KR101224214B1

KR101224214B1 - 실온 상태의 장치와 초전도 장치를 연결하기 위한 전기피드스루

Info

Publication number: KR101224214B1
Application number: KR1020060108560A
Authority: KR
Inventors: 아르노 알레; 게오르그 발록; 니꼴라 랄루에
Original assignee: 넥쌍
Priority date: 2005-12-13
Filing date: 2006-11-03
Publication date: 2013-01-18
Also published as: DE502005001151D1; JP5537761B2; KR20070062907A; US7456362B2; EP1796237B1; DK1796237T3; US20070131450A1; EP1796237A1; ES2287885T3; JP2007166893A

Abstract

본 발명은, 전기 도체(9) 및 상기 도체(9)를 둘러싸는 절연층(10)으로 구성되며, 상기 도체(9)는 전기 전도성 소재로 이루어져 단부에서 서로 전기적으로 연결되는 관형 부품들(9a, 9b, 9c)로 구성되고, 상기 관형 부품들(9a, 9b, 9c)은 동일한 외경(D)을 가지나 서로 상이한 내경(d)을 갖는, 실온 상태의 장치와 초전도 장치(2)를 연결하기 위한 전기 피드스루(1)에 관한 것이다.

피드스루, 절연층, 도체, 초전도 케이블, 하우징

Description

실온 상태의 장치와 초전도 장치를 연결하기 위한 전기 피드스루{ELECTRICAL FEEDTHROUGH FOR CONNECTION OF A SUPERCONDUCTING DEVICE WITH A DEVICE LOCATED IN ROOM TEMPERATURE}

도 1은 본 발명의 피드스루의 단면도.

도 2는 본 발명의 도체의 단면도.

본 발명은 청구범위 제 1 항의 전제부에 따른 전기 피드스루에 관한 것이다.

예를 들어 초전도 케이블이나 초전도 자석과 같은 초전도 장치를 위한 전기 전력공급부는, 대략 70 캘빈 온도의 초전도 장치를 실온 상태의 장치에 연결할 수 있어야 한다. 실온 상태의 장치는 보통의 경우 전력 공급 장치이다.

이하 초전도 케이블로 명칭되는 초전도 장치는 이하 전력 공급 장치로 명칭되는 실온 상태의 장치보다 대략 200 캘빈 정도 낮은 온도에 있기 때문에, 초전도 케이블과 전력 공급 장치 사이에 전력공급부를 제공하여야 하며, 상기 전력공급부는 상이한 온도 수준의 포인트들 사이에 연결부를 이루며, 이때 발생하는 작동에서의 열손실을 최소화하여야 한다. 이때, 초전도 케이블에서의 높은 전압에 의한 전기적인 부하를 고려해야만 한다.

전기 전력공급부는 중앙 도체로 구성되고, 이 도체에는 절연재로 이루어진 층이 제공된다. 보통 동으로 구성된 도체는 초전도 케이블의 전기 흐름을 종단까지 가이드하는데 사용되며, 상기 종단은 실온 상태에 있고 전력 공급 장치와 연결된다. 도체는 적절한 길이에 걸쳐 초전도 케이블의 작동온도와 실온 사이의 온도전이(temperature transition)를 야기하며, 도체의 길이에 걸쳐 열전도에 의한 손실이 낮게 유지되고, 초전도 케이블을 냉각하는 저온 액체의 증발을 방지하여야 한다. 그러므로 도체의 횡단면은 너무 크게 선택되어서는 안 된다. 그러나 높은 전기 흐름은 도체의 가열로 인해 줄효과(Joule effect)로 인한 열손실을 야기할 수 있고, 이러한 이유로 인해 도체의 횡단면을 크게 하고자 한다. 이로 인해, 모순되는 2가지 요구가 생긴다.

해결되어야 하는 또 다른 기술적인 문제는, 절연파괴(dielectric breakdown)를 막기 위해 도체의 높은 전압에 의해 발생하는 전기 필드(field)의 분배를 다루는 것이다.

EP 283 576 에는 피드스루를 통하여 아주 낮은 온도의 초전도 케이블을 실온의 장치에 연결하는 초전도 케이블 종단 연결부가 공지되어 있으며, 이 종단부에는 초전도 케이블과 실온 상태의 장치(전력 공급 장치) 사이에 진공 단열 부품이 제공되고, 이 부품은 피드스루를 에워싼다. 상기 부품은 저온(cryogene) 장치를 밀폐하는 플랜지와 실온 상태의 장치를 밀폐하는 플랜지 사이에 제공된다.

상기 피드스루는 특수강으로 이루어진 관형 부품으로 구성되고, 이 부품은 섬유강화(fiber reinforced) 절연 필름 및 전기적으로 전도성이 있는 필름으로 감기며, 상기 필름은 소위 전기용량(capacitive)의 필드 조절요소로 사용된다. 피드스루는 원뿔형 또는 원통형의 형태를 가질 수 있으며, 작은 지름은 초전도 케이블에 인접한 단부에 배치된다.

본 발명의 목적은, 열전도에 의해 발생되는 열손실과 줄(Joule) 손실을 감소시킬 수 있는 피드스루를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구범위 제 1 항의 특징부에 의해 달성된다.

본 발명의 그 밖의 바람직한 형태는 종속항에 기재되어 있다.

본 발명의 기본적인 장점은, 절연층이 형태주조를 통해 원통형 표면에 동일한 벽두께로 제공될 수 있다는데 있다. 이로 인해, 초전도 케이블의 작업 개시시 온도변화에서 열기계적(thermomechanical) 부하가 저지된다. 도체의 변화하는 횡단면으로 인해, 열손실과 줄(Joule)열에 의한 손실의 측면에서 최적화가 달성된다.

이하, 본 발명을 도 1 및 도 2 에 개략적으로 도시된 실시예를 참조로 상세히 설명한다.

도 1에는 보통의 전도성을 가지는 도시되어 있지 않은 케이블과 초전도 장치(2)를 연결하기 위한 전기 피드스루(1)의 일 실시예가 도시되어 있다. 초전도 장치(2)에 대한 연결부는 하우징(3) 내에 있고, 이 하우징에서의 온도는 70 캘빈이다. 상기 하우징(3)에 인접하여 또 다른 하우징(4)이 제공되며, 이 하우징은 플랜지 연결부(5)를 통해 하우징(3)과 연결된다. 격벽(6)은 하우징들(3, 4)의 내부공간을 서로 분리한다. 하우징(4)의 내부공간은 바람직하게는 폴리우레탄 발포재(polyurethane foam)와 같은 단단한 절연재 또는 발포된 유리소재(glass material)로 채워진다.

하우징(4)의 위쪽으로 또 다른 하우징(7)이 제공되며, 이 하우징의 온도는 실온(room temperature)이다. 하우징(4)은 다른 하우징(7)의 맞은 편에 밀폐된 격벽(8)에 의해 클로즈된다.

하우징(4)의 온도는, 하우징(3)의 저온(cryogene)과 하우징(7)의 실온 사이에 있다. 하우징들(3, 4)의 외벽은 우수한 열적 절연을 위해 저온 장치(cryostat)를 형성한다.

피드스루(1)는 중앙 도체(9)를 구비하며, 이 도체에는 절연층(10)이 제공된다. 이 이외에, 상기 절연층(10) 외부에는 필드 조절층(11)이 제공되며, 상기 필드 조절층은 절연층(10)의 적어도 일 부분에 걸쳐 뻗어있다. 피드스루(1)의 상부 단부에는 전력 공급 장치 또는 적합한 장치에 피드스루(1) 및 초전도 장치(2)를 연결하기 위한 연결부(12)가 있다.

필드 조절층(11)은, 절연층(10)의 외부 표면에 부착된 아연으로 이루어진 층 으로 구성되거나 또는 전도성이 있는 다른 소재로 구성된다. 필드 조절층(11)은 바람직하게는 래커(lacquer)층 형태로 제공된다. 절연층(10)은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌에 기초한 열가소성 소재 또는 망상구조로 결합된 소재로 구성된다. 절연층(10)은 에폭시 수지(epoxy resin)로 구성될 수도 있다. 필드 조절층(11)은 고전압 기술에 공지된 필드 조절 원뿔부(13)와 연결된다.

도 2에는 도체(9), 구체적으로는 상기 도체의 부품의 단면이 도시되어 있다. 도체(9)는 관형 부품으로 형성된다. 상기 도체는 여러 개의 관형 부품(9a, 9b, 9c)으로 구성되며, 이 부품들은 그 정면에서 용접이나 납땜을 통해 서로 연결된다. 부품들(9a, 9b, 9c)은 동일한 외경(D)을 가지나, 내경(d)은 상이하며 9a 에서 9b 를 거쳐 9c 로 가면서 내경이 증가한다. 부품(9a)은 전력 공급 장치 또는 보통의 전도성을 가지는 케이블에 연결되고, 부품(9c)은 초전도 장치(2)의 도체에 연결된다.

피드스루(1)에서 도체(9)의 온도는 작동 동안 초전도 케이블의 도체와 부품(9c)의 연결부에서의 저온(대략 70 캘빈)으로부터 전력 공급 장치와 부품(9a)의 연결위치에서의 실온까지 변한다. 도체(9)의 전기 저항력은 그 온도가 감소하는 동안 감소한다. 따라서, 이러한 방식으로 저온 영역과 실온 사이의 도체(9)의 길이부에 걸쳐 열 흐름을 제한하고, 열손실을 도체(9)의 줄(Joule) 가열을 통해 낮은 수준으로 유지하기 위해, 저온 영역에서 도체(9)의 횡단면을 감소시키는 것이 유리하다.

본 발명의 구성에 의하면, 열전도에 의해 발생되는 열손실과 줄 손실을 줄일 수 있다.

Claims

전기 도체(9) 및 상기 도체(9)를 둘러싸는 절연층(10)으로 구성되는, 실온 상태의 장치와 초전도 장치(2)를 연결하기 위한 전기 피드스루(1)에 있어서,

상기 도체(9)는 전기 전도성 소재로 이루어져 단부에서 서로 전기적으로 연결되는 복수의 관형 부품(9a, 9b, 9c)으로 구성되고, 상기 관형 부품(9a, 9b, 9c)은 동일한 외경(D)을 가지나 서로 상이한 내경(d)을 갖는 것을 특징으로 하는, 실온 상태의 장치와 초전도 장치를 연결하기 위한 전기 피드스루.
제1항에 있어서,

상기 관형 부품(9a, 9b, 9c)은 그 단부에서 납땜이나 용접에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 실온 상태의 장치와 초전도 장치를 연결하기 위한 전기 피드스루.
제1항에 있어서,

상기 절연층(10)은 열가소성 중합체 또는 망상구조로 결합된 중합체로 구성되는 것을 특징으로 하는, 실온 상태의 장치와 초전도 장치를 연결하기 위한 전기 피드스루.
제1항에 있어서,

상기 절연층(10)은 에폭시 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는, 실온 상태의 장치와 초전도 장치를 연결하기 위한 전기 피드스루.
제1항에 있어서,

상기 도체(9)는, 초전도 장치(2)의 도체와 전력 공급 장치 사이의 연결부품으로 사용되는 것을 특징으로 하는, 실온 상태의 장치와 초전도 장치를 연결하기 위한 전기 피드스루.
제5항에 있어서,

- 상기 초전도 장치(2)의 도체는 가장 큰 내경을 가지는 상기 도체(9)의 관형 부품(9c)에 연결되고,

- 가장 작은 내경을 가지는 상기 도체(9)의 관형 부품(9a)은 전력 공급 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는, 실온 상태의 장치와 초전도 장치를 연결하기 위한 전기 피드스루.
제1항에 있어서,

상기 절연층(10) 외부에는 전기 전도성을 갖는 필드 조절층(11)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 실온 상태의 장치와 초전도 장치를 연결하기 위한 전기 피드스루.