2.발전기초-제2절 발전기 구조

- 발전기 구조 

1. 개요. 

대부분의 발전기 구조는 먼지나 습기의 침입 방지와 수소 가스의 누설을 방지하기 위하여 완전 밀폐 구조로 되어 있으며, 냉각 매체로 수소가스와 물을 사용하는 구조로 되어있다. 발전기 내의 통풍을 회전자 축에 부착된 팬에 의한 폐쇄 순환방식으로 되어있으며 수소 가스의 냉각을 위해 냉각기가 내장되어 있다. 또한, 발전기 고정자 케이싱 양단의 베어링 브래킷은 내폭 구조로 회전자 베어링 및 축 밀봉설비를 갖추고 있다. 고정자 철심은 고정자 케이싱에 스프링으로 지지가 되어 철심의 진동을 차단하고 있다. 발전기의 부속장치로는 고정자 권선 냉각수 제어장치와 밀봉요 제어장치 수소가스 제어장치 및 발전기 내의 가스 온도 등을 감시하는 장치가 있다. 2. 고정자. 가. 고정자 철심. 고정자 철심은 계좌로부터 발생한 지속의 순환 경로를 제공하는 동시에 고정자 권선의 코일을 지지한다. 고정자 권선의 코일은 쐐기에 의해 고정자 철심의 슬롯 안에 놓이게 된다. 회전자의 회전에 의해 고정자에는 회전 자계가 유도되는데 회전 자계에 의해 생기는 자속의 선들은 많은 수의 고무밴드에 비교되는 일련의 연속된 회로이다. 이 경로에 대한 자기 저항은 자속이 지나는 재질의 성질에 의해 결정된다. 공기는 가장 큰 자기저항을 가지며 금속은 자기저항이 아주 적다. 고정자 철심은 계좌의 원주 방향으로 완전히 둘러싼 높은 투자성을 가진 원통형으로 만들어진다. 계좌의 회전에 의해 유도자 계의 지속은 고정자 내부를 모두 통과하게 된다. 철손은 와전류 손과 히스테리시스손으로 이루어진다. 고정자 철심에서 의자 곡선의 급격한 방향 변화는 고정자 철심에 전장도 법칙에 의해 와전류를 유기시키고 이에 의해 도체 표면에 열이 유기되게 된다. 따라서 이 와전류를 경감시키기 위해 고정자 철심은 얇은 박판의 적측으로 이루어져야 한다. 히스테리시스손은 강자성체의 특성 때문에 생기기 때문에 철에 규소를 첨가하여 물성을 바꿔서 줄여준다. 이때 규소는 와전류에 대한 저항을 증가시켜서 와전류 손을 줄이는 데도 기여하게 된다. 철심은 적층은 양면에 광칠을 도포하여 절연된 금속의 박판을 여러 번 겹쳐서 쌓는다. 이런 박판들은 고정자 슬롯의 배열을 일정하게 유지하도록 고정자 직경의 바깥쪽에 원주 방향으로 일정한 간격으로 고정된 키 바에 층층이 쌓인다. 직경의 안쪽에는 고정자 권선이 놓이는 슬롯이 있다. 고정자 적층은 평평하게 하고 콤팩트한 조립을 위해서 쌓는 동안 간격을 두고 중력에 의해 눌린다. 고정자 철심의 실린더 내에서 2극 계좌는 공극을 사이에 두고 고정자 내부를 화력발전기의 경우로 회전한다. 이때 비록 고정자 철심은 매우 단단하게 고정되어 있지만 전자력에 의한 인력으로 인해 진동하게 된다. 만약 철심이 단단하게 장착되었다면 그 휨은 프레임으로 전달될 것이고 2극 발전기의 경우 회전 주파수의 2배의 진동으로 운전 중에 나타날 것이다. 철심 박판을 단락시킬 수 있는 고정자 철심 면에 대한 손상을 방지하기 위한 주의가 필요하다. 철심 내분 면이 어떤 이유로 손상을 입는다면 박판 사이에 와류가 흐르게 된다. 이러한 일이 발생한다면 각각의 박판 사이의 분리나 절연을 위한 보수 작업이 이루어져야 한다. 철심을 상충할 때는 50~60마다 10~13의 간격 편을 삽입시켜 냉각용 수소가스가 통하는 통로가 되게 한다. 저속선의 총수와 주어진 재계를 가진 금속이 적재 되었을 때의 총 자속 밀도가 필요한 철심의 부피를 결정한다. 나. 철심 진동 구조. 고정자 철심은 우전 중 전자력에 의해 지속해서 진동하고 있으므로 이것이 발전기 외함이나 기초로 그대로 전달된다면 이음 발생은 물론 기초 균열 등 문제점을 발생시키므로 이를 방지해 주는 장치가 필요하다. 그러므로 발전기에서는 진동 절연 장치를 통해서 고정자 철심을 외함에 연결하고 있다. 이 진동 절연 장치의 기능 저하 시 소음이 증가하고 이음이 발생한다. 다. 고정자 틀... 틀은 고정자 구조물, 그랜드 밀봉, 베어링 지지대, 단자함, 수소 냉각 기함 등을 지지하는 철판 파이프 등으로 용접한 원통형으로 틀의 내부는 축 회전 방향과 직각인 여러 개의 방사상 링과 스프링 바, 버팀대로 보강되어 갑작스러운 부하 변동이나 3상 단락 및 수소가스와 폭발에도 견딜 수 있도록 견고하게 제적되어 있으며 그 기능을 요약하면 다음과 같다. 1. 부속장치 지지. 틀은 철심, 수소 냉각 및 부싱 등의 부속장치를 지지하며 수직적인 힘의 지지 이외에 열팽창 시 터빈과 축 정렬을 유지하기 위해 고정핀으로 측면과 축 방향으로 지지가 되어있다. 2. 수소가스 밀봉. 공기 중 수소가스의 함량이 약 4%일 때 폭발이 가능하며 특히, 수소가스의 함량이 약 30%일 때 폭발력이 가장 강하므로 이를 방지하기 위해 틀의 용접 부분과 조립 볼트 접합 부분은 수소의 주석이 없도록 완전히 밀폐되어 있다. 3. 통풍로 구성. 틀을 수소가스가 전기자 철심, 계좌 등 발전기 내를 적절하게 흐를 수 있는 내부 통로를 만든다. 4. 비틀림 방지. 틀은 갑작스러운 단락이나 비정상적인 운전 시 발생하는 이상 토크와 정상 운전 시에 발생하는 비틀림에 견딜 수 있도록 설계되어있다. 틀의 내부는 키바를 프레임 링 측에 고정된 2개의 스프링 바로 지지하여 철심을 적층하고, 스프링 바는 축 방향으로 배열되어 철심의 자기 진동이 발전기 외부로 전달되는 것을 방지한다. 

오늘은 여기까지 알아보고 다음 포스팅에서는 발전기 보조 설비에 대해 알아보자.