KR102213910B1 - 초전도 전력기기의 절연구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 전력기기의 절연구조에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 초전도 전력기기의 절연구조는, 길이방향 양측으로 전력케이블이 연결된 초전도 전력기기가 보관되며, 냉매가 채워지는 외함과, 상기 초전도 전력기기의 외부를 감싸되, 상기 초전도 전력기기의 외부와 이격되어 냉매가 순환될 수 있도록 연결부재를 매개로 설치되는 내부 등전위 쉴드링과, 상기 내부 등전위 쉴드의 외부에 설치되는 외부 등전위 쉴드링 및 상기 내부 등전위 쉴드링과 상기 외부 등전위 쉴드링 사이에 채워지는 절연물이 포함되는 것을 특징으로 한다.
이상 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 초전도 전력기기의 외부에 2개의 등전위 쉴드링을 설치하되, 2개의 등전위 쉴드링 사이에는 초전도 전력기기의 절연을 위한 절연물을 채워넣어 초전도 전력기기의 절연이 용이하고, 절연을 위한 별도의 공간을 줄일 수 있어 외함의 크기 및 부피를 줄일 수 있는 장점이 있다.

Description

초전도 전력기기의 절연구조{INSULATION STRUCTURE FOR SUPER-CONDUCTING POWER APPARATUS}

본 발명은 초전도 전력기기의 절연구조에 관한 것으로서, 더 상세하게는 초전도 전력기기의 외부에 2개의 등전위 쉴드링을 설치하되, 2개의 등전위 쉴드링 사이에는 초전도 전력기기의 절연을 위한 절연물을 채워넣어 초전도 전력기기의 절연이 용이하고, 절연을 위한 별도의 공간을 줄일 수 있어 외함의 크기 및 부피를 줄일 수 있는 초전도 전력기기의 절연구조에 관한 것이다.

일반적으로 초전도 전력기기(한류기, 자기에너지 저장장치, 변압기)는 초전도 전력기기에 사용되는 초전도 선재의 냉각과 고전압이 인가되는 부분의 절연을 위하여 액체 질소 또는 액체 헬륨과 같은 냉매를 이용하여 냉각하며, 초전도 전력기기와 외함(냉각조) 사이에는 액체냉매 또는 가스를 채우고 간격을 유지하여 절연을 유지한다.

또한, 전도 냉각 방식의 기기에서는 냉각이 이루어지는 열전도 경로에 전기절연물을 삽입하고 고전압이 인가되는 부분을 외함과 일정거리를 유지하여 전기적인 절연내력을 확보한다.

이때, 열전도를 막기 위하여 외함과 초전도 전력기기의 사이는 진공 또는 절연가스로 채운다.

도 1 내지 도 2는 종래기술에 따른 초전도 전력기기의 절연 및 냉각구조의 구성을 보인 도면이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 초전도 전력기기(1)는 외함(2)의 내부에 배치되되, 초전도 전력기기(1)의 냉각을 위해 외함(2)의 내부는 냉매(액체 질소)(3)로 채워진다.

그러나, 상기와 같은 방식으로도 전기적인 절연을 확보할 수는 있으나 절연내력이 낮은 가스 또는 액체 냉매에서는 초전도 전력기기에 인가되는 전압이 높아지고 규격에서 요구하는 절연강도가 커질수록 필요한 절연거리가 길어져서 외함의 부피가 커지고, 사용되는 냉매의 양이 많아지므로 냉매의 극저온 상태의 유지가 곤란한 문제점이 있었다.

이와 관련된 선행기술로는 한국공개특허 제10-1989-0009040호(발명의 명칭:초전도 한류기, 공개일자:1989년 07월 13일)가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 초전도 전력기기의 외부에 2개의 등전위 쉴드링을 설치하되, 2개의 등전위 쉴드링 사이에는 초전도 전력기기의 절연을 위한 절연물을 채워넣어 초전도 전력기기의 절연이 용이하고, 절연을 위한 별도의 공간을 줄일 수 있어 외함의 크기 및 부피를 줄일 수 있는 초전도 전력기기의 절연구조를 제공하는 것이다.

또한, 상기와 같이 외함의 크기를 줄일 수 있어 냉매의 양을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 냉동기로 냉각하기 위한 냉매의 양이 줄어들어 냉매의 극저온 상태를 유지하기 용이한 초전도 전력기기의 절연구조를 제공하는 것이다.

또한, 상기와 같이 냉매의 극저온 상태의 유지가 용이함으로 인하여 종래 대비 초전도 전력기기의 냉각효율이 우수한 초전도 전력기기의 절연구조를 제공하는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 초전도 전력기기의 절연구조는, 길이방향 양측으로 전력케이블이 연결된 초전도 전력기기가 보관되며, 냉매가 채워지는 외함과, 상기 초전도 전력기기의 외부를 감싸되, 상기 초전도 전력기기의 외부와 이격되어 냉매가 순환될 수 있도록 연결부재를 매개로 설치되는 내부 등전위 쉴드링과, 상기 내부 등전위 쉴드의 외부에 설치되는 외부 등전위 쉴드링 및 상기 내부 등전위 쉴드링과 상기 외부 등전위 쉴드링 사이에 채워지는 절연물이 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전력케이블과 연결되는 상기 초전도 전력기기의 외부는 하우징에 의해 감싸지며, 상기 하우징의 양측은 쉴드 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부 등전위 쉴드링은, 초전도 전력기기의 전기장의 급격한 변화를 완화시킬 수 있도록 양측 단부가 상기 하우징의 양측 단부를 향하여 절곡형성되는 절곡부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외부 등전위 쉴드링은 상기 외함의 내벽에 밀착 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉매에 의해 상기 외부 등전위 쉴드링이 냉각되도록 상기 외부 등전위 쉴드링의 길이방향 외주면을 따라 형성되는 복수의 냉각홈이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉매에 의해 상기 내부 등전위 쉴드링과 상기 외부 등전위 쉴드링이 냉각되도록 상기 절연물의 길이방향을 따라 형성되는 냉각유로가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

이상 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 초전도 전력기기의 외부에 2개의 등전위 쉴드링을 설치하되, 2개의 등전위 쉴드링 사이에는 초전도 전력기기의 절연을 위한 절연물을 채워넣어 초전도 전력기기의 절연이 용이하고, 절연을 위한 별도의 공간을 줄일 수 있어 외함의 크기 및 부피를 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기와 같이 외함의 크기를 줄일 수 있어 냉매의 양을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 냉동기로 냉각하기 위한 냉매의 양이 줄어들어 냉매의 극저온 상태를 유지하기 용이한 장점이 있다.

또한, 상기와 같이 냉매의 극저온 상태의 유지가 용이함으로 인하여 종래 대비 초전도 전력기기의 냉각효율이 우수한 장점이 있다.

도 1 내지 도 2는 종래기술에 따른 초전도 전력기기의 절연구조의 구성을 보인 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초전도 전력기기의 절연구조의 구성을 보인 도면이다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초전도 전력기기의 절연구조의 구성을 보인 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 동일한 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초전도 전력기기의 절연구조의 구성을 보인 도면이다.

본 발명의 바람작한 실시예에 따른 초전도 전력기기의 절연구조는, 외함(100), 내부 등전위 쉴드링(200), 외부 등전위 쉴드링(300) 및 절연물(400)이 포함된다.

상기 외함(100)은 내부에 초전도 전력기기(10)가 보관되며, 내부에는 상기 초전도 전력기기(10)의 냉각을 위한 냉매(20)가 채워지는데, 본 발명에서 상기 냉매(20)는 예컨대, 액체 상태에서 극저온을 띄는 액체 질소, CO2, 수소, 메탄, 헬륨 등일 수 있으며, 상기 외함(100)은 접지될 수 있다.

상기와 같은 냉매는 별도의 냉동기(미도시)에 의해 열교환하여 극저온의 상태를 유지할 수 있으며, 일반적으로 액체 질소를 널리 사용한다.

또한, 상기 외함(100)에는 초전도 전력기기(10)와 연결되는 전력케이블(30)이 외부와 연결될 수 있도록 2개의 출입구(120)가 구비되며, 진공상태의 단열층(110)이 구비되는 것이 바람직하다.

상기 초전도 전력기기(10)의 외부는 하우징에 의해 감싸지되, 상기 하우징의 양측은 상기 전력케이블(30)과의 연결을 위해 쉴드(shield) 형상으로 제작되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 초전도 전력기기(10)의 외부에는 관형상의 내부 등전위 쉴드링(200)이 구비된다.

상기 내부 등전위 쉴드링(200)은, 초전도 전력기기(10)의 외부를 감싸는 부재로서, 이러한 내부 등전위 쉴드링(200)은 별도의 연결부재(40)를 매개로 초전도 전력기기(10)와 이격되어 배치된다.

상기와 같이 이격되면서 형성되는 초전도 전력기기(10)의 외주면과 내부 등전위 쉴드링(200) 사이의 공간에는 냉매(20)가 이동되어 초전도 전력기기(10)와 내부 등전위 쉴드링(200)을 냉각한다.

또한, 상기 내부 등전위 쉴드링(200)의 양측 단부에는 각각 상기 하우징의 양측 단부, 즉, 내측을 향하여 절곡되는 절곡부(210)가 형성되는데, 이러한 절곡부(210)는 초전도 전력기기(10)의 급격한 자기장의 변화를 완화시키는 역할을 한다.

한편, 상기 내부 등전위 쉴드링(200)의 외부에는 관형상의 외부 등전위 쉴드링(300)이 구비되며, 내부 등전위 쉴드링(200)과 외부 등전위 쉴드링(300) 사이에는 절연을 위한 절연물(예:절연종이, 폴리이미드-폴리머 수지 등)(400)이 채워진다.

상기와 같은 외부 등전위 쉴드링(300) 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 외함(100)의 내벽에 밀착되어 고정 설치될 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초전도 전력기기의 절연 및 냉각구조는, 냉매(20)가 유동될 수 있는 1개 또는 2개의 유로가 형성될 수 있는 것을 특징으로 한다.

조금 더 상세하게 설명하면, 상술한 외부 등전위 쉴드링(300)의 외주면에는 도 4의 부분확대도에 도시된 바와 같이, 냉각홈(310)이 형성되는데, 이러한 냉각홈(310)은 외부 등전위 쉴드링(300)의 외주면에 복수개 구비될 수 있다.

상기와 같은 냉각홈(310)은 외함(100)의 내벽과 외부 등전위 쉴드링(300) 사이에 공간, 즉, 유로를 형성시키는 역할을 하며, 이러한 냉각홈(310)에는 냉매(20)가 이동되어 외부 등전위 쉴드링(300)을 냉각할 수 있다.

또한, 상술한 절연물(400)의 길이방향으로 냉각유로(410)를 형성시켜 이러한 냉각유로(410)를 통해 냉매(20)가 이동될 수 있으며, 냉각유로(410)를 통과하는 냉매(20)는 내부 등전위 쉴드링(200), 절연물(400), 외부 등전위 쉴드링(300) 모두를 동시에 냉각할 수 있을 것이다.

상기와 같은 2개의 유로는 모두 형성될 수도 있으나, 어느 하나의 유로만 형성될 수도 있을 것이다.

상기와 같은 냉각홈(310)에 의해 외부 등전위 쉴드링(300)은 외함(100)의 내벽에 밀착되어도 외부 등전위 쉴드링(300)의 냉각이 가능하며, 이에 따라, 본 발명의 외함(100)은 종래기술에 따른 외함보다 훨씬 작은 크기로 설계 및 제작될 수 있다.

또한, 종래 대비 크기가 작아진 외함(100)에 의해 냉매의 양을 줄일 수 있고, 냉매(20)의 양을 줄임으로 인하여 냉동기에 의한 냉매(20)의 극저온 상태 유지가 용이하여 효율적으로 냉매의 극저온 상태를 유지할 수 있다.

한편, 도 5 내지 도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초전도 전력기기의 절연 및 냉각구조의 구성을 보인 도면이 도시되어 있다.

도 5는 외함의 내부에 3개의 초전도 전력기기가 보관되는 실시예이며, 도 6은 외함의 내부에 2개의 초전도 전력기기가 보관되는 실시예이다.

도 5에 도시된 바와 같이 3개의 초전도 전력기기는 예컨대, 3상의 고전압 초전도 전력기기일 수 있으며, 도 6에 도시된 2개의 초전도 전력기기는 HVDC(High Voltage Direct Current)용 초전도 전력기기일 수 있다.

도면과 명세서에서 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10-초전도 전력기기
20-냉매
30-전력케이블
40-연결부재
100-외함 110-단열층
120-출입구
200-내부 등전위 쉴드링 210-절곡부
300-외부 등전위 쉴드링 310-냉각홈
400-절연물 410-냉각유로

Claims (6)

1. 길이방향 양측으로 전력케이블이 연결된 초전도 전력기기가 보관되며, 냉매가 채워지는 외함과,
   상기 초전도 전력기기의 외부를 감싸되, 상기 초전도 전력기기의 외부와 이격되어 냉매가 순환될 수 있도록 연결부재를 매개로 설치되는 내부 등전위 쉴드링과,
   상기 내부 등전위 쉴드의 외부에 설치되는 외부 등전위 쉴드링 및
   상기 내부 등전위 쉴드링과 상기 외부 등전위 쉴드링 사이에 채워지는 절연물이 포함되고,
   상기 전력케이블과 연결되는 상기 초전도 전력기기의 외부는 하우징에 의해 감싸지며, 상기 하우징의 양측은 쉴드 형상을 갖고,
   상기 내부 등전위 쉴드링은,
   초전도 전력기기의 전기장의 급격한 변화를 완화시킬 수 있도록 양측 단부가 상기 하우징의 양측 단부를 향하여 절곡형성되는 절곡부가 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 전력기기의 절연 및 냉각구조.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부 등전위 쉴드링은 상기 외함의 내벽에 밀착 고정되는 것을 특징으로 하는 초전도 전력기기의 절연 및 냉각구조.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 냉매에 의해 상기 외부 등전위 쉴드링이 냉각되도록 상기 외부 등전위 쉴드링의 길이방향 외주면을 따라 형성되는 복수의 냉각홈이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 초전도 전력기기의 절연 및 냉각구조.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉매에 의해 상기 내부 등전위 쉴드링과 상기 외부 등전위 쉴드링이 냉각되도록 상기 절연물의 길이방향을 따라 형성되는 냉각유로가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 초전도 전력기기의 절연 및 냉각구조.

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