KR101400312B1

KR101400312B1 - 극저온 용기 내부의 초전도 소자 및 외부 회로 연결용부싱을 갖는 이상 전류 리미터

Info

Publication number: KR101400312B1
Application number: KR1020080013932A
Authority: KR
Inventors: 요아킴 복; 프랑크 브로이어; 베르나 콜러
Original assignee: 넥쌍
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2014-05-28
Also published as: EP1959187A1; US20080232014A1; JP2008205463A; EP1959187B1; US7995312B2; KR20080076833A

Abstract

극저온 용기 내부의 초전도 소자 및 외부 회로 연결용 부싱을 갖는 이상 전류 리미터.

이상 전류 리미터(1)는 극저온 용기(2)와 액화 질소와 같은 냉매(6)에 잠겨 있는 고온형 초전도 소자(HTSC)로 구성된 초전도 조립체(5)를 포함한다. 도체(17, 18)를 갖는 부싱(25, 28)은 용기(2)의 본체(3)에 연결되어, 도체(17, 18)는 주위 공간으로부터 용기(2) 내부의 액체 냉매(6)의 수면(7)과 커버(4) 사이에 있는 누손 공간(8) 내로 수평으로 뻗어나간다. 본 발명에 따른 부싱(25, 28)의 구조에 의하면, 종래의 리미터에서 필요한 보호되는 회로와 전류 리미터(1) 사이의 전기적인 접속을 해제하지 않고 커버(4)를 제거할 수 있다.

리미터, 초전도 소자, 부싱, 도체

Description

극저온 용기 내부의 초전도 소자 및 외부 회로 연결용 부싱을 갖는 이상 전류 리미터{ELECTRIC FAULT CURRENT LIMITER HAVING SUPERCONDUCTING ELEMENTS INSIDE A CRYOGENIC VESSEL AND BUSHINGS FOR CONNECTING AN EXTERNAL CIRCUIT}

본 발명은 내부 공간을 초전도 소자로 둘러싸는 극저온 용기와 초전도 소자를 냉각시키기 위한 극저온 액체를 포함하는 전류 리미터에 관한 것이다.

일반적으로, 초전도 소자를 냉각시키기 위한 극저온 조립체가 WO 03/044424 A2에 기술되어 있고, 이 극저온 조립체는 자기공명영상, 초전도 변압기, 이상 전류 리미터와 같은 다수의 저온 장치에 적절히 사용될 수 있다.

초전도 소자는 극저온 매체, 즉 액상 헬륨으로 채워진 내부 용기에 수용되어 있다. 내부 용기는 저온유지장치 하우징의 외벽과 내부 용기의 외벽에 의해 한정되는 비어있는 절연 중간 공간에 의해 저온유지장치 내에 들어 있다.

초전도 소자를 저온유지장치의 따뜻한 주변영역과 전기적으로 접속시키기 위해, 내부 용기로부터 저온유지장치의 비어있는 중간 공간으로 뻗어나가는 넥 튜브 가 제공된다. 또한, 저온유지장치의 따뜻한 주변에 넥 튜브를 전기적으로 접속시키는 전기 케이블이 통과할 수 있도록 저온유지장치의 외벽에 절연된 외부 단부가 제공된다. 내부 용기에 공기가 들어가지 않게 하기 위해서는 넥 튜브를 개방시키는 것은 피해야하는데, 이러한 조립체를 이용함으로써, 넥 튜브를 개방시킬 필요없이 넥 튜브를 경유하여 내부 용기 내의 초전도 소자가 저온유지장치의 따뜻한 주변에 전기적으로 접속할 수 있다.

본 발명의 목적은 초전도 전류 리미터를 현존하는 또는 새로운 변전소 또는 고압용 개폐기에 통합시켜서 관련 서비스 작업을 훨씬 간단히 하는 것이다.

특히, 본 발명은,

- 내부 공간을 외부 공간과 격리시키는 본체 및 커버를 구비한 극저온 용기와,

- 상기 용기의 내부 공간에 담겨있는 극저온 액체에 잠겨 있는 HTSC 유형의 초전도 소자와,

- 상기 극저온 액체와 커버 사이에 있는 누손 공간(ullage space)과,

- 상기 용기의 내부 공간으로부터 주위 공간으로 뻗어나가는 도체을 갖는 부싱으로서, 상기 도체는 이상 전류에 대해 보호되도록 전류 경로에 초전도 조립체를 연결시키는 부싱을 포함하는 전류 리미터에 관한 것이다.

앞서 언급한 고온 초전도체(High Temperature Superconductor)를 나타내는 HTSC 유형의 전류 리미터는 2004년 11월 4일-5일에 프랑스 파리에서 열린 "전기 전송 및 분배 기술 및 R&D에 대한 IEA 워크샵(IEA Workshop on Electricity Transmission and Distribution Technology and R&D)"에서 마틴 클라이마이어 박사(Dr.-Ing. Martin Kleimaier) 및 클라우스 노이만 교수(Prof. Dr.-Ing. Claus Neumann)의 의해 제시된 "중간 및 높은 전압 그리드 내 이상 전류 리미터"라는 제목의 공보에 기재되어 있다. 또한, 이 공보에는, 전송 및 분패 네트워크 내의 전류 리미터의 중요한 가치와 일반적인 목적을 이해할 수 있는 기술적 배경이 기재되어 있다.

초전도 상태를 유지하기 위해 냉매를 용기 내에 전송하는 파이프 및 이상 전류에 대해 보호되어야 하는 외부 회로에 용기 내부의 초전도 소자를 접속시키기 위한 도체를 갖는 부싱과 같은 장치의 작동에 필요한 모든 요소를 지지하는 커버에 의해, 상술한 공보에 따른 초전도 전류 리미터의 극저온 용기는 주변 대기에 가까이 놓여 있다. 전류 리미터가 검사나 서비스 작업을 받아야하는 경우, 부싱의 도체와 외부 회로 사이에 존재하는 적어도 모든 전기적 접속은 저온유지용기의 커버를 제거하기 전에 해체되어야만 한다. 이것은 높은 이상 전류에 사용되는 도체가 기계적인 힘에 노출되어야 하고 따라서 속이 채워진 부분으로 이루어질 수만 있기 때문에, 가요성 물질로 만들어질 수 있는 냉매를 전송하는데 사용되는 파이프 또는 호스와 비교하여 필요한 일이다.

앞서 기술한 상황을 고려하면, 본 발명의 목적은 초전도 전류 리미터를 현존하는 또는 새로운 변전소 또는 고압용 개폐기에 통합시켜서 관련 서비스 작업을 훨씬 간단히 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 부싱은 커버 아래에 있는 누손 공간을 둘러싸는 용기의 본체 영역에 위치되어 있다. 이는 극저온 용기의 커버를 제거할 때 반드시 전기적 접속을 해체할 필요가 없으며 또한 부싱과 이에 연결된 도체의 중량에 의해 작업이 번거로워지는 것을 의미하는 것이 아니다.

본 발명은 내부 및 외부 변전소 또는 고압용 개폐기 모두에 대해 여러가지 다른 방식으로 실시될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에서, 부싱은 극저온 용기의 본체의 마주보는 벽부분에 위치되고, 부싱의 도체는 수평으로 상기 누손 공간 내부 쪽으로 뻗어나간다. 이러한 구조는 생각할 수 있는 모든 방식으로 전류 리미터를 사용하는데 적합한 잘 정렬된 전기 접속 설비를 제공한다.

한편, 종래의 장치의 전기 접속 설비의 위치 또는 방향을 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 본체의 벽부분은 상기 부싱을 수용하는 원통형 연장부로 이루어져 있고, 작동중인 전기 장치에 연결되도록 각 연장부의 단부에 플랜지가 제공되는 것을 특징으로 하는 본 발명의 또 다른 실시예에 의해 달성될 수 있다. 연장부의 단면은 바람직하게 원통형일 수 있지만 필요시 다른 형태도 선택할 수 있다.

고전압 시스템에서, 일반적인 대기 중에 위치된 도체와 타워를 갖는 전송 라인을 이용하는 것과 전환하고 분배하기 위해 크기가 작은 가스-절연 장치를 사용하는 것이 알려져 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 전류 리미터가 상이한 유형의 절연을 이용하는 시스템에서 소자를 보호하고 연결시키는 것으로서 사용될 수 있다. 이것은 연장부 중 한 연장부의 플랜지는 외부에서 사용하는 요소에 적용되고, 다른 연장부의 플랜지는 내부 장치에 적용된다는 사실에 의해 이루어질 수 있다. 위에서 언급한 모든 실시예에서, 동심으로 배열된 내부 도체를 갖는 디스크형 구조로 된 부싱이 사용될 수 있다. 본 발명의 목적에 적합한 부싱에 대한 예는 DE 23 60 071 C2 및 DE 28 48 560 C2에 기재되어 있다.

이제 본 발명은 도면을 참고하여 이제 더욱 구체적으로 설명될 것이다:

본 발명에 의하면 회로와 전류 리미터 사이의 전기적인 접속을 해제하지 않고도 커버를 제거할 수 있다.

도 1을 참고하면, 전류 리미터(1)는 본체(3)와 커버(4)를 구비한 극저온 용기(2)를 포함하고 있다는 것을 알 수 있다. 종래 기술의 전류 리미터에 의해 알려진 방식에서는, 초전도 소자(5)가 수면이 도면부호 7로 표시되는 액화 질소와 같은 냉매(6) 내에 잠겨 있다. 수면(7) 보다 위에 그리고 커버(4) 보다 아래에 증발에 의해 생긴 누손 공간(8)이 있다. 냉매를 용기(2) 내에 채우기 위해 그리고 압력을 조절하기 위해 커버(4)에는 파이프(9, 10)가 설치되어 있다. 필요시 또는 전류 리미터의 작동을 위해 제공되는 냉매 공급 시스템의 적절한 유형에 따라 커버(4)에 파이프나 덕트가 추가로 더 설치될 수 있다. 이해하기 쉽게 냉매 공급 시스템(34)이 도 1에 함께 도시되어 있다. 도면을 간단히 하기 위해 용기(2) 외부에 있는 극저온 요소는 도 2에 도시되어 있지 않다.

도 1에 따른 전류 리미터에서, 이상 전류에 대해 보호될 수 있도록 전류의 경로에 접속하는 것은 케이블(11, 12)에 의해 이루어지며, 케이블의 단부(13, 14) 는 하우징(15, 16) 내에 배치되어 있다. 단부(13, 14)의 방향은 수직인 반면, 단부(13, 14)에 연결된 도관(15, 16)은 수평으로 뻗어나가다가 용기(2)의 누손 공간(8) 내로 들어가게 된다. 커넥터(19, 20)가 단부(13, 14)를 도체(17, 18)에 연결하기 위해 제공된다. 또한 초전도 조립체(5)와 케이블(11, 12)을 통과하는 전류 경로를 완성하기 위해 내부 커넥터(21, 22)가 제공된다.

도 1의 실시예에서, 도체(17)는 디스크형 부싱(23, 24)을 통과하고, 부싱(23)은 하우징(15)에 끼워져 있고, 다른 부싱(24)은 용기(2)의 본체(3)의 수평 연장부(25)에 설치되어 있다. 디스크형 부싱(23, 24)은 고전압 장치에 적용될 수 있는 구조로 되어 있고 재료를 적절히 선택함으로써 초전도 시스템에 존재하는 온도에 의해 사용할 수 있도록 되어 있다. 하우징(15)은 플랜지(26, 27)에 의해 연장부(25)에 연결된다. 도체(17) 반대편에 있는 용기(2) 측면에는, 디스크형 부싱(28, 29)이 두 개 더 있고, 부싱들 사이의 간격은 그 사이에 분리된 상태로 도시되어 있는 분리 스위치(30)를 수용할 수 있도록 선택된다. 또한 이에 대응하여 본체(3)의 추가 연장부(31)의 길이가 결정된다. 하우징(16)과 연장부(31)는 연장부(25)와 하우징(15)에 대해 앞서 설명한 것과 동일한 방식으로 연장부(31)에 설치된 플랜지(32)와 하우징(16)에 설치된 플랜지(33)에 의해 연결된다. 분리 스위치(30)에, 도체(18)를 방해하거나 닫기 위해 축방향으로 이동하는 접촉부가 제공된다.

도 1과 도 2를 비교하면 알 수 있듯이, 용기(2)는 원형 단면을 갖는 원통형 형상으로 되어 있고, 부싱(23, 24)이 마주보는 벽부분에 배치되어 있어서 도체(17, 18)가 커버(4) 아래의 누손 공간(8) 내에 들어간다. 따라서, 케이블(11, 12)과 초 전도 소자(5) 사이의 전기적 접속을 해제하지 아니하면서, 커버(4)는 도 1에 점선으로 표시된 것처럼 쉽게 제거될 수 있다. 냉매 공급 시스템(34)을 커버(4)에 설치된 파이프(9, 10)와 연결시키기 위해 가요성 파이프 또는 호스가 사용되는 경우, 분리 스위치(30)를 작동시켜 전류 리미터로부터 전압을 제거하고 또한 커버(4)를 제거하기 전에 냉매 공급 시스템(34)을 차단하면 충분하다. 이로써 적어도 용기(2) 내부를 검사할 수 있게 된다.

도 1 및 도 2에 도시된 전류 리미터는 폴이 하나인 유닛이어서, 종래의 3상 시스템에서는 3개의 동일한 유닛이 사용된다. 이러한 구조는 특히 전압이 110kV 또는 그 이상인 시스템에 적용될 수 있다. 전압이 6kV와 60kV 사이인 더 낮은 범위에서, 초전도 전류 리미터에 대해 이미 알려져 있는 폴이 3개인 구조는 본 발명의 범위 내에서 고려될 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 전류 리미터(35)에 대한 제2 실시예는 도면부호 36 및 37로 표시된 가공선(架空線, overhead line)과 함께 사용하는데 적합하다. 전류 리미터(35)의 본체(3)와 커버(4)를 갖는 용기(2)는 도 1 및 도 2에 대응하며, 단지 라인형 애플리케이션에 대한 특징만 설명할 것이다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예의 경우와 같이, 도체(40, 41)와 연결되는 디스크형 부싱(38, 39)은 연장부(42, 43)로 구성된 본체(3)의 마주보는 벽부분에 제공된다. 양 연장부에는 플랜지(44, 45)가 각각 설치되며 이 플랜지는 높은 전압을 가하기에 적합한 외부 부싱(48, 49)의 플랜지(46, 47)에 대응한다. 부싱(48, 49)은 약간 기울어진 상태로 배치된 것으로 도시되어 있지만 수직으로 배열될 수도 있다.

또한 본 발명의 범위에는 외부 고전압선과 케이블 단부 또는 가스절연 변전소와 같은 내부장치 사이에서 연결될 수 있는 도 5 및 도 6에 따른 전류 리미터(50)가 속한다. 리미터(50)의 극저온 용기 및 이 용기와 직접 연결되는 모든 구성요소는 선행 도면에 있는 것들과 동일하며, 각 도면부호를 사용한다. 또한, 리미터(50)는 외부 부싱(48)이 제공된다는 점에서 도 3 및 도 4의 리미터(35)에 대응한다. 부싱(48)에 연결된 모든 부재는 도 3 및 도 4의 부재와 일치하며, 각 도면부호는 도 5 및 도 6에서 사용된다.

외부 부싱(48) 맞은편에 있는 리미터(50) 측에, 도 1에 기재된 분리 스위치(30)가 있다. 리미터(50)의 특징으로서, 분리 스위치(30)가 또 다른 디스크형 부싱(52)에 의해 닫혀 있는 용기(2)의 연장부(51)에 포함되어 있고, 따라서 분리 스위치(30)의 절연 가스는 연장부(51) 외부측의 플랜지(54)에 연결되는 소자(53)와 상관없다.

도 1은 케이블에 대해 사용하기에 특히 적합한 본 발명에 따른 전류 리미터의 제1 실시예에 대한 측면도이다.

도 2는 리미터 외부의 극저온 소자가 분리된, 도 1에 도시된 전류 리미터의 평면도이다.

도 3은 오버헤드 라인에 접속하는데 유용한 전류 리미터의 제2 실시예에 대한 도면이다.

도 4는 리미터 외부의 극저온 소자가 없는 도 3에 도시된 전류 리미터의 평면도이다.

도 5는 가공선과 가스 절연 변전소 사이에서 연결 링크인 전류 리미터의 제3 실시예의 측면도이다.

도 6은 외부 극저온 소자가 생략되어 있는, 도 5에 도시된 리미터의 도면이다.

[주요 도면 부호에 대한 목록]

1 전류 리미터 (제1 실시예, 도1 및 도2)

2 극저온 용기

3 극저온 용기의 본체

4 커버

5 초전도 조립체

6 냉매 (액화 질소)

7 용기(2) 내부의 냉매의 수면

8 누손 공간

9 커버(4) 내에 설치된 (제1) 파이프

10 커버(4) 내에 설치된 (제2) 파이프

11 (제1) 케이블

12 (제2) 케이블

13 케이블(11)의 단부

14 케이블(12)의 단부

15 단부(13)의 하우징

16 단부(14)의 하우징

17 단부(13)에 연결된 도체

18 단부(14)에 연결된 도체

19 단부(13)와 도체(17) 사이의 커넥터

20 단부(14)와 도체(18) 사이의 커넥터

21 도체(17)와 초전도 조립체(5) 사이의 내부 커넥터

22 도체(18)와 초전도 조립체(5) 사이의 내부 커넥터

23 디스크형 부싱(하우징(15)에 연결)

24 디스크형 부싱(하우징(25)에 연결)

25 본체(3)의 연장부(하우징(15)에 연결)

26 하우징(15)의 플랜지

27 하우징(25)의 플랜지

28 디스크형 부싱(연장부(31)에 연결)

29 디스크형 부싱(하우징(16)에 연결)

30 분리 스위치

31 본체(3)의 연장부(하우징(16)에 연결)

32 연장부(31)의 플랜지

33 하우징(16)의 플랜지

34 냉매 공급 시스템

35 전류 리미터(제2 실시예, 도 3 및 도 4)

36 (제1) 가공선

37 (제2) 가공선

38 디스크형 부싱(가공선(36)에 연결)

39 디스크형 부싱(가공선(37)에 연결)

40 도체(가공선(36)에 연결)

41 도체(가공선(37)에 연결)

42 연장부(가공선(36)에 연결)

43 연장부(가공선(37)에 연결)

44 부싱(48)의 플랜지

45 연장부(42)의 플랜지

46 부싱(48)의 플랜지

47 부싱(49)의 플랜지

48 외부 부싱

49 외부 부싱

50 전류 리미터(제3 실시예, 도 5 및 도 6)

51 용기(2)의 연장부(도 5 및 도 6)

52 디스크형 부싱(도 5)

53 고전압 소자(도 5 및 도 6)

54 연장부(51)의 플랜지

Claims

본체(3) 및 커버(4)를 구비하고, 상기 본체와 상기 커버는 내부 공간을 외부 공간과 격리시키는, 극저온 용기(2)와,

상기 용기(2)의 내부 공간에 담겨있는 극저온 액체(6)에 잠겨 있는 HTSC 유형의 초전도 소자(5)와,

상기 극저온 액체(6)와 커버(4) 사이에 있는 누손 공간(8)과,

상기 용기(2)의 내부 공간으로부터 주위 공간으로 뻗어나가는 도체(17, 18; 40, 41; 40, 18)를 갖는 부싱으로서, 상기 도체(17, 18; 40, 41; 40, 18)는 이상 전류에 대해 보호되도록 전류 경로에 초전도 조립체(5)를 연결시키는 부싱(24, 28; 38, 39; 38, 28)을 포함하는 전류 리미터(1; 35; 50)에 있어서,

상기 부싱(24, 28; 38, 39; 38, 28)은 커버(4) 아래에 있는 누손 공간(8)을 둘러싸는 용기(2)의 본체(3) 영역에 위치되어 있고,

상기 커버(4)는 상기 극저온 용기의 내부 공간에 접근할 수 있도록 제거가능한 것을 특징으로 하는 전류 리미터.
제1항에 있어서,

상기 부싱(24, 28; 38, 39; 38, 28)은 극저온 용기(2)의 본체(3)의 마주보는 벽부분에 위치되고, 상기 부싱(24, 28; 38, 39; 38, 28)의 도체(17, 18; 40, 41; 40, 18)는 수평으로 상기 누손 공간(8) 내부 쪽으로 뻗어나가는 것을 특징으로 하는 전류 리미터.
제2항에 있어서,

상기 본체(3)의 벽부분은 상기 부싱(24, 28; 38, 39; 38, 28)을 수용하는 원통형 연장부(25, 31; 42, 43; 42, 51)로 이루어져 있고, 작동중인 전기 장치에 연결되도록 각 연장부(25, 31; 42, 43; 42, 51)의 단부에 플랜지(27, 32; 44, 45; 44, 54)가 제공되는 것을 특징으로 하는 전류 리미터.
제3항에 있어서,

상기 연장부 중 한 연장부(42)의 플랜지(44)는 외부에서 사용하는 요소에 적용되고, 다른 연장부(51)의 플랜지(54)는 내부 장치에 적용되는 것을 특징으로 하는 전류 리미터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 부싱(24, 28; 38, 39; 38, 28)은 동심으로 배열된 내부 도체(17, 18; 40, 41; 40, 18)를 갖는 디스크형 소자인 것을 특징으로 하는 전류 리미터.