KR101651024B1 - 초전도 전력기기용 절연 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 전력기기용 절연 구조체에 관한 것으로 고전압부가 내부에 내측면과 이격되게 배치되며 내부에 냉매가 상기 고전압부를 감싸도록 채워진 냉각용기부 및 상기 냉각용기부가 내부에 내측면과 이격되게 배치되며 내부에 절연물이 구비되고 접지되는 절연외함부를 포함하여 냉각을 위한 공간과 절연을 위한 공간을 구분함으로써 해당 초전도 전력기기의 절연내력을 만족시키기 위한 고전압부와 상기 절연외함부의 외측면과의 거리를 크게 줄여 작은 공간에서도 효율적으로 초전도 전력기기를 설치할 수 있고, 초전도 전력기기의 제조 비용을 줄일 수 있으며, 초전도 전력기기에서 냉각을 위해 사용되는 냉매의 충전량과 냉각용기부의 단열면적도 감소하여 냉각과 절연을 위한 운영비용을 절감한다.

Description

초전도 전력기기용 절연 구조체{Insulation structure for superconducting power device}

본 발명은 초전도 전력기기용 절연 구조체에 관한 것으로, 더 상세하게는 고전압부와 외함 사이의 절연거리를 대폭 줄인 초전도 전력기기용 절연 구조체에 관한 것이다.

일반적으로, 초전도 고장전류 제한기(한류기), 자기에너지저장장치, 변압기와 같은 종래의 초전도 전력기기는, 초전도 선재를 냉각하면서 고전압 계통에서 사용되므로 적절한 절연을 유지해야하는 구조로 설계되고 있다.

도 1은 상기 초전도 전력기기의 절연 구조를 도시한 단면도로써, 도 1을 참고하면, 액체질소 또는 액체헬륨의 냉매(1a)가 채워진 외함(1) 내부에 초전도 전력기기의 고전압부(2)를 배치하여 상기 고전압부(2)를 외부와 절연시키고 있다.

상기 초전도 전력기기의 절연 구조는 상기 외함(1)의 내부에 냉매(1a)로 채워진 액체질소 또는 액체헬륨의 절연성 즉, 냉매자체의 절연성을 이용하여 절연하므로 상기 절연내력의 확보를 위하여 외함(1)과 상기 고전압부(2)의 거리를 조정해야한다.

일 예로, 345kV급 전력기기의 경우 안정적인 절연내력을 확보하기 위해서 초전도 코일을 포함한 고전압부(2)와 상기 외함과의 거리(a, a')가 최소 400mm 또는 그 이상의 이격 거리가 확보되어야 한다.

즉, 종래의 상기 초전도 전력기기의 절연 구조는, 진공, 액체 냉매 또는 가스층을 절연매질로 이용하는데 전력기기에 사용되는 전압이 높아지고 규격에서 요구하는 절연강도가 커질수록 필요한 절연거리가 길어져서 외함이 커지고 사용되는 냉매의 부피가 커지는 문제점이 있었다.

또한, 냉매(1a)의 충진량과 단열을 위한 외함(1)의 크기를 증대시켜 초전도 전력기기의 냉각과 절연을 위한 운영비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 고전압 초전도 전력기기의 크기를 대폭 축소하는 초전도 전력기기용 절연 구조체를 제공함으로써 고전압 초전도 전력기기의 제작비용을 절감하고 냉각과 절연을 위한 운영 비용을 대폭 절감하는 것이다.

이러한 본 발명의 과제는, 초전도체를 포함하는 고전압부가 용기 내부의 내측면과 이격되게 배치되며 내부에 냉매가 상기 고전압부를 감싸도록 채워진 냉각용기부; 및

상기 냉각용기부가 내부에 내측면과 이격되게 배치되며 내부에 절연물이 구비되고 접지되는 절연외함부를 포함한 초전도 전력기기용 절연 구조체를 제공함으로써 해결된다.

본 발명에서 상기 고전압부는 하부에 상기 냉각용기부의 내부에 구비되는 내부소자 지지대에 의해 지지되어 상기 냉각용기부의 바닥과 이격된다.

본 발명에서 상기 냉각용기부의 상부에는, 냉각용기 연결관부가 돌출되며, 상기 절연외함부의 상부에는, 상기 냉각용기 연결관부가 내부에 이격되게 배치되는 냉각시스템 연결관부가 돌출되며, 상기 냉각시스템 연결관부의 상부에는, 상기 냉각용기 연결관부가 연결되며 외부 냉각시스템과의 연결을 위한 연결플랜지부가 구비된다.

본 발명에서 상기 냉각용기부는, 이격된 용기내벽부와 용기외벽부를 포함하고, 상기 용기내벽부와 상기 용기외벽부 사이에 진공이 형성된다.

본 발명에서 상기 냉각용기부는, 상기 용기내벽부와 상기 용기외벽부 사이에 단열재가 채워진다.

본 발명에서 상기 냉각용기부는, 외벽이 복수의 단열층 구조로 형성된다.

본 발명에서 상기 절연외함부는, 이격된 외함내벽부와 외함외벽부를 포함하고, 상기 외함내벽부와 상기 외함외벽부 사이에 진공이 형성된다.

본 발명에서 상기 절연외함부는, 상기 외함내벽부와 상기 외함외벽부 사이에 단열재가 채워진다.

본 발명에서 상기 절연외함부는, 외벽이 복수의 단열층 구조로 형성된다.

본 발명에서 상기 냉각용기부의 상부에는 상기 고전압부에 전기전원을 인가하는 2개의 전원인가선을 안내하는 제1전극 안내관과 제2전극 안내관이 구비되며, 상기 절연외함부의 상부에는, 상기 제1전극 안내관이 내부에 이격되게 배치되는 제1플랜지 안착부 및 상기 제2전극 안내관이 내부에 이격되게 배치되는 제2플랜지 안착부가 돌출되며, 상기 제1플랜지 안착부의 상부에는, 상기 제1전극 안내관의 상단부가 고정되는 상기 제1용기고정플랜지부가 안착되어 고정되고, 상기 제2플랜지 안착부의 상부에는, 상기 제2전극 안내관의 상단부가 고정되는 상기 제2용기고정플랜지부가 안착되어 고정된다.

본 발명은 초전도 전력기기의 크기를 대폭 축소하여 작은 공간에서도 효율적으로 초전도 전력기기를 설치할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 초전도 전력기기의 단면적과 부피를 대폭 줄일 수 있어 초전도 전력기기의 제조 비용을 줄일 수 있고, 초전도 전력기기에서 냉각을 위해 사용되는 냉매의 충전량과 냉각용기부의 단열면적도 감소하여 초기냉각 비용과 냉각을 위한 운영비용을 절감하는 효과가 있다.

도 1은 종래 초전도 전력기기의 절연구조를 도시한 단면도
도 2는 본 발명에 따른 초전도 전력기기용 절연 구조체의 일 실시예를 도시한 단면도
도 3은 도 2의 A-A'단면도
도 4는 본 발명에 따른 초전도 전력기기용 절연 구조체의 다른 실시예를 도시한 단면도

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 초전도 전력기기용 절연 구조체의 일 실시예를 도시한 단면도로써, 도 2를 참고하면 본 발명에 따른 초전도 전력기기용 절연 구조체의 일 실시예는, 초전도체를 포함하는 고전압부(2)가 내부에 내측면과 이격되게 배치되는 냉각용기부(10)를 포함한다. 상기 냉각용기부(10) 내에는 상기 고전압부(2)를 감싸도록 냉매(30)가 채워진다.

상기 고전압부(2)는 하부에 상기 냉각용기부(10)의 내부에 구비되는 내부소자 지지대(11)에 의해 지지되어 상기 냉각용기부(10)의 바닥과 이격된다.

상기 내부소자 지지대(11)는 상기 냉각용기부(10)의 내부에서 바닥에 돌출되게 구비되는 것을 일 예로 하며, 상기 냉각용기부(10)의 내부에서 측면 또는 상단의 내측면부에 구비되어 상기 고전압부(2)를 상기 냉각용기부(10)의 내측면과 이격되게 위치시킬 수도 있다.

상기 고전압부(2)는 상기 냉각용기부(10)의 내측면과 이격되게 위치하여 외측 둘레가 냉매(30)에 의해 감싸져 원활하게 냉각될 수 있게 된다.

상기 냉각용기부(10)의 내부에 채워지는 냉매(30)는, 액체 질소, 액체 아르곤, 액체 헬륨 등과 같이 초전도체가 동작할 수 있도록 하는 냉매(30)인 것을 일 예로 하며, 초전도 재료에 따라 냉매(30)의 종류는 다양하게 변형실시 될 수 있음을 밝혀둔다.

상기 냉각용기부(10)의 상부에는 상기 고전압부(2)에 전기전원을 인가하는 두개의 전원인가선(2a, 2b)이 각각 내부에 배치되는 제1전극 안내관(12)과 제2전극 안내관(13)이 구비된다.

상기 제1전극 안내관(12)과 제2전극 안내관(13)은 두개의 전원인가선(2a, 2b)이 각각 내부에 배치되어 상기 전원인가선(2a, 2b)을 안내하며, 두개의 상기 전원인가선(2a, 2b)의 내부에는 두개의 전극 즉, 양극과 음극이 각각 배치된다.

상기 제1전극 안내관(12)과, 상기 제2전극 안내관(13)은 상기 냉각용기부(10)의 상부로 돌출되게 구비되고, 내부에 상기 고전압부(2)에 전원을 인가하는 1전극과 2전극이 각각 용기 내부에 배치되도록 안내한다.

또한, 상기 냉각용기부(10)의 상부에는, 외부의 냉각시스템과 연결되어 내부의 냉매(30)를 보충할 수 있는 냉각용기 연결관부(14)가 돌출된다.

상기 냉각용기부(10)는, 절연외함부(20)의 내부에 배치되며, 상기 절연외함부(20)의 내측면과 이격되게 배치된다. 상기 절연외함부(20)는 접지되며, 내부에 절연물(40)이 구비되며, 상기 절연물(40)은 상기 냉각용기부(10)의 외측둘레를 감싸도록 구비된다.

상기 절연외함부(20)는 접지되므로, 전기적으로 플로팅(floating) 또는 고전압부(2)와 등전위인 냉각용기부(10)와 상기 절연외함부(20)의 절연이 필요하며 상기 절연물(40)은 상기 냉각용기부(10)와 상기 절연외함부(20)를 절연하는 어떠한 물질도 사용이 가능하다.

상기 절연물(40)은 절연내력이 높은 기존의 고전압 절연재료를 사용하는 것이 바람직하며, 일 예로 절연유, 콩기름 등의 절연유, 에폭시(Epoxy), 가교폴리에틸렌(XLPE), 절연지 등의 고체 절연물(40), SF6, SF6/N2혼합, N2, CO2 등의 고전압 절연용가스를 사용할 수 있다.

상기 절연외함부(20)의 내측면과 상기 냉각용기부(10)의 외측면은 서로 이격되고 그 사이의 공간에 절연물(40)이 충전되어 상기 고전압부(2)로부터 절연된다.

상기 냉각용기부(10)는, 이격된 용기내벽부(10a)와 용기외벽부(10b)를 포함하고, 상기 용기내벽부(10a)와 상기 용기외벽부(10b) 사이에 진공이 형성된 것을 일 예로 한다.

상기 냉각용기부(10)는, 상기 용기내벽부(10a)와 상기 용기외벽부(10b) 사이에는 다층단열(MLI; Multi layer insulation)과 진공이 형성되어 외부와의 단열 수단으로써 상기 고전압부(2)의 냉각 효율을 향상시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각용기부(10)는, 상기 용기내벽부(10a)와 상기 용기외벽부(10b) 사이에 폼(foam)재질 등의 단열재가 채워져 상기 고전압부(2)와 상기 냉각용기부(10)의 냉각 효율을 향상시킬 수도 있다.

또한, 상기 냉각용기부(10)는, 외벽이 진공, 다층단열(MLI), 폼(foam) 등으로 복수의 단열층 구조로 형성되어 외부와의 단열을 통한 고전압부(2)의 냉각 효율을 향상시킬 수도 있다.

상기 절연외함부(20)는 상부에 상기 제1전극 안내관(12)의 상단부가 고정되는 제1용기고정플랜지부(21) 및 상기 제2전극 안내관(13)의 상단부가 고정되는 제2용기고정플랜지부(22)가 구비되는 것이 바람직하다.

상기 절연외함부(20)의 상부에는, 상기 제1전극 안내관(12)이 내부에 이격되게 배치되는 제1플랜지 안착부(23) 및 상기 제2전극 안내관(13)이 내부에 이격되게 배치되는 제2플랜지 안착부(24)가 돌출된다. 상기 제1용기고정플랜지부(21)는 상기 제1플랜지 안착부(23)의 상단에 안착되어 고정되고, 상기 제2용기고정플랜지부(22)는 상기 제2플랜지부의 상단에 안착되어 고정된다.

상기 제1전극 안내관(12)의 외주면은 상기 제1플랜지 안착부(23)의 내주면과 이격되고, 상기 제2전극 안내관(13)의 외주면은 상기 제2플랜지 안착부(24)와 이격되어 상기 절연물(40)이 상기 제1전극 안내관(12)과 상기 제2전극 안내관(13)의 외주면을 감싸 채워질 수 있도록 한다.

상기 냉각용기부(10)는, 상기 제1플랜지 안착부(23)에 안착된 상기 제1용기고정플랜지부(21)에 상기 제1전극 안내관(12)의 상단부가 고정되고, 상기 제2플랜지 안착부(24)에 안착된 상기 제2용기고정플랜지부(22)에 상기 제2전극 안내관(13)의 상단부가 고정되어 상기 절연외함부(20)의 내부 바닥면에서 이격되게 위치된다.

상기 제1용기고정플랜지부(21)와 상기 제2용기고정플랜지부(22)의 상부면에는 상기 2개의 전극 즉, 상기 2개의 전원인가선(2a, 2b)이 각각 결합되는 제1부싱(2c)과 제2부싱(2d)이 안착된다.

또한, 상기 절연외함부(20)의 상부에는, 상기 냉각용기 연결관부(14)가 내부에 이격되게 배치되는 냉각시스템 연결관부(25)가 돌출되게 구비된다.

상기 냉각용기 연결관부(14)의 외주면은 상기 냉각시스템 연결관부(25)의 내주면과 이격되어 상기 절연물(40)이 상기 냉각용기 연결관부(14)의 외주면을 감싸 채워질 수 있도록 한다.

상기 냉각시스템 연결관부(25)의 상부에는, 상기 냉각용기 연결관부(14)가 연결되며 외부 냉각시스템과의 연결을 위한 연결플랜지부(25a)가 구비된다.

즉, 도 3을 참고하면, 상기 냉각시스템 연결관부(25)와 상기 냉각용기 연결관부(14) 사이에는 절연물(40)이 구비되고, 상기 냉각용기 연결관부(14)는 용기내벽부(10a)와 용기외벽부(10b)의 사이에 형성되는 진공 또는 용기내벽부(10a)와 용기외벽부(10b)의 사이에 구비되는 단열재에 의해 단열된다.

상기 냉각용기 연결관부(14)는, 상기 냉각용기부(10)의 내부로 냉매(30)를 보충 또는 공급하는 냉각시스템과의 연결, 또는 내부 냉매(30)의 유량 확인 등의 목적으로 상기 절연외함부(20)의 외부로 연결되며, 외측 둘레로 절연물(40)이 구비되고 용기내벽부(10a)와 용기외벽부(10b)의 사이에 진공이 형성되거나 단열재가 구비되어 단열구조를 가져 외부의 냉각시스템과 연결되는 부분에서의 절연 및 냉각 효율이 저하되는 것을 방지한다.

도 4를 참고하면, 상기 절연외함의 내부에 절연물(40)로 절연내력을 가지는 냉매 즉, 액체질소 또는 액체산소 등과 같이 절연내력이 큰 냉매를 사용하여 절연성능을 올리고 냉각 효율을 더 향상시킬수도 있다.

이 경우 상기 절연외함부(20)는, 이격된 외함내벽부(20a)와 외함외벽부(20b)를 포함하고, 상기 외함내벽부(20a)와 상기 외함외벽부(20b) 사이에 단열을 위한 진공이 형성된 것을 일 예로 한다.

상기 절연외함부(20)는, 상기 외함내벽부(20a)와 상기 외함외벽부(20b) 사이에 진공이 형성되어 외부와의 단열을 통한 고전압부(2)의 냉각 효율을 향상시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 절연외함부(20)는, 상기 외함내벽부(20a)와 상기 외함외벽부(20b) 사이에 다층단열(MLI) 또는 폼(foam)재질 등의 단열재가 채워져 초전도체가 있는 상기 고전압부(2)의 냉각 효율을 향상시킬 수도 있다.

또한, 상기 절연외함부(20)는, 외벽이 복수의 단열층 구조로 형성되어 외부와의 단열을 통한 고전압부(2)의 냉각 효율을 향상시킬 수도 있다.

본 발명은 절연외함부(20)의 내부에 상기 냉각용기부(10)를 배치하여 고전압 초전도기기의 냉각을 위한 공간을 별도로 확보하고, 상기 절연외함부(20)의 내부에 절연내력이 우수한 절연물(40)을 채워 절연함으로써 즉, 냉각을 위한 공간과 절연을 위한 공간을 구분함으로써 해당 초전도 전력기기의 절연요구 성능을 만족하기 위한 고전압부(2)와 상기 절연외함부(20)의 외측면과의 거리(b, b')를 크게 줄일 수 있다.

즉, 본 발명은 고전압 초전도 전력기기의 크기를 대폭 축소하여 작은 공간에서도 효율적으로 초전도 전력기기를 설치할 수 있도록 한다.

본 발명은 초전도 전력기기의 단면적과 부피를 대폭 줄일 수 있어 초전도 전력기기의 제조 비용을 줄일 수 있고, 초전도 전력기기에서 냉각을 위해 사용되는 냉매(30)의 충전량과 냉각용기부(10)의 단열면적도 감소하여 초기냉각 비용과 냉각을 위한 운영비용을 절감한다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

2 : 고전압부 10 : 냉각용기부
10a : 용기내벽부 10b : 용기외벽부
11 : 내부소자 지지대 12 : 제1전극 안내관
13 : 제2전극 안내관 14 : 냉각용기 연결관부
20 : 절연외함부 20a : 외함내벽부
20b : 외함외벽부 21 : 제1용기고정플랜지부
22 : 제2용기고정플랜지부 23 : 제1플랜지 안착부
24 : 제2플랜지 안착부 25 : 냉각시스템 연결관부
25a : 연결플랜지부 30 : 냉매
40 : 절연물

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 초전도체를 포함하는 고전압부가 용기 내부의 내측면과 이격되게 배치되며 내부에 냉매가 상기 고전압부를 감싸도록 채워진 냉각용기부; 및
   상기 냉각용기부가 내부에 내측면과 이격되게 배치되며 내부에 절연물이 구비되고 접지되는 절연외함부를 포함하며,
   상기 냉각용기부의 상부에는, 냉각용기 연결관부가 돌출되며,
   상기 절연외함부의 상부에는, 상기 냉각용기 연결관부가 내부에 이격되게 배치되는 냉각시스템 연결관부가 돌출되며,
   상기 냉각시스템 연결관부의 상부에는, 상기 냉각용기 연결관부가 연결되며 외부 냉각시스템과의 연결을 위한 연결플랜지부가 구비된 것을 특징으로 하는 초전도 전력기기용 절연 구조체.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 냉각용기부는, 이격된 용기내벽부와 용기외벽부를 포함하고, 상기 용기내벽부와 상기 용기외벽부 사이에 진공이 형성된 것을 특징으로 하는 초전도 전력기기용 절연 구조체.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 냉각용기부는, 이격된 용기내벽부와 용기외벽부를 포함하고, 상기 용기내벽부와 상기 용기외벽부 사이에 단열재가 채워진 것을 특징으로 하는 초전도 전력기기용 절연 구조체.
6. 초전도체를 포함하는 고전압부가 용기 내부의 내측면과 이격되게 배치되며 내부에 냉매가 상기 고전압부를 감싸도록 채워진 냉각용기부; 및
   상기 냉각용기부가 내부에 내측면과 이격되게 배치되며 내부에 절연물이 구비되고 접지되는 절연외함부를 포함하며,
   상기 냉각용기부는, 외벽이 복수의 단열층 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 초전도 전력기기용 절연 구조체.
7. 청구항 3 또는 청구항 6에 있어서,
   상기 절연외함부는, 이격된 외함내벽부와 외함외벽부를 포함하고, 상기 외함내벽부와 상기 외함외벽부 사이에 진공이 형성된 것을 특징으로 하는 초전도 전력기기용 절연 구조체.
8. 청구항 3 또는 청구항 6에 있어서,
   상기 절연외함부는, 이격된 외함내벽부와 외함외벽부를 포함하고, 상기 외함내벽부와 상기 외함외벽부 사이에 단열재가 채워진 것을 특징으로 하는 초전도 전력기기용 절연 구조체.
9. 초전도체를 포함하는 고전압부가 용기 내부의 내측면과 이격되게 배치되며 내부에 냉매가 상기 고전압부를 감싸도록 채워진 냉각용기부; 및
   상기 냉각용기부가 내부에 내측면과 이격되게 배치되며 내부에 절연물이 구비되고 접지되는 절연외함부를 포함하며,
   상기 절연외함부는, 외벽이 복수의 단열층 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 초전도 전력기기용 절연 구조체.
10. 초전도체를 포함하는 고전압부가 용기 내부의 내측면과 이격되게 배치되며 내부에 냉매가 상기 고전압부를 감싸도록 채워진 냉각용기부; 및
    상기 냉각용기부가 내부에 내측면과 이격되게 배치되며 내부에 절연물이 구비되고 접지되는 절연외함부를 포함하며,
    상기 냉각용기부의 상부에는 상기 고전압부에 전기전원을 인가하는 2개의 전원인가선을 안내하는 제1전극 안내관과 제2전극 안내관이 구비되며,
    상기 절연외함부의 상부에는, 상기 제1전극 안내관이 내부에 이격되게 배치되는 제1플랜지 안착부 및 상기 제2전극 안내관이 내부에 이격되게 배치되는 제2플랜지 안착부가 돌출되며,
    상기 제1플랜지 안착부의 상부에는, 상기 제1전극 안내관의 상단부가 고정되는 제1용기고정플랜지부가 안착되어 고정되고,
    상기 제2플랜지 안착부의 상부에는, 상기 제2전극 안내관의 상단부가 고정되는 제2용기고정플랜지부가 안착되어 고정된 것을 특징으로 하는 초전도 전력기기용 절연 구조체.

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