KR20130137664A

KR20130137664A - Ｈｖｄｃ 컴포넌트용 도관의 분리 포인트의 전기 차폐 장치

Info

Publication number: KR20130137664A
Application number: KR1020137019169A
Authority: KR
Inventors: 피터 하인지그; 옌스 호페; 요한 슐라거
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2013-12-17
Also published as: CN103339813A; WO2012084553A1; EP2636113B1; EP2636113A1; BR112013018334B8; CN103339813B; BR112013018334A2; DE102010063979A1; KR101902443B1; BR112013018334B1

Abstract

본 발명은 HVDC 컴포넌트, 특히 HVDC 변압기 또는 HVDC 초크(choke)를 위한 도관의 분리 포인트의 전기 차폐 장치(1)에 관한 것이다. 차폐 장치(1)는 2개의 외부 튜브형 전극(10, 20) 및 2개의 외부 튜브형 전극(10, 20) 내측의 내부 튜브(30)로 구성되며, 상기 내부 튜브는 2개의 외부 튜브형 전극(10, 20) 사이의 분리 포인트에서 갭(50)을 브리지한다. 전기장들은 분리 포인트를 가로질러 상기 내부 튜브(30)를 통해 전달된다. 따라서, 상기 내부 튜브(30)가 없는 경우보다 낮은 최대 직류 장 강도가 생성된다. 2개의 외부 튜브형 전극(10, 20) 및 내부 튜브(30)의 실질적으로 튜브형인 기하 구조는 간단하고 저렴한 생산성을 보증한다. 더구나, 내부 튜브(30)에 의해 더 큰 갭들도 브리지될 수 있으므로, 서로 접속되는 섹션들에 대해 큰 공차가 보증될 수 있다.

Description

ＨＶＤＣ 컴포넌트용 도관의 분리 포인트의 전기 차폐 장치{ELECTRIC SHIELDING ARRANGEMENT OF A DISCONNECTION POINT OF A CONDUIT FOR AN HVDC COMPONENT}

본 발명은 HVDC 컴포넌트, 특히 HVDC 변압기 또는 HVDC 인덕터를 위한 배선에서의 분리 포인트에 대한 전기 차폐 장치(electrical shielding arrangement)에 관한 것으로서, 배선은 2개의 튜브형 전극에 의해 분리 포인트에 형성된다.

전기 설비, 특히 고전압 설비의 전기 접속은 인입 및 인출 고전압 라인들의 전기적 차폐를 위해 상당한 기술적 비용을 필요로 한다. 특히, 전기 설비용 인출 라인들의 경우, 전기 차폐는 모든 시간에 그리고 배선의 전체 길이에 걸쳐 제공되는 것이 필요하다. 특히, 전기 설비가 오일 채움식 변압기 또는 높은 동작 전압을 위한 인덕터인 경우, 배선은 대응하는 전기 설비의 접지되고 오일이 담긴 돔(dome) 내에 배열된다.

주로, 예를 들어, DC 전압 테스트 동안 고전압 직류 송전(HVDC)의 경우에 발생하는 바와 같은 높은 DC 전압들의 경우, 배선의 전기적 차폐는 불가피하다.

예를 들어, HVDC 변압기 내의 권선들을 접속하는 고전압 라인은 권선들로부터의 인출 라인들 사이의 전체 길이에 걸쳐 전기적으로 차폐되는 것이 필요하다. 그러한 차폐물은 통상적으로 튜브형 전극 및 상기 튜브형 전극을 둘러싸고 서로 포개지는 개별 장벽들을 포함하는 장벽 시스템을 포함한다. 이러한 차폐물 내에 제공되는 공동들은 보다 양호한 절연을 위해 절연 액체, 통상적으로 오일로 채워진다. 조립을 간소화하기 위해, 이러한 차폐물은 통상적으로 권선 측에서 권선들의 인출 라인들 내로 전개되고 사이에 배열된 분리 포인트에서 서로 접속되는 2개의 부품을 포함한다.

현재, 튜브형 전극 및 상기 튜브형 전극을 둘러싸는 장벽들의 시스템을 각각 포함하는 2개의 부품이 상이한 직경을 갖고, 따라서 하나의 부품이 다른 부품 내로 이동할 수 있는 차폐 배열들이 알려져 있다. 장벽들은 종종 록킹(locking) 또는 웨징(wedging)을 위한 추가적인 요소들을 갖는다. 장벽들의 추가적인 요소들과 관련하여 변경된 직경으로 인해, 하나의 부품을 다른 부품 내로 미는 부품들의 웨징이 달성된다. 이것의 한 가지 문제는, 부품들의 록킹이 정확히 하나의 위치에서만 또는 매우 한정된 영역에서만 발생하며, 결과적으로 부품들이 서로 정확히 매칭되어야 한다는 것이다. 따라서, 축방향 길이들과 관련된 공차들의 보상은 상당한 복잡성과 관련된다.

DE 690 24 335 T2는 높은 DC 전압용 부시(bush)를 설명하고 있다. 그 안에 개시된 발명에 따르면, 전기장의 용량 제어(capacitive control)는 분리 포인트 주위에 배열된 커패시터 본체에 의해 달성된다. 이 경우, 하나가 다른 하나 안에 배열된 커패시터 본체의 반경들에 따라, 외부로 향하는 절두 원뿔(truncated cone)의 타입으로 형성된 라인 부싱과 관련하여 축 방향으로 위치가 정의된다.

더구나, EP 0 169 922 B1은 고전압 디바이스용 절연 요소를 개시하고 있다. 그 안에 개시된 설명에 따르면, 절연 실린더가 오버랩 영역에서 감소된 벽 두께를 갖고 경사지며, 따라서 벽 두께의 대응하는 감소와 함께 이에 대응하고 오버랩 영역에서 경사지는 절연 실린더가 오버랩 영역에서 사용된다.

더구나, EP 1 487 074 A1은 고전압 케이블용 덮개 본체를 개시하며, 덮개 본체는 적어도 2개의 부분 본체를 포함하고, 이들은 하나가 다른 하나 내에 끼워질 수 있고, 전기장 제어 요소들 또는 절연 요소들을 가지며, 부분 본체들이 서로 끼워지면, 이들은 폼-피팅(form-fitting) 덮개 본체를 형성한다.

더구나, DE 10 2006 008 922 B4는 차폐 배열을 개시하며, 이 배열에서 각각의 경우에 하나의 튜브형 제어 전극 및 이 제어 전극을 덮는 장벽을 갖는 2개의 대응하는 결합 요소는 이들이 서로 기계적으로 지지하는 방식으로 하나가 다른 하나 내로 이동될 수 있다.

하나가 다른 하나 내로 끼워지는 장벽들의 기계적 지지가 서로에 대한 부품들의 록킹 포인트와 관련된 어떠한 공차도 허용하지 않거나 작은 공차만을 허용하고, 부품들이 기하학적으로 복잡한 형상을 갖고, 따라서 제조하기가 복잡한 종래 기술로부터 모든 해결책들이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 빠르고 쉽게 제조될 수 있고 간단한 조립을 가능하게 하는 전기 차폐 장치를 제공하는 것이다.

이 목적은 특허 청구항 1의 특징들에 의해 달성된다. 본 발명은 2개의 외부 튜브형 전극의 내부에 배열되는 내부 튜브를 제공하되, 이 내부 튜브가 외부 튜브형 전극들 사이에 분리 포인트들을 형성하는 갭을 브리지(bridge)하는 방식으로 제공한다. 내부 튜브는 절연 재료, 예를 들어 판지와 같은 셀룰로스 재료 또는 도전성 재료, 예를 들어 금속으로 제조될 수 있다.

전기장들은 분리 포인트를 거쳐 이 내부 튜브를 통해 라우팅된다. 이것은 공지된 종래 기술에 비해 비교적 낮은 최대 DC 전압 장 강도를 발생시킨다. 2개의 외부 튜브형 전극들 및 내부 튜브의 실질적으로 튜브형인 기하 구조는 간단하고 저렴한 생산성을 보증한다. 게다가, 내부 튜브에 의해 비교적 큰 갭들도 브리지될 수 있으므로, 서로 접속될 부품들에 대한 큰 공차가 유리하게 보증될 수 있다.

본 발명과 관련하여, 튜브형은 이렇게 지시되는 요소들이 축 방향으로 세로 길이를 가지며 바람직하게는 사실상 원형 링 형태의 단면을 갖는다는 것을 의미한다. 이 경우, 각각의 예에서 이렇게 지시되는 요소는 완전히 튜브 타입으로 형성될 필요가 없고, 세그먼트들 내에 컷아웃들 및 부분 개구들을 가질 수도 있다. 예를 들어 타원, 삼각형 또는 다각형 구조들과 같이 이로부터 벗어나는 단면들도 물론 가능하다.

본 발명과 관련하여, 튜브형 전극은 튜브 형상의 전극이며, 특징 "전극"은 도전성 재료로 구성되는 컴포넌트를 지시한다. 본 발명에서와 같이 HVDC 변압기들과 관련하여, 튜브형 전극들은 통상적으로 구리로 제조된다.

본 발명의 유리한 구성에서, 내부 튜브는 튜브형 전극의 형태이다. 따라서, 내부 튜브는 도전성 재료로 형성된다. 따라서, 분리 포인트 및 향상된 차폐를 통한 전기장들의 안전한 라우팅이 유리하게 제공된다.

추가적인 이로운 구성에서, 외부 튜브형 전극들은 동일 직경을 갖도록 형성된다. 따라서, 양 외부 튜브형 전극들에 대해 동일한 원료들이 사용될 수 있으며, 이는 제조와 관련된 복잡성을 줄인다. 물론, 향상된 차폐 특성들이 달성될 수 있다면, 외부 튜브형 전극들은 상이한 직경들을 갖도록 형성될 수도 있다.

이롭게도, 외부 튜브형 전극들 중 하나는 나머지 외부 튜브형 전극 및 내부 튜브에 대해 이동될 수 있다. 따라서, 공차들에 대한 보상 및 축방향 길이 매칭이 쉽게 수행될 수 있다. 길이 매칭의 가능한 크기는 내부 튜브의 길이에 의해 결정될 수 있다.

더구나, 외부 튜브형 전극들 중 하나 위에 내부 튜브를 고정하는 것이 유리하다. 고정은 예를 들어 접착제 본딩 또는 나사에 의해 수행될 수 있다. 이것은 나머지 외부 튜브형 전극이 이동할 때 내부 튜브가 또한 이동될 수 없는 것을 보증하며, 외부 튜브형 전극들 사이의 갭의 브리징이 안전하게 보증된다.

추가적인 유리한 구성에서, 2개의 외부 튜브형 전극은 적어도 외측에 절연층을 구비한다. 이 절연층은 외부 튜브형 전극들을 따르는 전기장 강도 분포들의 균일화로 인해 향상된 차폐 특성들을 보증한다.

또한, 언급되는 이유들로 인해, 내부 튜브가 튜브형 전극의 형태일 때 내부 튜브에 적어도 외측에 절연층을 제공하는 것이 유리하다.

외부 튜브형 전극들의 경우에 그리고 내부 튜브의 경우에, 이 절연층은 전기장 강도 분포의 균일화로 인해 향상된 차폐 특성들을 보증한다.

분리 포인트의 영역 내의 외부 튜브형 전극들은 분리 포인트 밖의 영역들에 비해 감소된 절연 적용을 필요로 하는 것이 또한 유리하다. 이것은 더 작은 DC 전압 장이 절연층에서, 예를 들어 분리 포인트 영역의 종이에서 발생하고, 허용 가능한 전기 설계 파라미터들이 준수된다는 것을 의미한다.

이롭게도, 외부 튜브형 전극들 또는 내부 튜브의 이러한 절연층은 셀룰로스 재료로, 특히 종이 절연으로서 형성된다. 종이 절연은 HVDC 변압기에서의 응용에 특히 유리한 절연 특성들을 가지며, 사용되는 종이 층들의 수로 인해 전기 설계 파라미터들에 쉽게 매칭될 수 있다.

추가적인 유리한 구성에서, 개별 장벽들을 포함하는 장벽 시스템이 외부 튜브형 전극들 각각의 주위에 배열된다. 이러한 장벽들은 예를 들어 판지로 제조될 수 있다. 이러한 장벽들은 외부 튜브형 전극들 주위에 동심원으로 배열된다. 이러한 장벽들 중 가장 안쪽 장벽은 각각의 경우에 예를 들어 접착제 본딩에 의해 대응하는 외부 튜브형 전극에 고정된다. 더 바깥쪽에 배치된 장벽들은 더 안쪽에 배치된 가장 가까운 장벽 상에 직접 또는 예를 들어 스트립들과 같은 스페이서들의 도움으로 고정된다. 장벽 시스템은 대응하는 외부 튜브형 전극의 전체 길이를 따라 연장한다. 그러나, 분리 포인트의 영역에서, 하나의 외부 튜브형 전극의 장벽 시스템은 대응하는 튜브형 전극보다 짧을 수 있고, 나머지 외부 튜브형 전극의 장벽 시스템은 대응하는 튜브형 전극보다 길 수 있으며, 결과적으로 개별 장벽들 사이의 갭은 외부 튜브형 전극들 사이의 갭과 오버랩되지 않는다. 이러한 장벽 시스템은 향상된 절연 강도를 보증한다.

더구나, 분리 포인트의 영역에서 외부 튜브형 전극들 밖에 추가적인 장벽들이 피팅되고, 이러한 추가적인 장벽들이 분리 포인트의 영역에서 외부 튜브형 전극들의 장벽 시스템과 오버랩되는 것이 유리하다. 튜브형 전극들의 길이를 넘어 연장하는 튜브형 전극들의 장벽 시스템들과 달리, 추가적인 장벽들은 외부 튜브형 전극들의 장벽 시스템들과 외부 튜브형 전극들의 이동 가능 영역 내의 추가 장벽들 사이에도 오버랩이 제공되는 정도로만 분리 포인트의 영역을 넘어 연장한다. 이러한 추가적인 장벽들은 외부 튜브형 전극들 밖에서 분리 포인트를 브리지하며, 이롭게도 외부 튜브형 전극들 사이의 갭들 및 외부 튜브형 전극들의 장벽 시스템들 사이의 갭들의 영역에서 전기장들의 균일한 라우팅을 보증한다.

도면들을 참조하여 예시적인 구성이 설명되며, 도면들에서:
도 1은 분리 포인트의 영역에서의 본 발명에 따른 전기 차폐 장치의 개략 단면도를 나타내고;
도 2는 2개의 권선 사이의 도 1에 도시된 분리 포인트의 본 발명에 따른 전기 차폐 장치의 개략도를 나타낸다.

도 1은 완전히 조립된 상태에서 분리 포인트(1)의 영역에서의 본 발명에 따른 차폐 장치의 상세를 나타낸다. 전류 전도 라인(2)이 도면에 쇄선으로 도시된 회전축(4) 주위의 회전 대칭 배열의 중심에 위치한다. 이 전류 전도 라인(2)은 변압기(도면에 도시되지 않음)의 2개의 권선 사이의 전기 접속을 나타내며, 예를 들어, 통상적으로 절연용 무명 테이프로 감싸인 꼬인 구리 도체들을 포함할 수 있다. 전류 전도 라인(2) 주위에 동심원으로 배열된 2개의 외부 튜브형 전극(10, 20)은 전류 전도 라인(2)을 분리 포인트의 우측 및 좌측 각각에서 둘러싼다. 2개의 외부 튜브형 전극(10, 20) 사이의 분리 포인트의 영역에 축방향 갭(50)이 위치한다. 외부 튜브형 전극들(10, 20)의 단부들은 이 포인트에서의 힘의 라인들의 집중을 피하기 위해 더 두껍다. 예를 들어 종이로 구성된 절연층(40)이 외부 튜브형 전극들(10, 20)의 외측에 위치한다. 외부 튜브형 전극들(10, 20)의 더 두꺼운 단부에서, 이 절연층(40)은 단부 주위에서 내측으로 지나간다. 내부 튜브(30)가 2개의 외부 튜브형 전극들(10, 20)과 전류 전도 라인(2) 사이에 배치되며, 결과적으로 갭(50)이 브리지된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 내부 튜브(30)는 튜브형 전극의 형태이며, 외측에서 종이 절연물(32)을 부분적으로 지지한다. 내부 튜브(30)의 길이는 2개의 외부 튜브형 전극(10, 20)에 의해 형성되는 갭(50)의 폭의 적어도 3배이어야 한다. 내부 튜브(30)는 절연층에 의해 커버되지 않는 부분에서 4개의 나사(60)에 의해 외부 튜브형 전극들 중 하나(20)에 나사로 고정된다. 다른 대안적인 고정 타입들, 예를 들어 접착제 본딩이 가능하다.

2개의 외부 튜브형 전극(10, 20)은 외측에서 전용 장벽 시스템에 의해 각각 둘러싸인다. 외부 튜브형 전극들 중 우측 외부 튜브형 전극(10)의 경우, 장벽 시스템은 장벽들(11)로 형성된다. 좌측 외부 튜브형 전극(20)의 경우, 장벽 시스템은 장벽들(21)을 포함한다. 도시된 예시적인 실시예에서, 장벽 시스템들은 각각의 경우에 2개의 장벽으로 형성되지만, 훨씬 더 많은 장벽이 제공되는 것도 가능하다. 장벽들(11, 21)은 예를 들어 스트립들 또는 스페이서들(도면에 도시되지 않음)에 의해 서로 그리고 관련 외부 튜브형 전극(10, 20)에 고정 접속된다. 따라서, 2개의 장벽 시스템(11, 21)은 형성되는 갭이 2개의 외부 튜브형 전극(10, 20)에 의해 형성되는 갭(50)과 오버랩되지 않는 방식으로 외부 튜브형 전극들(10, 20) 상에 배열된다. 장벽 시스템들(11, 21)은 각각의 경우에 도면에 도시된 상세 밖으로 그들과 관련된 외부 튜브형 전극을 따라 권선의 굴뚝 시스템만큼 멀리 연장한다.

게다가, 동심원으로 배열된 추가적인 장벽들(31)은 분리 포인트의 영역에 배치된다. 도시된 예시적인 실시예에서는 3개의 추가적인 장벽(31)이 도시된다. 이러한 추가적인 장벽들은 분리 포인트의 영역에서 축방향으로 2개의 외부 튜브형 전극(10, 20) 및 관련 장벽 시스템들(11, 21)과 오버랩된다. 개별적인 추가 장벽들(31)과 외부 튜브형 전극들의 오버랩 영역은 크기가 다를 수 있다. 추가 장벽들(31)은 예를 들어 접착제 본딩 또는 밴딩에 의해 외부 튜브형 전극들 중 하나에 또는 관련 장벽들(11)에 고정된다.

추가 장벽들(31)은 외부 튜브형 전극들(10, 20)의 갭의 영역에서 그리고 장벽 시스템을 형성하는 장벽들(31)의 갭의 영역에서 전기장 강도 분포를 균일화한다. 조립 목적을 위해, 우측 외부 튜브형 전극(10) 및 그 위에 고정된 장벽들(11)을 포함하는 분리 포인트의 우측 부품은 좌측 튜브형 전극(20), 그 위에 고정된 관련 장벽들(21), 튜브형 전극(20)에 고정된 내부 튜브(30) 및 튜브형 전극(20) 및 장벽들(21)에 고정된 추가 장벽들(31)을 포함하는 좌측 부품 내로 밀린다.

도 2는 간단한 형태로 도시된 2개의 권선(9)을 갖는 변압기(6)를 나타낸다. 차폐물(7)을 갖는 고전압 라인이 2개의 권선(9)을 접속한다. 권선들(9)로부터의 고전압 라인(7)의 인출 라인은 차폐 굴뚝 시스템들(8)을 통해 제공된다. 본 발명에 따른 분리 포인트의 전기 차폐 장치(1)는 권선들(9) 사이의 포인트에 배치된다. 차폐 장치의 이동성의 가능성에 의해, 라인들(7)의 축방향 과다 길이들 또는 부족한 길이들의 보상이 제공될 수 있다.

Claims

HVDC 컴포넌트, 특히 HVDC 변압기 또는 HVDC 인덕터를 위한 배선에서의 분리 포인트에 대한 전기 차폐 장치(electrical shielding arrangement)(1)로서 - 상기 배선은 2개의 튜브형 전극에 의해 상기 분리 포인트에 형성됨 -,
상기 튜브형 전극들은 상기 분리 포인트의 양측에 외부 튜브형 전극(10, 20)으로서 배열되고, 상기 2개의 외부 튜브형 전극(10, 20)의 내측에는 내부 튜브(30)가 상기 외부 튜브형 전극들(10, 20) 사이에 상기 분리 포인트를 형성하는 갭(50)을 브리지(bridge)하는 방식으로 배열되는 것을 특징으로 하는 전기 차폐 장치.
제1항에 있어서,
상기 내부 튜브(30)는 튜브형 전극의 형태인 것을 특징으로 하는 전기 차폐 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 외부 튜브형 전극들(10, 20)은 동일한 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 차폐 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 튜브형 전극들(10, 20) 중 하나의 외부 튜브형 전극은 나머지 외부 튜브형 전극(10 또는 20)에 대해 그리고 상기 내부 튜브(30)에 대해 축방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 전기 차폐 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 튜브(30)는 상기 외부 튜브형 전극들(10, 20) 중 하나의 외부 튜브형 전극 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 전기 차폐 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2개의 외부 튜브형 전극(10, 20)은 적어도 외측에 절연층(40)을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 차폐 장치.
제6항에 있어서,
상기 분리 포인트의 영역 내의 상기 절연층(40)은 상기 분리 포인트 밖의 영역들에 비해 감소된 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 차폐 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 절연층(40)은 셀룰로스 재료로 구성되며, 특히 종이 절연물인 것을 특징으로 하는 전기 차폐 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 튜브(30)는 적어도 외측에 절연층(32)을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 차폐 장치.
제9항에 있어서,
상기 절연층(32)은 셀룰로스 재료로 구성되며, 특히 종이 절연물인 것을 특징으로 하는 전기 차폐 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
개별 장벽들(11, 21)을 포함하는 장벽 시스템이 상기 외부 튜브형 전극들(10, 20) 각각의 주위에 배열되는 것을 특징으로 하는 전기 차폐 장치.
제11항에 있어서,
상기 분리 포인트의 영역에서 상기 외부 튜브형 전극들(10, 20) 외측에 추가적인 장벽들(31)이 피팅되고, 상기 추가적인 장벽들(31)은 상기 분리 포인트의 영역에서 상기 외부 튜브형 전극들(10, 20)의 상기 장벽 시스템(11, 21)과 오버랩되는 것을 특징으로 하는 전기 차폐 장치.