KR102213909B1 - Superconducting apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초전도 전력기기에 관한 것으로, 냉매(11)가 충진된 냉각조(10)에 수용되는 초전도 소자(13)와, 상기 냉각조(10)의 내부에 설치되어 상기 초전도 소자(13)를 상기 냉각조(10)와 이격시켜 절연시키는 절연 구조물(15)과, 상기 절연 구조물(15)의 삼중점이 있는 면에 전계 완화를 위해 설치되는 이중곡률 금속 쉴드링(17)을 포함한다.
본 발명은 삼중점이 발생하는 절연 구조물의 말단에 이중곡률 금속 쉴드링을 설치함에 의해 삼중점에 집중된 전계를 분산하여 전계 완화의 효과를 기대할 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to a superconducting power device, wherein a superconducting element 13 accommodated in a cooling tank 10 filled with a refrigerant 11, and the superconducting element 13 are installed inside the cooling tank 10. An insulating structure 15 separated from the cooling tank 10 to insulate it, and a double curvature metal shielding ring 17 installed on a surface of the insulating structure 15 with a triple point for mitigating an electric field.
The present invention has the advantage of distributing an electric field concentrated in the triple point by installing a double-curvature metal shielding ring at the end of an insulating structure where the triple point occurs, thereby expecting an electric field relaxation effect.
Description
본 발명은 초전도 전력기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기적 전계가 집중되는 지점의 전계 완화를 위해 쉴드링(Shield ring)을 설치한 초전도 전력기기에 관한 것이다. The present invention relates to a superconducting power device, and more particularly, to a superconducting power device having a shield ring installed to mitigate an electric field at a point where an electric field is concentrated.
초전도 전력기기는 초전도 케이블, 초전도 변압기, 초전도 한류기, 초전도 모터, 초전도 발전기, 초전도 에너지저장장치 등이 있다. Superconducting power devices include superconducting cables, superconducting transformers, superconducting fault current limiters, superconducting motors, superconducting generators, and superconducting energy storage devices.
도 1에 도시된 바와 같이, 초전도 전력기기는 초전도 소자(13)의 냉각과 고전압이 인가되는 부분의 절연을 위하여 액체 질소와 같은 냉매(11)가 충진된 냉각조(10)에 초전도 소자(13)를 수용하여 냉각하며, 초전도 소자(13)와 냉각조(10)와의 사이도 절연 구조물(15)로 간격을 유지하여 절연을 유지한다.As shown in Fig. 1, the superconducting power device is a
그런데, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 초전도 소자(13)를 지지하는 절연 구조물(15), 냉매(11), 지지부(10a)(또는 냉각조(10))가 접하는 부분인 삼중점(triple point)(S)에서 전기적 전계가 집중되는 취약점(weak point)가 형성된다. By the way, as shown in FIGS. 2A and 2B, a triple point, which is a part where the
삼중점(S)은 전계에서 이상을 보이는 취약점으로서, 초전도 전력기기 내부 구조에서 항상 존재한다. The triple point (S) is a vulnerability that shows abnormalities in the electric field, and it always exists in the internal structure of a superconducting power device.
삼중점은 3종류의 다른 물질의 접점으로 물질마다 외부 전계에 대한 내부 전계 분포가 차이가 나므로 접점에서 불연속성이 발생하고 전계 분포의 급작스런 변화가 유도된다.The triple point is a junction of three different materials, and since the internal electric field distribution to the external electric field differs for each material, discontinuity occurs at the contact point and a sudden change in electric field distribution is induced.
실제 삼중점에서 절연 파괴가 빈번하게 발생하므로 전계해석 시뮬레이션에서 삼중점(S)에서의 계산값은 신뢰하지 않는 것이 일반적이다.Since insulation breakdown occurs frequently at the actual triple point, it is common to not trust the calculated value at the triple point (S) in the electric field analysis simulation.
종래의 해결 방법 중 하나는 고전압부와 절연 구조물의 저전압부에 해당하는 삼중점으로 이루어진 경계 사이의 거리를 증가시키는 것이다. 그러나, 고전압 인가시 안전을 위해 절연거리가 계속 증가한다.One of the conventional solutions is to increase the distance between the boundary consisting of triple points corresponding to the high voltage part and the low voltage part of the insulating structure. However, when high voltage is applied, the insulation distance continues to increase for safety.
도 2b는 계산의 예이다. 송전급 초전도 한류기의 경우, 고전압부와 저전압부가 600mm 이하로 가까워서 750kV에 대한 계산시 삼중점에서의 전계 계산 결과가 ~6.3kV/mm이다. 이는 일반적인 액체 질소 내에서 절연 파괴가 예상되므로 컴팩트한 설계를 위해 삼중점에서의 전계 완화가 필요하다.2B is an example of calculation. In the case of a transmission class superconducting fault current limiter, the electric field calculation result at the triple point is ~6.3kV/mm when calculating for 750kV because the high voltage part and the low voltage part are close to 600mm or less. This is because dielectric breakdown is expected in general liquid nitrogen, so electric field relaxation at triple points is required for a compact design.
본 발명의 목적은 초전도 전력기기의 삼중점의 전계를 완화하기 위해 쉴드링을 설치하되, 가장 효과적인 전계 완화가 가능하도록 쉴드링을 이중곡률 구조로 하여 절연 파괴의 위험 요소가 제거되도록 한 초전도 전력기기를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a superconducting power device in which a shielding ring is installed to mitigate the electric field of a triple point of a superconducting power device, but the shielding has a double curvature structure to enable the most effective electric field relaxation. To provide.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 냉매가 충진된 냉각조에 수용되는 초전도 소자와, 상기 냉각조의 내부에 설치되어 상기 초전도 소자를 상기 냉각조와 이격시켜 절연시키는 절연 구조물과, 상기 절연 구조물의 삼중점이 있는 면에 전계 완화를 위해 설치되는 금속 쉴드링을 포함한다.According to the features of the present invention for achieving the object as described above, the present invention provides a superconducting element accommodated in a cooling tank filled with a refrigerant, and an insulation installed inside the cooling tank to insulate the superconducting element apart from the cooling tank. It includes a structure and a metal shielding ring installed to mitigate an electric field on a surface having a triple point of the insulating structure.
상기 금속 쉴드링은 상기 절연 구조물의 삼중점을 가리거나 숨기는 곡선부를 구비하되, 상기 곡선부는 요입된 하나 이상의 변곡점을 구비하여 상기 변곡점을 기준으로 곡률 반경이 다른 복수의 곡선부로 나누어진 이중곡률 또는 다중곡률 금속 쉴드링이다.The metal shielding has a curved portion that covers or hides the triple point of the insulating structure, wherein the curved portion has at least one concave inflection point, and is divided into a plurality of curved portions having a different radius of curvature based on the inflection point. It is a metal shield ring.
상기 이중곡률 금속 쉴드링에 의한 전계 완화는, (B)-(T)의 거리≤(A)-(T)의 거리 조건을 만족한다.The electric field relaxation by the double curvature metal shielding satisfies a distance condition of (B)-(T) ≤ (A)-(T).
[여기서, (A)는 변곡점, (B)는 삼중점이 있는 면, (T)는 삼중점에서 먼 위치의 곡선부의 최대 돌출부의 접선임.][Here, (A) is the inflection point, (B) is the surface with the triple point, and (T) is the tangent line of the maximum protrusion of the curved portion far from the triple point.]
상기 이중곡률 금속 쉴드링은 곡선부의 곡률이 다른 두 개의 금속 쉴드링이 상하 서로 부착되어 하나는 상기 절연 구조물을 지지하고 다른 하나는 전계 완화를 수행한다.In the double-curvature metal shielding ring, two metal shielding rings having different curvatures of a curved portion are attached to each other up and down so that one supports the insulating structure and the other performs electric field relaxation.
상기 절연 구조물의 삼중점이 있는 면에 상기 이중곡률 또는 다중곡률 금속 쉴드링의 설치시 상기 삼중점이 있는 면에 집중되는 전계는 10kV/mm 이하이다.When the double-curvature or multi-curvature metal shielding ring is installed on the surface of the insulating structure with the triple point, the electric field concentrated on the surface of the triple point is 10 kV/mm or less.
본 발명은 초전도 전력기기에서 삼중점이 발생하는 절연 구조물의 말단에 이중곡률 금속 쉴드링을 설치함에 의해 삼중점에 집중된 전계를 분산하여 전계 완화의 효과를 향상시킨다.The present invention improves the electric field relaxation effect by dispersing an electric field concentrated at the triple point by installing a double curvature metal shielding ring at the end of an insulating structure where a triple point occurs in a superconducting power device.
따라서, 절연 구조물의 절연 파괴의 위험 요소를 제거할 수 있어 초전도 전력기기의 안전을 향상시킬 수 있으며, 절연 효과 상승으로 전력기기의 크기를 축소하여 경제적이고 콤팩트한 초전도 전력기기의 설계를 가능하게 하는 효과가 있다. Therefore, it is possible to remove the risk of insulation breakdown of the insulating structure, thereby improving the safety of the superconducting power device, and reducing the size of the power device by increasing the insulation effect, enabling the design of economical and compact superconducting power devices. It works.
도 1은 초전도 전력기기의 냉각조 내부를 보인 도면.
도 2a는 절연 구조물을 보인 도면이고, 도 2b는 도 2a의 절연 구조물(RFP)과 냉매(액체 질소), 지지부(SUS)가 접하는 부분의 전압분포를 보인 도면.
도 3은 본 발명에 의한 초전도 전력기기에 이중곡률 금속 쉴드링이 설치된 상태를 보인 도면.
도 4는 본 발명의 실시예로 절연 구조물의 말단에 이중곡률 금속 쉴드링이 설치된 상태를 보인 측면도.
도 5는 본 발명의 실시예로 (B)-(T)의 거리≤(A)-(T)의 거리 조건을 만족하도록 이중곡률 금속 쉴드링을 설치한 경우의 전압분포를 보인 도면.
도 6은 본 발명의 실시예로 (B)-(T)의 거리 > (A)-(T) 거리 조건을 만족하도록 이중곡률 금속 쉴드링을 설치한 경우의 전압분포를 보인 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 이중곡률 금속 쉴드링을 보인 도면.
도 8은 도 7을 초전도 한류기의 절연 구조물에 적용한 경우 전압분포를 보인 도면.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예의 이중곡률 금속 쉴드링을 보인 도면.
도 10은 도 9를 초전도 한류기의 절연 구조물에 적용한 경우 전압분포를 보인 도면.
도 11은 비교예1로 단일곡률 금속 쉴드링을 초전도 한류기의 절연 구조물에 적용한 경우 전압분포를 보인 도면.
도 12a 및 도 12b는 비교예2로 금속 구조물을 초전도 한류기의 절연 구조물 내부에 적용한 경우 전압분포를 보인 도면. 1 is a view showing the inside of a cooling tank of a superconducting power device.
FIG. 2A is a view showing an insulating structure, and FIG. 2B is a view showing a voltage distribution in a portion where the insulating structure RFP of FIG. 2A, a refrigerant (liquid nitrogen), and a support part SUS contact each other.
3 is a view showing a state in which a double curvature metal shield ring is installed in a superconducting power device according to the present invention.
Figure 4 is a side view showing a state in which a double curvature metal shielding ring is installed at an end of an insulating structure according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a voltage distribution when a double curvature metal shielding ring is installed to satisfy a distance condition of (B)-(T) ≤ (A)-(T) in an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing a voltage distribution when a double curvature metal shielding ring is installed to satisfy the (B)-(T) distance> (A)-(T) distance condition as an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a double curvature metal shielding ring according to another embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing a voltage distribution when FIG. 7 is applied to an insulating structure of a superconducting fault current limiter.
9 is a view showing a double curvature metal shielding ring according to another embodiment of the present invention.
10 is a diagram showing a voltage distribution when FIG. 9 is applied to an insulating structure of a superconducting current limiter.
11 is a view showing voltage distribution when a single curvature metal shielding ring is applied to an insulating structure of a superconducting current limiter as Comparative Example 1. FIG.
12A and 12B are diagrams showing a voltage distribution when a metal structure is applied to an insulating structure of a superconducting current limiter as Comparative Example 2;
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 초전도 전력기기는, 삼중점의 전계를 완화하기 위해 쉴드링을 설치하되, 이중곡률 쉴드링을 설치하여 가장 효과적인 전계 완화가 가능하도록 한다. In the superconducting power device of the present invention, a shield ring is installed to mitigate the electric field of a triple point, but a double curvature shield ring is installed to enable the most effective electric field relaxation.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 초전도 전력기기는 냉매(11)가 충진된 냉각조(10)에 수용되는 초전도 소자(13)와, 냉각조(10)의 내부에 설치되어 초전도 소자(13)를 냉각조(10)와 이격시켜 절연시키는 절연 구조물(15), 절연 구조물(15)의 삼중점(S)이 있는 면에 전계 완화를 위해 설치되는 금속 쉴드링(17)을 포함한다.Specifically, as shown in FIG. 3, the superconducting power device includes a
초전도 소자(13)는 절연물에 감겨진 초전도 코일 형태로 냉각조(10)에 수용된다. 절연물은 냉매의 유동경로 확보 및 초전도 코일과 냉매와의 원활한 접촉을 위해 망사형태로 형성될 수 있다. 초전도 소자(13)에는 고전압이 인가된다.The
냉각조(10)는 냉매가 충진된 내부용기와 내부용기의 외측면을 감싸고 내부용기와의 사이에 단열층을 형성하는 외부용기를 포함할 수 있다.The
냉매(11)는 액체 질소, 액체 헬륨 등이 해당할 수 있다.The
절연 구조물(15)은 절연 내력과 기계적 강도를 확보함과 동시에 냉각조(10)의 부피를 줄여 컴팩트한 초전도 전력기기의 제작을 가능하게 한다. 절연 구조물(15)을 사용한 경우 냉각조에 냉매(11)만 충진한 경우에 비해 절연거리를 줄일 수 있어 냉각조(10)의 부피를 줄일 수 있다.The
절연 구조물(15)은 섬유강화 플라스틱(FRP) 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 섬유강화 플라스틱 재질은 플라스틱에 비해 인장강도가 높고 가벼우며 극저온에서 전기적 절연성능이 우수하여 절연 구조물로 사용하기 용이하다. The
그러나, 절연 구조물(15)은 PPLP, Tyvek, 절연지, 폴리이미드, 캡톤 재질 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수도 있다.However, the
절연 구조물(15)은 둥근 원통형상으로 냉각조(10)와 초전도 소자(13)의 사이에 복수 개가 설치될 수 있다.The
절연 구조물(15)의 말단에 SUS 재질의 지지부(10a)가 더 설치될 수 있다. 지지부(10)는 절연 구조물(15)을 냉각조(10)에 고정하는 역할을 한다.A
쉴드링은 삼중점(S)에서의 전계 완화와 절연 구조물(15) 고정의 두 가지 기능을 수행하기 위해 금속 쉴드링(17)을 사용한다. The shielding ring uses a
금속 쉴드링(17)은 링 형상으로 제작되어 절연 구조물(15)의 외면에 끼워지는 형태 또는 저면이 막힌 링 형상으로 제작되어 절연 구조물(15)의 말단을 감싸면서 외면에 끼워지는 형태일 수 있다.The
절연 구조물(15)의 말단은 삼중점(S)이 있는(발생하는) 면이 된다. 삼중점(S)은 3종류의 다른 물질(또는 물질의 3상)의 접점으로, 절연 구조물(15), 냉매(11), 지지부(10a)(또는 냉각조(10))가 접하게 된다. The end of the
금속 쉴드링을 설치하는 경우 삼중점은 절연 구조물(15), 냉매(11), 금속 쉴드링(17)이 접하는 접점이 된다.When the metal shielding ring is installed, the triple point is a contact point where the insulating
금속 쉴드링(17)은 삼중점에서 각 구조물이 만나는 각도를 조정하여 물질의 3상의 접점에서 전계가 집중되는 것을 방지한다. The
금속 쉴드링(17)은 이중곡률 금속 쉴드링 또는 다중곡률 금속 쉴드링인 것이 바람직하다. 다중곡률 금속 쉴드링은 삼중곡률, 사중곡률 금속 쉴드링을 포함한다.The
금속 쉴드링(17)은 SUS, 알루미늄, 알루미늄 합금 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다.The
일 실시예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 이중곡률 또는 다중곡률 금속 쉴드링(17)은 절연 구조물(15)의 삼중점을 가리거나 숨기는 곡선부(18)를 구비하되, 곡선부(18)에 요입된 하나 이상의 변곡점(A)을 구비함으로써 변곡점(A)을 기준으로 곡률 반경이 다른 복수의 곡선부(18a,18b)로 나누어진 구조를 갖는다. In one embodiment, as shown in Figure 4, the double-curvature or multi-curvature
변곡점(A)을 기준으로 두 곡선부로 나누어진 경우 두 곡선부를 제1곡선부(18a)와 제2곡선부(18b)로 칭할 수 있다.When divided into two curved portions based on the inflection point A, the two curved portions may be referred to as a first
이중곡률 금속 쉴드링(17)의 곡률 반경이 다른 두 곡선부는 절연 구조물(FRP), 냉매(액체질소), 이중곡률 금속 쉘드링(SUS)의 접점 각을 조정하여 삼중점에 집중된 전계를 분산시킬 수 있다.The two curved portions of the double curvature
금속 쉴드링을 단일곡률로 설계할 경우, 절연 구조물을 지지하기 위해 절연 구조물과 금속 쉴드링이 최대한 밀착되어야 한다. 이 경우 가공 공차 또는 실제 눈으로 확인되지 않는 간격이 발생하고 절연 구조물과 금속 쉴드링 사이에서 전계 집중을 완화할 수 없다.When designing a metal shielding ring with a single curvature, the insulating structure and the metal shielding ring should be closely attached to each other to support the insulating structure. In this case, machining tolerances or gaps that are not actually visible to the eye occur, and the electric field concentration between the insulating structure and the metal shielding cannot be alleviated.
단, 금속 쉴드링의 곡선부 반경을 크게하여 전계 완화 효과를 도모할 수도 있으나 반경이 제한 공간보다 커지게 되므로 제작 및 설치가 어렵게 된다.However, the electric field mitigation effect may be achieved by increasing the radius of the curved portion of the metal shield ring, but since the radius becomes larger than the limited space, manufacturing and installation are difficult.
따라서, 금속 쉴드링의 곡선부를 이중곡률로 설계하여 접점 각을 조정하는 방식으로 삼중점에 집중된 전계를 분산시킨다. Therefore, the electric field concentrated in the triple point is dispersed by adjusting the contact angle by designing the curved portion of the metal shield ring with a double curvature.
이중곡률 금속 쉴드링에 의한 전계 완화는, 도 5에 도시된 바와 같이, (B)-(T)의 거리≤(A)-(T)의 거리 조건을 만족하는 것이 바람직하다.As for the electric field relaxation by the double-curvature metal shielding, as shown in FIG. 5, it is preferable to satisfy the distance condition of (B)-(T) ≤ (A)-(T).
여기서, (A)는 변곡점, (B)는 삼중점이 있는 면, (T)는 삼중점에서 먼 위치의 곡선부(제2곡선부(18b))의 최대 돌출부의 접선이다. Here, (A) is an inflection point, (B) is a surface with a triple point, and (T) is a tangent line of the maximum protrusion of the curved portion (second
절연 구조물(15)의 삼중점이 있는 면(B)에 이중곡률 금속 쉴드링의 설치하고, (B)-(T)의 거리≤(A)-(T)의 거리 조건을 만족하도록 할 때, 도 2a, 도 2b의 계산 조건과 동일한 계산을 수행한 결과 전계는 4.0kV/mm 이하로 전계 완화 효과를 확인하였다.When the double-curvature metal shielding ring is installed on the surface (B) with the triple point of the insulating
(B)-(T)의 거리≤(A)-(T)의 거리 조건을 만족하지 않으면, 즉, (B)-(T)의 거리 > (A)-(T) 조건을 만족하면 전계 분산 효과가 조금 낮다. 이는 이중곡률을 적용하더라도 (B)-(T)의 거리≤(A)-(T)의 거리 조건을 만족하는 경우에 비해 전계 분산 효과가 조금 낮은 것이다. If the distance condition of (B)-(T) ≤ (A)-(T) is not satisfied, that is, if the distance of (B)-(T)> (A)-(T) condition is satisfied, the electric field dispersion The effect is a little low. This means that even if the double curvature is applied, the electric field dispersion effect is slightly lower than when the distance condition of (B)-(T) ≤ (A)-(T) is satisfied.
다른 실시예로, 이중곡률 금속 쉴드링은 상부면에만 곡선부가 형성되고 이 곡선부의 곡률이 변곡점을 기준으로 곡률 반경이 다른 두 곡선부로 나누어진 구조일 수 있다.In another embodiment, the double-curvature metal shielding ring may have a structure in which a curved portion is formed only on an upper surface, and the curvature of the curved portion is divided into two curved portions having a different radius of curvature based on the inflection point.
또 다른 실시예로, 이중곡률 금속 쉴드링은 곡선부의 곡률이 다른 두 개의 금속 쉴드링이 서로 부착되어 형성되거나 곡선부의 곡률이 다른 두 개의 금속 쉴드링이 서로 인접하게 배치되어 형성될 수 있다. In another embodiment, the double-curvature metal shielding ring may be formed by attaching two metal shielding rings having different curvatures of a curved portion to each other, or two metal shielding rings having different curvatures of the curved portion disposed adjacent to each other.
예를 들어, 두 금속 쉴드링 중 곡률 반경이 작은 금속 쉴드링이 절연 구조물을 고정하고 곡률 반경이 큰 금속 쉴드링이 절연 구조물의 삼중점의 전계 완화를 수행한다.
For example, among the two metal shielding rings, a metal shield ring having a small radius of curvature fixes the insulating structure, and a metal shield ring having a large radius of curvature performs electric field relaxation of the triple points of the insulating structure.
이하, 본 발명의 일 실시예, 다른 실시예, 또 다른 실시예를 비교예1, 비교예2와 대비하여 설명하기로 한다. Hereinafter, one embodiment, another embodiment, and another embodiment of the present invention will be described in comparison with Comparative Examples 1 and 2.
<일 실시예><One Example>
도 5는 초전도 전력기기 중 초전도 한류기에서 삼중점에 집중된 전계를 이중곡률 금속 쉴드링으로 분산시킨 것이다. FIG. 5 shows an electric field concentrated at a triple point in a superconducting current limiter among superconducting power devices being dispersed by a double curvature metal shield ring.
도 5는 (B)-(T)의 거리≤(A)-(T)의 거리 조건을 만족하도록 이중곡률 금속 쉴드링을 설계한 것이다. 여기서, (A)는 변곡점, (B)는 삼중점이 있는 면, (T)는 삼중점에서 먼 위치의 곡선부(제2곡선부(18b))의 최대 돌출부의 접선이다. 5 is a design of a double curvature metal shielding ring to satisfy a distance condition of (B)-(T) ≤ (A)-(T). Here, (A) is an inflection point, (B) is a surface with a triple point, and (T) is a tangent line of the maximum protrusion of the curved portion (second
도 5에 도시된 바에 의하면, 도 2b와 비교시 삼중점에서 집중되었던 전계가 곡률을 따라 분산됨이 확인된다.As shown in FIG. 5, it is confirmed that the electric field concentrated at the triple point is dispersed along the curvature when compared with FIG. 2B.
또한, 도 2a 및 도 2b의 계산 조건과 동일한 계산을 수행한 결과 전계는 4kV/mm 이하로 전계 완화 효과를 확인하였다.In addition, as a result of performing the same calculation as in the calculation conditions of FIGS. 2A and 2B, the electric field relaxation effect was confirmed as 4 kV/mm or less.
이를 통해, 삼중점이 발생하는 절연 구조물의 말단에 (B)-(T)의 거리≤(A)-(T)의 거리 조건을 만족하도록 이중곡률 금속 쉴드링을 설치하면 이중곡률 금속 쉴드링이 삼중점에 집중된 전계를 분산하여 전계 완화의 효과가 크게 있음을 확인할 수 있다.Through this, if the double curvature metal shielding ring is installed to satisfy the distance condition of (B)-(T) distance ≤ (A)-(T) at the end of the insulating structure where the triple point occurs, the double curvature metal shielding ring becomes a triple point. It can be seen that the effect of electric field relaxation is large by dispersing the electric field concentrated in.
한편, 도 6은 초전도 전력기기 중 초전도 한류기에서 삼중점에 집중된 전계를 이중곡률 금속 쉴드링으로 분산시킨 것이나, 이중곡률 금속 쉴드링이 (B)-(T)의 거리 > (A)-(T) 조건을 만족하도록 한 것이다.On the other hand, FIG. 6 shows that the electric field concentrated at the triple point in the superconducting current limiter among the superconducting power devices is dispersed with a double-curvature metal shielding ring, but the double-curvature metal shielding ring is the distance between (B)-(T)> (A)-(T ) To satisfy the condition.
여기서, (A)는 변곡점, (B)는 삼중점이 있는 면, (T)는 삼중점에서 먼 위치의 곡선부(제2곡선부(18b))의 최대 돌출부의 접선이다. Here, (A) is an inflection point, (B) is a surface with a triple point, and (T) is a tangent line of the maximum protrusion of the curved portion (second
도 6에 도시된 바에 의하면, 도 2b와 비교시 삼중점에서 집중되었던 전계가 곡률을 따라 분산됨이 확인되나 삼중점에도 전계가 일부 집중되어 있음이 확인된다. As shown in FIG. 6, compared with FIG. 2B, it is confirmed that the electric field concentrated at the triple point is dispersed along the curvature, but it is confirmed that the electric field is partially concentrated at the triple point.
또한, 전압 도 2a 및 도 2b의 계산 조건과 동일한 계산을 수행한 결과 E(전계)max=4.5kV/mm로 전계완화 효과가 (B)-(T)의 거리 > (A)-(T) 조건을 만족하는 경우에 비해 조금 낮음을 확인할 수 있다.In addition, as a result of performing the same calculation as in the calculation conditions of voltages Figs. 2A and 2B, the electric field relaxation effect is E (electric field) max = 4.5 kV/mm, and the electric field relaxation effect is the distance between (B)-(T)> (A)-(T) It can be seen that it is slightly lower than when the condition is satisfied.
이를 통해, 삼중점이 발생하는 절연 구조물의 말단에 이중곡률 금속 쉴드링을 설치하더라도 (B)-(T)의 거리≤(A)-(T)의 거리 조건을 만족하도록 하는 것이 중요함을 확인할 수 있다.
Through this, it can be confirmed that even if a double-curvature metal shielding ring is installed at the end of the insulating structure where the triple point occurs, it is important to satisfy the distance condition of (B)-(T) ≤ (A)-(T). have.
<다른 실시예><Another Example>
다른 실시예의 이중곡률 금속 쉴드링은, 도 7에 도시된 바와 같이, 상부면에만 곡선부가 형성되고 이 곡선부의 곡률이 변곡점을 기준으로 곡률 반경이 다른 두 곡선부로 나누어진 구조이다. In the double-curvature metal shielding ring of another embodiment, as shown in FIG. 7, a curved portion is formed only on an upper surface, and the curvature of the curved portion is divided into two curved portions having different radii of curvature based on the inflection point.
도 8은 도 7을 초전도 전력기기 중 초전도 한류기에 적용하여 전압분포를 측정한 것이다. FIG. 8 is a measurement of voltage distribution by applying FIG. 7 to a superconducting fault current limiter among superconducting power devices.
도 8에 도시된 바에 의하면, 도 2b와 비교시 삼중점에서 집중되었던 전계가 곡률을 따라 분산됨이 확인된다. As shown in FIG. 8, it is confirmed that the electric field concentrated at the triple point is dispersed along the curvature when compared with FIG. 2B.
이를 통해, 이중곡률 금속 쉴드링은 상부면에만 이중곡률이 형성되어도 삼중점에 집중된 전계를 분산하여 전계 완화의 효과가 있음을 확인할 수 있다.
Through this, it can be confirmed that the double curvature metal shielding has an effect of mitigating the electric field by dispersing the electric field concentrated in the triple point even if the double curvature is formed only on the upper surface.
<또 다른 실시예><Another Example>
또 다른 실시예의 이중곡률 금속 쉴드링은 도 9에 도시된 바와 같이, 곡선부의 곡률이 다른 두 개의 금속 쉴드링이 상하 서로 연결되어 형성되거나 곡선부의 곡률이 다른 두 개의 금속 쉴드링이 상하 서로 인접하게 배치되어 형성될 수 있다.The double-curvature metal shielding ring of another embodiment is formed by connecting two metal shielding rings having different curvatures of a curved portion up and down, or two metal shielding rings having different curvatures of a curved portion, as shown in FIG. 9. It can be arranged and formed.
도 9의 경우, A가 변곡점이 되고, B가 삼중점에서 먼 위치의 곡선부가 된다. In the case of Fig. 9, A becomes an inflection point, and B becomes a curved portion at a position far from the triple point.
도 10은 도 9를 초전도 전력기기 중 초전도 한류기에 적용하여 전압분포를 측정한 것이다. FIG. 10 is a measurement of voltage distribution by applying FIG. 9 to a superconducting current limiter among superconducting power devices.
도 10에 도시된 바에 의하면, 도 2b와 비교시 삼중점에 집중되었던 전계가 곡률을 따라 분산됨이 확인된다. As shown in FIG. 10, it is confirmed that the electric field concentrated at the triple point is dispersed along the curvature when compared with FIG. 2B.
이를 통해, 이중곡률 금속 쉴드링은 곡선부의 곡률이 다른 두 개의 금속 쉴드링이 상하 서로 부착되거나 인접하게 배치되게 형성되어도 삼중점에 집중된 전계를 분산하여 전계 완화의 효과가 있음을 확인할 수 있다.Through this, it can be seen that the double curvature metal shielding has an effect of mitigating the electric field by dispersing the electric field concentrated at the triple point even if two metal shielding rings having different curvatures of the curved portion are attached to each other or disposed adjacent to each other.
이러한, 이중곡률 금속 쉴드링에서 하부의 금속 쉴드링은 절연 구조물을 지지하고 상부의 금속 쉴드링은 전계완화를 담당한다.
In such a double curvature metal shield ring, the lower metal shield ring supports the insulating structure, and the upper metal shield ring serves to relieve the electric field.
<비교예1><Comparative Example 1>
비교예1은 단일곡률 금속 쉴드링을 초전도 한류기에 적용하여 전압분포를 측정한 것이다.In Comparative Example 1, a single curvature metal shielding ring was applied to a superconducting current limiter to measure the voltage distribution.
도 11에 도시된 바에 의하면, 단일곡률 금속 쉴드링의 곡선부 반경을 크게 하여도 완만한 곡선부로는 간격 a에 집중되는 전계를 완화시키지 못했다.As shown in Fig. 11, even if the radius of the curved portion of the single-curvature metal shield ring was increased, the electric field concentrated in the interval a was not relaxed with the gentle curved portion.
간격 a는 절연 구조물과 금속 쉴드링과의 간격으로 가공 공차 또는 실제 제작시 눈에 보이지 않는 틈새 같은 것에 의해 형성된다.The gap a is the gap between the insulating structure and the metal shielding ring, and is formed by processing tolerances or gaps that are not visible during actual manufacturing.
또한, 도 2a 및 도 2b의 계산 조건과 동일한 계산을 수행한 결과 E(전계)=5.0kV/mm로 계산되었다.
In addition, as a result of performing the same calculations as those of Figs. 2A and 2B, E (electric field) = 5.0 kV/mm was calculated.
<비교예2><Comparative Example 2>
비교예2는 금속 쉴드링 없이 절연 구조물 내부로 전계 집중을 위한 금속 구조물을 형성한 것이다. In Comparative Example 2, a metal structure for concentrating an electric field inside an insulating structure was formed without a metal shielding ring.
도 12a는 절연 구조물과 금속 구조물 사이에 에폭시 등의 절연물을 녹여 틈이 없는 경우이고, 도 12b는 절연 구조물과 금속 구조물 사이에 틈이 있는 경우이다. 12A is a case where there is no gap by melting an insulating material such as epoxy between the insulating structure and the metal structure, and FIG. 12B is a case where there is a gap between the insulating structure and the metal structure.
도 12a 및 도 12b에 도시된 바에 의하면, 절연 구조물과 금속 구조물 사이에 틈이 없는 경우 내부 Emax 값이 4.8kV/mm로 계산되었고, 절연 구조물과 금속 구조물 사이에 틈이 있는 경우 삼중점 Emax 값이 5.3kV/mm로 계산되었으며 내부 Emax 값이 15kV/mm로 계산되었다.12A and 12B, when there is no gap between the insulating structure and the metal structure, the internal Emax value was calculated as 4.8kV/mm, and when there is a gap between the insulating structure and the metal structure, the triple point Emax value is 5.3. It was calculated as kV/mm and the internal Emax value was calculated as 15 kV/mm.
특히, 절연 구조물과 금속 구조물 사이에 틈이 있는 경우에는 전계값이 더 상승하였다.In particular, when there is a gap between the insulating structure and the metal structure, the electric field value further increased.
이를 통해, 금속 쉴드링 없이 절연 구조물 내부로 전계 집중을 위한 금속 구조물을 형성하여도 전계 완화가 어려움을 확인할 수 있다.
Through this, it can be confirmed that it is difficult to reduce the electric field even if a metal structure for concentrating the electric field inside the insulating structure is formed without a metal shielding ring.
실시예들과 비교예들을 비교한 전산 모사 및 실험 경험을 통해, 삼중점이 발생하는 절연 구조물의 말단에 이중곡률 금속 쉴드링을 설치하면 삼중점에 집중된 전계를 분산하여 전계 완화의 효과가 있음을 확인할 수 있다.Through computational simulation and experimental experience comparing the examples and comparative examples, it can be confirmed that installing a double curvature metal shielding ring at the end of the insulating structure where the triple point occurs has an effect of mitigating the electric field by dispersing the electric field concentrated at the triple point. have.
더욱이, 이중곡률 금속 쉴드링이 (B)-(T)의 거리≤(A)-(T)의 거리 조건을 만족하도록 할 때 이중곡률 금속 쉴드링이 삼중점에 집중된 전계를 분산하여 전계 완화를 하는 효과가 최상이 됨을 확인할 수 있다.Moreover, when the double-curvature metal shielding ring satisfies the distance condition of (B)-(T) distance ≤ (A)-(T), the double-curvature metal shielding ring disperses the electric field concentrated at the triple point to relieve the electric field. You can see that the effect is best.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The scope of the present invention is not limited to the embodiments described above, but is defined by what is described in the claims, and it is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field of the present invention can make various modifications and adaptations within the scope of the claims. Do.
10: 냉각조 11: 냉매
13: 초전도 소자 15: 절연 구조물
17: (이중곡률) 금속 쉴드링 18: 곡선부
18a:제1곡선부 18b: 제2곡선부
A:변곡점 S: 삼중점 10: cooling tank 11: refrigerant
13: superconducting element 15: insulating structure
17: (double curvature) metal shielding 18: curved part
18a: first
A: inflection point S: triple point
Claims (5)
상기 냉각조의 내부에 설치되어 상기 초전도 소자를 상기 냉각조와 이격시켜 절연시키는 절연 구조물;
상기 절연 구조물의 삼중점이 있는 면에 전계 완화를 위해 설치되는 금속 쉴드링을 포함하고,
상기 금속 쉴드링은,
상기 절연 구조물의 삼중점을 가리거나 숨기는 곡선부를 구비하되,
상기 곡선부는 요입된 하나 이상의 변곡점을 구비하여 상기 변곡점을 기준으로 곡률 반경이 다른 복수의 곡선부로 나누어진 이중곡률 또는 다중곡률 금속 쉴드링인 것을 특징으로 하는 초전도 전력기기. A superconducting element accommodated in a cooling tank filled with a refrigerant;
An insulating structure installed inside the cooling tank to insulate the superconducting element from the cooling tank by being separated from the cooling tank;
Including a metal shield ring installed to mitigate an electric field on a surface of the insulating structure with a triple point,
The metal shielding ring,
Provided with a curved portion covering or hiding the triple point of the insulating structure,
The curved portion is a double-curvature or multi-curvature metal shielding ring having at least one concave inflection point and divided into a plurality of curved portions having a different radius of curvature based on the inflection point.
상기 이중곡률 금속 쉴드링에 의한 전계 완화는,
(B)-(T)의 거리≤(A)-(T)의 거리 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 초전도 전력기기.
[여기서, (A)는 변곡점, (B)는 삼중점이 있는 면, (T)는 삼중점에서 먼 위치의 곡선부의 최대 돌출부의 접선임.]The method according to claim 1,
The electric field relaxation by the double curvature metal shield ring,
A superconducting power device, characterized in that it satisfies a distance condition of (B)-(T) ≤ (A)-(T).
[Here, (A) is the inflection point, (B) is the surface with the triple point, and (T) is the tangent line of the maximum protrusion of the curved portion far from the triple point.]
상기 이중곡률 금속 쉴드링은
곡선부의 곡률이 다른 두 개의 금속 쉴드링이 상하 서로 부착되어 형성되며,
하나는 상기 절연 구조물을 지지하고 다른 하나는 전계 완화를 수행하는 것을 특징으로 하는 초전도 전력기기. The method according to claim 1,
The double curvature metal shield ring
It is formed by attaching two metal shield rings with different curvatures of the curved part to each other,
A superconducting power device, characterized in that one supports the insulating structure and the other performs electric field relaxation.
상기 절연 구조물의 삼중점이 있는 면에 상기 이중곡률 또는 다중곡률 금속 쉴드링의 설치시 상기 삼중점이 있는 면에 집중되는 전계는 10kV/mm 이하인 것을 특징으로 하는 초전도 전력기기. The method according to claim 1,
Superconducting power device, characterized in that when the double-curvature or multi-curvature metal shielding ring is installed on the surface of the insulating structure with the triple point, the electric field concentrated on the surface with the triple point is 10 kV/mm or less.
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