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KR20000016123A - 전자기 장치_ - Google Patents

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KR20000016123A
KR20000016123A KR1019980709690A KR19980709690A KR20000016123A KR 20000016123 A KR20000016123 A KR 20000016123A KR 1019980709690 A KR1019980709690 A KR 1019980709690A KR 19980709690 A KR19980709690 A KR 19980709690A KR 20000016123 A KR20000016123 A KR 20000016123A
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KR
South Korea
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electromagnetic device
conductor
layer
insulator
inner layer
Prior art date
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Application number
KR1019980709690A
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Inventor
매쯔 레이존
Original Assignee
에이비비 에이비
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority claimed from SE9700335A external-priority patent/SE508556C2/sv
Application filed by 에이비비 에이비 filed Critical 에이비비 에이비
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Abstract

전자기 장치는 하나 이상의 전도체 (2) 를 갖는 권선 (1) 을 포함하는 자기장 발생 전기 회로로 이루어져 있다. 권선은 등전위 역할을 하고 반도전 특성을 갖는 외부 및 내층 (3, 5) 에 의해 둘러싸여진 고형 절연체 (4) 로 이루어져 있다. 상기 하나 이상의 전도체 (2) 는 내부 반도전층 (3) 의 안쪽으로 배열되었다. 또한, 본 발명은 전기장을 제어하는 방법 및 권선을 얻기위한 케이블 이용뿐만 아니라 자기 회로의 제조에 관한 것이다.

Description

전자기 장치
본 발명을 설명하고 기술하기 위해서, 종래 기술이 회전 전기 기계 및 전력 변압기의 양자에 관하여 이하 논의될 것이다.
회전 전기 기계
회전 전기 기계가 동기 기계를 기초로하여 예시될 것이다. 설명의 제 1 부분은 그러한 기계의 자기 회로와 그것이 고유 기술에 따라서 어떻게 구성되어 있는가에 관한 것이다. 대부분의 경우에 언급된 자기 회로가 고정자에 배치되어 있기 때문에, 이하의 자기 회로는 적층된 코어를 갖는 고정자로서 보통 설명될 것이고, 그 권선은 고정자 권선으로서 언급될 것이고, 또한 권선용 적층된 코어내의 슬롯은 고정자 슬롯이나 간단한 슬롯으로서 언급될 것이다.
대부분의 동기 기계는 회전자내에 자계 권선을 가지는데, 여기에서, 주요 플럭스는 고정자내 교류 권선 및 직류에 의해 발생된다. 동기 기계는 보통 3상 디자인이다. 가끔, 동기 기계는 돌출한 폴로써 디자인될 수 있다. 후자는 회전자내 교류 권선을 가진다.
큰 동기 기계용 고정자체는 용접 구조를 갖는 강판으로 흔히 만들어진다. 적층된 코어는 니스 칠해진 0.35 또는 0.5 ㎜ 전기판으로 보통 만들어진다. 더 큰 기계에 대하여, 판은 쐐기/열장장부촉에 의해 고정자체에 부착된 단편으로 펀치된다. 적층된 코어는 프레셔 핑거 및 프레셔 플레이트 (pressure fingers and pressure plate) 에 의해 보유된다.
동기 기계의 권선 냉각에 대하여는, 3 개의 상이한 냉각 시스템이 이용가능하다.
공기 냉각의 경우, 고정자 권선과 회전자 권선의 양자는 공기 흐름을 통해서 냉각된다. 냉각 공기 채널은 고정자 적층 및 회전자내에서 발견된다. 공기에 의한 방사상 환기 및 냉각에 대해서, 적어도 중간 크기 및 큰 기계용 철판 코어는 코어내에 배치된 축 및 방사상 환기 덕트를 갖는 스택으로 분할된다. 냉각 공기는 대기 공기로 구성되어 있지만 고전력에서 열교환기를 갖는 밀폐된 냉각 시스템이 실질적으로 사용된다. 수소 냉각은 터빈 발전기 및 큰 동기 보정기에 사용된다. 냉각법은 열교환기로써 공기 냉각에서와 같은 방식으로의 기능을 하지만, 냉매로서 공기를 대신하여 수소 가스가 사용된다. 수소 가스는 공기보다 더 나은 냉각 용량을 가지지만, 밀봉 및 누수를 감시함에 있어서 곤란함이 발생한다. 터빈 발전기에 대해서, 더 높은 전력 범위에서, 고정자 권선과 회전자 권선 양자의 냉각수를 사용하는 것이 공지되었다. 냉각 채널은 고정자 권선내 도체내면에 놓여진 튜브의 형태이다. 큰 기계가 갖는 하나의 문제는, 냉각이 불균일하게 되는 경향이 있고, 그에 따라서 온도차가 기계 전체에 일어난다는 것이다.
고정자 권선은 철판 코어내 슬롯에 배치되고, 슬롯은 직사각형이나 사다리꼴의 단면적을 보통 가진다. 각각의 권선상은 다수의 직렬로 연결된 코일 그룹을 포함하고 각 코일 그룹은 다수의 직렬 연결된 코일을 포함한다. 코일의 상이한 부분은 별개 부분으로서 고정자내에 놓여진 코일면과 별개 부분으로서 고정자의 외면에 배치된 코일 단부를 가리킨다. 코일은 높이 및/또는 폭을 동반하여 가져오는 하나 이상의 도체를 포함한다. 각 도체사이는 얇은 절연물, 예를 들어 에폭시/유리 섬유이다.
코일은 코일 절연물로써 슬롯에 대하여 절연되는데, 다시말해서 절연물은 접지에 대하여 기계의 정격 전압을 견딜수 있도록 의도되었다. 절연 재료로서, 각종 플라스틱, 니스 및 유리 섬유재료가 사용될 수 있다. 대개, 소위 운모 테이프가 사용되는데, 이는 절연물을 빠르게 파단시키는 부분적인 방전에 견딜 수 있도록 제공되도록 특히 제조된 운모와 경플라스틱의 혼합물이다. 절연물은 몇 개의 층으로 코일 주위를 운모 테이프를 감아서 코일에 사용된다. 절연물이 주입된 후, 코일면이 접지 전위에 연결된 주위의 고정자와 접촉하는 것을 향상시키도록 석탄을 기초로 하는 페인트로써 칠해진다.
권선의 도체 영역은 당해 전류강도 및 사용된 냉각법에 의해 결정된다. 도체 및 코일은 슬롯내에 도체 물질의 양을 최소화하기 위해서 직사각형상으로써 일반적으로 형성된다. 전형적인 코일은 소위 로에벨 바 (Roebel bar) 형태인데, 바의 일부는 냉각제용 공동 (hollow) 을 만들 수 있다. 로에벨 바는 직사각형이고, 평행하게 연결되고, 슬롯에 대하여 360도 교차된 복수개의 도체로 이루어져 있다. 540도의 전위 및 다른 전위를 하는 링랜드 바 (Ringland bar) 가 또한 발견되었다. 전위는 자기장으로부터 보여지는 것과 같이, 도체 재료의 단면내에 발생된 순환 전류의 발생을 피하기 위한 것이다.
기계적 및 전기적 이유 때문에, 기계는 단지 어떠한 크기로 만들어질 수 없다. 기계 전력은 3 가지 인자에 의해 실질적으로 결정되는데, 그것은 다음과 같다:
- 권선의 도체 영역. 정상적인 공정 온도에서, 예를 들어, 구리는 3 내지 3.5 A/㎟ 의 최대값을 가진다.
- 고정자 및 회전자 재료에서의 최대 플럭스 밀도 (자기 플럭스).
- 절연 재료에서, 소위 유전체 강도라고 하는, 최대 전기장 강도.
다상 교류 권선은 단일층 또는 2 층 권선으로서 디자인되었다. 단층 권선의 경우에, 단지 슬롯에 대하여 하나의 코일면이 있고, 또한 2 층 권선의 경우에는 슬롯에 대하여 2 개의 코일면이 있다. 2 층 권선은 다이아몬드 권선으로서 대개 디자인되는 반면에, 이러한 연결에 관련한 단일층 권선은 다이아몬드 권선 또는 동축 권선으로서 디자인될 수 있다. 다이아몬드 권선인 경우에, 단지 1 코일 스팬 (또는 가능하게는 2 코일 스팬 (span)) 이 일어나는 반면에, 평탄한 권선은 매우 다양한 코일 폭을 갖는 동축 권선으로서 디자인되었다. 코일폭은 동일 코일에 속하는 2 개 코일 측면 사이를 호도법에 의해 측정한 거리, 관련 폴 피치에 관한 거리 또는 중간물 슬롯 피치의 수에 대한 거리를 의미한다. 대개, 현 (chording) 의 다른 변형, 예를 들어 아주작은 피치가 소정의 특성을 권선에 부여하도록 사용된다. 권선의 타입은, 슬롯내의 코일, 다시말해서 코일면이 고정자 외면, 즉 코일 단부와 어떻게 연결되는냐를 실질적으로 설명하는 것이다.
고정자의 스택 판을 제외하고, 코일은 칠해진 반도전 접지 전위층으로써 제공되지 않는다. 코일 단부는 방사상 전장을 축 전장으로 전환시킬 목적으로 소위 코로나 보호 니스 형태로 E-전장 제어로써 보통 제공되며, 이는 코일 단부상의 절연물이 접지와 비교하여 높은 전위에서 발생한다는 것을 의미한다. 이것은 파괴가능한 코일 단부 영역에서 가끔씩 코로나를 야기시킨다. 코일 단부에서 소위 전장 제어 포인트는 전동기를 회전시키는 문제를 수반한다.
보통, 모든 큰 기계는 2 층 권선 및 동일하게 큰 코일로써 디자인된다. 각각의 코일은 하나의 층내에 하나의 면과 다른층내에 다른 면으로써 배치된다. 이는 모든 코일이 코일 단부에서 상호 교차하고 있다는 것을 의미한다. 만약 2 층 이상이 사용된다면, 이런 교차는 권선 작업의 곤란 및 코일 단부를 약화시킨다.
전력 네트워크에 동기 기계/발전기를 연결시키는 것은 △/Y-연결된 소위 스텝-업 (step-up) 변압기를 매개로하여 행해져야 하는데, 이는 전력 네트워크의 전압이 회전하는 전동기의 전압보다 높은 레벨로 보통 놓여있기 때문이다. 동기 기계와 함께, 이 변압기는 플랜트의 합체된 부분을 구성한다. 변압기는 여분의 비용을 만들어내고 시스템의 전체 효율이 낮아진다는 단점을 수반한다. 만약 상당히 높은 전압용 기계를 제조하는 것이 가능하다면, 스텝-업 변압기는 생략될 수 있다.
최근 수십년간, 이미 디자인 가능한 것보다 더 높은 전압용 회전 전기 기계에 대한 필요성이 증가되어져 왔다. 종래의 상태에 따라서 코일 제품내 양호한 항복을 갖는 동기 기계를 이룰수 있는 최대 전압 레벨은 25 내지 30 kV 이다.
동기 기계의 디자인에 관해 시도된 어떤 새로운 접근 방식이 설명되며, 그 중에서도, 요트. 엘렉트로테크니카 (J.Elektrotechnika, No. 1, 1970, pp. 6-8) 에서 "물-및-오일 냉각된 터빈 발전기 TVM-300" 명칭으로된 기사, US 4, 429, 244 에서 "발전기의 고정자" 의 명칭으로된 기사 및 러시아 특허 CCCP 특허 955369 호에 설명되었다.
요트. 엘렉트로테크니카에 기술된 물 및 오일 냉각된 동기 기계는 20 kV 까지의 전압용으로 의도되었다. 기사는 오일내에 완전히 고정자를 침수시키는 것을 가능하게 하는, 오일/종이 절연물로 구성되어 있는 신규의 절연 시스템을 기술하고 있다. 오일은 절연물로서 사용될 때 냉각제로서 사용될 수 있다. 고정자에서 오일이 회전자쪽으로 누수하는 것을 방지하기 위해서, 유전체 오일 분리 링이 코어의 내면에 제공된다. 고정자 권선은 오일 및 종이 절연물로 제공된 타원형 공동형상으로써 도체로부터 만들어진다. 그의 절연물을 갖는 코일면은 쐐기에 의해 직사각형 단면으로써 만들어진 슬롯에 체결된다. 냉각제 오일은 공동 도체 및 고정자 벽내 호올에서 사용된다. 그러나, 그러한 냉각 시스템은 코일의 단부에서 오일 및 전기의 다량의 연결을 수반한다. 또한 두꺼운 절연물은 도체의 곡률 반경의 증가를 수반하여, 돌출 권선의 크기를 증가시킨다.
상술한 미국 특허는 고정자 권선용 사다리꼴 슬롯을 갖는 적층판의 자기 코어를 포함하는 동기 기계의 고정자부에 관한 것이다. 중간점에 가장 가까이 위치된 권선부가 배치된 회전자의 내부로 고정자 권선의 절연물 필요성이 더 작아지기 때문에 슬롯은 테이퍼된다. 게다가, 고정자부는 코어의 내면에 가장 가까운 유전체 오일 분리 실린더를 포함한다. 이러한 부분은 링이 없는 기계와 비교하여 자화 필요성을 증가시킬 수 있다. 고정자 권선은 각 코일층에 대하여 동일한 직경을 갖는 오일 침수된 케이블로 만들어진다. 층은 슬롯에서 스페이서에 의해 상호 분리되고 쐐기에 의해 체결된다. 권선에 대하여 특별한 것은 직렬로 연결된 소위 2 개의 반 권선 (half-winding) 을 포함한다는 것이다. 2 개의 반 권선중 하나가 절연 슬리브 내면에 배치되고 중심에 놓여진다. 고정자 권선의 도체는 주위 오일에 의해 냉각된다. 시스템내 그러한 다량의 오일로 인한 단점은 장애 조건으로부터 야기될 수 있는 세정 작업이 상당히 많다는 것과 누수의 위험이 있다는 것이다. 슬롯의 외면에 위치된 절연 슬리브의 부분은 원통형 부분과 전류 운반층으로써 강화된 원뿔형 단자를 가지며, 그 임무는 케이블이 단부 권선으로 들어가는 영역에서 전장 강도를 제어하는 것이다.
CCCP 955369 로부터, 동기 기계의 정격 전압을 증가시키는 다른 시도에서, 오일 냉각된 고정자 권선이 모든 층에 대해서 동일한 치수를 갖는 종래의 고전압 케이블을 포함한다는 것이 명백해진다. 케이블은 원형 형상의 고정자 슬롯에 놓여지고, 케이블의 단면 영역과 고정 및 냉각제용 필수 공간에 대응하는 개구를 반경 방향으로 배치한다. 상이하게 반경 방향으로 배치된 권선층은 절연 튜브내에 고정되고 그에 의해 둘러싸여진다. 절연 스페이서 (spacer) 는 고정자 슬롯에 튜브를 고정한다. 오일 냉각 때문에, 내부 유전체 링은 내부 공기 간격에 대하여 오일 냉각제를 밀봉하기 위해 여기에 또한 요구된다. 또한, 디자인은 상이한 고정자 슬롯사이에 매우 좁은 반경 방향의 잘록한 부분을 나타내고, 이는 기계의 자화 필요에 분명히 영향을 주는 큰 슬롯 누수 플럭스를 의미한다.
1984 년 EPRI, EL-3391 에 거주하는 Electric Power Research Institute 에 의한 보고서는 기계를 중간 변압기 없이 전력 네트워크에 연결하는 것을 목적으로 하기 위해 회전 전기 기계의 더 높은 전압을 성취하기 위한 기계 개념의 개관을 기술하고 있다. 그러한 해결책은 양호한 효율을 얻기 위함과 커다란 경제적 장점을 제공하도록 조사에 의해 판단되어진다. 그 이유는 전력 네트워크에 직접 연결하기 위한 발전기를 개발하기 시작한 것은 1984 년이고, 그 시기에 초전도 회전자가 제조되었다. 초전도체 전계의 큰 자화 용량은 전기 응력에 견딜 수 있도록 충분한 두께를 갖는 에어 갭 (air-gap) 권선을 사용하는 것이 가능하다. 프로젝트에 따라서, 권선이 3 개의 원통형 절연 케이싱내에 동축으로 둘러싸인 도체의 2 개 실린더를 포함하고 전체 구조가 티이스 (teeth) 없이 철 코어에 고정된다는, 권선, 단일 실린더 전기자로써 자기 회로를 디자인하는, 대부분의 가망성있는 개념을 조합하여보면, 고전압용 회전 전기 기계는 전력 네트워크에 직접 연결될 수 있다고 판단된다. 해결책은 주요 절연물이 네트워크대 네트워크 및 네트워크대 접지 전위에 대항할 수 있도록 충분히 두껍게 만들어져야 한다는 것을 의미한다. 동시에 전체 공지된 기술의 재검토후, 더 높은 전압으로 증가시키는 것을 필요하다고 판단된 절연 시스템은 보통 전력 변압기용으로 사용되고 유전체 유체가 스며든 셀루로오스 판지로 이루어진다. 제안된 해결책이 갖는 명백한 단점은, 초전도체 회전자를 필요로 한다는 것뿐만 아니라, 기계의 크기를 증가시키는 매우 두꺼운 절연물을 필요로 한다는 것이다. 코일 단부는 단부에서 큰 전기장을 제어하기 위해서 절연 및 오일이나 프레온으로써 냉각되어야 한다. 전체 기계는 대기로부터 액상 유전체가 습기를 흡수하는 것을 방지하기 위해서 밀폐하여 둘러싸여져야 한다.
종래의 상태에 따라서 회전 전기 기계를 제조할 때, 권선은 도체 및 몇 단계의 절연 시스템으로써 제조되며, 여기에서 권선은 자기 회로상에 장착되기전에 행해져야 한다. 절연 시스템을 준비하기 위한 주입이 자기 회로상에 권선을 장착한 후 행해진다.
전력 변압기/리액터
본 발명에 따라 전력 변압기/리액터를 적당한 환경에 배치시키고 종래 기술에 비하여 본 발명의 장점을 제공하는 새로운 접근 방식을 기술하기 위하여, 일반적으로 디자인된 것과 같이 전력 변압기의 비교적 완전한 설명이 한계뿐만 아니라, 이 변압기의 계산, 디자인, 절연물, 그라운딩, 제조, 사용, 테스팅, 운반등이 행해질 때 존재하는 문제에 대하여 이하 먼저 기술될 것이다.
완전히 일반적인 관점으로부터, 전력 변압기의 제 1 임무는 동일한 주파수를 갖는 다른 전압의 2 개 이상의 전기 시스템사이의 전기 에너지의 교환을 허용하는 것이다.
종래의 전력 변압기는, 보통 실리콘 철인 적층으로 방향되어진 판의 변압기 코어를 포함하는데, 이 변압기 코어는 이하 코어로 언급된다. 코어는 하나 이상의 코어 윈도우를 함께 형성하는 이음새 (yoke) 에 의해 연결된 다수의 코어 림 (limb) 을 포함한다. 그러한 코어를 갖는 변압기는 가끔은 코어 변압기로 언급된다. 림 주위에는 1 차, 2 차로서 보통 언급된 다수의 권선 및 제어 권선이 있다. 전력 변압기가 관련되는 한, 이 권선은 실제로 항상 동축으로 배열되고 코어 림의 길이를 따라서 분포된다. 코어 변압기는 가능한 조밀하게 코일을 충만시키도록 점점 적어지는 코어 림과 마찬가지로 원형 코일을 가진다.
또한 다른 형태의 코어 디자인이 공지되었는데, 이는 예를 들면 셸 (shell) 타입 변환을 포함한다. 이것은 직사각형 코일 및 직사각 코어 림 단면으로써 디자인된다.
상술한 전력 범위의 낮은 부분에서, 종래의 전력 변압기는 피할수 없는 고유 손실을 가져가버리기 위해서 공기 냉각으로써 디자인된다. 접촉에 대하여 보호하기 위해서, 또한 가능한 변압기의 외부 자기장을 감소시키기 위해서, 그 후 환기 개구로써 제공된 외부 케이싱으로써 가끔 제공된다.
그러나, 대부분의 종래 전력 변압기는 오일 코일된 것이다. 그 이유중 하나는 오일이 절연 매체로서 부가적인 매우 중요한 기능을 가진다는 것이다. 오일 냉각되고 오일 절연된 전력 변압기는, 아래의 설명으로부터 알수 있듯이, 매우 수요가 높은 외부 탱크에 의해 둘러싸여진다. 보통, 코일의 수냉 수단이 제공된다.
다음 설명 부분은 오일이 충전된 전력 변압기에 언급한 대부분의 부분에 관한 것이다.
변압기의 권선은 다수의 직렬-연결된 턴(turn) 인 1 내지 수 개의 직렬 연결된 코일로 형성된다. 또한, 코일에는 코일의 단자사이를 전환할 수 있게 하는 특정 장치를 제공한다. 이러한 장치는 스크류 조인트 또는 더 빈번히는, 탱크 부근에서 작동할 수 있는 특정 전환 스위치의 도움을 받아 전환용으로 설계될 수 있다. 전환기가 전압하의 변압기를 대체할 수 있는 경우에, 전환기 스위치는 온-로드 탭 체인져 (on-load-tap-changer) 라 칭하며 반면에 그렇지 않은 경우에 디-에너자이즈드 탭 체인져 (de-energed tap changer) 라 칭한다.
상부 전력 범위에 있는 오일로 냉각되고 오일로 절연된 전력 변압기에서, 온-로드 탭 체인져의 단락 요소는 변압기 탱크에 직접 연결된, 특정한 오일로 충전된 컨테이너에 위치된다. 단락 요소는 모터에 의해서 구동된 회전 샤프트를 통하여 순수하게 기계적으로 작동하고, 접촉이 개방되는 경우에 전환시의 빠른 동작과 접촉이 폐쇄되는 경우에 느린 동작을 얻기 위해서 배치된다. 그러나 상기의 온-로드 탭 체인져는 실제 변압기 탱크에 배치된다. 작업하는 동안에, 아아크와 스파크가 발생한다. 이는 컨테이너에 있는 오일을 열화시킨다. 소량의 아아크와 또한 접촉에서의 소량의 매연 (soot) 및 소량의 마모를 위해서, 온-로드 탭 체인져는 통상적으로 변압기의 고-전압측에 연결된다. 이는 온-로드 탭 체인져가 저전압측에 연결되는 것보다 단락되는 전류와 연결된 전류 각각이 유사하기 때문이다. 종래의 오일로 충전된 전력 변압기의 고장 통계는, 고장을 일으키는 것이 온-로드 탭 체인져라는 것을 종종 보여준다.
오일로 냉각되고 오일로 절연된 전력 변압기의 낮은 전력 범위에서, 온-로드 탭 체인져와 단락 요소는 모두 탱크의 내부에 배치된다. 이는 작업하는 동안에 아아크 등에 의한 오일의 열화가 전체 오일 시스템에 영향을 끼친다는 것을 의미한다.
가해지거나 공급된 전압의 측면에서는, 권선에 걸쳐서 정체된 전압이 권선의 각 턴으로 동일하게 분배되었다고, 즉 전압은 모든 턴에서 동일하다고 대체로 말할 수 있다.
그러나, 전위의 측면에서는 매우 다르다. 권선의 일 단부는 접지에 접속된다. 그러나, 이것은 각 턴의 전위가 접지 근처에 있는 턴에서의 거의 제로인 전위로부터, 전압이 가해지는 권선의 다른 단부에 있는 턴에서의 전위까지 선형적으로 증가한다는 것을 의미한다.
이러한 전위 분포는, 권선의 인접한 턴들 사이와 각 턴과 접지의 사이 모두에서 충분한 절연성을 가질 필요가 있기 때문에 절연 시스템의 구성을 결정한다.
각 코일에서의 턴들은 통상적으로 기하학적으로 밀착된 유닛으로 되고, 물리적으로는 다른 코일로부터 경계지어진다. 코일들간의 거리는 코일들 사이에서 발생될 수도 있는 절연물 응력에 의해서 또한 결정된다. 따라서 이것은 특정한 소정의 절연 거리 또한 코일들 사이에서 필요하다는 것을 의미한다. 상기한 바에 따라서, 충분한 절연 거리는, 코일에서 국부적으로 발생하는 전위의 전기장 내부에 있는 다른 도전체에도 또한 요구된다.
따라서 각 코일에 대한 상기 설명으로부터, 물리적으로 인접한 도체 요소들 사이의 내부 전압차는 비교적 낮으며 반면에 다른 금속 물체 - 다른 코일이 포함되어짐 - 에 관한 외부의 전압 차이는 비교적 높다는 것을 알 수 있다. 전압 차이는, 변압기의 외부 접속점에 접속된 외부 전기 시스템에서 발생될 수도 있는 전기 용량적으로 분포된 전압에 의해서 뿐만 아니라 자기 유도 (magnetic induction)에 의해서 유도된 전압에 의해서도 결정된다. 작동 전압 (operating voltage)에 추가해서 외부에서 유입될 수 있는 전압의 종류에는 천둥 과전압 및 스위칭(switching) 과전압이 있다.
현재의 코일 유도에서, 도체 주위의 자기 누수 전계 (magnetic leakage field) 때문에 추가적으로 손실이 발생한다. 이러한 손실을, 특히 상부 전력 범위에 있는 전력 변압기에서 가능한 한 낮게 유지하기 위하여, 통상적으로 도전체는 종종 스트랜드라 칭하는 다수의 도체 요소로 분활되며, 이것들은 동작시 병렬 연결된다. 이러한 스트랜드는 각 스트랜드에 도입되는 전압이 가능한 한 이상적으로 되는 패턴에 따라서 그리고 각 쌍의 스트랜드들 사이에 도입된 전압의 차이가, 내부적으로 순환하는 전류 성분들이 손실의 관점에서 타당한 레벨에 유지되도록 하기 위해서 가능한 한 작게 되도록 하는 패턴에 따라서 위치되어야 한다.
종래 기술에 따라서 변압기를 설계하는 경우에 일반적인 목적은 충전 인자(fill factor) 를 가능한 한 높게 갖는 것으로써 일반적으로 기재된 소위 변압기 윈도우에 의해서 한정된 소정 영역 내에서 가능한 한 다량의 도전 물질을 갖는 것이다. 허용가능한 공간은 도전 물질에 추가해서 부분적으로는 코일들 사이의 내부에 그리고 부분적으로는 자기 코어를 포함하는 다른 금속 성분에 있는, 코일에 합체된 단열 재료로 구성된다.
부분적으로는 코일/권선 내부에 있고 부분적으로는 코일/권선과 다른 금속 부품 사이에 있는 절연 시스템은, 개개의 도전 요소의 근방은 통상적으로 고형 셀룰로오스 또는 니스 기재 (varnish based) 단열재로 설계되며, 도전 요소의 원방은 고형 셀룰로오스, 액상 절연물, 또한 가능하게는 가스 절연물로 설계된다. 이와 같은 방식으로 가능한 브레이싱 부분 (bracing part) 과 절연물이 있는 권선은 큰 부피를 나타낼 것이고 변압기의 활성 전자기 부품에서와 그 둘레에서 발생하는 전기장 강도 (electric field strength) 가 높게 될 것이다. 발생될 절연물 응력을 예견할 수 있고 단선의 위험이 최소인 치수를 얻기 위해서, 단열 재료의 특성에 대한 충분한 지식이 요구된다. 단열 특성을 변화시키거나 감소시키지 않는 주변 환경을 얻는 것이 또한 중요하다.
현재 지배적인 고전압 동력 변압기용 절연 시스템은 고상 절연물로서 셀룰로오스 물질과 액상 절연물로서 변압기 오일을 포함한다. 변압기 오일은 소위 미네랄 오일 (mineral oil) 을 기초로 한다.
변압기 오일은 절연 기능에 더하여 이중 기능을 가지기 때문에, 변압기의 열 손실을 제거하여 코어, 권선등의 냉각에 활발하게 이바지한다. 오일 냉각은 오일 펌프, 외부 냉각 소자, 확장 커플링등을 필요로 한다.
변압기의 외부 연결과 직접 연결된 코일/권선간의 전기적 연결은, 오일이 채워진 전력 변압기가 실제 변압기를 둘러싸는 경우에, 탱크를 통해서 도전 연결을 목적으로 하는 부싱 (bushing) 으로 인용되었다. 부싱은 가끔씩 탱크에 고정된 분리 구성요소이고 탱크의 내외면상의 절연물에 견딜 수 있도록 디자인되고, 동시에 전류 로드 발생과 수반하는 전류의 힘에 견딜 수 있도록 디자인되었다. 상술한 권선에서와 같이 절연 시스템에 대하여 동일한 요구품이 코일간, 부싱과 코일간 필수 내부 연결, 다른 전환 타입의 스위치 및 부싱에 응용할 수 있다는 것을 지적하여야 한다.
전력 변압기 내면의 모든 금속 구성요소는 전류 운반 도체를 제외하고는 주어진 접지 전위에 보통 연결된다. 이 경우에 있어서, 고전위 및 접지에서 전류 도선간 용량 전압 분포의 결과로서, 전류 제어의 곤란함, 전위 증가등의 원치않는 위험이 회피된다. 그러한 원치않는 전위 증가는 코로나라고 하는 부분적인 방전을 야기한다. 정격 데이터, 증가된 전압 및 주파수와 비교하여, 부분적으로 발생하여 정상 수용 (normal acceptance) 이 시험될 때, 코로나가 나타날 수 있다. 코로나는 공정시 손상을 야기한다.
변압기의 각 코일은 전류 발생의 결과로서 발생하는 어떠한 응력과 단락회로 (short-circuit) 공정시 일어나는 전기력 (current force) 에 견딜 수 있는 정도의 기계적 치수를 가져야 한다. 통상적으로, 상기 코일들은 각각의 개별적 코일내에 발생력이 흡수되도록 설계되는데, 이것은 상기 코일이 정상 동작중에 정상 기능에 대하여 이상적으로 위치될 수 없음을 의미할 수도 있다.
오일이 충전된 전력 변압기의 좁은 전압 및 전력 범위내에서, 권선들은 이른바 판형 권선 (sheet windings) 으로 설계된다. 이것은 상기 언급된 개별적 도체들이 얇은 판들로 대체된다는 것을 의미한다. 판형-권선 전력 변압기들은 최고 20-30 kV 의 전압과 최고 20-30 MW 의 전력에 대하여 제조된다.
상단 전력 범위내의 전력 변압기들의 절연물 시스템은, 비교적 복잡한 설계에 더하여, 또한 최상으로 절연 시스템의 특성들을 사용하기 위하여 특별한 제조 수단들을 요구한다. 좋은 절연을 얻기 위하여는, 상기 절연 시스템은 낮은 습기 성분을 가져야 하고, 절연부의 고형부분은 주위 오일로 잘 주입되어 있으며, 고형부분의 잔존 "가스" 포켓들의 위험은 최소가 되어야 한다. 이를 확보하기 위하여, 특별한 건조 및 주입 공정이, 탱크로 내려지기 전에, 권선을 갖는 전체 코어상에 수행된다. 상기 건조 및 주입 공정후에는, 변압기가 탱크로 내려지고, 그리고 나서 밀봉된다. 오일 충전 전에, 내려진 변압기를 갖는 탱크에서 모든 공기를 빼야한다. 이것은 특별한 진공 처리와 관련하여 이루어진다. 상기 공정이 행해졌을 때, 오일 충전이 일어난다.
약속된 서비스 수명 등을 얻기 위하여는, 진공 처리와 관련하여 거의 완전한 진공까지 펌프로 빼내는 것이 필요하다. 따라서 이것은 변압기를 둘러싸는 탱크가 완전 진공으로 설계되며, 이것은 상당한 재료 소비와 제조 시간을 수반한다는 것을 전제로 한다.
오일이 충전된 전력 변압기에서 전기적 방전이 발생하거나, 또는 변압기의 임의 부분에서 지역적이고 상당한 온도 증가가 발생하면, 오일은 분해되고 기체 산출물은 오일에 용해된다. 그리하여 변압기들에는 오일내에 용해된 가스를 탐지하기 위한 감시 장치가 통상적으로 제공된다.
무게에 의하여, 높은 전력 변압기들은 오일 없이 운송될 수 있다. 고객측에서 변압기를 원래 위치에 설치하는 것은 갱신된 진공 처리를 요구한다. 부연하면, 이것은 몇몇 동작 또는 검사를 위하여 탱크가 오픈될 때마다 반복되어야만 하는 공정이다.
상기 공정들은 매우 시간-소비적이며 비용-소모적이고, 전체 제조 및 수리 시간중 상당한 부분을 차지하고, 동시에 많은 자원들을 요구한다는 것이 명백하다.
종래 전력 변압기에 있어 절연 물질은 변압기의 전체 부피중 많은 부분을 차지한다. 상단 전력 범위의 전력 변압기에 대하여, 변압기 오일의 수백 ㎥ 의 오일량들이 발생할 수 있다. 디젤 오일과 어떤 유사성을 나타내는 오일은 묽은 액체이고 비교적 낮은 플래시 포인트를 나타낸다. 따라서 셀룰로오스와 더불어 오일은 예를 들면 내부 플래시오버와 그에 따른 오일 유출의 경우에 무심코한 가열의 경우에도 무시못할 화재 위험을 가지고 있다는 것이 명백하다.
또한, 특히 오일이 충전된 전력 변압기에 있어서 매우 큰 수송 문제가 있다는 것이 명백하다. 상단 전력 범위의 상기 전력 변압기는 최고 1000 톤의 총중량을 가질 수도 있다. 변압기의 외부 설계는 전류 수송 프로파일, 즉, 다리, 터널 등의 통과를 위해 적합하도록 이루어져야 한다.
이하에 오일이 충전된 전력 변압기에 관한 종래 기술의 간단한 개요가 개시되는바, 이는 그에 대한 한정 및 문제 영역으로 설명될 수도 있다.
종래의 오일이 충전된 전력 변압기는,
- 코일을 갖는 변압기 코어, 절연 및 냉각용 오일, 다양한 종류의 기계적 버팀 장치 등을 구비한 변압기를 수용하기 위한 외부 탱크를 구비한다. 매우 큰 기계적 요구들이 탱크상에 위치되어, 오일없이 변압기로, 실제적으로 풀 진공까지 진공 처리될 수 있다. 상기 탱크는 매우 광대한 제조 및 테스트 공정들을 요하며, 상기 탱크의 큰 외부 부피들은 또한 통상적으로 상당한 수송 문제들을 수반한다;
- 통상적으로 이른바 가압 오일 냉각부를 구비한다. 상기 냉각 방법은 오일 펌프, 외부 냉각 소자, 팽창 용기 및 팽창 연결기 등의 제공을 필요로 한다;
- 변압기의 외부 접속들과 탱크에 고정된 부싱의 형태로 즉각 접속되는 코일들/권선들 사이의 전기적 접속을 구비한다. 상기 부싱은 탱크의 외부 및 내부에 관하여 이루어진 임의의 절연 조건들을 견디도록 설계된다;
- 다수의 도체 소자 및 스트랜드로 나뉘어진 도체들을 갖는 코일/권선을 구비하며, 상기 코일/권선은 각 요소에 유도된 전압이 가능하면 동일하도록 그리고 요소들의 각 쌍간의 유도 전압 차이가 가능하면 최소가 되도록 교환되어야(transpose) 한다;
- 부분적으로는 코일/권선 내에 그리고 부분적으로는 코일/권선과 다른 금속 부분들 사이에서, 개별적 도체 소자의 최근처에서 고형 셀룰로오스- 또는 니스 기재의 절연재로서 그리고, 상기의 외부에서는, 고형 셀룰로오스 및 액상, 가능하면 또한 가스의 절연재로서 설계되는 절연 시스템을 구비한다. 덧붙여서, 절연 시스템이 매우 낮은 습기 성분을 갖는 것이 매우 중요하다;
- 오일에 의해 둘러싸인, 일체형 부분으로서 온-로드 탭 체인저를 구비하며, 보통은 전압 제어를 위해 변압기의 고전압 권선에 접속된다;
- 내부의 부분적 방전들, 이른바 코로나, 온-로드 탭 체인저들내의 스파킹 및 다른 장애 조건들과 관련하여, 무시못할 위험을 수반하는 오일을 구비한다;
- 통상 오일 내에 용해된 가스를 모니터하기 위한 모니터용 장치를 구비하는데, 이는 내부의 전기적 방전의 경우에 또는 온도의 지역적 상승의 경우에 발생한다;
- 손상 또는 사고의 경우에, 광범위의 환경 파괴를 야기하는 오일 유출을 초래할 수 있는 오일을 구비한다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 1 차적으로 전자기 장치를 제공하는 것으로써, 이 전자기 장치는 상술한 하나 이상의 단점과 종래 기술의 결함을 제거한 것이다. 또한, 본 발명은 전력 목적용 전자기 장치에서 전기장 제어 방법과 회전 전기 기계용 자기 회로를 제조하는 방법을 발명하는 것을 2 차적인 목표로 한다.
제 1 목적은 아래의 청구항에 규정된 종류의 장치에 의해 성취되며, 무엇보다도 청구항 1 항 내지 5 항 중 어느 한 항을 특징으로 한다.
넓은 의미에서, 본 발명에 따른 디자인은 손실 발생을 감소시켜, 발명이 절연 시스템내 전도체 때문에 일어나는 전기장을 실질적으로 에워싸는 것을 가능하게 한다는 사실의 결과로서, 장치는 더 높은 효율로써 작동될 수 있다. 또한, 장치내 낮은 온도에서의 손실의 감소는 냉각의 필요성을 감소시키고 본 발명 이외의 더욱 간단한 방식으로 냉각 장치의 발생을 디자인하게 한다.
본 발명에 따른 도체/절연 시스템은 가요성 케이블로서 실현될 수 있는데, 이 가요성 케이블은 종래에서부터 지금까지의 강체 권선으로 제조된 것과 비교하여 제조 및 장착에 관하여 실질적으로 장점을 갖는다는 것을 의미한다. 본 발명에 따라 사용된 절연 시스템은 가스 및 액상 절연물 재료의 부재를 야기한다.
회전 전기 기계로서의 본 발명의 태양에 관하여, 상술한 △/Y 연결된 스텝-업 변압기가 생략되는 고전압을 갖는 기계를 작동할 수 있다. 즉, 기계는 전력 네트워크에 직접 연결할 수 있는 기술 상태에 따른 기계보다 상당히 더 높은 전압으로서 작동될 수 있다. 이는 회전 전기 기계를 갖는 시스템에 대하여 상당히 투자비를 적게하고 시스템의 전체 효율이 증가할 수 있다는 것을 의미한다. 본 발명은 권선의 특정 영역에서 전계 제어를 특히 측정할 필요성을 제거하며, 그러한 전계 제어 특성은 종래기술에 필요한 것이다. 다른 장점은, 전압 및 전류가 상호 이상 (異相) 이기 때문에 반응 효과를 감소시킬 목적으로 과소 및 과대자화를 얻는데 더욱 간편하다는 것이다.
전력 변압기/리액터로서 발명의 태양에 관하여, 무엇보다도, 본 발명은 전력 변압기의 오일 충전의 필요성과 그에 관련된 문제점과 단점을 제거하는 것이다.
권선이 길이의 적어도 한부분을 따라서 고형 절연 재료로써 형성된 절연물을 포함하도록 반도전 재료로 만들어진 이 층의 절연물 외층의 외부로, 이 절연물 내층의 내부로의 권선의 디자인은 권선내 전체 장치에서의 전기장을 에워싸는 것을 가능하게 한다. 여기에 사용된 "고형 절연 재료" 라는 단어는, 권선이 오일의 형태로서, 액상 또는 가스 절연물이 부족하다는 것을 의미한다. 대신, 절연물은 중합체 재료로써 형성되도록 의도되었다. 또한, 내부 및 외층은, 비록 반도전이지만, 중합체 재료로써 형성된다.
내층 및 고형 절연물은 전체 계면 상단에 상호 강하게 연결된다. 또한, 외층 및 고형 절연물은 전체 계면 사이의 상단에 상호 강하게 연결되었다. 내층은 등전위로 작동하며, 또한, 따라서, 반도전 특성으로서 내층의 바깥쪽으로 전기장과 동일하게 작동한다.
외층은 반도전 재료로 만들어지도록 또한 의도되었고, 접지 또는 그렇지않다면 비교적 낮은 전위에 연결시킴으로써, 적어도 절연물의 전기 전도성보다 높은 전기 전도성을 가지기 때문에, 외층이 등전위의 기능을 하고 외층의 내부에 상기 전도체에 기인한 전기장을 실질적으로 에워싼다. 반면에, 외층은 상기 외층내에서 전기 손실을 최소화하는데 충분한 저항을 가져야 한다.
절연 재료와 내부 및 외부 반도전층간의 단단한 상호 연결은, 어떠한 공동, 기공 또는 유사한 것이 발생하지 않도록, 전체 계면에 대하여 실질적으로 균일하여야 한다. 고전압 레벨이 본 발명에 따라 고려되면서, 발생할 수 있는 전기 및 열적 로드가 절연물 재료의 극도의 수요를 제한하게 될 것이다. 소위 부분적인 방전 PD 가 고전압 절연물에서 절연 재료에 대해 심각한 문제를 일반적으로 구성하고 있다는 것이 공지되었다. 만약 공동, 기공 또는 그와 유사한 것이 절연물층에서 발생할 수 있다면, 내부 코로나 방전이 고 전압에서 발생할 수 있을 것이며, 절연 재료는 점차적으로 약화되어 절연물을 통해 전기 파괴된다. 이는 전자기 장치의 심각한 파괴를 유도한다.
절연물 내부의 내층은 전도체의 전기 전도성보다는 낮지만 내층용으로는 충분하기 때문에, 등전위 기능을 하고, 따라서 내층의 외부에서의 전기장과 동등하다. 실질적으로 전체 계면 상단에서 내층과 전기 절연물의 단단한 상호 연결을 결합하는 것, 즉 공동의 부재는 내층의 외부에서의 실질적으로 균일한 전장을 의미하고 PD 에 대한 위험을 최소화 한다.
내층과 고형 전기 절연물이 실질적으로 동등한 열팽창계수를 갖는 재료로써 형성되는 것은 바람직하다. 외층과 고형 절연물이 관계될 때 까지는 동등한 열팽창계수가 바람직하다. 이는 내부 및 외층과 고형 절연물이 절연 시스템을 형성할 것이라는 것을 의미하고, 이 절연 시스템은 온도 변화를 팽창시키고 계면내 어떤 파괴 도는 분해를 야기하는 온도 변화없이 단일 결정부로서 균일하게 접촉시킨다. 따라서, 내부 및 외층과 고형 절연물간의 접촉 표면에서의 친밀함이 보장되고 연장된 공정 기간동안 조건이 이 친밀함을 유지하도록 만들어졌다.
절연 시스템상의 전기 로드는, 절연물 주위 반도전 재료의 내부 및 외층이 실질적으로 등전위 표면을 형성하는 경향이 있고 이 방식으로 절연물내의 전기장이 절연물의 전체 두께에 비교적 균일하게 분포될 수 있다는 사실의 결과로서 감소한다.
고전압용과 전기 에너지의 전송용 전송 케이블과의 연결에서, 반도전 재료의 내부 및 외층을 갖는 고형 절연물 재료의 절연물로써 도체를 디자인하는 것이라고 원래 공지되었다. 전기 에너지의 전송에 있어서, 절연물이 결함없이 현실화된 것은 오래전이다. 그러나, 전송용 고전압 케이블에서, 전기 전위는 전위가 동일 레벨에서 기본적이라는 것을 제외하고는 케이블의 길이를 따라 변경하지 않는다. 그러나, 또한 전송용 고전압 케이블에서, 순간 전위가 천둥과 같은 순간적인 발생에 기인하여 일어날 수 있다. 본 발명에 따른 청구항의 가용성 케이블이 전자기 장치에서 권선으로 사용된다.
부가적 개량품은 상호 적어도 절연되는 더욱 작은 스트랜드로부터 권선에서 전도체를 형성하여 이루어질 수 있다. 비교적 작은 단면, 바람직하게는 거의 원형의 스트랜드를 제조함으로써, 스트랜드 전체의 자기장이 전계 및 맴돌이 전류의 최소화와 관련하여 일정한 결합 구조를 나타낼 것이다.
본 발명에 따른, 권선 (권선들) 은 하나 이상의 도체 및 내층이 도체의 스트랜드 주변에 연장하는 상술한 절연 시스템을 포함하는 케이블 형태로 만드는 것이 바람직하다. 이 내부 반도전층의 외면은 고형 절연 재료 형태인 케이블의 주요 절연물이다.
외부 반도전층은 도체를 따라 전위 등화가 보장되는 전기 특성을 본 발명에 따라 나타낼 것이다. 그러나, 외층은 유도 전류가 표면을 따라 흐를 수 있는 도전 특성을 나타내지 않아, 원하지 않는 열적 로드를 발생시킬 수 있는 손실을 야기한다. 내부 및 외층에 대해서는, 청구항 8 항 및 9 항에 규정된 저항 상태 (20℃ 에서) 가 유효하다. 내부 반도전층에 관하여서는, 충분한 전기 전도성을 가지므로 전기장에 대하여 전위 등화를 보장하지만 동시에 이 층은 전장의 밀폐 (enclosing) 가 보장되는 저항을 가져야 한다. 내층이 도체의 표면에서 불규칙적으로 등화하고 고형 절연물을 갖는 계면에서 표면 마무리가 많이 된 등전위 표면을 형성하는 것이 중요하다. 내층은 다양한 두께로 형성될 수 있지만 도체 및 고형 절연물에 관하여 평평한 표면을 보장하도록, 두께는 0.5 내지 1㎜ 가 적당하다.
전자기 장치에서, 본 발명에 따라 사용된 가요성 권선 케이블은 XLPE (교차 연결된 폴리 에틸렌) 케이블 또는 EP (에틸렌-프로필렌) 러버 절연물 또는 다른 러버, 예를 들어 실리콘을 갖는 케이블의 개량품이다. 개량품은, 그 중에서도, 도체의 스트랜드에 관해서와 케이블이라는 점에서 적어도 어떤 실시예에 있어서 새로운 디자인이 케이블의 기계적 보호용 외부 케이싱을 가지지 않는 것이다. 그러나, 도전 금속 보호벽과 외부 반도전층의 외부에 외부 벽로 선반 (mantel) 을 본 발명에 따라 배열하는 것이 가능하다. 금속 보호벽은, 그 후, 외부 기계적 및 전기적 보호벽, 예를 들어 천둥의 특성을 가지게 될 것이다. 내부 반도전층이 전도체의 전위상에 놓여지는 것이 바람직하다. 이를 위해서, 전도체의 하나 이상의 스트랜드가 절연되지 않아야 하고 배열되어 양호한 전기 접속이 내부 반도전층에서 얻어진다. 선택적으로는, 다른 스트랜드가 내부 반도전 층과 전기적으로 접속을 교호적으로 야기시킬 수 있다.
상술한 바에 따른 케이블의 리액터 권선 또는 변압기의 제조는 종래 전력 변압기/리액터와 본 발명에 따른 전력 변압기/리액터 사이 전기장 분포에 관하여 상당한 차이를 수반한다. 본 발명에 따라 케이블이 형성된 권선으로써 중요한 장점은 외부 반도전층 외면에 어떠한 전기장도 없다는 것이다. 전류 운반 도체에 의해 성취된 전기장은 고형의 주요 절연물에서 발생한다. 디자인의 관점과 제조의 관점으로부터 이는 상당한 장점을 의미한다. 그 장점은 다음과 같다:
- 변압기의 권선은 어떠한 전장 분포 및 스트랜드의 전위를 고려하지 않고 형성될 수 있어, 배경기술하에서 언급된 것이 생략된다.
- 변압기의 코어 디자인은 어떠한 전장 분포를 고려함이 없이 형성될 수 있다.
- 어떠한 오일도 권선의 전기 절연물에 대하여 필요하지 않는데, 즉 권선을 둘러싸는 매체가 공기이다.
- 종래 플랜트와 대조적으로, 전기 연결이 권선과 합체되기 때문에, 어떠한 특별한 연결이 변압기의 외부 연결과 직접적으로 연결된 코일/권선간의 전기적 연결에 대하여 요구되지 않는다.
- 본 발명에 따른 전력 변압기에 필요한 시험 및 제조 기술이, 배경기술의 설명에서 기술된 침투, 건조 및 진공 처리가 불필요하기 때문에, 종래의 전력 변압기/리액터에 필요한 것보다 상당히 간단하다. 이는 상당히 짧아진 제조 시간을 제공한다.
- 절연물에 대한 본 발명에 따른 기술을 사용하여, 상당한 가능성이, 종래 기술에 따라 주어진, 변압기의 자기부분을 발전시키기 위해서 제공된다.
회전 전기 기계로서 본 발명의 응용에 있어서, 고정자상에 실질적으로 감소된 열적 로드가 얻어진다. 기계의 일시적인 과부하는 따라서 덜 중요하게 될 것이고 손상을 발생시킬 위험없이 장시간 과부하에서 기계를 구동할 수 있게 될 것이다. 이는, 공정 방해의 경우에, 법에 의해 정해진 운반 필수품을 보장하기 위해서 다른 장치에 빠르게 스위치하도록, 오늘날 전력 발생 플랜트의 소유자들에게 상당한 장점을 준다는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 회전 전기 기계로써, 유지비가 분명히 감소될 수 있는데, 이는 변압기 및 회로 차단기가 전력 네트워크에 기계를 연결하기 위해 시스템에 포함되지 않기 때문이다.
이미 상술한 바와 같이, 권선 케이블의 외부 반도전층은 접지 전위에 연결되도록 의도되었다. 목적은, 층이 권선 케이블의 전체 길이를 따라서 접지 전위에 실질적으로 유지되어야 한다는 것이다. 외부 반도전층을 권선 케이블의 길이를 따라 분포된 다수의 부분으로 동일하게 절단하여 분활하는 것이 가능하며, 각 개별 층 부분은 접지 전위에 직접 연결 가능하다. 이 경우에, 권선 케이블의 길이를 따른 더 나은 일치가 이루어진다.
상술한 바와 같이, 고형 절연물 및 내부와 외층이, 예를 들어, 사출에 의해 이루어질 수 있다. 그러나, 다른 기술도 또한 가능한데, 예를 들어 이러한 내부 및 외층과 문제의 당해 도체/권선상으로 재료의 분사에 의한 각각의 절연물의 변형이다.
권선 케이블이 원형 단면으로 디자인되는 것이 바람직하다. 그러나, 또한 다른 단면이 더 나은 패킹 밀도를 이루는 경우에 바람직하게 사용될 수 있다.
회전 전기 기계에서 전압을 형성 (build-up) 하기 위해서, 케이블이 자기 코어내 슬롯에 몇 개의 연속적인 턴으로 배치된다. 권선은 코일 단부 교차점의 수를 감소하기 위해 다층 동축 케이블 권선으로 디자인될 수 있다. 케이블은 더 나은 방식으로 자기 코어를 이용하기 위해서 테이퍼된 절연물로써 제조될 수 있는데, 이 경우, 슬롯의 형상이 권선의 테이퍼된 절연물에 적합하게 될 수 있다.
본 발명에 따른 회전 전기 기계가 갖는 분명한 장점은 E 전계가 외부 반도전 외면의 코일 단부 영역에서 제로에 가깝고 접지 전위에서 외부 케이싱으로써, 전기장이 제어될 필요가 없다는 것이다. 이는 코일 단부 영역에 있는 판 또는 그 사이 트랜지션에 있는 판의 어디에서도 어떠한 전계 집중도 얻어질 수 없다는 것이다.
본 발명은 또한 청구항 40 항에 따른 전력용 전자기 장치에서 전기장을 제어하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 청구항 41 항에 따른 자기 회로를 제조하는 방법에 관한 것으로써, 회전 전기 기계의 자기 코어내 슬롯의 개구로 장착된 가요성 케이블의 권선으로서 사용된다. 케이블이 가요성이기 때문에, 구부러질 수 있으며 이는 케이블 길이를 코어에 몇번의 턴으로 배치되게 한다. 코일 단부는 그 후 케이블내 굽힘 영역으로 이루어 질 것이다. 케이블은 또한 그 특성이 케이블 길이 전체에 일정하게 유지되게 하는 방식으로 결합될 수 있다. 이 방법은 종래 방식과 비교하여 상당히 단순하다. 소위 로벨 바는 소정 형상으로 수행되어야 하는 것을 제외하고는 가요성이 아니다. 코일의 충만은 또한 매우 복잡하게 되고 오늘날 회전 전기 기계를 제조할 때 값비싼 기술이다.
요약하면, 본 발명에 따른 회전 전기 기계는 종래 기술의 기계와 비교하여 상당히 많은 중요한 장점을 가진다. 무엇보다도, 고전압의 모든 타입에서 전력 네트워크에 직접 연결될 수 있다. 고전압으로써, 여기에서는 10kV 를 초과하여 전력 네트워크용을 발생하는 전압 레벨까지의 전압을 의미한다. 다른 중요한 장점은, 선택된 전위, 예를 들어 접지 전위가 전체 권선을 따라 일관하게 전도된다는 것으로써, 이는 코일 단부 영역이 컴팩트될 수 있다는 것을 의미하고 코일 단부 영역에서 브레이싱이 접지 전위 또는 어떠한 선택된 다른 전위에 인가될 수 있다는 것을 의미한다. 또한 다른 중요한 장점은, 오일 기재의 절연물과 냉각 시스템이 전력 변압기/리액터에 관하여 이미 지적된 바와 같이 회전 전기 기계에서는 사라질 것이다. 이는 어떠한 밀봉 문제점이 발생하지 않는다는 것을 의미하고 이미 언급된 유전체 링이 필요하지 않다는 것을 의미한다. 하나의 장점은, 모든 강제 냉각이 접지 전위에서 일어난다는 것이다.
본 발명은 전력용 전자기 장치에 관한 것으로써, 이 장치는 절연 시스템을 갖는 하나 이상의 전도체를 포함하는 자기장 발생 전기 회로를 포함한다. 이 전자기 장치는 어떠한 전기공학과 관련된 분야에 사용될 수 있다. 전력 범위는 VA 부터 1000-MVA 까지 될 수 있다. 고전압 응용이, 근래에 사용된 가장 높은 변환 전압까지, 주로 생각된다.
발명의 제 1 태양에 따르면, 회전 전기 기계가 예상된다. 그러한 전동기는, 전력 네트워크로서 아래에 공통적으로 언급된, 분배 및 변환 네트워크에 연결하기 위한 발전기로서 주로 사용되는 동기 (synchronous) 기계로 이루어져 있다. 동기 기계는, 기계적으로 유휴 기계라는 점에서, 모터로서 또한 사용되고 위상 보정 및 전압 제어용으로 사용된다. 기술적 분야는 이중 공급 기계, 비동기 전환 캐스케이드, 외부 폴 기계, 동기 플럭스 기계 및 비동기 기계를 포함한다.
발명의 다른 태양에 따르면, 상기 전자기 장치는 전력 변압기 또는 리액터에 의해 형성된다. 전기 에너지의 변환 및 분배에도 불구하고, 변압기는 사용되고 그들의 과제는 2 개 이상의 전기 시스템간에 전기 에너지를 교환하는 것이며, 전자기 유도는 공지된 방식으로 이용되었다. 본 발명으로써 주로 의도된 변압기는 수백 kVA 에서부터 1000 MVA 이상의 정격 출력 및 3 내지 4 kV 에서부터 400 kV 내지 800 kV 또는 그 이상의 매우 높은 전송 전압까지의 정격 전압을 갖는 소위 전력 변압기를 포함한다.
제 2 태양에 관한 다음의 종래 기술의 설명이 전력 변압기를 주로 언급하였지만, 본 발명은 공지된 바와 같이 단일상 및 3상 리액터로서 디자인될 수 있는 리액터에 또한 응용가능하다. 절연 및 냉각에 관하여, 원리상 그것은 변압기에 관하여서는 동일한 실시예이다. 따라서, 공기 절연 및 오일 절연되고, 자가 냉각되고, 가압-오일 냉각된 리액터가 이용가능하다. 비록 리액터가 각 상마다 한번 감기고 자석 코어 및 비자석 코어로써 디자인될 수 있다지만, 배경 기술의 설명의 대부분은 리액터에 관련되어 있다.
자기장 유도 전기 회로는 어떠한 실시예에서는 공기로 감겨질 수 있지만 대개는 적층된 정상 또는 배향 판 등, 예를 들면 비정질 또는 분말기재 재료의 코어로 이루어지거나 교류 플럭스 및 권선을 허용하는 다른 장치로 이루어진다. 회로는 가끔 어떤 종류의 냉각 시스템으로 이루어진다. 전동기의 경우에, 권선은 기계의 고정자 또는 회전자에 배열될 수 있거나, 양쪽 모두에 배열될 수 있다.
본 발명은 전자기 장치에서 전기장을 제어하는 방법과 자기 회로를 제조하는 방법을 또한 포함한다.
도 1 은 현재 변경된 표준 케이블에 포함된 부품을 부분적으로 절단한 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 자기 회로의 섹터/폴의 축 단부도면.
도 3 은 종래의 전력 변압기/리액터의 권선주위 전기장 분포를 도시한 도면.
도 4 는 본 발명에 따른 전력 변압기의 실시예를 도시한 사시도.
도 5 는 도 1 에 관련되어 변경된 케이블 구조를 설명하고 몇 개의 전도체를 갖는 단면도.
도 6 은 도 5 의 배열과는 다르고 몇 개의 전도체를 포함하는 다른 케이블 구조의 단면도.
수반된 도면을 참조하여, 본 발명의 더욱 특별한 실시예가 이하 설명될 것이다.
본 발명의 설명에 따라 자기 회로를 제조하기 위한 중요한 조건은, 권선용으로, 내부 반도전층을 갖는 고형 전기 절연물 또는 절연물과 그 내부에 위치된 하나 이상의 전도체 사이의 케이싱 및 외부 반도전층 또는 절연물의 외부에 위치된 케이싱을 갖는 도체 케이블을 이용하게 하는 것이다. 그러한 케이블은 다른 전력 엔지니어링 사용 분야, 즉 전력 변압기용 표준 케이블로서 이용가능하다. 실시예를 설명하기 위해서, 처음에 표준 케이블의 간단한 설명이 행해질 것이다. 내부 전류 운반 도체는 다수의 비절연된 스트랜드로 이루어진다. 스트랜드 주위에 반도전층이 있다. 이러한 반도전 내층 주위에, 고형 절연물의 절연층이 있다. 고형 절연물은 낮은 전기적 손실과 높은 파괴 강도를 갖는 중합체 재료로 형성된다. 구체적인 일례는 폴리에틸렌 (PE) 및 특히 부분적으로 교차 결합된 폴리에틸렌 (XLPE) 및 에틸-프로필렌 (EP) 이 언급될 수 있다. 외부 반도전층 주위에, 금속 보호벽과 외부 절연 케이싱이 제공될 수 있다. 반도전층은, 예를 들어 도전 매연 또는 카본 블랙의 전기적으로 도전성이 있는 구성요소를 갖는 중합체 재료, 예를 들어 에틸렌 공중합체로 이루어진다. 그러한 케이블은 전력 케이블로서 언급될 것이다.
회전 전기 기계내 권선용으로 의도된 케이블의 소정의 실시예가 도 1 로부터 나타난다. 케이블은 교차된 비절연된 스트랜드와 절연된 스트랜드의 양자를 포함하는 전류 운반 도체 (2) 를 포함하는 것으로서 도면에 도시되었다. 전동기적으로 교차되고, 압출 성형되고 절연된 스트랜드가 또한 가능하다. 이 스트랜드는 복수개의 층으로 스트랜드되고/교차될 수 있다. 도체 주위에, 차례로 고형 절연재의 균질층에 의해 둘러싸여진 내부 반도전층 (3) 이 있다. 절연물 (4) 은 전체적으로 액상 또는 가스 타입의 절연재가 아니다. 이 층 (4) 은 외부 반도전층 (5) 에 의해 둘러싸였다. 소정의 실시예에서 권선으로서 사용된 케이블이 금속 보호벽과 외장으로써 제공될 수 있지만 그렇게 되지 않아야 한다. 유도 전류 및 외부 반도전층 (5) 에서 그와 관련한 손실을 피하기 위해서, 바람직하게는 코일 단부, 다시 말해서 트랜지션에서 판 스택으로부터 단부 권선까지 컷-오프한다. 외부 반도전층 (5) 이 케이블을 따라 분포된 몇 개의 부분으로 분할될 수 있고 상호 전기적으로 완전히 또는 부분적으로 분리될 때 까지 컷-오프가 행해진다. 각 컷-오프 부분은 그 후 접지에 연결되며, 외부 반도전층 (5) 이 전체 케이블 길이에서 접지 전위 또는 근처에 유지될 수 있다. 이는, 고형 절연 권선 주위의 코일 단부에서, 접촉가능한 표면과, 또한 몇시간 사용후의 표면이 접지에 무시할 수 있는 전위를 단지 가지고, 또한 무시할 수 있는 전계를 일으킨다는 것을 의미한다.
회전 전기 기계를 최적화하기 위해서, 슬롯과 티이스의 관점에서 자기 회로의 디자인은 각각 매우 중요하다. 상술한 바와 같이, 슬롯은 코일면의 케이싱에 가능한 가깝게 연결되어야 한다. 각 반경 레벨에서 티이스가 가능한 한 넓은 것이 바람직하다. 이는 기계의 손실, 자화 요구등을 최소화 하는데 중요하다.
일례와 같이, 권선용 도체에 접근함에 있어, 상술한 케이블이 몇가지 관점에서 자기 코어를 최적화할 수 있는 가능성이 있다. 또한, 회전 전기 기계의 고정자의 자기 회로가 언급되었다. 도 2 는 본 발명에 따른 기계의 섹터/폴 피치 (6) 의 축 단부의 실시예를 도시한 것이다. 회전자 폴을 갖는 회전자가 7 로 인용되었다. 종래의 방식에서는, 고정자는 섹터 형상의 판으로 연속적으로 이루어진 전기판의 적층 코어로 구성되었다. 반경의 최외각 단부에 위치된, 코어의 배면 (8) 으로부터, 다수의 티이스 (9) 가 회전자쪽으로 반경방향으로 연장한다. 티이스 사이에 슬롯 (10) 의 수가 대응한다. 다른 물픔사이에서 상술한 바와 따른 케이블 (11) 의 사용은 고전압 기계용 슬롯의 길이를 종래 기술에 따라 가능한 것보다 더욱 짧게 한다. 케이블 절연물의 필요성이 에어 갭쪽으로 각 권선 층에 대하여 적어지기 때문에 슬롯은 회전자쪽으로 단면 테이퍼링을 가진다. 도면으로부터 명백해지는 바와 같이, 슬롯은 층사이 좁아진 잘록한 영역 (13) 을 갖는 각각의 권선층 주위에 원형 단면 (12) 으로 실질적으로 구성되어 있다. 규정하면, 그러한 슬롯 단면은 "사이클 체인 슬롯" 으로서 언급될 수 있다. 도 2 에 도시된 실시예에서, 케이블 절연물의 3 가지 다른 치수를 갖는 케이블이 사용되었고, 3 가지 대응적으로 치수화된 단면 (14, 15 및 16) 에 배열되고, 즉 실제로 변경된 사이클 체인 슬롯이 얻어질 수 있다. 도면은 고정자 티이스가 전체 슬롯의 길이를 따라서 실제로 일정한 반경 폭으로써 형상될 수 있다.
다른 실시예에서, 권선으로서 사용된 케이블은 상술한 바와 같이 종래의 전력 케이블일 수 있다. 그 후, 외부 반도전 보호벽의 그라운딩이 적당한 위치로 케이블의 외장과 금속 보호벽을 스트립핑하여 일어난다.
본 발명의 범위는 절연물과 외부 반도전층등이 관련되는 한 이용가능한 케이블 치수에 의존하여 다수의 실시예를 제공한다. 또한, 소위 사이클 체인 슬롯의 실시예가 여기에 설명된 것을 초과하여 변경될 수 있다.
상술한 바와 같이, 자기 회로는 회전 전기 기계의 고정자 및/또는 회전자에 위치될 수 있다. 그러나, 자기 회로의 디자인은 자기 회로가 고정자 및/또는 회전자에 위치되느냐에 관계없이 상술한 설명에 매우 독립적으로 대응할 것이다.
권선으로서는, 바람직하게 사용되는 권선은 다층, 동축 케이블 권선으로서 기술될 것이다. 그러한 권선은, 코일 단부에서 교차점의 수와 동일군내의 모든 코일을 상호 외측 반경 방향으로 배치함으로써 최소화된다는 것을 의미한다. 이는 제조 및 다른 슬롯내 고정자 권선의 장착 (threading) 방법을 더욱 간단하게 한다. 본 발명에 따라 사용된 케이블이 가요성이기 때문에, 권선이 비교적 간단한 장착 공정으로써 얻어질 수 있고, 가요성 케이블은 슬롯 (10) 내에 존재하는 개구 (12) 로 들어간다.
전력 변압기/리액터 (도 3 및 도 4 참조)
도 3 은 종래 전력 변압기/리액터의 권선 주위에 자기장 분포의 간단하고 근본적인 도면을 도시한 것으로써, 17 은 권선, 도 18 은 코어 및 19 는 등전위 라인, 즉 전장이 동일한 크기인 라인을 의미한다. 권선의 하부는 접지 전위인 것으로 가정된다.
권선의 인접한 턴사이와 각 턴과 접지 사이에 충분한 절연물을 필요로하기 때문에 전위 분포는 절연 시스템의 조성을 결정한다. 따라서, 도면은 권선의 상부가 가장높게 절연물 로드를 시킨 것을 나타낸다. 디자인 및 코어와 관련한 권선의 위치가 이러한 방식으로 코어 윈도우내 전기장 분포에 의해 실질적으로 결정된다.
본 발명에 따른 드라이 전력 변압기/리액터에 포함된 권선에 사용될 수 있는 케이블이 도 1 의 도움으로 기술되었다. 전술한 바와 같이, 케이블이 변압기/리액터의 다른 영역상에서 초과적인 전기 변형을 방지하기 위해서, 특별한 목적의 다른 외층으로써 제공될 수 있다. 기하학적인 치수의 관점으로부터, 당해의 케이블이 2 내지 3000 ㎟ 인 도체 영역과 20 내지 250 ㎜ 의 외부 케이블 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 요약하에서 기술된 케이블로부터 제조된 전력 변압기/리액터의 권선이 단일상, 3 상 및 다상 변압기/리액터용으로 사용될 수 있으며, 코어가 어떠한 형상인지는 상관없다. 일 실시예가 3 상 적층된 코어 변압기를 도시한 도 4 에 도시되었다. 종래의 방식에서는, 코어가 세 개의 코어 림 (20, 21 및 22) 및 보유 이음새 (23 및 24) 로 구성되어 있다. 도시된 실시예에서, 코어 림과 이음새가 테이퍼링 단면을 가진다.
코어 림 주위 동축 방향으로, 케이블로써 형성된 권선이 배치된다. 명백하게는, 도 4 에 도시된 실시예는 세 개 동축 권선 턴 (25, 26 및 27) 을 가진다. 최내부의 권선 턴 (25) 이 1차 권선을 나타내고 다른 두 개의 권선 턴 (26 및 27) 이 2차 권선을 나타낸다. 너무 상세히 도면에 나타내지 않기 위해서, 권선의 연결이 도시되지 않았다. 도면이 그렇게 도시되지 않다면, 도시된 실시예에서, 몇가지 다른 기능을 갖는 스페이싱 바 (28 및 29) 가 권선 주위의 어떤 점에 배치된다. 스페이싱 바는 냉각, 브레이싱등을 위해서 동축 권선 턴사이 어떤 공간을 제공하도록 절연재의 형태일 수 있다. 그들은 또한 권선의 그라운딩 시스템 부분을 형성하기 위해서 전기적으로 도전성 재료의 형태일 수 있다.
다른 케이블 디자인
도 5 에 예시된 케이블 변형에 있어서, 전술한 바와 같은 동일 참조 번호가 사용되고, 단지 실시예에 대한 특징을 문자로 부가하였다. 이 실시예에 있어서, 케이블은 절연물 (4a) 에 의해 상호 분리된 몇 개의 전도체 (2a) 로 이루어진다. 다시 말하면, 절연물 (4a) 은 개별 인접한 전도체 (2a) 사이와 전도체와 주위간의 절연물에 대해서 역할을 한다. 다른 전도체 (2a) 가, 전체적으로 케이블의 단면 형상을 변화시키기 위해서 제공하는, 다른 방식으로 배치될 수 있다. 도 5 에 따른 실시예에서, 도체 (2a) 가 케이블의 비교적 평평한 단면 형상을 포함하는 직선상에 배치되는 것을 보여준다. 이것으로부터, 케이블의 단면 형상이 넓은 한계내에서 변할 수 있다고 결론되어진다.
도 5에서, 인접한 전도체 사이에, 위상 전압보다 낮은 전압은 나간다고 가정되었다. 더욱 특별하게는, 도 5 에서 전도체 (2a) 가 권선내에서 다른 회전으로 형성된다고 가정되고, 이는 인접한 도체간 전압이 상대적으로 낮다는 것을 의미한다.
전술한 바와 같이, 절연물 (4a) 의 외부에 있는 반도전 외층 (5a) 이 고형 전기 절연재에 의해 얻어진다. 반도전 재료의 내층 (3a) 은 상기 전도체 (2a) 의 각각에 배열되는데, 즉 이 각각의 도체가 그 소유의 주변에 내부 반도전층 (3a) 을 가진다. 이 층 (3a) 은 개별 전도체가 관련되는한 전위를 등화하는 역할을 한다. 도 6 에서의 변형은 전술한 동일 참조 번호를 사용하는데, 단지 실시예를 위해 특정 문자 b 만 추가되었다. 또한, 이 경우에, 몇 개 더욱 특별하게는 세 개 전도체가 있다. 위상 전압은 이 도체 사이에 존재하도록 가정되었는데, 즉 위상 전압은 도 5 에 따른 실시예에서 도체 (2a) 사이에서발생하는 것보다 높은 전압이다. 도 6에서, 내부 반도전층 (3b) 의 내부에 전도체 (2b) 가 배열된다. 그러나, 각 전도체 (2b) 가 내층 (3b) 에 관하여 상술한 특성에 대응하는 특성을 갖는 그 소유의 다른층에 의해 에워싸여진다. 다른층 (30) 과 층 (3b) 사이에 절연재가 배열된다. 따라서, 층 (3b) 전도체에 속하는 반도전 재료의 다른 층 (30) 외면에 전위 등화층으로서 일어날 것이고, 상기 다른 층 (30) 은 도체로서 동일한 전위상에 위치되도록 개별 전도체 (2b) 에 연결한다.
본 발명이 상술한 실시예에 단지 제한되지 않는다는 것은 명백하다. 따라서, 본 발명의 기본적인 개념이 청구항에 규정된 개념으로부터 이탈함이 없이 존재하는 경우 이 기술분야의 숙련자들은 다수의 세부적인 변경이 가능하다는 것을 생각할 수 있을 것이다. 일례로서, 본 발명은 상기 대표적인 선택 재료에 단지 제한되지 않는다는 것이 지적되었다. 따라서, 기능상 동일한 재료가 대신 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 절연 시스템의 제조가 관련되는 한, 사출 또는 분사이외의 기술이 다양한 층 사이의 친밀함이 성취될때까지 가능하다고 지적되었다. 또한, 부가적인 등화 층이 배열되었다고 지적되었다. 예를 들면, 반도전 재료의 하나 이상의 등화 층이 상술한 바와 같이 "내" 및 "외" 로서 지명된 이러한 층 사이 절연물내에 배치될 수 있다.

Claims (42)

  1. 절연 시스템을 갖는 하나 이상의 전도체를 포함하는 자기장 발생 전기 회로로 이루어진 전자기 장치에 있어서, 절연 시스템이 고형 절연물 재료로써 형성된 전기 절연물 (4) 및 절연물의 외부에 절연물보다 높은 전기 전도성을 갖는 외층 (5) 을 포함하고, 상기 외부층이 접지와 그렇지 않다면 비교적 낮은 전위에 연결하여, 전위를 등화하고 외층의 내부로 상기 전도체 (2) 에 의해 발생하는 전기장을 실질적으로 에워싸도록 작동하는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 절연 시스템이, 절연물 (4) 의 내부에, 내층 (3) 을 포함하며, 하나 이상의 상기 전도체 (2) 가 내층 (3) 의 내부로 위치되고 내층이 전도체보다 낮지만 내층이 전위의 등화 및 내층 (3) 의 외부 전기장에 대하여 등화용으로 작동하기에 충분한 전기 전도성을 갖는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  3. 절연 시스템을 갖는 하나 이상의 전도체 (2) 를 포함하는 자기장 발생 전기 회로로 이루어진 전자기 장치에 있어서, 절연 시스템이 고형 절연물 재료로써 형성된 전기 절연물 (4) 및 절연물 내부의 내층 (3) 을 포함하며, 상기 하나 이상의 전도체 (2) 가 내층의 내부로 제공되고, 내층이 전도체보다 낮지만 내층이 내층 (3) 의 외부 전기장에 대하여 등화용으로 기능하기에 충분한 전기 전도성을 갖는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 절연물 외부의 절연 시스템이 외층 (5) 을 포함하고, 외층이 접지와 그렇지 않다면 비교적 낮은 전위에 연결하여, 전위를 등화하고 외층의 내부로 상기 전도체 (2) 에 의해 발생하는 전기장을 실질적으로 에워싸도록 외층을 작동할 수 있게하는, 절연물보다 높은 전기 전도성을 갖는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  5. 절연 시스템을 갖는 하나 이상의 전도체 (2) 를 포함하는 전자기 장치에 있어서, 절연 시스템이 2 개 이상의 전위층 (3, 5) 을 가지고 이들 층사이에 전기 절연물 (4) 이 고형 절연재로 이루어지고 전위층과 고형 절연물이 실질적으로 유사한 열적 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 상기 전도체 (2) 가 하나 이상의 유도 턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 및/또는 외층 (3, 5) 이 반도전 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 내층 (3) 및/또는 외층 (5) 이 10-6Ω㎝ 내지 100 ㏀㎝, 적당하게는 10-3내지 1000 Ω㎝, 바람직하게는 1 내지 500 Ω㎝ 저항력 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 내층 (3) 및/또는 외층 (5) 이 층의 길이 미터당 50 μΩ내지 5 ㏁ 범위의 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 고형 절연물 (4) 및 내층 (3) 및/또는 외층 (5) 이 중합체 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 내층 (3) 및/또는 외층 (5) 과 고형 절연층 (4) 이 실질적으로 전체 계면 위에서 상호 단단하게 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 내층 (3) 및/또는 외층 (5) 과 고형 절연물 (4) 이 실질적으로 동일한 열팽창 계수를 나타내는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 고형 절연물 (4) 이 사출에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 내층 (3) 및/또는 외층 (5) 이 고형 절연물 (4) 의 사출과 동시에 사출에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 도체 (2) 및 그의 절연 시스템이 가요성 케이블 (1) 에 의해 형성된 권선을 구성하는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 케이블의 하나 이상의 상기 전도체의 영역이 2 내지 3000 ㎟ 범위인 반면에 케이블의 외경이 20 내지 250 ㎜ 범위인 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 내층 (3) 및/또는 외층 (5) 이 전기적 도전 조성물을 함유하는 중합체 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  18. 제 2 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 내층 (3) 이 하나 이상의 전도체 (2) 와 전기 접속하는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 하나 이상의 전도체 (2) 가 다수의 스트랜드를 포함하고 전도체 (2) 의 하나 이상의 스트랜드가 적어도 일부분 비절연되고 내층 (3) 과 전기 접속으로 배열되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  20. 제 2 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 내층 (3b) 의 내부에 상호 절연된 몇 개의 전도체 (2b) 가 있는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 제 1 항 내지 제 17 항에 따른 내층 (3a) 이 복수개의 상기 전도체 각각에 배열되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  22. 제 20 항에 있어서, 내층 (3b) 의 내부에, 복수개의 상기 전도체 (2b) 각각에 다른 층 (30) 이 있으며 이 다른 층은 내층의 다른 층에 대응하는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 전도체 (2) 및 그 절연 시스템이 적당하게는 10 kV 를 초과하고, 특히 36 kV 를 초과하고 바람직하게는 72.5 kV 이상의 고전압용으로 디자인되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  24. 제 1 항 또는 제 2 항 및 제 4 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 외층 (5) 이, 접지 또는 그렇지 않다면 낮은 전위에 분리 연결된, 다수의 부품으로 분활되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 장치가 회전 전기 기계로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  26. 제 25 항에 있어서, 자기장 발생 전기 회로가 기계의 고정자 및/또는 회전자에 배열되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  27. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 자기장 발생 전기 회로가 권선 (1) 용 슬롯 (10) 을 갖는 하나 이상의 자기 코어 (8) 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  28. 제 25 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 접지 전위에 외층 (5)을 연결함으로써, 외층 바깥쪽의 기계의 전기장이 슬롯 (10) 과 코일 단부 영역내에서 제로에 가까워지는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  29. 제 25 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 슬롯 (10) 이 원통형 개구간 좁아진 잘록한 영역에 의해 분리된 다수의 원통형 개구 (12) 로서 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  30. 제 29 항에 있어서, 슬롯 (10) 개구의 단면이 자기 코어의 배면 (8) 으로부터 감소하는 것을 특징으로 전자기 장치.
  31. 제 30 항에 있어서, 슬롯 (10) 의 단면이 연속적 또는 불연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  32. 제 25 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 기계가 발전기, 모터 또는 동기 보상기로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  33. 제 32 항에 있어서, 발전기가 수력 발전기 또는 터빈 발전기인 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  34. 제 25 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 중간 변압기없이, 적당하게는 36 kV 이상의 고전압용 전력 네트워크에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  35. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 장치가 전력 변압기/리액터로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  36. 제 35 항에 있어서, 전력 변압기/리액터가 자기 코어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  37. 제 35 항 또는 제 36 항에 있어서, 전력 변압기/리액터가 공기로 감겨져 자기 코어없이 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  38. 제 35 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 2 개 이상의 갈바닉 전기로 분리된 권선을 포함하고 권선 (25 내지 27) 이 동심으로 감겨져있는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  39. 제 1 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 전자기 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고전압 전력 플랜트 또는 전력 네트워크.
  40. 하나 이상의 전도체 (2) 및 그의 외부로 존재하는 전기 절연물 (4) 로써 하나 이상의 권선 (1) 을 갖는 자기장 발생 회로를 포함하는 전자기 장치에서 전기장을 제어하는 방법에 있어서, 절연물 (4) 이 고형 절연재로 형성되고, 외층 (5) 이 절연물의 외부로 제공되고, 상기 외층이 접지 또는 그렇지 않다면 비교적 낮은 전위에 연결되어 전위의 등화용으로 기능하고 자기장이 외층 (5) 의 내부에 있는 권선에 실질적으로 에워싸여지도록 절연물 (4) 보다 높은 전기 전도성을 가지지만 전도체 (2) 보다 낮은 전도성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 회전 전기 기계용이고 회전 전기 기계의 고정자 및/또는 회전자에 배열되며 권선용이고 개구 (12) 가 형성된 슬롯 (10) 을 갖는 자기 코어 (8) 로 이루어진 자기 회로의 제조 방법에 있어서, 가요성 고전압 케이블 (1) 이 권선으로서 사용되고 이 고전압 케이블이 개구 (12) 내로 장착되는 것을 특징으로 하는 자기 회로 제조방법.
  42. 자기장 발생 권선을 형성하기 위해서, 2 개 이상의 전위층을 포함하는 절연 시스템으로써 하나 이상의 전도체 (2) 와 이들 층사이에 고형 전기 절연재로 만들어진 절연물로 이루어지고, 전위층과 고형 절연물은, 실질적으로 유사한 열적 특성을 나타내는 케이블을 사용하는 것을 특징으로 전자기 장치.
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Patent event code: PE06011S01I