KR101323316B1

KR101323316B1 - 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치

Info

Publication number: KR101323316B1
Application number: KR1020120100089A
Authority: KR
Inventors: 김해종; 조전욱; 김상현
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2013-10-29

Abstract

본 발명은 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 샘플홀더의 고압전극과 접지전극의 형상이 개선됨에 따라 초전도 케이블의 절연시트를 실제 설치 형태와 동일하게 고정시켜 절연파괴 시험을 실시할 수 있게 됨으로써 초전도 케이블에 대한 절연 성능을 보다 신뢰성 있게 측정하여 평가할 수 있도록 한 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 액체 질소가 내부에 채워진 용기; 상기 용기의 상부 중앙에 관통 설치되고, 고전압이 인가되는 고압부싱; 상기 용기의 상부 일측에 관통 설치되고, 접지전압이 인가되는 접지부싱; 및 상기 용기의 내저부에 설치되되, 상기 고압부싱과 전기적으로 연결되는 고압전극과, 상기 접지부싱과 전기적으로 연결되는 접지전극과, 상기 고압전극과 상기 접지전극이 각각 상부와 하부에 간격 조절 가능하게 설치되는 홀더본체로 이루어져, 상기 접지전과 상기 고압전극의 사이에 초전도 케이블의 절연시트가 고정되는 샘플홀더;로 구성된 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치에 있어서, 상기 접지부싱과 전기적으로 연결되는 접지전극은, 원통관 형태로 구성되어, 상기 초전도 케이블의 절연시트가 상기 접지전극의 외주면에 일정한 곡률반경으로 밀착 고정된 상태에서 절연파괴 시험을 실시할 수 있게 됨을 특징으로 하는 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치를 기술적 요지로 한다.

Description

초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치{Cryogenic insulation measuring device for superconducting cable}

본 발명은 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 샘플홀더의 고압전극과 접지전극의 형상이 개선됨에 따라 초전도 케이블의 절연부를 실제 설치 형태와 동일하게 고정시켜 절연파괴 시험을 실시할 수 있게 됨으로써 초전도 케이블에 대한 절연 성능을 보다 신뢰성 있게 측정하여 평가할 수 있도록 한 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치에 관한 것이다.

초전도 케이블(초전도 전력 케이블)은 극저온 상태에서 도체의 전기저항이 완전히 사라져 손실 없이 전류가 흐르는 초전도 현상을 이용하여 송전하는 전력 케이블이다.

즉, 초전도 케이블은 초전도 현상을 갖는 초전도 도체를 전송 도체로 사용하여 전력 손실을 최소화하여 송전하는 케이블로서, 구리 도체를 사용하여 송전하는 기존의 전력 케이블에 비하여 상대적으로 저손실 저전압으로 송전이 가능하다.

따라서 초전도 케이블은 장거리 송전과 케이블의 소형화 및 케이블 관로의 소형화가 가능하여 전력 설비가 간단하고 유지관리도 용이하며 화재 등이 거의 없는 친환경적인 등의 장점이 있으므로 초전도 케이블의 실계통 적용에 관련한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.

상기와 같은 초전도 케이블은, 크게 초전도 도체, 초전도 도체의 외측에 설치되고 액체 질소가 포함되는 냉각수단, 상기 냉각수단의 외측에 나선형으로 감싸도록 설치되는 절연시트로 구성된다.

여기서 절연시트는 복수 장의 얇은 고분자 절연테이프를 적층시킨 구조로서, 이는 액체 질소의 극저온 상태에서 작용하여 절연 능력을 발휘함으로써 송전용량, 경제성, 및 운전 신뢰성 등에 큰 영향을 미치게 된다.

즉, 초전도 케이블의 개발 과정에서 절연시트에 대한 극저온 전기적 절연 특성 연구는 매우 중요한 부분을 차지하고 있다. 따라서 절연시트에 대한 절연 성능을 평가할 수 있도록 절연파괴 시험을 실시하기 위한 장치에 대한 연구도 함께 필요하다.

이러한 연구를 통하여 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치가 개발되었는데, 이는 액체 질소가 열적으로 안정화되어 내부에 주입된 용기, 상기 용기의 중앙 상부에 관통 설치된 고압부싱, 상기 용기의 일측 상부에 관통 설치된 접지부싱, 및 상기 용기의 내저부에 설치되고 고압부싱과 접지부싱에 각각 연결되는 고압전극과 접지전극이 홀더본체의 상부와 하부에 각각 간격 조절 가능하게 설치된 샘플홀더로 구성된다.

즉, 초전도 케이블의 절연시트를 샘플홀더의 고압전극과 접지전극 사이에 고정시킨 상태에서 고압부싱과 접지부싱을 통해 상기 고압전극과 접지전극으로 고전압과 접지전압을 다양한 형태로 인가하면서 절연파괴 시험을 실시할 수 있게 된다.

그러나 상기한 종래의 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치는, 샘플홀더의 고압전극과 접지전극이 모두 평판 형태로 구성됨에 따라, 일정한 곡률반경을 가지면서 냉각부의 외측에 나선형 형태로 감싸도록 설치되는 절연시트를 납작하게 고정할 수밖에 없다.

즉, 절연시트를 일정한 곡률반경을 가진 실제 설치 형태로 그대로 절연파괴 시험을 실시하지 못하고 평편하게 펼쳐진 상태로 절연파괴 시험을 실시하게 되므로 실제에서와 같은 정확한 실험데이터를 기대할 수 없는 문제점이 있다.

따라서 초전도 케이블의 절연시트에 대한 절연 성능 시험을 실제와 같은 형태로 행하기 위해서는 그 샘플홀더의 고압전극과 접지전극에 대한 형태 개선에 대한 연구가 절실하게 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 초전도 케이블의 절연시트를 실제 설치 형태와 동일하게 고정시켜 절연파괴 시험을 실시 가능하게 하여 초전도 케이블에 대한 절연 성능을 더욱 신뢰성 있게 측정하여 평가할 수 있는 구조를 가진 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치는, 액체 질소가 내부에 채워진 용기; 상기 용기의 상부 중앙에 관통 설치되고, 고전압이 인가되는 고압부싱; 상기 용기의 상부 일측에 관통 설치되고, 접지전압이 인가되는 접지부싱; 및 상기 용기의 내저부에 설치되되, 상기 고압부싱과 전기적으로 연결되는 고압전극과, 상기 접지부싱과 전기적으로 연결되는 접지전극과, 상기 고압전극과 상기 접지전극이 각각 상부와 하부에 간격 조절 가능하게 설치되는 홀더본체로 이루어져, 상기 접지전과 상기 고압전극의 사이에 초전도 케이블의 절연시트가 고정되는 샘플홀더;로 구성된 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치에 있어서, 상기 접지부싱과 전기적으로 연결되는 접지전극은, 원통관 형태로 구성되어, 상기 초전도 케이블의 절연시트가 상기 접지전극의 외주면에 일정한 곡률반경으로 밀착 고정된 상태에서 절연파괴 시험을 실시할 수 있게 됨을 특징으로 한다.

상기 고압전극은 구형 또는 단부가 뾰족한 원뿔형 또는 단부가 볼록한 원통형으로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 용기는 내통과 외통으로 구성되되, 상기 내통과 상기 외통은 진공이 유지되는 진공공간을 사이에 두고 내측과 외측으로 결합 설치된 이중 구조로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 용기는 스테인리스강으로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 샘플홀더의 홀더본체는 수직으로 설치된 복수 개의 가이드바; 상기 가이드바의 상단에 설치되고 하부면에 상기 고압전극이 고정 설치되는 상부플레이트; 및 상기 가이드바의 하단에 설치되고 상부면에 상기 접지전극이 설치되며 상기 상부플레이트와 간격 조절 가능하게 구성된 하부플레이트;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기한 구성에 의한 본 발명은, 초전도 케이블을 구성하는 절연시트를 실제 초전도 케이블에 설치된 형태와 조건과 동일한 상태에서 극저온 절연파괴 시험을 실시할 수 있으므로, 절연시트에 대한 절연 성능을 더욱 정확하게 측정할 수 있고 이렇게 측정된 절연 성능에 대한 신뢰성도 크게 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 전체 구성도.
도 2는 본 발명의 샘플홀더에 대한 확대도.

본 발명에 따른 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치는, 초전도 케이블의 가장 외측에 설치되어 절연 능력을 발휘하는 절연시트에 대한 절연 성능을 절연파괴 시험을 통해 측정하여 평가하는 장치이다.

특히, 본 발명에 따른 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치는, 초전도 케이블의 냉각부 외측에 일정한 곡률반경을 가지면서 나선형으로 감싸도록 설치된 절연시트를 실제 설치 형태와 동일한 상태로 고정시켜 절연파괴 시험을 실시할 수 있게 함으로써 절연 성능을 신뢰성 있게 측정하여 평가할 수 있는 것이 특징이다.

이러한 특징은 시료가 되는 절연시트를 고정시키는 샘플홀더의 고압전극과 접지전극의 형태를 개선하여 상기 절연시트가 실제 설치 형태 그대로 고정될 수 있게 한 구조에 의한 것이다.

즉, 절연시트의 상면과 접촉되는 샘플홀더의 고압전극을 뾰족하거나 볼록한 단부를 갖는 형태로 구성함과 동시에 절연시트의 하면과 접촉되는 샘플홀더의 접지전극을 원통관 형태로 구성한 구조에 의한 것이다.

따라서 절연시트는 샘플홀더의 고압전극과 접지전극 사이에 고정되면서 그 하면이 접지전극의 외면에 밀착됨에 따라 실제 설치된 형태로 고정시켜 절연파괴 시험을 실시할 수 있게 됨으로써, 절연 성능을 더욱 신뢰성 있게 측정할 수 있게 된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 샘플홀더에 대한 확대도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 용기(110), 고압부싱(120), 접지부싱(130), 및 샘플홀더(140)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 용기(110)는, 도 1에 도시된 바와 같이 일정크기의 내부 공간을 가지고 상기 내부 공간은 액체 질소(LN₂)로 채워져 극저온 상태가 되는 것으로, 일측에는 액체 질소(LN₂)를 공급하는 액체질소탱크(150)가 연결 설치되고, 상부 중앙과 일측에는 고압부싱(120)과 접지부싱(130)이 관통 설치되며, 내부에는 고압부싱(120)과 접지부싱(130)이 상부와 하부에 각각 전기적으로 연결된 샘플홀더(140)가 설치되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 용기(110)는 액체질소탱크(150)에서 공급되어 내부에 채워진 액체 질소(LN₂)에 의해 샘플홀더(140)에 고정되는 초전도 케이블의 절연시트(S)에 대한 절연파괴 시험을 극저온 상태에서 실시할 수 있도록 시험 공간을 제공하는 역할을 한다.

상기 용기(110)는 내부에 채워진 액체 질소(LN₂)를 열적으로 안정화시켜 극저온 상태가 안정적으로 유지되도록, 내통(111)과 외통(112)으로 구성되되 상기 내통(111)과 외통(112)이 진공이 유지되는 진공공간(113)을 사이에 두고 내측과 외측으로 결합 설치된 이중 구조로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 용기(110)는 내부에 채워진 액체 질소(LN₂)에 의한 내압과 부식을 충분히 견디고 방지할 수 있도록 스테인리스강으로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 용기(110)의 상부 일측에는 용기(110)의 내압 상승으로 인한 안전 사고 등이 방지되도록 용기(110)의 내압을 측정하는 압력계(115)가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 용기(110)의 가장자리 일측에는 진공공간(113)의 진공도를 안정적으로 유지할 수 있도록 진공공간(113)의 진공도를 측정하는 진공계(114)가 설치되는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 고압부싱(120)은 도 1에 도시된 바와 같이 용기(110)의 상부 중앙에 관통 설치되어 샘플홀더(140)의 상부와 전기적으로 연결된 구성이다.

즉, 상기 고압부싱(120)은 외부로부터 공급받은 고전압(High Voltage)을 샘플홀더(140)의 상부로 인가하는 역할을 한다.

다음으로, 상기 접지부싱(130)은 도 1에 도시된 바와 같이 용기(110)의 상부 일측에 관통 설치되어 샘플홀더(140)의 하부와 전기적으로 연결된 구성이다.

즉, 상기 접지부싱(130)은 접지전압(Ground Connection)을 샘플홀더(140)의 하부로 인가하는 역할을 한다.

다음으로, 상기 샘플홀더(140)는 도 1에 도시된 같이 용기(110)의 내부에 고정 설치되며 상부와 하부가 각각 고압부싱(120)과 접지부싱(130)에 각각 전기적으로 연결되는 것으로, 이는 시료인 초전도 케이블의 절연시트(S)를 고정시켜 그 상면과 하면으로 각각 고전압과 접지전압이 인가되게 하는 역할을 한다.

이때 상기 샘플홀더(140)는 도 2에 도시된 바와 같이 홀더본체(143), 고압전극(141), 및 접지전극(142)으로 구성된다.

상기 홀더본체(143)는 액체 질소(LN₂)에 완전히 침적되도록 용기(110)의 내저부에 설치되는데, 이는 복수 개의 가이드바(144), 상기 가이드바(144)의 상단과 하단에 각각 설치된 상부플레이트(145)와 하부플레이트(146), 및 상기 상부플레이트(145)와 하부플레이트(146) 간의 상하 간격을 조절하는 간격조절구(미도시)로 구성될 수 있다.

상기 고압전극(141)은 고압부싱(120)과 전기적으로 연결되어 홀더본체(143)의 상부플레이트(145) 하부면에 설치되고, 상기 접지전극(142)은 접지부싱(130)과 전기적으로 연결되어 홀더본체(143)의 하부플레이트(146) 상부면에 설치된다.

따라서 샘플홀더(140)의 고압전극(141)과 접지전극(142) 사이에 절연시트(S)가 고정되어 고압전극(141)과 접지전극(142)에 의해 인가되는 고전압과 전지전압으로 절연파괴 시험을 실시할 수 있다.

여기서 상기 고압전극(141)은 단부가 볼록한 원통형 또는 단부가 뾰족한 원뿔형 또는 단부가 둥근 구형으로 구성되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 접지전극(142)은 수평으로 설치된 원통관으로 구성되는 것이 바람직하다.

따라서 절연시트(S)가 샘플홀더(140)의 고압전극(141)과 접지전극(142) 사이에 고정될 때 그 하면이 접지전극(142)의 외면을 따라 실제 초전도 케이블에 설치된 형태와 동일하게 일정한 곡률반경을 그리면서 자연스러운 형태로 고정된다.

이에 따라 절연시트(S)를 초전도 케이블에 실제로 적용된 조건과 동일한 조건에서 절연파괴 시험을 실시할 수 있으므로 절연 성능을 보다 신뢰성 있게 측정하여 평가할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치는, 초전도 케이블의 절연시트에 대한 절연파괴 시험을 실제 초전도 케이블에 설치된 상태와 동일한 조건 하에서 실시함으로써, 초전도 케이블의 절연 성능을 더욱 정확하게 측정하여 이에 대한 신뢰성을 크게 높일 수 있다.

상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예 뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.

100: 극저온 절연 측정장치
110: 용기 111: 내통
112: 외통 113: 진공공간
114: 진공계 115: 압력계
120: 고압부싱 130: 접지부싱
140: 샘플홀더 141: 고압전극
142: 접지전극 143: 홀더본체
144: 가이드바 145: 상부플레이트
146: 하부플레이트 150: 액체질소탱크
S: 절연시트

Claims

액체 질소(LN₂)가 내부에 채워진 용기(110);
상기 용기(110)의 상부 중앙에 관통 설치되고, 고전압이 인가되는 고압부싱(120);
상기 용기(110)의 상부 일측에 관통 설치되고, 접지전압이 인가되는 접지부싱(130); 및
상기 용기(110)의 내저부에 설치되되, 상기 고압부싱(120)과 전기적으로 연결되는 고압전극(141)과, 상기 접지부싱(130)과 전기적으로 연결되는 접지전극(142)과, 상기 고압전극(141)과 상기 접지전극(142)이 각각 상부와 하부에 간격 조절 가능하게 설치되는 홀더본체(143)로 이루어져, 상기 접지전극(142)과 상기 고압전극(141)의 사이에 초전도 케이블의 절연시트(S)가 고정되는 샘플홀더(140);로 구성된 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치에 있어서,
상기 접지부싱(130)과 전기적으로 연결되는 접지전극(142)은,
원통관 형태로 구성되어, 상기 초전도 케이블의 절연시트(S)가 상기 접지전극(142)의 외주면에 일정한 곡률반경으로 밀착 고정된 상태에서 절연파괴 시험을 실시할 수 있게 됨을 특징으로 하는 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 고압전극(141)은,
구형 또는 단부가 뾰족한 원뿔형 또는 단부가 볼록한 원통형으로 구성됨을 특징으로 하는 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 용기(110)는,
내통(111)과 외통(112)으로 구성되되, 상기 내통(111)과 상기 외통(112)은 진공이 유지되는 진공공간(113)을 사이에 두고 내측과 외측으로 결합 설치된 이중 구조로 구성됨을 특징으로 하는 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 용기(110)는,
스테인리스강으로 구성됨을 특징으로 하는 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 샘플홀더(140)의 홀더본체(143)는,
수직으로 설치된 복수 개의 가이드바(144);
상기 가이드바(144)의 상단에 설치되고 하부면에 상기 고압전극(141)이 설치되는 상부플레이트(145); 및
상기 가이드바(144)의 하단에 설치되고 상부면에 상기 접지전극(142)이 설치되며 상기 상부플레이트(145)와 간격 조절 가능하게 구성된 하부플레이트(146);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 초전도 케이블용 극저온 절연 측정장치.