발전기 댐퍼권선(damper winding)

화력발전소 또는 가스터빈 발전소의 회전자는 매우 빠른 속도로 회전하고 있는데, 보통 원통형으로 만들어져 있으며, 철을 가열하여 유압장치에 의해 수백톤 힘으로(마치 대장간에서 칼등을 만들때 처럼, 대장간과의 차이는 압력의 세기가 차이가 남) 철을 원하는 모양으로 만들어 갑니다. 바로 아래 사진처럼 철이 마치 온도를 높혀서 말랑말랑한 엿처럼 만들어진 모습입니다. 옆에 가기만 해도 열기에 놀랍니다.

가열된 철 자료: reliance-foundry

아래 사진은 가열된 철을 수백톤의 유압으로 원하는 모양을 만드는 단조과정입니다.

햄머로 치고 있는 모습  자료: reliance-foundry

이러한 과정을 통해서 만들어진 발전기 회전자 모양이 아래 사진처럼 나옵니다. 

그리고 마지막으로 홈을 파서 만들어 진 것이 최종적으로 아래 사진과 같과 여기에 권선을 채우고 있는 과정입니다.

 

그리고 마지막으로 Retaining Ring이 설치되지 않는 사진입니다.

동기발전기에 보이지 않는 역할이 하나 있는데, 댐퍼권선(damper windIng)이라는 마치 유도전동기 회전자처럼 양쪽이 단락되어 있는 구조로 되어있습니다. 윗쪽 사진에서 보시면 회색에 구멍이 뚫린 것을 볼 수 있는데, 이것이 웻지인데, 아래 그림에서 보시는 것처럼 웻지 밑에 댐퍼권선이 있는 경우가 있고요. 또 다른 방식은 회전자 몸체와 웻지가 댐퍼권선 역할을 하기도 합니다. 보통 후자 방식이 더 많이 쓰이고 있습니다.

출처 :power system stability and control, kundur

 그러면 오늘 이야기 하고 싶은 댐퍼권선의 역할은 발전기가 정상상태인 경우 회전자에 계자전류만 존재하는데, 과도기간(disturbance)에는 슬롯웻지, 슬롯벽와 댐퍼권선에 와전류가 유기된다.  정상상태에서는 회전자에 의한 자속과 고정자의 의한 자속이 일정하게 유지되고 있어 와전류가 발생이 되지 않는 것이다. 그러나 과도기에는(부하 변화등) 회전자가 고정자에 대해 움직이게 되고 전류가 회전자 몸체와 댐퍼권선등에 유기되는데, 유기된 전류는 렌쯔의 법칙에 의해 회전자에 댐핑을 주어 고정자 자속과 일정하게 유지되도록 만들어 준다. 이것은 현대에 와서는 좀 더 구체적으로 구현되는 것이 조금 작은 유효전력 진동에 대해서는 여자기의 전력계통안정화장치(PSS, power system stabilizer)가 추가적인 기능을 하고 있다. 아래 사진은 와전류(eddy current)가 몸체와 웻지바를 통해서 흐르다가 공극이 멀어진 부위에서 아킹이 일어난 현상을 보여준다.

 

참고문헌

[1] P. Kundur, Power System Stability and Control, McGraw-Hill, New York, 1994.