KR102519351B1 - Superconductive cable system using multiple pressure regulating apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템이 개시된다. 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템은, 액체질소를 냉각하는 액체질소 냉각장치; 상기 액체질소 냉각장치 후단에 구비되어 액체질소를 초전도 케이블 시스템에 순환시키기 위한 순환부; 상기 순환부 후단에 구비되어 초전도 케이블의 일단이 연결되는 제1 종단 접속부; 상기 제1 종단 접속부와 일단이 연결된 초전도 케이블 상기 초전도 케이블의 타단이 연결된 제2 종단 접속부; 상기 제2 종단 접속부와 연결되어 액체질소 순환로를 구성하는 액체질소 귀로; 상기 액체질소 귀로와 연결되고 액체질소 냉각장치 전단에 구비되며, 정상운전 상태 시 초전도 케이블 시스템 내 액체질소의 압력을 조절하기 위한 정상 압력조절 장치; 및 상기 정상 압력조절 장치와 병렬로 구성되어, 액체질소 귀로와 연결되고 액체질소 냉각장치 전단에 구비되며, 설계치 이상의 고장전류 유입 시 초전도 케이블 시스템 내 액체질소의 압력을 조절하기 위한 과도 압력조절 장치를 포함하여 구성된다.The present invention discloses a superconducting cable system using multiple pressure regulators. A superconducting cable system using a multi-pressure regulator according to an embodiment of the present invention includes a liquid nitrogen cooling device for cooling liquid nitrogen; a circulation unit provided at a rear end of the liquid nitrogen cooling device to circulate liquid nitrogen through the superconducting cable system; a first termination connector provided at a rear end of the circulation unit and to which one end of the superconducting cable is connected; a superconducting cable having one end connected to the first termination connection part and a second termination connection part to which the other end of the superconducting cable is connected; a liquid nitrogen return path connected to the second termination connector and constituting a liquid nitrogen circulation path; a normal pressure regulator connected to the liquid nitrogen return path and provided at a front end of the liquid nitrogen cooling device, for regulating the pressure of liquid nitrogen in the superconducting cable system in a normal operation state; And a transient pressure control device configured in parallel with the normal pressure control device, connected to the liquid nitrogen return path, provided at the front end of the liquid nitrogen cooling device, and controlling the pressure of liquid nitrogen in the superconducting cable system when a fault current exceeding a design value is introduced. composed of

Figure R1020220100295
Figure R1020220100295

Description

다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템 {SUPERCONDUCTIVE CABLE SYSTEM USING MULTIPLE PRESSURE REGULATING APPARATUS}Superconducting cable system using multiple pressure regulators {SUPERCONDUCTIVE CABLE SYSTEM USING MULTIPLE PRESSURE REGULATING APPARATUS}

본 발명은 다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초전도 케이블 시스템의 액체질소 압력을 조절하는 압력조절장치를 다중 구성함으로써 설계치 이상의 고장전류가 유입되는 과도상태에서 액체질소 압력을 신속하게 조절하여 시스템의 기계적 손상을 예방할 수 있는 다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a superconducting cable system using multiple pressure regulating devices, and more particularly, by configuring multiple pressure regulating devices for regulating the liquid nitrogen pressure of the superconducting cable system, the liquid nitrogen pressure in a transient state in which a fault current exceeding a design value is introduced. The present invention relates to a superconducting cable system using a multi-pressure control device capable of quickly adjusting a pressure to prevent mechanical damage to the system.

일반적으로 초전도 케이블은 영하 196℃ 정도의 극저온에서 이상적으로 전기 저항이 사라지는 초전도 현상을 이용한 전력 케이블로 초전도 현상을 유지하기 위해 냉각장치를 사용하여 극저온 상태로 유지된 액체질소를 냉매로 사용하게 된다. 따라서 액체질소는 외부의 열 침입과 일반 케이블 대비 적은 양으로 발생하는 교류손실로 인해 냉각장치로 순환되어 재 냉각 되어야 한다. 이러한 액체 질소는 케이블의 절연부에 함침되어 절연성능을 유지하게 되는데 액체 질소의 압력이 높을수록 절연성능이 우수해지고 액체 질소의 기화점이 높아지게 되는 특성이 있다.In general, superconducting cables are power cables using superconductivity, in which electrical resistance ideally disappears at cryogenic temperatures of about minus 196°C. Therefore, liquid nitrogen must be circulated to the cooling device and re-cooled due to external heat invasion and AC loss that occurs in a smaller amount compared to general cables. Such liquid nitrogen is impregnated into the insulation of the cable to maintain insulation performance. The higher the pressure of the liquid nitrogen, the better the insulation performance and the higher the vaporization point of the liquid nitrogen.

초전도 케이블은 고장전류와 같은 큰 전류가 유입되면 초전도 특성을 잃게 되는 켄치(Quench) 현상이 발생하게 된다. 그러면 고장전류는 초전도 케이블의 포머라 불리는 구리도체를 통해 통전되게 되는데, 이때 구리도체의 저항성분에 따라 발열이 생겨나 액체질소 기화 온도 이상이 되면, 액체질소는 순식간에 기화되고 압력이 수십배 이상 증가하여 초전도 케이블을 포함한 시스템 전체에 기계적인 손상을 가져올 수 있다. 따라서 설계치의 고장전류가 유입되더라도 액체질소가 기화되는 온도로 발열되지 않도록 포머의 단면적을 산정하게 되며, 액체질소의 압력도 설계치 이상으로 일정하게 유지되어야 한다.When a large current such as a fault current flows into a superconducting cable, a quench phenomenon in which superconducting characteristics are lost occurs. Then, the fault current is conducted through the copper conductor called the former of the superconducting cable. At this time, heat is generated according to the resistance component of the copper conductor, and when the liquid nitrogen vaporization temperature exceeds the liquid nitrogen vaporization temperature, the liquid nitrogen vaporizes instantly and the pressure increases dozens of times or more. It can cause mechanical damage to the entire system including superconducting cables. Therefore, even if a fault current of the design value is introduced, the cross-sectional area of the former is calculated so that liquid nitrogen does not generate heat at the temperature at which it vaporizes, and the pressure of liquid nitrogen must also be kept constant above the design value.

이러한 특성들을 바탕으로 초전도 케이블 시스템은 초전도 케이블, 액체질소 냉각장치, 액체질소 순환장치, 액체질소 압력조절 장치 등으로 구성된다.Based on these characteristics, the superconducting cable system consists of a superconducting cable, a liquid nitrogen cooling device, a liquid nitrogen circulation device, and a liquid nitrogen pressure regulator.

도 1은 종래의 초전도 케이블 시스템의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a conventional superconducting cable system.

도 1을 참조하면, 종래의 초전도 케이블 시스템은 액체질소를 냉각하는 액체질소 냉각장치(10), 액체질소 냉각장치(10) 후단에 구비되어 액체질소를 초전도 케이블 시스템에 순환시키기 위한 순환부(20), 순환부(20) 후단에 구비되어 타 전력설비와 결합되고 초전도 케이블의 단말역할을 하는 제1 종단 접속부(30), 종단 접속부와 연결된 초전도 케이블(40), 타 전력설비와 결합되고 초전도 케이블의 또 다른 단말 역할을 하는 제2 종단 접속부(50), 제2 종단 접속부와 연결되어 액체질소 순환로를 구성하는 액체질소 귀로(60), 및 액체질소 귀로(60)와 연결되고 액체질소 냉각장치(10) 전단에 구비되며, 정상운전 상태 시 초전도 케이블 시스템 내 액체질소의 압력을 조절하기 위한 정상 압력조절 장치(70)를 포함하여 구성되어 있다.Referring to FIG. 1, a conventional superconducting cable system includes a liquid nitrogen cooler 10 for cooling liquid nitrogen and a circulation unit 20 provided at the rear end of the liquid nitrogen cooler 10 to circulate liquid nitrogen through the superconducting cable system. ), a first termination connector 30 provided at the rear end of the circulation unit 20 and combined with other power facilities and serving as a terminal of the superconducting cable, a superconducting cable 40 connected to the termination connector, and a superconducting cable coupled with other power facilities A second end connector 50 serving as another terminal of the, a liquid nitrogen return path 60 connected to the second end connector and constituting a liquid nitrogen circulation path, and a liquid nitrogen cooling device connected to the liquid nitrogen return path 60 ( 10) It is provided at the front end and includes a normal pressure regulator 70 for regulating the pressure of liquid nitrogen in the superconducting cable system during normal operation.

상기와 같은 종래의 초전도 케이블 시스템의 액체질소 압력조절 장치는 정상상태에서의 최고와 최저 압력 범위 내에서 시스템의 압력을 유지하는 목적으로 구성되어 있어 고장전류 유입 시에 대해서는 특별한 압력 조절을 고려하지는 않고 있다. 따라서, 광역고장과 같이 예상치를 초과하는 고장전류가 유입될 경우에는 포머 단면적의 한계로 액체질소 기화온도 이상으로 발열되어 액체질소는 순식간에 기화되고 대형 사고가 발생할 수 있는 문제점이 있었다. 이러한 대형 사고를 방지하기 위해서는 고장전류 유입시 바이패스 시킬 수 있는 별도의 선로를 구성하거나 고장전류 제한 장치를 부가적으로 사용하는 방안이 고려되고 있으나, 이는 많은 비용이 소요되며 고장전류 제한 장치는 아직 기술적으로 그 신뢰성이 충분히 입증되지 못하여 안전성에 문제가 있다.The liquid nitrogen pressure control device of the conventional superconducting cable system as described above is configured for the purpose of maintaining the pressure of the system within the maximum and minimum pressure ranges in a normal state, so it does not consider special pressure control for the inflow of fault current. there is. Therefore, when a fault current exceeding the expected level is introduced, such as a wide area fault, heat is generated above the liquid nitrogen vaporization temperature due to the limit of the cross-sectional area of the former, so that the liquid nitrogen is instantly vaporized and a large-scale accident may occur. In order to prevent such a large-scale accident, a method of constructing a separate line that can bypass the fault current or additionally using a fault current limiting device is being considered, but this requires a lot of cost and the fault current limiting device is not yet available. Technically, its reliability has not been sufficiently proven, so there is a problem with safety.

일본 공개특허출원 제 10-2016-100221 호Japanese Laid-Open Patent Application No. 10-2016-100221

본 발명의 일 실시 예는 상기 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 과도 압력조절 장치와 압력조절 장치 선택부를 초전도 케이블 시스템에 추가로 구성하여 예상 설계치 이상의 고장전류가 시스템에 유입되었을 때 액체질소의 순환 귀로를 과도 압력조절 장치로 선택하게 하여 액체질소 압력을 신속하게 상승시키고 액체질소의 기화점을 높임으로써 액체질소의 기화에 따른 팽창 압력으로부터 시스템의 기계적 손상을 방지할 수 있는 다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템을 제공하고자 한다.In an embodiment of the present invention, in order to overcome the problems of the prior art, a transient pressure regulating device and a pressure regulating device selector are additionally configured in the superconducting cable system, so that when a fault current greater than the expected design value is introduced into the system, liquid nitrogen is returned to the circulation. Superconductivity using multiple pressure regulators that can prevent mechanical damage to the system from the expansion pressure caused by the vaporization of liquid nitrogen by rapidly increasing the liquid nitrogen pressure and increasing the vaporization point of liquid nitrogen by selecting a transient pressure regulator as a transient pressure regulator We want to provide a cable system.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액체질소를 냉각하는 액체질소 냉각장치; 상기 액체질소 냉각장치 후단에 구비되어 액체질소를 초전도 케이블 시스템에 순환시키기 위한 순환부; 상기 순환부 후단에 구비되어 초전도 케이블의 일단이 연결되는 제1 종단 접속부; 상기 제1 종단 접속부와 일단이 연결된 초전도 케이블; 상기 초전도 케이블의 타단이 연결된 제2 종단 접속부; 상기 제2 종단 접속부와 연결되어 액체질소 순환로를 구성하는 액체질소 귀로; 상기 액체질소 귀로와 연결되고 액체질소 냉각장치 전단에 구비되며, 정상운전 상태 시 초전도 케이블 시스템 내 액체질소의 압력을 조절하기 위한 정상 압력조절 장치; 및 상기 정상 압력조절 장치와 병렬로 구성되어, 액체질소 귀로와 연결되고 액체질소 냉각장치 전단에 구비되며, 설계치 이상의 고장전류 유입 시 초전도 케이블 시스템 내 액체질소의 압력을 조절하기 위한 과도 압력조절 장치를 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, a liquid nitrogen cooling device for cooling liquid nitrogen; a circulation unit provided at a rear end of the liquid nitrogen cooling device to circulate liquid nitrogen through the superconducting cable system; a first termination connector provided at a rear end of the circulation unit and to which one end of the superconducting cable is connected; a superconducting cable having one end connected to the first termination connector; a second termination connector to which the other end of the superconducting cable is connected; a liquid nitrogen return path connected to the second termination connector and constituting a liquid nitrogen circulation path; a normal pressure regulator connected to the liquid nitrogen return path and provided at a front end of the liquid nitrogen cooling device, for regulating the pressure of liquid nitrogen in the superconducting cable system in a normal operation state; And a transient pressure control device configured in parallel with the normal pressure control device, connected to the liquid nitrogen return path, provided at the front end of the liquid nitrogen cooling device, and controlling the pressure of liquid nitrogen in the superconducting cable system when a fault current exceeding a design value is introduced. can include

상기 액체질소 귀로와 연결되고, 정상 압력조절 장치와 과도 압력조절 장치의 전단에 구비되어 시스템 상태에 따라 압력조절 장치를 선택하는 선택부를 더 포함할 수 있다.A selector connected to the liquid nitrogen return path and provided in front of the normal pressure control device and the transient pressure control device may further include a selector for selecting a pressure control device according to a system state.

상기 과도 압력조절 장치는, 액체질소; 상기 액체질소의 기화로 인한 기체질소를 충진하는 기체질소 충진부; 및 상기 액체질소를 기체질소로 기화시키는 히터장치부를 더 포함할 수 있다.The transient pressure regulating device may include liquid nitrogen; a gaseous nitrogen filling unit for filling gaseous nitrogen resulting from the vaporization of the liquid nitrogen; And it may further include a heater device for vaporizing the liquid nitrogen into gaseous nitrogen.

상기 과도 압력조절 장치는 감압을 위해 감압 밸브를 더 포함할 수 있다.The transient pressure control device may further include a pressure reducing valve for reducing pressure.

상기 과도 압력조절 장치는 초전도 케이블에 적용 가능할 수 있다.The transient pressure control device may be applicable to superconducting cables.

본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템은 예상 설계치 이상의 고장전류가 시스템에 유입되었을 때 액체질소의 순환 귀로를 과도 압력조절 장치로 선택하게 하여 액체질소 압력을 신속하게 상승시키고 액체질소의 기화점을 높임으로써 액체질소의 기화에 따른 팽창 압력으로부터 시스템의 기계적 손상을 방지하여 안전성을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a superconducting cable system using a multi-pressure control device selects a liquid nitrogen circulation return path as a transient pressure control device when a fault current exceeding an expected design value flows into the system, thereby rapidly increasing the liquid nitrogen pressure. By increasing the vaporization point of liquid nitrogen and increasing the vaporization point of liquid nitrogen, it is possible to provide an effect of improving safety by preventing mechanical damage of the system from expansion pressure due to vaporization of liquid nitrogen.

도 1은 종래의 초전도 케이블 시스템의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템을 구성하는 초전도 케이블 내부의 구조를 도시하는 모식도이다.
도 3은 다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템을 구성하는 과도 압력조절 장치의 내부 구조를 보이는 단면도이다.1 is a schematic diagram of a conventional superconducting cable system.
2 is a schematic diagram showing the internal structure of a superconducting cable constituting a superconducting cable system using a multi-pressure regulator according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram showing a superconducting cable system using multiple pressure regulators.
4 is a cross-sectional view showing the internal structure of a transient pressure regulator constituting a superconducting cable system using multiple pressure regulators according to an embodiment of the present invention.

이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.Embodiments described below are provided so that those skilled in the art can easily understand the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited thereto. In addition, matters represented in the accompanying drawings may be different from those actually implemented in the drawings schematically illustrated to easily explain the embodiments of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. It should be understood that when a component is referred to as being connected or connected to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle.

그리고 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결을 의미할 수 있다. And "connection" here includes a direct connection and an indirect connection between one member and another member, and may mean all physical connections such as adhesion, attachment, fastening, bonding, and coupling.

또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.In addition, expressions such as 'first and second' are expressions used only to classify a plurality of components, and do not limit the order or other characteristics between the components.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. The terms "include" or "having" are intended to mean that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and that one or more other features or numbers, It can be interpreted that steps, actions, components, parts, or combinations thereof may be added.

도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템을 구성하는 초전도 케이블 내부의 구조를 도시하는 모식도가 도시되어 있다.2 is a schematic diagram showing the internal structure of a superconducting cable constituting a superconducting cable system using a multi-pressure regulator according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템에 사용되는 초전도 케이블(140)은, 일반적으로 포머(141), 초전도 도체부(142), 절연부(143), 초전도 차폐부(144), 내부 극저온 시스층(145), 외부 진공 시스층(146)으로 구성된다. 초전도 케이블의 형상은 도 1 이외에 몇 가지 있으나 보통의 경우 상기의 요소들로 구성되어 있다.Referring to FIG. 2, a superconducting cable 140 used in a superconducting cable system using a multi-pressure regulator according to the present invention generally includes a former 141, a superconducting conductor 142, an insulator 143, and a superconducting It consists of a shielding part 144, an inner cryogenic sheath layer 145, and an outer vacuum sheath layer 146. There are several shapes of superconducting cables other than FIG. 1, but in general, they are composed of the above elements.

먼저, 포머(141)는, 일반적으로 구리도체로 제작되어 초전도 케이블의 형상을 유지하고, 고장전류 유입시 통전 경로가 되며, 설계치 이하의 고장전류가 통전될 경우 발열에 따라 액체질소가 기화하여 시스템 내부 압력 상승에 따른 기계적 손상을 주지 않도록 단면적을 산정한다.First, the former 141 is generally made of copper conductor, maintains the shape of a superconducting cable, serves as a conduction path when a fault current flows in, and when a fault current below a design value is energized, liquid nitrogen vaporizes due to heat generation and system Calculate the cross-sectional area so as not to cause mechanical damage due to the increase in internal pressure.

그리고, 초전도 도체부(142)는, 정상상태에서 초전도 케이블 시스템의 부하전류를 통전하며, 초전도 물리현상을 이용한다. 초전도 도체부에서 통전할 수 있는 전류가 초과하여 통전되면 켄치 현상이 발생하게 되어 초전도 특성을 잃어버리게 되고 더 이상 전류를 통전시킬 수 없으며, 초과된 전류는 포머(141)를 통해 흐르게 된다. In addition, the superconducting conductor 142 conducts the load current of the superconducting cable system in a normal state and uses superconducting physics. When the current that can be conducted in the superconducting conductor unit is exceeded and energized, a quench phenomenon occurs, so that the superconducting characteristics are lost and current cannot be conducted any more, and the excess current flows through the former 141 .

그리고, 절연부(143)는, 초전도 케이블 내 액체질소가 함침되어 전기적 절연성능을 유지한다.In addition, the insulator 143 is impregnated with liquid nitrogen in the superconducting cable to maintain electrical insulation performance.

그리고, 초전도 차페부(144)는, 초전도 케이블의 자계 차폐를 목적으로 구성한다.And, the superconducting shielding portion 144 is configured for the purpose of shielding the magnetic field of the superconducting cable.

그리고, 내부 극저온 시스층(145)은, 냉각된 액체질소의 저장용기 역할을 하여 초전도 케이블의 극저온 상태와 초전도 케이블 시스템 운전에 요구되는 액체질소의 압력을 유지한다. 액체질소의 압력은 절연성능과 액체질소의 기화온도와 관련이 있으며 액체질소 압력이 높을수록 절연성능이 우수해지고 액체질소 기화점이 높아지는 특성이 있다.The inner cryogenic sheath layer 145 serves as a storage container for cooled liquid nitrogen to maintain the cryogenic state of the superconducting cable and the pressure of liquid nitrogen required for operation of the superconducting cable system. The pressure of liquid nitrogen is related to the insulating performance and the vaporization temperature of liquid nitrogen, and the higher the liquid nitrogen pressure, the better the insulation performance and the higher the vaporization point of liquid nitrogen.

그리고, 외부 진공 시스층(146)은, 내부 극저온 시스층(145) 사이에 진공과 단열층을 형성하여 외부 환경으로부터 냉각된 액체질소로의 열 침입을 막는다.The outer vacuum sheath layer 146 forms a vacuum and heat insulation layer between the inner cryogenic sheath layer 145 to prevent heat from entering the cooled liquid nitrogen from the external environment.

도 3은 다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템을 나타내는 모식도이고, 도 4는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템을 구성하는 과도 압력조절 장치의 내부 구조를 보이는 단면도이다.3 is a schematic diagram showing a superconducting cable system using multiple pressure regulators, and FIG. 4 shows the internal structure of a transient pressure regulator constituting a superconducting cable system using multiple pressure regulators according to an embodiment of the present invention. it is a cross section

도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 본 발명에 따른 다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템은, 액체질소 냉각장치(110), 순환부(120), 제1 종단 접속부(130), 초전도 케이블(140), 제2 종단 접속부(150), 액체질소 귀로(160), 정상 압력조절 장치(170), 과도 압력조절 장치(180) 및 압력조절장치 선택부(190)를 포함한다.3 and 4 together, the superconducting cable system using the multi-pressure regulator according to the present invention includes a liquid nitrogen cooling device 110, a circulation unit 120, a first termination connector 130, a superconducting cable ( 140), a second end connector 150, a liquid nitrogen return path 160, a normal pressure regulating device 170, a transient pressure regulating device 180, and a pressure regulating device selector 190.

먼저, 액체질소 냉각장치(110)는, 초전도 케이블(140)의 초전도 특성을 유지하기 위한 온도 유지를 위해 시스템 내의 액체질소를 냉각시킨다.First, the liquid nitrogen cooling device 110 cools liquid nitrogen in the system to maintain the temperature of the superconducting cable 140 to maintain the superconducting properties.

그리고, 순환부(120)는, 액체질소 냉각장치(110) 후단에 구비되어 냉각된 액체질소를 시스템 내로 순환시킨다. And, the circulation unit 120 is provided at the rear end of the liquid nitrogen cooling device 110 to circulate the cooled liquid nitrogen into the system.

이러한, 순환부(120)는, 펌프 장치로 고안될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.The circulation unit 120 may be designed as a pump device, but is not limited thereto.

그리고, 제1 종단 접속부(130)는, 순환부(120) 후단에 구비되어 초전도 케이블(140)과 타 전력설비를 결합시키고, 초전도 케이블(140)의 단말 역할을 한다.In addition, the first termination connector 130 is provided at the rear end of the circulation unit 120 to couple the superconducting cable 140 and other power facilities, and serves as a terminal of the superconducting cable 140 .

그리고, 초전도 케이블(140)은, 초전도 특성을 이용한 전력케이블로서 제1 종단 접속부(130)와 연결된다.In addition, the superconducting cable 140 is a power cable using superconducting characteristics and is connected to the first termination connector 130 .

이러한, 초전도 케이블(140)은, 포설 여건에 따라 중간에 접속부를 구비할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.Such a superconducting cable 140 may have a connection part in the middle according to laying conditions, but is not limited thereto.

그리고, 제2 종단 접속부(150)는, 초전도 케이블(140)과 연결되며, 타 전력설비와 결합되고 초전도 케이블(140)의 또 다른 단말 역할을 한다.In addition, the second termination connector 150 is connected to the superconducting cable 140, is combined with other power facilities, and serves as another terminal of the superconducting cable 140.

그리고, 액체질소 귀로(160)는, 제2 종단 접속부(150)에 연결되어 초전도 케이블 시스템 전체에 있어 제1 종단접속부(130), 초전도 케이블(140) 및 제2 종단접속부(150)을 제외한 액체질소의 순환로를 구성한다.In addition, the liquid nitrogen return path 160 is connected to the second termination connector 150, and the liquid nitrogen except for the first termination connector 130, the superconducting cable 140, and the second termination connector 150 in the entire superconducting cable system. make up the nitrogen cycle.

그리고, 정상 압력조절 장치(170)는, 액체질소 귀로(160)와 연결되어 액체질소 냉각장치(110) 전단에 구비된다.And, the normal pressure regulating device 170 is connected to the liquid nitrogen return path 160 and is provided at the front end of the liquid nitrogen cooling device 110 .

이러한, 정상 압력조절 장치(170)는, 초전도 케이블 시스템의 정상 운전 상태에서 외부 열침입 혹은 전류 통전에 따른 교류 손실의 변동으로 인한 압력 변화가 발생하는 경우 시스템의 압력을 운영 범위 내에서 일정하게 유지하는 역할을 한다.The normal pressure regulating device 170 maintains the pressure of the system constant within the operating range when a pressure change occurs due to fluctuations in alternating current loss due to external heat intrusion or current conduction in the normal operating state of the superconducting cable system. play a role

이러한, 정상 압력조절 장치(170)는, 초전도 케이블 시스템의 정상상태에서 액체질소 압력을 조절하기 위한 목적을 가지므로 급작스러운 압력 조절이 필요하지 않는다.Since the normal pressure control device 170 has the purpose of adjusting the liquid nitrogen pressure in the steady state of the superconducting cable system, sudden pressure control is not required.

그리고, 과도 압력조절 장치(180)는, 정상 압력조절 장치(170)와 병렬로 구성되어, 액체질소 귀로(160)와 연결되고 액체질소 냉각장치(110) 전단에 구비된다.In addition, the transient pressure regulating device 180 is configured in parallel with the normal pressure regulating device 170, is connected to the liquid nitrogen return path 160, and is provided at the front end of the liquid nitrogen cooling device 110.

이러한, 과도 압력조절 장치(180)는, 설계치를 초과하는 고장전류가 초전도 케이블로 유입될 경우, 액체질소의 압력을 강제로 상승시킴으로써 액체질소의 기화점을 높여 포머(141)에서의 발열로 액체질소가 기화되는 상태를 차단하고 시스템의 기계적 손상을 예방한다.The transient pressure control device 180 increases the vaporization point of the liquid nitrogen by forcibly increasing the pressure of the liquid nitrogen when a fault current exceeding the design value flows into the superconducting cable, thereby causing the former 141 to heat the liquid. Blocks nitrogen vaporization and prevents mechanical damage to the system.

이러한, 과도 압력조절 장치(180)의 동작은, 먼저 히터장치부(183)가 발열되면 접촉하고 있는 액체질소(181)가 기화되게 되며 기체질소 충진부(182)의 부피 팽창으로 순간적인 압력 상승이 이루어져 액체질소(181)는 액체질소 귀로(160)를 통해 밀려나와 케이블 시스템 내부의 액체질소 압력 상승을 유도할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 또한, 과도 압력조절 장치(180)는 최대한 빠른 시간 안에 압력을 높이기 위해 액체질소(181)와 히터가 접촉하는 면적을 크게 해주고 함체의 용적은 작게 하는 것이 유리하다. 히터장치부(183)는 압력조절장치 선택부(190)의 동작 신호를 전기적으로 받아 함께 동작할 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 고장 전류가 해소되고 나면 시스템의 전체의 상승된 압력을 줄이기 위한 감압 밸브를 더 포함하여 과도 압력조절장치(180) 함체 상부에 취부할 수도 있다.In the operation of the transient pressure control device 180, first, when the heater unit 183 heats up, the contacting liquid nitrogen 181 is vaporized and the pressure rises instantaneously due to the volume expansion of the gaseous nitrogen filling unit 182. When this is done, the liquid nitrogen 181 may be pushed out through the liquid nitrogen return path 160 to induce an increase in liquid nitrogen pressure inside the cable system, but is not limited thereto. In addition, it is advantageous for the transient pressure control device 180 to increase the contact area between the liquid nitrogen 181 and the heater and to reduce the volume of the enclosure in order to increase the pressure within a short period of time. The heater unit 183 may electrically receive an operation signal from the pressure regulator selection unit 190 and operate together, but is not limited thereto. After the fault current is eliminated, a pressure reducing valve for reducing the overall increased pressure of the system may be further included and mounted on the upper portion of the excessive pressure regulator 180 housing.

한편, 압력조절장치 선택부(190)는, 액체질소 귀로(160)와 연결되고, 정상 압력조절 장치(170)와 과도 압력조절 장치(180)의 전단에 구비되어 시스템 상태에 따라 압력조절 장치를 선택하게 된다. 시스템이 정상상태일 경우 액체질소 귀로(160)는 정상 압력조절 장치(170)와 연결되고, 설계치를 초과하는 고장전류가 유입되는 경우 액체질소 귀로(160)는 과도 압력조절 장치(180)와 연결되어 초전도 케이블 시스템의 고장을 예방한다. 압력조절장치 선택부(190)의 동작은 전력계통에서 보호계전기를 동작하기 위한 CT의 신호를 받아 동작 가능하며, 이 외에 제1 종단접속부(130) 혹은 제2 종단접속부(150)에 구성된 초전도 차폐층에 별도의 CT 또는 GAUSS meter와 같은 측정장치를 통해서도 구동이 가능하나, 이에 한정하지 않는다.On the other hand, the pressure regulator selector 190 is connected to the liquid nitrogen return path 160 and is provided in front of the normal pressure regulator 170 and the transient pressure regulator 180 to adjust the pressure regulator according to the system state. you get to choose When the system is in a normal state, the liquid nitrogen return 160 is connected to the normal pressure regulator 170, and when a fault current exceeding the design value flows in, the liquid nitrogen return 160 is connected to the transient pressure regulator 180. to prevent failure of the superconducting cable system. The operation of the pressure regulator selector 190 can be operated by receiving a CT signal for operating a protective relay in the power system, and in addition to the superconducting shield configured in the first termination connector 130 or the second termination connector 150 It can also be driven through a measuring device such as a separate CT or GAUSS meter on the floor, but is not limited thereto.

한편, 다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템에서의 과도 압력조절 장치(180)는 고장전류 한류 기능이 없는 초전도 케이블로 시스템이 구성된 경우 특히 효과적이나, 고장전류 한류 기능이 있는 초전도 케이블로 구성된 시스템의 경우에도 한류 기능에 문제가 발생하는 경우 유용하게 적용이 가능하다.On the other hand, the transient pressure control device 180 in the superconducting cable system using multiple pressure control devices is particularly effective when the system is composed of superconducting cables without a fault current limiting function. Even in this case, it can be usefully applied when a problem occurs in the Hallyu function.

본 발명에 따른 다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템은 압력조절장치 선택부(190)의 작동으로 시스템의 운전상태에 따라 정상 압력조절 장치(170)와 과도 압력조절 장치(180)를 선택적으로 운전함으로써 초전도 케이블(140)의 포머(141) 단면적의 과다 설계를 줄일 수 있고, 설계치 이상의 고장전류 유입에 따른 과도 상태에 대해 액체질소 압력을 신속하게 조절할 수 있어 초전도 케이블 시스템의 기계적 손상을 예방하는데 우수한 효과가 있다.In the superconducting cable system using multiple pressure regulators according to the present invention, the normal pressure regulator 170 and the transient pressure regulator 180 are selectively operated according to the operating state of the system by the operation of the pressure regulator selector 190. As a result, it is possible to reduce excessive design of the cross-sectional area of the former 141 of the superconducting cable 140, and to quickly adjust the liquid nitrogen pressure in response to a transient state due to the inflow of a fault current exceeding the design value, which is excellent in preventing mechanical damage to the superconducting cable system. It works.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 여러 가지 실시 가능한 예 중에서 당 업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시 예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시 예가 가능함을 밝혀둔다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 또한 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어가 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되어야 한다. 더불어, 상술하는 과정에서 기술된 구성의 순서는 반드시 시계열적인 순서대로 수행될 필요는 없으며, 각 구성 및 단계의 수행 순서가 바뀌어도 본 발명의 요지를 충족한다면 이러한 과정은 본 발명의 권리범위에 속할 수 있음은 물론이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be embodied in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. Therefore, the embodiments described above are merely selected and presented to the most preferred embodiments to help those skilled in the art to understand among various possible embodiments, and the technical spirit of the present invention is not necessarily limited or limited only by the presented embodiments. No, and various changes, additions, and changes are possible within a range that does not deviate from the technical spirit of the present invention, as well as other equivalent embodiments. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof are included in the scope of the present invention. should be interpreted In addition, the terms or words used in this specification and claims are defined based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way, It should not be construed as limited to meaning. In addition, the order of the components described in the above process does not necessarily have to be performed in a time-series order, and even if the order of performing each component and step is changed, if the gist of the present invention is satisfied, these processes may fall within the scope of the present invention. Of course there is.

110: 액체질소 냉각장치 120: 순환부
130: 제1 종단 접속부 140: 초전도 케이블
141: 포머 142: 초전도 도체부
143: 절연부 144: 초전도 차폐부
145: 내부 극저온 시스층 146: 외부 진공 시스층
150: 제2 종단 접속부 160: 액체질소 귀로
170: 정상 압력조절 장치 180: 과도 압력조절 장치
181: 액체질소 182: 기체질소 충진부
183: 히터장치부 190: 압력조절장치 선택부110: liquid nitrogen cooling device 120: circulation unit
130: first termination connection 140: superconducting cable
141: former 142: superconducting conductor
143: insulator 144: superconducting shield
145: inner cryogenic sheath layer 146: outer vacuum sheath layer
150: second termination connector 160: liquid nitrogen return
170: normal pressure regulating device 180: transient pressure regulating device
181: liquid nitrogen 182: gaseous nitrogen filling unit
183: heater unit 190: pressure regulator selection unit

Claims (1)

액체질소를 냉각하는 액체질소 냉각장치;
상기 액체질소 냉각장치 후단에 구비되어 액체질소를 초전도 케이블 시스템에 순환시키기 위한 순환부;
상기 순환부 후단에 구비되어 초전도 케이블의 일단이 연결되는 제1 종단 접속부;
상기 제1 종단 접속부와 일단이 연결된 초전도 케이블;
상기 초전도 케이블의 타단이 연결된 제2 종단 접속부;
상기 제2 종단 접속부와 연결되어 액체질소 순환로를 구성하는 액체질소 귀로;
상기 액체질소 귀로와 연결되고 액체질소 냉각장치 전단에 구비되며, 정상운전 상태 시 초전도 케이블 시스템 내 액체질소의 압력을 조절하기 위한 정상 압력조절 장치; 및
상기 정상 압력조절 장치와 병렬로 구성되어, 액체질소 귀로와 연결되고 액체질소 냉각장치 전단에 구비되며, 설계치 이상의 고장전류 유입 시 초전도 케이블 시스템 내 액체질소의 압력을 조절하기 위한 과도 압력조절 장치;를 포함하며,
상기 과도 압력조절 장치는 초전도 케이블에 적용 가능하며,
상기 정상 압력조절 장치는 외부 열침입 혹은 전류 통전에 따른 교류 손실의 변동으로 인한 압력 변화가 발생하는 경우, 상기 초전도 케이블 시스템 내 액체질소의 압력을 미리 설정되는 운영범위내에서 일정하게 유지하고,
상기 과도 압력조절 장치는 상기 액체질소의 압력을 강제로 상승시킴으로써 상기 액체질소의 기화점을 높여 상기 초전도 케이블의 포머에서의 발열로 상기 액체질소가 기화되는 상태를 차단하고,
상기 과도 압력조절 장치는,
액체질소;
상기 액체질소의 기화로 인한 기체질소를 충진하는 기체질소 충진부; 및
감압을 위해 감압 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 압력조절 장치를 이용한 초전도 케이블 시스템.Liquid nitrogen cooling device for cooling liquid nitrogen;
a circulation unit provided at a rear end of the liquid nitrogen cooling device to circulate liquid nitrogen through the superconducting cable system;
a first termination connector provided at a rear end of the circulation unit and to which one end of the superconducting cable is connected;
a superconducting cable having one end connected to the first termination connector;
a second termination connector to which the other end of the superconducting cable is connected;
a liquid nitrogen return path connected to the second termination connector and constituting a liquid nitrogen circulation path;
a normal pressure regulator connected to the liquid nitrogen return path and provided at a front end of the liquid nitrogen cooling device, for regulating the pressure of liquid nitrogen in the superconducting cable system in a normal operation state; and
A transient pressure control device configured in parallel with the normal pressure control device, connected to the liquid nitrogen return path, provided at the front end of the liquid nitrogen cooling device, and controlling the pressure of liquid nitrogen in the superconducting cable system when a fault current exceeding a design value is introduced. contains,
The transient pressure regulating device is applicable to superconducting cables,
The normal pressure regulating device keeps the pressure of liquid nitrogen in the superconducting cable system constant within a preset operating range when a pressure change occurs due to external heat intrusion or change in alternating current loss due to current conduction,
The transient pressure regulator increases the vaporization point of the liquid nitrogen by forcibly increasing the pressure of the liquid nitrogen, thereby blocking the vaporization of the liquid nitrogen due to heat generated in the former of the superconducting cable;
The transient pressure regulating device,
liquid nitrogen;
a gaseous nitrogen filling unit for filling gaseous nitrogen resulting from the vaporization of the liquid nitrogen; and
A superconducting cable system using a multi-pressure control device, characterized in that it further comprises a pressure reducing valve for pressure reduction.
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