KR20220006636A - 고전압 변압기, 고전압 변압기의 제조 방법 및 고전압 변압기를 포함하는 테스트 시스템 및 테스트 신호 디바이스 - Google Patents
고전압 변압기, 고전압 변압기의 제조 방법 및 고전압 변압기를 포함하는 테스트 시스템 및 테스트 신호 디바이스 Download PDFInfo
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Abstract
고전압 변압기, 고전압 변압기의 제조 방법 및 고전압 변압기를 포함하는 테스트 시스템 및 테스트 신호 디바이스
본 발명은 토로이달(toroidal) 변압기로서 구성되는 고전압 변압기에 관한 것이다. 고전압 변압기는 자화 가능 코어(310)와, 자화 가능 코어(310) 둘레에 고전압 권선(330) 및 저전압 권선(320)을 갖는다. 고전압 권선(330)은 적어도 부분적으로 필그림(pilgrim) 스텝 권선으로서 구현된다.
본 발명은 토로이달(toroidal) 변압기로서 구성되는 고전압 변압기에 관한 것이다. 고전압 변압기는 자화 가능 코어(310)와, 자화 가능 코어(310) 둘레에 고전압 권선(330) 및 저전압 권선(320)을 갖는다. 고전압 권선(330)은 적어도 부분적으로 필그림(pilgrim) 스텝 권선으로서 구현된다.
Description
본 발명은 고전압 측정 기술 분야에 관한 것으로, 특히 고전압 변압기들, 이를 제조하기 위한 방법, 고전압 테스트 신호 장치들 및 고전압을 갖는 테스트 신호에 의해 고전압 디바이스들을 테스트하기 위한 테스트 시스템들에 관한 것이다.
전력 변압기들 또는 스위치기어(switchgear) 어셈블리들, 특히 가스 절연 스위치기어 어셈블리들과 같은 고전압 디바이스들은 일반적으로 전기 에너지를 변환 및 분배하기 위해 전기 에너지 공급 네트워크들에서 사용된다. 예를 들어 전력 그리드, 전력 스위치들 및 발전기들에서 발생하는 전압들 및 전류들을 측정하기 위한 고전압 전위 변압기들 또는 고전류 변압기들과 같은 다른 고전압 디바이스들도 또한 이러한 맥락에서 일반적으로 사용된다. 이러한 종류의 고전압 디바이스들 또는 전기(전력) 모터들과 같은 다른 고전압 디바이스들도 또한 산업 설정들, 특히 생산용으로 채용된다.
상기 설비들을 시운전하거나 서비스하기 위해 이러한 종류의 고전압 디바이스들을 포함하는 설비들의 기능들 및 특성들을 검사할 필요가 있을 수도 있다. 이러한 맥락에서, 예를 들어 고전압 변류기, 고전압 전위 변압기 또는 전원 스위치와 같은 고전압 디바이스의 절연 재료는, 예를 들어 DC 전압 저항을 측정함으로써 검사될 수 있다. 이러한 맥락에서, 예를 들어 전력 변압기, 또는 발전기 또는 전기 모터의 회전 기계와 같은 고전압 디바이스의 손실 계수 또는 정전 용량도 또한 측정될 수 있으며, 이는 또한 절연 재료들 또는 절연 액체들의 (잔존하는) 품질에 대한 정보를 제공할 수도 있다. 부분 방전 측정도 또한 수행될 수 있다. 특히, 실제 동작 조건들을 반영하는 측정을 가능하게 하도록 하기 위해, 측정 동안에 고전압들이 또한 테스트 신호로 사용될 수 있다. 실험실 측정들에 부가적으로 또는 이에 대한 대안으로, 현장 측정들(예를 들어, 실외 또는 산업 환경)이 종종 검사의 목적으로 수행된다.
현장 사용을 위해, 신호 발생기와 고전압 변압기를 통합하거나 가변 변압기를 사용하여, 고전압을 갖는 테스트 신호를 생성하기 위해 네트워크 전압을 고전압으로 변환하는 테스트 디바이스들, 즉, 특히 높은 전압 진폭 또는 높은 RMS 전압을 갖는 테스트 신호가 알려져 있다. 이러한 종류의 테스트 디바이스의 동작 안전성은 고전압 변압기 또는 가변 변압기의 고전압 권선(winding), 즉, 테스트 신호 측에 전기적으로 있는 권선을, 고전압 측이 아닌 테스트 디바이스의 다른 부분들, 특히 저전압 권선으로부터 절연하기 위한 조치들을 요구할 수 있지만, 테스트 디바이스는 특히 현장 사용을 위해 각 사용 위치로 운송할 수 있도록 가볍고 견고해야 한다.
그러므로, 고전압 변압기는 생산 비용이 저렴하고 휴대용 테스트 디바이스에 사용하기에 적합하도록 비교적 경량이고 비교적 간단한 구조를 갖는 강력한 고전압 변압기가 필요하다. 또한, 본 발명은 대응 테스트 시스템 및 대응 생산 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 청구항 1의 특징들을 갖는 고전압 변압기, 청구항 10의 특징들을 갖는 테스트 신호 장치, 청구항 12의 특징들을 갖는 테스트 시스템 및 청구항 13의 특징들을 갖는 제조 방법이 제공된다. 종속항들은 본 발명의 바람직한 그리고/또는 유리한 실시예들을 정의한다.
본 발명의 제 1 양태는 고전압 디바이스를 테스트하기 위한 테스트 시스템을 위해 바람직하게 구성되는 고전압 변압기에 관한 것이다. 고전압 변압기는 토로이달(toroidal) 변압기로 구성되며 자화 가능 코어, 고전압 권선 및 저전압 권선을 갖는다. 고전압 권선 및 저전압 권선은 서로 전기적으로 절연되는 방식으로 자화 가능 코어 둘레에 배열되되, 고전압 권선은 적어도 부분적으로 필그림(pilgrim) 스텝 권선으로서 구현된다.
본 발명의 맥락에서, "저전압 권선" 및 "고전압 권선"은 고전압 변압기의 변압기 코어의 (국소) 원주 둘레에 전기 전도체의 하나 이상의 타래(turn)를 갖는 권선들을 의미하는 것으로 이해되도록 의도되되, 전기 전도체는 개별 타래들 사이의 단락을 방지하기 위해 대부분 절연층으로 둘러싸여 있다. 이러한 종류의 권선은 주로 코일선 또는 코일 연선(coil stranded wire)을 사용하며, 이는 전기 전도체를 통해 흐르는 전류가 변압기 코어에 자속을 유도하도록 변압기 코어 둘레에 원주 방향을 따라 권취되고, 각 타래에 대한 자속의 비율들은 적어도 실질적으로 합산된다. 이러한 종류의 권선은 통상적으로 변압기 코어의 (국소) 순방향을 따라 연장된다. 이러한 종류의 권선의 복수의 타래들은 이 경우에 순방향을 따라 정렬되거나 그에 반대될 수 있다.
저전압 권선에 존재하는 전압은 권선비에 따라 고전압 권선으로부터 탭(tap)될 수 있는 고전압으로 변환된다.
본 발명의 맥락에서, "고전압"은 1kV 이상의 영역에서 전압으로 간주되어, 본 발명에 따른 고전압 변압기는 대응하는 높은 출력 전압들을 생성 및 제공하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 고전압 변압기에 의해 제공되는 고전압은, 특히 고전압 디바이스를 테스트하기 위한 테스트 전압으로 작용할 수 있는 것일 수 있다.
본 발명의 맥락에서, "고전압 디바이스"는, 예를 들어, 에너지 공급을 위한 고전압 설비의 일부로서의, 또는 전기로 동작되는 생산 설비의 일부로서의, 적어도 하나의 디바이스를 의미하는 것으로 이해되도록 의도되며, 이는 고전압 또는 고전류로 동작되거나 이를 제어, 변환 또는 측정하거나, 일부 다른 이유로 고전압에 노출될 수 있으므로, 예를 들어 충분한 전기 절연에 의해, 안전한 동작을 위한 설정을 하여야 하는 것이다. 특히, 이러한 종류의 고전압 디바이스는 전력 변압기, (고전압) 스위치기어 어셈블리, (고전압) 회로 차단기 또는 전원 스위치, 고전압으로 동작되거나 고전압을 생성하는 회전기(이를테면, 전력 전기 모터 또는 발전기), 변압기용 탭 전환기, 또는 계기용 변압기(이를테면, 고전압 변압기 또는 고전류 변압기)일 수 있다.
본 발명의 맥락에서, "필그림 권선" 또는 "피치층(pitched layer) 권선"이라고도 알려진 "필그림 스텝 권선"은 변압기에 대한 적어도 하나의 권선을 의미하는 것으로 이해되도록 의도되며, 이 권선은 변압기 코어 둘레에 복수의 층들의 타래들을 갖되, 개별 층들은 코어의 순방향을 따라 또는 순방향에 반대로 섹션을 따라서만 연장되고, 각각의 (전기적으로) 후속 층은 각각의 반대 방향, 즉, 순방향에 반대로 또는 순방향을 따라 연장되며, 각 경우에 이전 층과 부분적으로 중첩된다. 또한, 순방향으로 연장되는 층들은 순방향에 반대되는 다른 층들보다 (적어도 총체적으로) 더 연장되거나 그 반대의 경우도 마찬가지이므로, 이에 따라 필그림 스텝 권선은 코어의 순방향을 따라 또는 그에 따라 순방향에 반대로 (개별 층들의 섹션들과 비교하여) 더 큰 섹션에 걸쳐 연장된다.
일부 실시예들에서, 고전압 권선의 전체는 또한 정확히 하나의 필그림 스텝 권선으로서 구체화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 고전압 권선은 또한 복수의 필그림 스텝 권선들로서 구체화될 수 있되, 필그림 스텝 권선들의 일부 또는 전부는 서로 접하거나 순방향을 따라 서로 인접한다.
필그림 스텝 권선의 한 가지 이점은 특히 더 높은 주파수들을 전달하는 것이 가능하게 된다는 점일 수 있으며, 그 결과 특히 전력 품질 측정 애플리케이션들이 고전압 변압기를 사용하여 가능하게 될 수 있는데, 즉, 특히, 고전압 디바이스를 테스트할 때 고전압 디바이스의 부하 종속 응답 특성 및 주파수 종속 응답 특성은 더 넓은 주파수 범위에서 결정될 수 있다.
필그림 스텝 권선의 다른 이점은 특히 다층 권선, 따라서 특히 더 많은 수의 타래들 및/또는 더 높은 변성비(transformation ratio)가 가능해진다는 것일 수 있다. 또한, 접하거나 인접한 타래들 또는 이에 상응하여 다른 하나 위에 놓인 타래들의 층들은, 예를 들어 각 층에서의 전체 코어에 걸쳐 적어도 실질적으로 연장될, 다층 나선형 권선 또는 와일드 권선보다 더 낮은 전압 차이(즉, 특히 (이중) 층들 사이에서의 더 낮은 전압)를 갖는다. 이것은 동작 안전성 및/또는 견고성을 증가시키는 것을 가능하게 하고/하거나 개별 층들 또는 인접한 타래들을 서로 전기적으로 절연하는 데 필요한 수단, 예를 들어 개별 층들의 사이의 타래들 또는 절연층들을 위한 와이어 둘레의 절연 에나멜을 감소시키는 것을 가능하게 하는데, 이는, 예를 들어, 중량을 감소시거나 고전압 권선으로부터 자화 가능 코어로의 열 소산(heat dissipation)뿐만 아니라 외부로의 열 소산, 즉, 특히, 저전압 권선의 방향으로의 열 소산 그리고 고전압 변압기의 주변으로의 열 소산을 더 개선할 수 있다.
본 발명의 맥락에서, "토로이달 변압기"는 변압기 코어로서 자화 가능 재료, 즉, 특히 토로이달 코어로 알려진 것을 포함하는 적어도 하나의 환형 코어를 갖는다. 이러한 종류의 토로이달 코어는 실질적으로 환형으로 폐쇄되거나 거의 폐쇄된다. 토로이달 코어는 바람직하게는 토로이달 형상, 예를 들어 토로이드(toroid) 또는 튜브 섹션의 형상, 또는 보다 일반적으로 중심 홀을 갖는 둥근 3차원 본체의 형상을 가질 수 있다. 일부 변형예들에서, 토로이달 코어는 일 섹션에서 중앙 홀로부터 외부를 향해 절단될 수 있는데, 즉, 그것은 에어 갭으로 알려진 것을 가질 수 있다. 다른 변형예들에서, 토로이달 코어는 중심 홀 둘레에서, 특히 그것의 토로이달 방향을 따라 폐쇄될 수 있으며, 그 결과, 특히 자속이 차단 없이 토로이달 방향을 따라 자화 재료에서 전파될 수 있다.
이러한 유리한 방식으로, 고전압 권선 및/또는 저전압 권선은 순방향으로 큰(종방향) 섹션에 걸쳐 자화 가능 코어, 즉 토로이달 코어에 권선될 수 있다. 자화 가능 코어/변압기 코어로서 토로이달 코어를 갖는 고전압 변압기의 다른 이점은, 특히 동작 도중에 자기장 라인들이 토로이달 코어 내에서 크게 흐르고, 그 결과 자기 간섭장들이 감소될 수 있다.
토로이달 변압기의 다른 장점은, 특히, 그것이 하우징에 용이하게 통합될 수 있는 폼 팩터를 갖는다는 것이다.
일부 실시예들에 따르면, 고전압 변압기는 고전압 권선과 저전압 권선 사이에 배열되는 보호층을 갖는다. 이 경우, 보호층은 저전압 권선으로부터 고전압 권선을 차폐하기 위한 전기 전도층을 갖는다. 이러한 유리한 방식으로, 고전압 권선과 저전압 권선 사이의 크로스토크가 감소될 수 있으며, 그 결과, 특히 전도층이 적합한 전위(예를 들어 접지 연결)에 연결되는 경우, 고전압 측으로부터 저전압 측으로 또는 반대 방향으로 전파될 수 있는 간섭으로부터 차폐하는 것이 달성될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 자화 가능 코어는 저전압 권선으로부터 그리고 고전압 권선으로부터 자화 가능 코어를 전기적으로 절연하기 위한 전기 절연 재료로 이루어진 절연층을 갖는다.
일 실시예에 따르면, 고전압 권선은 코어에 가깝게 또는 자화 가능 코어 상에 직접 배열된다. 이 실시예에서는, 기껏해야 코어와 고전압 권선 사이에 절연이 제공된다. 저전압 권선은 바람직하게는 고전압 권선 둘레에 배열된다.
자화 가능 코어 둘레에 고전압 권선을 배열하고 고전압 권선 둘레에 저전압 권선을 배열하는 이점은, 특히 고전압 권선의 타래들의 둘레가 감소되고 고전압 권선에 대해서는 더 짧은 와이어 길이가 필요하며, 그 결과, 특히 손실들이 감소될 수 있고/있거나 주파수 응답이 특히 더 높은 주파수들에 대해 더 개선될 수 있다.
자화 가능 코어 둘레에 고전압 권선을 배열하고 고전압 권선 둘레에 저전압 권선을 배열하는 다른 이점은, 특히 고전압 권선이 코어에 더 가깝게 배열될 수 있으며, 그 결과, 동작 도중에 고전압 권선에서의 손실들로 인해 발생할 수 있는 임의의 열(예를 들어, 저항 손실들)이 자화 가능 코어 쪽으로 소산될 수 있으며, 따라서 고전압 권선은 자화 가능 코어 쪽으로의 열 소산에 의해 (적어도 일시적으로) 냉각될 수 있거나, 또는 고전압 권선의 온도는 자화 가능 코어에 의해 완충될 수 있다. 개선된 열 소산은 고전압 변압기의 성능을 향상시키고 그리고/또는 그것의 중량을 감소시키는 것을 가능하게 하되, 특히 고전압 변압기의 변압비가 증가될 수 있고, 달성 가능한 출력 전압 및/또는 고전압 권선에서 (일시적으로) 가능한 최대 전기 출력 전력이 증가될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 자화 가능 코어는 "부동(floating)"이고 전기 접촉이 없거나 접지 또는 그라운드로의 전기적 연결이 없다. 자화 가능 코어는 접지로부터 전기적으로 절연되고 또한 고전압 권선 및 저전압 권선으로부터도 전기적으로 절연된다. 이 사례에서 고전압 변압기의 기하학적 구조는, 고전압 권선과 자화 가능 코어 사이에 발생할 수 있는 최대 전압이, 자화 가능 코어가 접지 전위에 있다면 발생할 전압의 절반만이 되도록 선택될 수 있다.
본 발명의 추가적인 양태들은 이러한 종류의 고전압 변압기를 제조하는 방법, 전술한 실시예들에 따른 고전압 변압기를 포함하는, 고전압 디바이스를 테스트하기 위한 테스트 시스템용 테스트 신호 장치, 그리고 고전압 디바이스를 테스트하기 위해 이에 상응하여 구성된 테스트 시스템에 관한 것이다.
추가적인 이점들, 특징들 및 가능한 애플리케이션들은 예시적인 실시예들의 다음의 상세한 설명 및/또는 도면들로부터 나타날 것이다.
본 발명은 유리한 예시적인 실시예들을 기반으로 도면들을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 예시적인 실시예들의 동일한 엘리먼트들 또는 컴포넌트들은, 이것이 달리 설명되거나 문맥에 의해 다르게 밝혀지지 않는 한, 본질적으로 동일한 참조 부호들로 표시된다.
이를 위해, 일부 사례들에서 개략적으로,
도 1은 일 실시예에 따른 고전압 변압기를 나타내고;
도 2는 도 1의 고전압 변압기를 통한 단면을 나타내고;
도 3은 다른 실시예에 따른 고전압 변압기를 통한 종단면을 나타내고;
도 4는 일 실시예에 따른 테스트 시스템을 나타내며;
도 5는 일 실시예에 따른 고전압 변압기의 제조 방법의 흐름도를 나타낸다.
도면들은 본 발명의 다양한 실시예들 및/또는 예시적인 실시예들의 개략적인 표현들이다. 도면에 표시된 엘리먼트들 및/또는 컴포넌트들은 반드시 실제 크기로 표시되지는 않는다. 오히려, 도면들에 나타낸 다양한 엘리먼트들 및/또는 컴포넌트들은 그것의 기능 및/또는 목적이 당업자에 의해 이해될 수 있는 방식으로 렌더링된다.
도면들에 나타낸 기능 유닛들과 엘리먼트들 사이의 연결들 및 커플링들은 또한 간접 연결들 또는 커플링들로도 구현될 수 있다. 특히, 데이터 연결들은 유선 또는 무선 연결들의 형태, 즉, 특히 라디오 연결의 형태일 수 있다. 예를 들어 에너지를 공급하기 위한 전기 연결들과 같은 특정 연결들은 명확성을 위해 나타나 있지 않을 수도 있다.
이를 위해, 일부 사례들에서 개략적으로,
도 1은 일 실시예에 따른 고전압 변압기를 나타내고;
도 2는 도 1의 고전압 변압기를 통한 단면을 나타내고;
도 3은 다른 실시예에 따른 고전압 변압기를 통한 종단면을 나타내고;
도 4는 일 실시예에 따른 테스트 시스템을 나타내며;
도 5는 일 실시예에 따른 고전압 변압기의 제조 방법의 흐름도를 나타낸다.
도면들은 본 발명의 다양한 실시예들 및/또는 예시적인 실시예들의 개략적인 표현들이다. 도면에 표시된 엘리먼트들 및/또는 컴포넌트들은 반드시 실제 크기로 표시되지는 않는다. 오히려, 도면들에 나타낸 다양한 엘리먼트들 및/또는 컴포넌트들은 그것의 기능 및/또는 목적이 당업자에 의해 이해될 수 있는 방식으로 렌더링된다.
도면들에 나타낸 기능 유닛들과 엘리먼트들 사이의 연결들 및 커플링들은 또한 간접 연결들 또는 커플링들로도 구현될 수 있다. 특히, 데이터 연결들은 유선 또는 무선 연결들의 형태, 즉, 특히 라디오 연결의 형태일 수 있다. 예를 들어 에너지를 공급하기 위한 전기 연결들과 같은 특정 연결들은 명확성을 위해 나타나 있지 않을 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 변압기를 나타낸다.
고전압 변압기(300)는 자화 가능 코어(310, 311), 저전압 권선(320), 고전압 권선(330) 및 보호층(340)을 갖는다. 저전압 권선(320) 및 고전압 권선(330)은 자화 가능 코어의 순방향(316)을 따라 연장된다. 고전압 권선은 자화 가능 코어(310, 311)의 적어도 일부, 특히, 길이 섹션 둘레에 배열되고 필그림 스텝 권선으로서 구성된다. 나타낸 예시적인 실시예에서, 고전압 권선(330)은 자화 가능 코어(310, 311) 상에 직접 위치된다. 보호층(340)은 고전압 권선(330) 둘레에 배열되며 절연 재료로 되어 있으므로, 고전압 권선 및 보호층(340)에 비해 더 외측에 배열되는 저전압 권선(320)을 고전압 권선(330)으로부터 전기적으로 절연시킨다.
저전압 권선(320)은 복수의 타래들(328)을 갖는다. 일부 유리한 변형예들에서, 타래들(328)은 순방향(316)을 향해 자화 가능 코어(310) 둘레에 나선형으로 권취될 수 있고, 따라서 고전압 권선(330) 또는 보호층(340)을 포함하는 부분들에서 또한 이들 둘레에 권취될 수 있다. 이를 위해, 일부 변형예들에서, 특히 구리로 이루어진 에나멜 절연형 코일 와이어가 자화 가능 코어(310) 둘레에 나선형으로 권취될 수 있다.
나타낸 실시예에서, 단순함을 위해, 권선들은 자화 가능 코어의 섹션(310)에 대해서만 나타나 있다. 고전압 변압기(300)는, 고전압 권선(330) 및 저전압 권선(320)이 환형의 자화 가능 코어(310, 311)의 전체 길이를 따라 환형 방식으로 실제로 연장되도록, 토로이달 변압기로서 구성된다. 대안적으로, 복수의 전기적으로 상호 연결된 고전압 권선(330) 및/또는 복수의 전기적으로 상호 연결된 저전압 권선(320) 또는 고전압 권선(330)의 복수의 섹션들 및/또는 저전압 권선(320)의 복수의 섹션들은 서로 이격되는 방식으로 배열되거나, 그렇지 않으면 자화 가능 코어의 상이한 길이 섹션들(310, 311)을 따라 다른 하나의 상부에 놓이도록 하여, 토로이달 변압기가 전체적으로 형성된다.
코어(310, 311)는 환형으로 폐쇄되거나 거의 폐쇄되되, 후자의 사례에서 환형 코어(310, 311)는 에어 갭에 의해서만 차단된다. 환형은 원환형일 수 있지만, 도면들에 나타낸 바와 같이, 각진 구성들도 가능하다.
도 2는 내부에서, 즉 자화 가능 코어로부터 외부로, 즉, 저전압 권선을 향하여 그것의 구조를 예시하기 위한 고전압 변압기(300)를 통한 단면을 나타내되, 단면은 적어도 실질적으로 자화 가능 코어의 순방향에 수직이다.
고전압 권선(330)은 자화 가능 코어(310) 둘레에 동심으로 배열된다. 그런 다음, 보호층(340)은 고전압 권선(330) 둘레에 동심원으로 배열된다. 마지막으로, 저전압 권선(320)은 보호층(340) 둘레에 동심원으로 배열된다. 따라서, 고전압 권선(330)은 서로에 대해 또는 보호층(340)에 대해 더 내부에 배열되고 저전압 권선(320)은 더 외부에 배열되어, 고전압 권선(330)이 자화 가능 코어(310)에 더 가깝게 된다. 일부 유리한 변형예들에서, 고전압 권선(330)은 자화 가능 코어와 접촉하거나 절연층(도 2에 도시되지 않음)에 의해서만 그로부터 분리되어, 고전압 권선(330)과 자화 가능 코어(310) 사이의 개선된 열 커플링을 허용하고, 그 결과, 성능이 향상될 수 있다.
일부 유리한 변형예들에서는, 나타낸 바와 같이, 보호층(340)은 제 1 전기 절연층(342), 전기 전도층(344) 및 제 2 전기 절연층(346)을 갖는다. 이러한 유리한 방식으로, 고전압 권선 및 저전압 권선은 전기 전도층(344)에 의해 서로로부터 차폐될 수 있고, 전기 전도층(344)은 제 1 전기 절연층(342)에 의한 고전압 권선으로부터 그리고 제 2 전기 절연층(346)에 의한 저전압 권선으로부터 모두 전기적으로 절연될 수 있다. 일부 변형예들에서, 제 1 전기 절연층(342)은 전기도금될 수 있고, 전기 전도층(344)은 이러한 방식으로 그에 도포될 수 있다. 다른 변형예들에서, 전기 전도층(344)은 또한 (특히, 금속 증기로서의) 기상 증착 또는 (특히, 금속 박으로서의) 접착제 결합에 의해 도포될 수 있다. 게다가, 일부 변형예들에서는, 제 2 전기 절연층(346)이 생략될 수 있다.
도 3은 필그림 스텝 권선으로서 구체화되는 고전압 권선을 예시하기 위해 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 고전압 변압기를 통한 종단면을 나타내되, 보호층, 저전압 권선 또는 자기 연결 엘리먼트와 같은 추가적인 컴포넌트들은, 예를 들어 명확성을 위해 나타내지 않는다.
도 3에 나타낸 고전압 변압기는 도 1 및/또는 도 2를 참조하여 설명되는 고전압 변압기(300)에 대응할 수 있되, 종방향 단면은 적어도 실질적으로 자화 가능 코어의 순방향을 따르므로, 순방향(316)은 적어도 실질적으로 단면 평면에 놓여 있다.
순방향(316)은 도 3에서 각진 점선 화살표로 도시되어 있으며, 여기서, 순방향은 자화 가능 코어(310)에서의 각각의 위치 및 가능한 자속에 대해 이해되도록 의도되고, 결과적으로 국부적 방향을 나타내며, 이는 특히 각 사례에서 가능한 자속의 방향(또는 항상 이 방향의 반대 방향)으로 국부적으로 가리킨다. 따라서, 폐쇄된 자화 가능 코어의 사례에서는 각 사례에서 순방향이 국부적으로 따를 경우, 정확히 하나의 영역을 둘러싸는 폐쇄 곡선이 획득된다.
고전압 권선(330)은, 복수의 그룹들(335)로 그룹화되는, 그리고 각 그룹에서 자화 가능 코어(310)를 중심으로 순방향 쪽으로 나선형으로 또한 전기적으로 직렬로 권취되는, 그리고 복수의 그룹들의 타래들(336)은 각 그룹에서 전기적으로 직렬로 권취되며 자화 가능 코어 둘레에 순방향의 반대 방향으로 나선형으로 권취된다. 이 사례에서, 그룹들(335, 336)은 서로 전기적으로 직렬로 교대로 연결되고 자화 가능 코어(310) 둘레에 교대로 권취되어, 그룹들 중 하나(335)에 대한 순방향으로의 제 1 권수 다음에 그룹들 중 하나(336)에 대한 순방향의 반대 방향으로의 제 2 권수가 뒤따른다. 또한, 제 1 수는 제 2 수보다 크므로, 전체적으로 순방향으로의 권선이 획득된다.
고전압 권선(330)을 생산하기 위해, 코일 와이어는 제 1 권수에 대해 순방향으로 코어(310) 둘레에 교대로 권취될 수 있고, 제 2 권수에 대해 역방향으로, 즉, 정방향과 반대로 코어(310) 둘레에 권취된다. 일부 유리한 변형예들에서, 코일 와이어는 에나멜 절연 구리 와이어일 수 있다.
순방향 및 역방향으로 권취함으로써, 순방향 또는 역방향으로만 나선형 권선의 사례보다 그것의 길이 섹션에서 자화 가능 코어(310) 둘레에 더 많은 타래들이 권취될 수 있다. 그 결과, 권취를 위해 의도되는 자화 가능 코어의 모든 길이 섹션들에 걸쳐 연장될 추가적인 층의 타래들에 대한 필요 없이, 전체적으로 많은 수의 타래들이 달성될 수 있다. 권선은 필그림 스텝 권선에서 자화 가능 코어의 개별 길이 섹션들에 대해 순방향 및 역방향으로 수행되기 때문에, 길이 섹션들은 (말하자면) 국부적으로 복수의 층들을 가지며, 여기서, 이들 "국부 층들" 사이의 전압 차이는 권취될 자화 가능 코어의 전체 길이에 걸쳐 각각의 사례에서 타래들이 권취되는 다층 권선의 사례보다 작다. 예를 들어, 도 3에 나타낸 바와 같이, 그룹들 중 하나(336)의 타래(338)는 그룹들 중 하나(335)의 타래들(337 및 339)에 공간적으로 인접하고, 또한, 전기적으로 그들로부터 한 번만 또는 두 번만 감기며, 그 결과, 고전압 변압기의 동작 도중에 타래들 사이에는 상대적으로 작은 전압 차이가 존재한다.
일부 변형예들에서, 자화 가능 코어(310)는 또한 절연층(314)을 가질 수 있다. 상기 절연층은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 코어에 연결되며, 코어(310)의 일부, 특히 권취될 길이 섹션만을 감싸거나, 그렇지 않으면 코어(310) 전체를 둘러싸므로, 이를 전기적으로 절연시킬 수 있다. 일부 변형예들에서, 이것은 특히 권취되어 토로이달 코어를 형성할 수 있는 적층 강철, 특히 복수의 층들의 적층 강철로 이루어진 자화 가능 코어(310)와 조합하여 특히 유리할 수 있다.
도 4는 테스트될 고전압 디바이스(30)와 함께 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 시스템(10)을 개략적인 블록도로서 나타내며, 여기서, 보다 상세한 설명을 위해, 테스트 시스템의 일부 컴포넌트들 및 연관된 전기적 연결들, 연결 지점들 및/또는 노드들은 (기본적인) 전기 회로 다이어그램으로서 개략적으로 표시된다.
예시적인 일 실시예에서, 테스트 시스템(10)은 휴대용 메인(main) 디바이스(100) 및 휴대용 고전압 테스트 신호 장치(200)를 갖는다. 이 사례에서, 테스트 시스템(10)의 휴대용 보조 디바이스로서의 고전압 테스트 신호 장치(200)는, 휴대용 메인 디바이스가 이미 제공하는 기능들에 더하여 부가적인 (테스트) 기능들, 특히 고전압에 기초한 기능들을 가능하게 한다.
휴대용 메인 디바이스(100)는 하우징 및 하우징에 통합되는 전력 출력부(120)를 갖는다. 휴대용 고전압 테스트 신호 장치(200)는 하우징 및 하우징에 통합되는 전력 입력부(220)를 갖는다. 전력 출력부(120) 및 전력 입력부(220)는 동작 도중에, 즉 고전압 디바이스(30)를 테스트하는 동안에 케이블(20)에 의해 전기적으로 연결된다.
휴대용 고전압 테스트 신호 장치(200)는, 게다가, 테스트 신호 장치(230)를 가지며, 그것의 컴포넌트들은 고전압 테스트 신호 장치(200)의 하우징에 수용된다. 이 사례에서, 테스트 신호 장치(230)의 제 1 테스트 연결부(232) 및 제 2 테스트 연결부(234)는, 전력 입력부(220)에 대응하는 방식으로, 휴대용 고전압 테스트 신호 장치(200)의 하우징에 통합될 수 있다.
동작 도중에, 즉, 고전압 디바이스(30)를 테스트할 때, 제 1 테스트 연결부(232)는 고전압 디바이스(30)의 제 1 연결 지점(32)에 전기적으로 연결되고, 따라서 제 2 테스트 연결부(234)는 고전압 디바이스(30)의 제 2 연결 지점(34)에 전기적으로 연결된다.
접지에 대해서는, 휴대용 고전압 테스트 신호 장치(200)는 접지 연결부(204)를 가져서, 특히, 예를 들어 증가된 동작 신뢰성을 위해 별도의 접지를 허용할 수 있다. 대안적으로, 테스트 연결부들 중 하나는 또한 접지 연결부로서 동시에 작용하여, 특히 더 간단한 케이블링을 허용할 수 있다.
테스트 신호 장치(230)는 전술한 실시예들 중 하나에 따른 고전압 변압기(300)를 가지며, 여기서, 도 4에서, 고전압 변압기(300)는 자화 가능 코어(310), 저전압 권선(320)과 고전압 권선(330) 및 보호층(340)과 함께 개략적으로만 나타나 있다. 자화 가능 코어(310)는 토로이달 코어로서 설계되어, 특히, 낮은 간섭을 위해 하우징 내에 용이하게 통합될 수 있는 컴팩트한 설계 및 폼 팩터를 제공하므로, 특히, 운반이 용이한 고전압 테스트 신호 장치(200)를 제공한다. 이 컴팩트한 설계는 바람직하게는 코어에 가깝고 따라서 특히 자화 가능 코어(310)에 의해 열적으로 완충되는 고전압 권선(330)에 의해 상승적으로 지원된다. 이미 위에서 언급한 바와 같이, 저전압 권선(320) 및 고전압 권선(330)은 모두 적합한 수의 부분 권선들에 의해 형성될 수 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 고전압 권선(330)은 제 1 연결 지점(332) 및 제2 연결 지점(334)을 가지며, 여기서, 제 2 연결 지점(334)은 제 2 테스트 연결부(234)에 전기적으로 연결된다. 제1 연결 지점(332)은 제 1 테스트 연결부(232)에 전기적으로 연결될 수 있고, 여기서 이들은 서로 직접 연결되거나, 나타낸 바와 같이, 테스트 신호 장치(230)의 전기 스위치(238)에 의해 연결될 수 있다. 스위치(238)는 제 1 연결 지점(332) 및 제 1 테스트 연결부(232)가 선택적으로 전기적으로 연결되도록 하여, 고전압 디바이스(30)에 고전압을 인가하기 위한 전기적 연결은, 안전성을 위해 예를 들어 개별 테스트 동작들 사이에 확립 및 단절될 수 있다.
저전압 권선(320)은 제 1 연결 지점(322) 및 제 2 연결 지점(326)을 갖는다. 제 1 및 제 2 연결 지점들(322, 326)은 전력 입력부(220)을 통해 두 연결 지점들(322, 326) 사이에 전력 신호가 인가될 수 있도록 하는 전력 입력부(220)에 전기적으로 연결된다.
전력 신호를 생성하기 위해, 휴대용 메인 디바이스(100)는 전력 신호원(130), 특히, 제어 가능한 전압원을 가지며, 이는 전력 출력부(120)에 전기적으로 연결된다. 이 사례에서, 휴대용 메인 디바이스(100)는 전력 신호에 의해 저전압 권선(320)의 제 1 및 제 2 연결 지점들(322, 326) 사이에 전압이 인가되도록 하는 전력 신호원(130)을 제어하도록 설정되고, 고전압 변압기(300)는 이 전압을 고전압 디바이스(30)를 테스트하기 위한 테스트 신호로 변환하며, 이는 고전압 권선(330)의 제 1 및 제 2 연결 지점들(332, 334) 사이에 적용되며, 따라서 스위치(238)가 닫힐 때 제 1 및 제 2 테스트 연결부들(232, 234) 사이에도 적용된다.
휴대용 메인 디바이스(100)는, 바람직하게는 통합형 제어기(도 4에 도시되지 않음)의 도움으로, 고전압 변압기(300)에 의해 생성되는 테스트 신호의 도움으로 테스트 절차를 제어하도록 구성된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 변압기를 제조하기 위한 방법(800)의 흐름도를 나타낸다.
예시적인 일 실시예에서, 방법(800)은 방법 단계들(810, 820, 830 및 840)을 포함한다. 방법(800)은 방법의 시작(802)에서 시작하고 방법의 종료(804)에서 종료되는데, 여기서, 방법 단계들은 다음의 순서로 수행되며, 방법의 일부 변형예들은 (예를 들어 설명 및/또는 도면들에 따른 특정 실시예들, 개량예들, 변형예들 또는 예시적인 실시예들을 생성하기 위해) 추가적인 방법 단계들을 가질 수 있다.
방법 단계(810)에서는, 토로이달 변압기로서 구성되는 고전압 변압기를 위해 자화 가능 코어가 제공된다.
방법 단계(830)에서, 코일 와이어는 적어도 부분적으로 필그림 스텝 권선으로서 자화 가능 코어 둘레에 권취되어, 고전압 변압기의 고전압 권선이 형성된다.
방법 단계(840)에서, 보호층이 도포되며, 상기 보호층은 자화 가능 코어로부터 멀어지는 쪽을 향하는 측면 상의 고전압 권선을 둘러싸고 반대쪽을 향하는 측면의 방향으로 고전압 권선을 전기적으로 절연시킨다.
방법 단계(820)에서, 코일 와이어는 보호층에 의해 둘러싸인 고전압 권선 둘레에 권취되어, 상기 고전압 권선의 권수보다 작은 권수를 갖는 고전압 변압기의 저전압 권선이 형성되고, 보호층은 고전압 권선과 저전압 권선을 서로 전기적으로 절연시킨다.
Claims (13)
- 고전압 변압기(300)로서,
상기 고전압 변압기(300)는 토로이달(toroidal) 변압기로서 설계되고,
자화 가능 코어(310);
상기 자화 가능 코어(310) 둘레에 배열되는 저전압 권선(320); 및
상기 자화 가능 코어(310) 둘레에 배열되는, 그리고 상기 저전압 권선(320)으로부터 전기적으로 절연되는, 고전압 권선(330)을 가지며,
상기 고전압 권선(330)은 적어도 부분적으로 필그림(pilgrim) 스텝 권선으로서 구현되는, 고전압 변압기(300).
- 제 1 항에 있어서,
상기 고전압 권선(330)은 상기 자화 가능 코어(310) 둘레에 직접 배열되는, 고전압 변압기(300).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 저전압 권선(320)은 상기 고전압 권선(330) 둘레에 배열되는, 고전압 변압기(300).
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고전압 권선(330)은 순방향(316)을 따라 상기 자화 가능 코어(310) 둘레에서 최대 하나의 회로로 연장되고, 상기 순방향은 상기 자화 가능 코어(310)의 각 방향을 따라 국부적으로 존재하는, 고전압 변압기(300).
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고전압 권선(330)과 상기 저전압 권선(320) 사이에 배열되는 보호층(340)을 더 갖되, 상기 보호층(340)은 상기 고전압 권선(330)과 상기 저전압 권선(320)을 서로 전기적으로 절연시키도록 구성되는, 고전압 변압기(300).
- 제 5 항에 있어서,
상기 보호층(340)은 상기 고전압 권선(330)을 상기 저전압 권선(320)으로부터 차폐하기 위한 전기 전도층(344)을 갖는, 고전압 변압기(300).
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자화 가능 코어(310)는 상기 저전압 권선(320) 및 상기 고전압 권선(330)으로부터 상기 자화 가능 코어(310)를 전기적으로 절연시키기 위한 절연층(314)을 갖는, 고전압 변압기(300).
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자화 가능 코어(310)는 전기적 그라운드 연결 또는 접지 연결을 갖지 않는, 고전압 변압기(300).
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고전압 변압기는 고전압 디바이스(30)를 테스트하기 위한 테스트 시스템(10)에 대한 고전압 테스트 신호를 생성하도록 구성되는, 고전압 변압기(300).
- 고전압 디바이스(30)를 테스트하기 위한 테스트 시스템(10)용 테스트 신호 장치(230)로서,
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 고전압 변압기(300)를 가지며,
상기 테스트 신호 장치(230)는, 상기 고전압 변압기(300)에 의해, 상기 고전압 변압기(300)의 상기 고전압 권선(330)의 제 1 연결 지점(332)과 제 2 연결 지점(334) 사이에 인가되는 테스트 신호를 생성하도록, 그리고 상기 테스트 신호를 제공하여 상기 고전압 디바이스(30)를 테스트하도록 설정되는, 테스트 신호 장치(230).
- 고전압 디바이스(30)를 테스트하기 위한 테스트 시스템(10)으로서,
하우징을 갖는 휴대용 메인 디바이스(100)와, 상기 메인 디바이스에 전기적으로 연결될 수 있으며 별도의 하우징을 갖는 휴대용 보조 디바이스(200)를 가지며,
상기 휴대용 보조 디바이스(200)는, 휴대용 고전압 테스트 신호 장치(200)로서 설계되며, 제 10 항에 따른 테스트 신호 장치(230)를 갖고,
상기 휴대용 메인 디바이스(100)는, 상기 고전압 디바이스(30)를 테스트하기 위한 상기 휴대용 보조 디바이스(200)의 상기 고전압 변압기(300)에 의해, 상기 테스트 신호의 생성을 제어하도록 설정되는, 테스트 시스템(10).
- 고전압 변압기(300)를 제조하는 방법으로서, 상기 고전압 변압기(300)는 토로이달(toroidal) 변압기로서 제조되며,
상기 방법은,
- 환형의 자화 가능 코어(310)를 제공하는 단계;
- 상기 자화 가능 코어(310) 둘레에 권취하는 필그림(pilgrim) 스텝으로서 적어도 부분적으로 고전압 권선(330)을 권취하는 단계; 및
- 상기 자화 가능 코어(310) 둘레에 상기 고전압 권선(330)의 권수보다 작은 권수를 갖는 저전압 권선을 권취하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 방법은 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 상기 고전압 변압기(300)를 제조하기 위해 수행되는, 방법.
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