고 이에 해당 케이블을 해체하는 시간도 과다하게 소요되는 문제점이 있었다. 또한, 측정 장소의 협소로 인하여 약 7 내지 12 턴을 감는 케이블 작업이 난이하고 측정의 신뢰도를 확보하기 위한 균일한 케이블 처리가 어려운 문제점이 있으며, 이로 인해 시험의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있었다.

전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 여자 전류용 다심케이블을 사용하여 발전기 고정자 코어의 전기적 건전성을 확인하기 위한 시험을 수행하도록 한 발전기에서 고정자 코어 시험 회로 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 발전기의 제작, 발전기 유지 및 보수공사 등에 적용되는 발전기 고정자 코어의 전기적 건전성을 확인하는 시험에 있어서, 해당 시험에 필요한 전압, 전류, 케이블 및 전압 조정기의 용량을 계산하여 시험 회로 구현 시에 적용함으로써, 보다 정확한 시험이 이루어질 수 있도록 하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 발전기의 제작, 발전기 유지 및 보수공사 등에 적용되는 발전기 고정자 코어의 전기적 건전성을 확인하는 시험에 있어서, 해당 시험을 위한 여자 전류용 다심케이블을 사용하고 해당 케이블을 연결하기 위한 터미널(Terminal)을 사용하도록 함으로써, 다심케이블 및 터미널의 사용으로 한 번에 설치 및 해체가 가능하여 사용이 간편하고 시간이 절감되며, 다심케이블을 사용하므로 균일한 케이블 정렬로 측정의 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 발전기에서 고정자 코어(Core) 시험을 위한 케이블을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 발전기에서 고정자 코어 시험을 위한 회로도의 구성을 나타낸 도면.

도 3은 도 2에 있어 여자 전류용 다심케이블을 나타낸 예시도.

도 4는 도 2에 있어 케이블 연결 터미널을 나타낸 예시도.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 발전기에서 고정자 코어 시험 방법을 나타낸 순서도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

11 : 주전원 공급기 12 : 가변 변압기

13 : 여자 권선 14 : 감지 권선(Trace Winding)

V1, V2 : 전압계 A : 전류계

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 발전기 고정자 코어의 전기적 건전성을 확인하기 위한 시험 회로에 있어서, 하나의 전선재부에 다수 개의 가닥의 전선을 구비하여 주전원 공급기 또는 가변 변압기를 통해 연결되어 상기 발전기 고정자 코어의 전기적 건전성을 확인하는데 사용되는 여자 전류용 다심케이블과; 발전기 고정자의 용량에 따라 전압에 비례하여 필요한 케이블의 턴 수를 조절하도록 하는 케이블 연결 터미널을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 발전기에서 고정자 코어 시험 방법은 발전기 고정자 철심의 길이 방향으로 흐르는 정격 여자 전압을 계산하여 해당 정격 여자 전압의 소정 퍼센트를 발전기 용량에 적합한 여자 전압으로 산정하는 과정과; 감지 권선에서 측정되는 전압의 퍼센트에 비례하여 허용 전류 값을 가감하거나, 전압 조정기를 이용하여 상기 소정 퍼센트에 셋팅하여 허용 전류를 산정하는 과정과; 상기 여자 전압을 인가하는데 필요한 케이블의 턴 수를 산정한 후에, 해당 산정된 턴 수를 사용할 때에 한 턴 당 인가되는 전압이 상기 여자 전압보다 큰지를 확인하여 해당 산정된 턴 수를 검증하는 과정과; 발전기 고정자의 평균 자로에 대한 총 기자력을 계산한 후에, 해당 계산된 총 기자력에 상기 검증된 턴 수를 나누어 여자 전류의 값을 구하는 과정과; 상기 총 기자력과 상기 여자 전압을 곱하여 흡수 전력을 구하여 시험용 변압기 용량을 산정하며, 여자 전류의 값에 소정의 길이 당 전류 값을 적용하여 케이블의 크기를 산정하는 과정과; 상기 산정된 값들을 이용하여 시험 회로를 구현한 후에, 주전원 공급기의 전원을 공급하여 여자 전원으로 흐르는 전류 및 감지 권선에서 측정되는 전압이 정상인지를 확인하여 시험을 수행하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에 따른 발전기에서 고정자 코어 시험을 위한 회로도의 구성은 도 2에 도시된 바와 같이, 주전원 공급기(11)와, 가변 변압기(12)와, 해당 주전원 공급기(11) 또는 가변 변압기(12)를 통해 연결된 여자 권선(13)과, 감지 권선(Trace Winding)(14)과, 해당 여자 권선(13)에 연결된 제1전압계(V1)와, 해당 감지 권선(14)에 연결된 제2전압계(V2)와, 해당 여자 권선(13)으로 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류계(A)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 고정자 권선(StatorWinding)은 적당히 분리되고 접지되도록 구현한다.

그리고, 도면에는 도시되지 않았지만, 배터리를 더 구비하여 해당 배터리를 완전히 충전시켜 둠으로써, 전원이 여의치 않을 경우를 대비해서 최소 12시간 정도를 계속적으로 시험을 수행할 수 있도록 해 준다.

상기 주전원 공급기(11) 및 가변 변압기(12)는 상기 여자 권선(13)과 감지 권선(14)을 여자시키는데 필요한 장비로, 상기 주전원 공급기(11) 및 가변 변압기(12)를 통해서 상기 여자 권선(13)을 연결해 구현한다.

상기 여자 권선(13) 및 감지 권선(14)은 고정자 코어 시험을 위해서 공급되어지는 케이블인데, 해당 케이블들을 사용하기 전에 발전기 용량에 적합한 턴 수와 정격 전류 등이 일치하도록 구현한 후에 적용하도록 한다.

상기 여자 권선(13)은 여자 전류용 다심케이블로, 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 전선재부에 7 내지 12 가닥이 들어있는 전선을 사용함으로써, 케이블 처리하는데 용이하고 간편하도록 해 준다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같은 케이블 연결 터미널을 사용하여 발전기 고정자의 용량에 따라 전압에 비례하여 필요한 케이블의 턴 수를 조절하도록 하는데, 이와 같은 케이블 연결 터미널을 사용함으로써 여자 전류 케이블을 감는 작업이 필요 없이 한 번에 케이블 처리가 가능하도록 해 준다.

상기 감지 권선(14)은 한 턴을 상기 여자 권선(13)과 나란하게 감아주도록 형성하며, 상기 감지 권선(14)을 포함한 모든 턴을 함께 테이핑하여 구현하도록 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 발전기에서 고정자 코어 시험 방법을 도 5의 순서도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

발전기에서 고정자 코어 시험을 수행하기 전에 해당 시험에 필요한 전압, 전류, 케이블 및 전압 조정기의 용량 등을 계산해 주는데, 먼저 발전기의 사양을 검토한 후에 발전기 용량에 적합한 여자 전압(Excitation Voltage)을 계산해 주는데(단계 S1), 이때 실제 시험 시에 인가되는 여자 전압의 결정은 정격 여자 전압의 소정 퍼센트(예로, 4(%))로 한다.

그리고, 상기 정격 여자 전압을 정확하게 계산하기 위해서는, 발전기 고정자 철심의 길이 방향으로 흐르는 정격 여자 전압(Vr)을 아래의 수학식 1과 같이 계산해 준다.

여기서, 'Vp-p'는 정격 선간(Phase to Phase) 전압을 나타내며, 'K'는 피치 값을 나타내는 상수로, 모든 발전기에 '0.92'를 적용하며, 'tp'는 상당 직렬로 연결된 회로의 수를 나타낸다. 또한, '2tp'는 각상에서 직렬로 연결된 바(Conductors)의 수를 나타낸다.

예를 들어, 총 48슬롯 중에서 한 상에 16슬롯이 있고 해당 16슬롯에 2개의 병렬 회로로 구성되어 있는 경우에, 상당 직렬로 연결된 회로의 수는 8이므로,'tp'의 값은 8이 된다. 이에, 정격 선간 전압(Vp-p)이 22,000(V)인 경우에, 정격 운전시에 코어의 길이 방향으로 흐르는 전압(Vr)은 상기 수학식 1에 의해 863(V)이며, 시험 전압은 총 전압의 4(%)를 이용하므로, 감지 권선(14)의 한 턴에 인가되는 전압(Vt)은 '0.04×r', 즉 34.5(V)가 된다.

이 때, 허용 전류를 산정하는데, 해당 허용 전류는 최대 100(mA)이다. 그러나, 시험 시에 정확하게 정격 전압(Vr)의 소정 퍼센트로 조정하기 힘들므로, 실제 상기 감지 권선(14)에서 측정되는 전압의 퍼센트에 비례하여 해당 허용 전류 값을 가감하도록 하며, 또는 전압 조정기를 이용하여 정확하게 소정 퍼센트에 셋팅해 두어 사용하도록 한다(단계 S2).

예를 들어, 상기 감지 권선(14)의 한 턴 당 인가되는 전압(Vt)이 34.5(V)라고 하면, 실제 40(V)가 인가된 경우에 정격 전압(Vr)의 4.6(%)가 되므로, 상기 허용 전류의 값도 '100×4.6/4', 즉 115(mA)가 된다.

그런 후에, 상기 계산된 여자 전압을 인가하는데 필요한 케이블의 턴 수(N)를 아래의 수학식 2와 같이 산정한다(단계 S3). 여기서, 'Vin'은 입력 전압을 나타낸다.

예를 들어, 입력 전압(Vin)이 220(V)라면 상기 턴 수(N)는 '220/34.5 = 6.37', 즉 6 턴으로 결정한다.

이 때, 상기 계산된 필요한 케이블의 턴 수(N)를 검증하는데(단계 S4), 해당검증 방법으로는, 예를 들어 6턴을 사용할 때 한 턴 당 인가되는 전압이 '220/6', 즉 36.6(V)으로, 상기 계산된 한 턴 당 인가되는 전압(Vt) 34.5(V)보다 크므로 시험이 가능함을 알 수 있다.

그리고, 고정자의 평균 자로(Average Length of Magnetic Core in m)를 계산해 준 후에, 해당 계산된 고정자의 평균 자로(L)에 통상 상수 값(Atrms/m)인 '8'을 곱하여 총 기자력(Total AT)을 계산하며, 해당 총 기자력(Total AT)에 턴 수(N)를 나누어 이론적인 여자 전류의 값(I)을 구한다(단계 S5). 이를 수식으로 나타내면 아래의 수학식 3과 같다.

이에, 상기 총 기자력(Total AT)과 상기 턴 당 인가되는 전압(Vt)을 곱하여 흡수 전력(Transformer Capacity)(Q)을 구한 후에, 해당 흡수 전력(Q)에 상수(즉, 1.25)를 곱하여 시험용 변압기 용량(Q')을 산정한다(단계 S6).

그리고, 케이블의 크기를 산정하기 위해 미리 시험 및 측정을 통해 미리 계산된 케이블 크기에 따른 전류 값을 이용하여 케이블의 크기(즉, 최대 크기(mm2))를 산정하는데, 예를 들어 미리 미터(mm) 당 3(A)를 적용하여 상기 이론적인 여자 전류의 값(I)에 해당 3을 나누어 케이블의 크기를 산정하도록 한다(단계 S7).

그런 후, 상술한 바와 같이 계산된 시험에 필요한 전압, 전류, 케이블 및 전압 조정기의 용량 등을 이용하여 도 1과 같은 회로를 구현해 준다.

이 때, 모든 장비의 커넥터, 케이블 등의 절연 손상 또는 표면의 손상 여부등을 확인하는데, 이것은 여자 권선(13)을 통해 흐르는 전류에 의해 보어(Bore)에 소정의 전압(예로, 50(V)) 이상이 유기되므로 만약에 절연에 손상이 있는 경우에는 코어에 전기적 접촉이 될 때에 코어에 손상을 입힐 수 있는 대전류가 흐르기 때문이다. 또한, 코어에 손상된 부분이 없는지를 확인한다.

그리고, 상기 보어 내에 금속 물질이 없도록 제거해 주어야 하는데, 이것은 여자 전류가 입력되는 순간에 코어에 불꽃 손상을 줄 수 있기 때문이다. 또한, 상기 구현된 회로에 전류를 인가하기 전에 고정자 내부에 철제 부품이 있는지를 확인한다.

이에, 주전원 공급기(11)의 전원을 공급하여 전류계(A)를 이용해 여자 전원으로 흐르는 전류가 정상적으로 입력되는지를 확인함과 동시에 전압계(V1, V2)를 이용해 감지 권선(14)에서 측정되는 전압이 정상적으로 입력되는지를 확인한다(단계 S8). 이때, 고정자 코어 시험 장비가 완전히 설치되기 전까지는 전원을 투입하지 않도록 하는데, 즉 케이블 연결 터미널을 고정자 코어 시험 장비에 연결하지 않은 상태를 유지한다.

이에 따라, 상기 전류 및 전압이 정상적으로 입력되는 경우에, 케이블 연결 터미널을 고정자 코어 시험 장비에 연결시켜 고정자 코어 시험 장비가 구동될 수 있도록 해 준다(단계 S9).

이상과 같이, 본 발명에 의해 발전기 고정자 코어의 전기적 건전성을 확인하기 위한 시험을 수행함에 있어서, 여자 전류용 다심케이블 및 터미널을 사용하고 해당 시험에 필요한 전압, 전류, 케이블 및 전압 조정기의 용량을 계산하여 시험 회로 구현 시에 적용함으로써, 다심케이블 및 터미널의 사용으로 한 번에 설치 및 해체가 가능하여 사용이 간편하고 시간이 절감되며, 다심케이블을 사용하므로 균일한 케이블 정렬로 측정의 신뢰도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 보다 정확한 시험을 수행할 수 있다.

Claims

발전기 고정자 코어의 전기적 건전성을 확인하기 위한 시험 회로에 있어서,

하나의 전선재부에 다수 개의 가닥의 전선을 구비하여 주전원 공급기 또는 가변 변압기를 통해 연결되어 상기 발전기 고정자 코어의 전기적 건전성을 확인하는데 사용되는 여자 전류용 다심케이블과;

발전기 고정자의 용량에 따라 전압에 비례하여 필요한 케이블의 턴 수를 조절하도록 하는 케이블 연결 터미널을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 발전기에서 고정자 코어 시험 회로.
발전기 고정자 철심의 길이 방향으로 흐르는 정격 여자 전압을 계산하여 해당 정격 여자 전압의 소정 퍼센트를 발전기 용량에 적합한 여자 전압으로 산정하는 과정과;

감지 권선에서 측정되는 전압의 퍼센트에 비례하여 허용 전류 값을 가감하거나, 전압 조정기를 이용하여 상기 소정 퍼센트에 셋팅하여 허용 전류를 산정하는 과정과;

상기 여자 전압을 인가하는데 필요한 케이블의 턴 수를 산정한 후에, 해당 산정된 턴 수를 사용할 때에 한 턴 당 인가되는 전압이 상기 여자 전압보다 큰지를 확인하여 해당 산정된 턴 수를 검증하는 과정과;

발전기 고정자의 평균 자로에 대한 총 기자력을 계산한 후에, 해당 계산된 총 기자력에 상기 검증된 턴 수를 나누어 여자 전류의 값을 구하는 과정과;

상기 총 기자력과 상기 여자 전압을 곱하여 흡수 전력을 구하여 시험용 변압기 용량을 산정하며, 여자 전류의 값에 소정의 길이 당 전류 값을 적용하여 케이블의 크기를 산정하는 과정과;

상기 산정된 값들을 이용하여 시험 회로를 구현한 후에, 주전원 공급기의 전원을 공급하여 여자 전원으로 흐르는 전류 및 감지 권선에서 측정되는 전압이 정상인지를 확인하여 시험을 수행하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 발전기에서 고정자 코어 시험 방법.