KR102657040B1 - 전력케이블용 단부 시험장치 - Google Patents

전력케이블용 단부 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 전력케이블용 단부 시험장치에 있어서, 중심도체를 포함하는 케이블용 단말에 결합되어 상기 케이블용 단말의 특성을 평가하는 케이블용 단말 시험장치에 있어서, 일단이 상기 케이블용 단말에 포함되어 인가되는 전압을 전달받는 접속도체부와; 상기 접속도체부의 타단이 내부에 삽입되어 결합되며, 상기 케이블용 단말로부터의 전압을 전달받는 도체로 이루어진 인서트(insert)부와; 전압이 전달되는 상기 인서트부가 노출되는 영역이 유체 계면에서 절연상태로 유지되도록 상기 인서트부를 둘러싸는 절연소재로 이루어진 데드엔드(dead end)부를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 시험장치와 단말 사이를 연결하는 케이블을 필요로 하지 않거나 최소한의 길이를 가진 케이블을 사용하여 케이블의 낭비를 줄일 수 있다. 또한 시험장치와 단말이 직접 결합되어서 간단하게 내전압 및 전기절연성능을 시험할 수 있으며, 뿐만 아니라 종래의 시험장치에 비해 작은용량의 내전압설비로 시험이 가능하여 시험 단가, 시험설비 비용, 시험설비 면적을 최소화할 수 있다.

Description

전력케이블용 단부 시험장치 {Dead end test equipment for power cable}
본 발명은 전력케이블용 단부 시험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개발시험을 진행하기 위한 데드엔드 등 시험장치와 시험대상인 단말 사이를 연결하는 케이블을 필요로 하지 않거나 최소한의 길이를 가진 케이블을 사용하여 케이블의 낭비를 줄일 수 있는 전력케이블용 단부 시험장치에 관한 것이다.
일반적으로 초전도 케이블(superconducting cable), 지절연 케이블(paper insulated cable), 플라스틱절연 케이블(plastic insulated cable) 등과 같은 전력케이블용 단말장치는, 도체로 이루어진 일반 가공 송전선 또는 GIS, 변압기 등과 같은 전력기기와 해당 전력케이블을 연결하는 장치를 말한다. 이와 같은 전력케이블용 단말장치 중 예를 들어 초전도 케이블용 단말장치의 경우 상온에 배치되는 전류리드 및 극저온의 냉매조에 배치되는 초전도 케이블 간의 접속을 위한 것이다. 초전도 케이블용 단말장치(10)의 기본 구조는 도 1에 도시된 바와 같이 절연유 또는 절연가스가 충진된 상온부(11)와, 상온부(11)와 결합되고 전류리드(12)를 구비하며 진공상태인 극저온부(13)와, 상온부(11) 및 극저온부(13)의 결합부위 내부에서 전류리드(12) 및 초전도 케이블(14)을 상호 간 연결하는 연결부(15)와, 연결부(15)의 외부에 형성되는 고체절연부싱(16)이 형성되는 구조로 이루어진다.
이러한 케이블용 단말장치는 초전도 케이블뿐 아니라 지절연 케이블 또는 플라스틱절연 케이블인 경우에도, 케이블용 단말장치를 제품에 적용하기 전에 내전압, 부분방전, 전기절연성능 등과 같은 전기적인 특성을 측정하여 제품으로 사용하기 알맞은 기준에 해당되는지 확인한 후 적용하게 된다. 따라서 케이블용 단말장치의 전기적인 특성을 시험하는 장치를 케이블용 단말장치로부터 외부로 연장된 케이블의 단부에 결합하여야만 케이블용 단말장치를 시험할 수 있다. 여기서 일반적인 초전도 케이블용 단부 시험장치(30)는 외부로 연장된 케이블(31)의 단부에 결합되는 절연부재(32)와, 케이블(31)과 상기 절연부재(32)를 연결하는 연결부(33)와, 상기 연결부(33) 및 상기 절연부재(32)가 내부에 형성되며 상기 연결부(33) 및 상기 절연부재(32)가 냉매에 함침되도록 냉매를 포함하는 챔버(34)로 이루어진다.
하지만 이러한 케이블용 단부 시험장치는 케이블용 단말 및 단부 시험장치에 케이블을 각각 삽입시켜 연결하고, 특성을 시험한 후에는 케이블을 재사용할 수 없기 때문에 폐기처리한다. 따라서 케이블용 단말장치를 시험할 때마다 케이블이 낭비되기 때문에 제조단가가 증가한다는 단점이 있다. 이뿐만 아니라 케이블용 단말장치와 시험장치에 케이블을 각각 삽입시켜 연결하는 구조의 경우 별도의 구조로 이루어져 있기 때문에 케이블 길이를 포함한 시험을 위한 공간을 많이 필요로 한다는 단점이 존재한다.
대한민국특허청 등록특허 제10-0939733호 대한민국특허청 등록특허 제10-1238141호 대한민국특허청 등록실용신안 제20-0247347호
따라서 본 발명의 목적은, 단부 시험장치와 단말 사이를 연결하는 케이블을 필요로 하지 않거나 최소한의 길이를 가진 케이블을 사용하여 케이블의 낭비를 줄일 수 있는 전력케이블용 단부 시험장치를 제공하는 것이다.
또한 단부 시험장치와 단말이 직접 결합되어서 간단하게 내전압 및 전기절연성능을 시험할 수 있는 전력케이블용 단부 시험장치를 제공하는 것이다.
뿐만 아니라 종래의 단부 시험장치에 비해 작은 용량의 내전압설비로 시험이 가능하여 시험 단가, 시험설비 비용, 시험설비 면적을 최소화할 수 있는 전력케이블용 단부 시험장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 중심도체를 포함하는 케이블용 단말에 결합되어 상기 케이블용 단말의 특성을 평가하는 케이블용 단부 시험장치에 있어서, 일단이 상기 케이블용 단말에 포함되어 인가되는 전압을 전달받는 접속도체부와; 상기 접속도체부의 타단이 내부에 삽입되어 결합되며, 상기 케이블용 단말로부터의 전압을 전달받는 도체로 이루어진 인서트(insert)부와; 전압이 전달되는 상기 인서트부가 노출되는 영역이 유체 계면에서 절연상태로 유지되도록 상기 인서트부를 둘러싸는 절연소재로 이루어진 데드엔드(dead end)부를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블용 단부 시험장치에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 접속도체부와 상기 인서트부는 별도의 연결케이블 없이 직접연결(direct connection)되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 데드엔드부 및 상기 접속도체부의 둘레를 둘러싸도록 외부에 형성되는 보강절연부를 포함하며, 상기 보강절연부는 에폭시(epoxy), PPLP(polypropylene laminated paper) 또는 크래프트지(kraft paper)로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 케이블용 단말 및 상기 데드엔드부를 냉각 또는 절연시키는 유체가 저장되는 유체저장부를 포함하며, 상기 유체저장부 내에 저장된 상기 유체에 상기 케이블용 단말이 노출되는 것이 바람직하며, 상기 유체는 상기 케이블용 단말을 냉각시키는 냉매, 상기 케이블용 단말을 절연시키는 절연유 또는 절연가스 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 접속도체부의 양단부는 나사산을 포함하며, 나사산을 포함하는 상기 중심도체 또는 상기 인서트부와 볼트-너트 결합되는 것이 바람직하다.
상기 중심도체와 상기 인서트부 사이에 슬리브부(sleeve)를 더 포함하며, 상기 슬리브부의 내표면 및 외표면은 나사산을 포함하며, 나사산을 포함하는 상기 접속도체부 및 상기 인서트부와 볼트-너트 결합되거나, 상기 슬리브부의 외표면은 나사산을 포함하며, 나사산을 포함하는 상기 인서트부와는 볼트-너트 결합되고, 상기 접속도체부와는 압착 결합되는 것이 바람직하다.
상기 접속도체부 및 상기 인서트부는, 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄합금 소재 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 데드엔드부는 에폭시(epoxy) 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 케이블용 단말은, 일단이 외부케이블과 연결되고 타단이 초전도케이블과 연결되는 중심도체와; 상기 중심도체의 외부에 형성되는 고체절연부싱을 포함하는 초전도 케이블용 단말인 것이며, 상기 고체절연부싱의 외측에서 내측으로 연결형성되어 고전압절연 패스를 형성시키고, 상기 중심도체를 냉각시키는 냉매가 공급되어 열교환을 통해 냉각시킴에 의해 중심도체 측 열평형부를 형성시키는 냉매순환로를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, 단부 시험장치와 단말 사이를 연결하는 케이블을 필요로 하지 않거나 최소한의 길이를 가진 케이블을 사용하여 케이블의 낭비를 줄일 수 있다.
또한 단부 시험장치와 단말이 직접 결합되어서 간단하게 내전압 및 전기절연성능을 시험할 수 있으며, 뿐만 아니라 종래의 시험장치에 비해 작은용량의 내전압설비로 시험이 가능하여 시험 단가, 시험설비 비용, 시험설비 면적을 최소화할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 케이블용 단부 시험장치의 단면도이고,
도 2 및 도 3은 제1실시예에 따른 초전도 케이블용 단부 시험장치의 단면도이고,
도 4 및 도 5는 제2실시예에 따른 지절연 케이블용 단부 시험장치의 단면도이고,
도 6 및 도 7은 제3실시예에 따른 플라스틱절연 케이블용 단부 시험장치의 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2 내지 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 전력케이블용 단부 시험장치(100, 300, 500)는 초전도 케이블(superconducting cable)용 단말(200), 지절연 케이블(paper insulated cable)용 단말(400) 및 플라스틱절연 케이블(plastic insulated cable)용 단말(600)에 각각 적용 가능하며, 각 단말에 적용된 상태를 도면을 통해 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3은 제1실시예에 따른 초전도 케이블용 단말(200)을 시험가능하도록 초전도 케이블용 단말(200) 및 초전도 케이블용 단말(200)과 결합된 케이블용 단부 시험장치(100)를 나타낸 단면도이다. 초전도 케이블용 단말(200)은 일단이 외부케이블과 결합되고 타단이 초전도 케이블과 결합되는 단말로, 본 발명의 케이블용 단부 시험장치(100)는 초전도 케이블 대신에 초전도 케이블용 단말(200)의 타단에 케이블용 단부 시험장치(100)가 삽입된다. 즉 초전도 케이블용 단말(200)을 시험하기 위해 초전도 케이블을 사용하지 않고, 초전도 케이블이 결합되는 영역에 바로 케이블용 단부 시험장치(100)가 결합되어 종래와 같이 시험을 통해 초전도 케이블이 낭비되는 것을 줄일 수 있다.
여기서 초전도 케이블용 단말(200)은 일반적으로 외부에서 전압을 인가받는 외부 또는 외부케이블과 연결되는 중심도체(210)를 포함하는 구조로 이루어지는데, 이러한 중심도체(210)와, 중심도체(210)의 외부에 형성되는 고체절연부싱(220)을 포함한다. 즉 중심도체(210)의 일단은 상온에서 배치되어 외부의 장치들과 연결되며, 중심도체(210)의 타단은 초전도 케이블용 단말(200)에 연결된다. 이러한 중심도체(210)는 외부케이블과 결합되지 않은 단부에 초전도 케이블과 연결되지만 본 발명의 케이블용 단부 시험장치(100)를 통해 초전도 케이블용 단말(200)을 시험할 때에는 초전도 케이블과 연결되지 않는다. 여기서 중심도체(210)는 절연유가 충진된 상온부(230) 내에 설치된 상태로 존재한다.
고체절연부싱(220)은 내부에 중심도체(210)를 포함하고 있으며, 중심도체(210)의 일부가 절연되도록 중심도체(210)를 감싸도록 형성된다. 이러한 고체절연부싱(220)은 절연을 위해 형성된 것으로, 절연뿐만 아니라 외부의 충격으로부터 중심도체(210)를 보호하기 위해서도 존재한다. 고체절연부싱(220)은 중심도체(210)를 감싸는 기둥형상으로 이루어지며, 양단부가 점진적으로 직경이 감소하도록 형성된다. 이러한 고체절연부싱(220)은 에폭시(epoxy), PPLP(polypropylene laminated paper) 및 이의 혼합으로 이루어질 수 있다.
초전도 케이블용 단말(200)에 초전도 케이블이 접속되는 영역에 삽입되어 초전도 케이블용 단말(200)의 특성을 평가하는 초전도 케이블용 단부 시험장치(100)는, 접속도체부(110), 인서트부(120) 및 데드엔드부(130)를 포함한다.
접속도체부(110)는 일단이 초전도 케이블용 단말(200)에 포함된 중심도체(210)와 접속되어 중심도체(210)에 인가되는 전압을 전달받는다. 이를 위해 전도성이 있는 도체로 이루어지며, 가장 바람직한 소재는 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄합금 중 어느 하나를 사용 가능하며, 이 이외에도 다른 금속을 사용하여도 무방하다. 접속도체부(110)의 일단은 나사산을 포함하는데, 이 경우 접속도체부(110)의 일단에 결합된 중심도체(210)와 나사결합 즉 볼트-너트 결합이 가능하도록 중심도체(210)의 단부에도 나사산이 형성되는 것이 바람직하다. 중심도체(210)와 접속도체부(110)가 볼트-너트 결합이 가능하도록 접속도체부(110)는 표면에 나사산이 형성된 볼트 형상으로 이루어지며, 중심도체(210)는 내부에 나사산이 형성된 너트 형상으로 이루어진다. 이를 통해 중심도체(210)에 접속도체부(110)를 나사 결합할 수 있다.
일단이 중심도체(210)와 접속된 접속도체부(110)의 타단에는 인서트(insert)부(120)가 결합된다. 인서트부(120)는 접속도체부(110)의 타단이 내부에 삽입되어 결합되도록 하며, 중심도체(210)로부터의 전압을 접속도체부(110)를 통해 전달받을 수 있도록 도체로 이루어지는 것이 바람직하다. 인서트부(120)는 외부에서 인가되는 전압이 최종적으로 전달되는 구성요소로, 더 이상 전압을 다른 구성으로 전달하지 않도록 가장 말단에 위치한다. 인서트부(120)는 접속도체부(110)의 직경보다 큰 직경으로 이루어지며, 접속도체부(110)의 타단을 둘러싸는 형상으로 존재한다. 이때 접속도체부(110)와 인서트부(120)는 별도의 연결케이블 없이 직접연결(direct connection)되는 것이 본 발명의 가장 큰 특징 중 하나이다.
여기서 중심도체(210) 및 접속도체부(110)는 전류의 용량에 따라 그 직경이 가변되는데, 전류의 용량이 클 경우 큰 직경으로 이루어지고 작은 용량일 경우 작은 직경으로 이루어져 전류의 전달이 용이하도록 구성된다. 따라서 접속도체부(110)는 전류 용량에 따라 그 직경이 변하게 되는데, 이러한 접속도체부(110)의 직경에 따라 인서트부(130)를 각각 상이하게 형성할 수 없기 때문에 접속도체부(110)와 인서트부(130) 사이에 슬리브(sleeve)부(170)를 더 포함할 수 있다. 슬리브부(170)는 내표면에는 접속도체부(110)가 삽입되어 결합되고 외표면에는 나사산이 형성되어 인서트부(130)와 볼트-너트 결합이 이루어진다. 슬리브부(170)가 인서트부(120)보다 작은 직경으로 이루어지기 때문에 슬리브부(170)의 외표면에 나사산이 형성되며, 이에 대응하여 인서트부(120)에는 슬리브부(170)가 결합되는 함몰 영역 내부에 나사산이 형성되어 서로 나사결합이 가능해진다. 이러한 슬리브부(170)는 접속도체부(110)의 직경에 따라 접속도체부(110)와 인서트부(130) 사이에 설치 유무를 결정할 수 있다. 경우에 따라서 접속도체부(110)와 슬리브부(170)의 결합도 볼트-너트 결합이 가능하도록 슬리브부(170)는 내표면 및 외표면에 나사산이 형성된 커플링스크류가 될 수 있다.
도체로 이루어진 인서트부(120)는 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄 합금 소재 중 어느 하나로 이루어지는 것이 가장 바람직하나 이는 한정되지 않는다. 특히 이 중 알루미늄 또는 알루미늄합금의 경우 에폭시와 수축 및 팽창정도가 비슷하기 때문에 가장 적합하다.
이와 같이 중심도체(210)-접속도체부(110)-인서트부(120)는 나사결합을 통해 별도의 결합 구성요소를 필요로 하지 않고 견고하게 결합이 가능한데, 경우에 따라서 나사결합이 아닌 결합 구성요소를 추가하여 각각 결합을 수행하여도 무방하다.
인서트부(120)의 주위를 둘러싸는 데드엔드(dead end)부(130)는, 최종으로 전압이 전달되는 인서트부(120)가 노출되는 영역이 유체 계면에서 절연상태로 유지되도록 인서트부(120)를 둘러싸는 절연소재로 이루어진다. 초전도 케이블용 단말(200)의 내전압성과 절연특성을 확인하기 위해서는 전달되는 케이블용 단부 시험장치(100)의 단부가 절연상태로 유지되도록 시험이 이루어져야 하기 때문에 케이블용 단부 시험장치(100)의 단부는 인서트부(120)가 노출되지 않도록 절연소재로 감싸는 것이 바람직하다. 이를 위해 데드엔드부(130)가 인서트부(120)를 완전히 감싸도록 형성된다. 이러한 구조는 데드엔드부(130)를 처음 제작할 때 인서트부(120)를 삽입한 상태에서 몰딩과 같은 방법을 이용하여 제작하는 것이 바람직하며, 이 경우 별도의 결합구조가 형성되지 않아도 인서트부(120)와 데드엔드부(130)가 견고하게 결합된다. 여기서 데드엔드부(130)는 절연소재인 에폭시(epoxy) 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 경우에 따라서 FRP(fiber reinforced plastics) 등과 같은 동등의 절연물 소재를 사용하여도 무방하다.
경우에 따라서 고체절연부싱(220)의 외측에서 내측으로 연결형성되어 고전압절연패스를 형성시키고, 중심도체(210)를 냉각시키는 냉매가 공급되어 열교환을 통해 냉각시킴에 의해 중심도체(210) 측 열평형부를 형성시키는 냉매순환로를 더 포함할 수 있다. 이는 중심도체(210)에 침입하는 열과 중심도체(210)로부터 발생하는 열을 냉각시킴에 의해 케이블용 단부 시험장치(100)가 열에 의해 파손되는 문제를 방지할 수 있다.
데드엔드부(130)뿐만 아니라 인서트부(120) 상부의 절연성능을 증가시키도록 보강절연부(140)를 더 포함한다. 보강절연부(140)는 데드엔드부(130)를 포함할 뿐 아니라 접속도체부(110)의 둘레도 함께 둘러싸도록 데드엔드부(130) 및 접속도체부(110)의 외부에 형성된다. 이와 같이 보강절연부(140)를 통해 보다 절연성능을 증가시킬 수 있다. 이러한 보강절연부(140)는 에폭시(epoxy), PPLP(polypropylene laminated paper) 또는 크래프트지(kraft paper)로 형성될 수 있는데, 굴곡진 형상의 데드엔드부(130) 및 접속도체부(110) 주변을 둘러싸기 위해서는 PPLP가 가장 바람직하다.
초전도 케이블의 경우 저온에서 냉각된 상태로 존재하여야 하기 때문에 냉매에 함침되어 있어야 한다. 이에 따라 초전도 케이블용 단말(200) 또한 냉매에 함침된 상태로 사용되기 때문에 초전도 케이블용 단말(200) 및 케이블용 단부 시험장치(100) 또한 냉매에 함침되어 초전도 케이블용 단말(200)의 내전압 및 전기절연성능을 확인할 수 있다. 이를 위해 초전도 케이블용 단말(200) 및 데드엔드부(130)를 냉각시키는 유체가 저장되는 유체저장부(150)를 포함하며, 유체저장부(150) 내에 저장된 유체에 초전도 케이블용 단말(200)이 노출된다. 여기서 유체는 초전도 케이블용 단말(200)의 특성에 맞춰 초전도 케이블용 단말(200)을 냉각시키는 냉매인 것이 바람직하며, 냉매는 액체질소 또는 액체헬륨이 될 수 있다. 종래에는 케이블용 단말을 시험하기 위한 시험장치가 케이블용 단말과 별도로 구비되어 있었기 때문에 케이블용 단말에도 유체저장부가 형성되고 케이블용 단부 시험장치에도 별도로 유체저장부가 형성되어 냉매가 대략 두 배 정도 더 사용된다는 단점이 있었다. 이뿐만 아니라 유체저장부가 별도로 구비되기 때문에 케이블 시험장치의 부피를 많이 차지한다는 단점이 있었다. 하지만 본 발명의 경우에는 하나의 유체저장부(150)에 초전도 케이블용 단말(200) 및 케이블용 단부 시험장치(100)를 모두 냉각된 상태로 존재할 수 있도록 구성되어있기 때문에 종래의 단점을 해소할 수 있다.
도 4 및 도 5는 제2실시예에 따른 지절연 케이블용 단말(400)을 시험가능하도록 지절연 케이블용 단말(400) 및 지절연 케이블용 단말(400)과 결합된 케이블용 단부 시험장치(300)를 나타낸 단면도이며, 일반적인 지절연 케이블용 단말(400)은 중심도체(410)가 유체저장부(350)에 침지된 상태로 형성된다. 지절연 케이블은 절연지를 외부에 감싸는 형태를 통해 절연되는 케이블을 의미하며, 대표적인 지절연 케이블은 OF(oil-filled cable) 케이블이 있다. 지절연 케이블에 해당하는 중심도체(410)는 온도변화에 따른 절연유의 수축 및 팽창시 절연유가 압력유조로 인출입할 수 있게 중앙에 관통된 유통로와, 전압이 흐르는 통로로 구리 또는 알루미늄과 같은 도체 연선으로 이루어진 중심도체본체(411)와, 중심도체본체(411)를 외부와 전기적으로 절연시켜주는 중심도체절연부(412)를 포함한다. 이러한 중심도체절연부(412)는 가열진공 건조를 통해 습기 및 공기를 모두 제거한 후 절연유를 충진하도록 구성된다. 경우에 따라서 중심도체절연부(412)는 집중되는 전계를 완화시키기 위한 고체절연부(430)를 더 포함할 수 있다. 일반적으로 지절연 케이블에서 고체절연부(430)는 벨마우스(bell mouth)를 가장 많이 사용하나 이에 한정되지는 않는다.
지절연 케이블용 단말(400)을 시험하기 위한 케이블용 단부 시험장치(300)는, 접속도체부(310), 인서트부(320) 및 데드엔드부(330)를 포함한다. 지절연 케이블용 단말(400) 중 지절연 케이블에 해당하는 중심도체(410)는 중심도체(410)에 인가되는 전압을 전달받는 접속도체부(310)와 결합된다. 이때 중심도체(410)는 절연지로 둘러쌓인 상태로 존재하는데, 접속도체부(310)와 결합되는 단부 영역에는 절연지로부터 중심도체본체(411)가 노출되어 접속도체부(310)와 결합하게 된다. 또한 중심도체본체(411)와 접속도체부(310)와 결합되기 위해 중심도체(410)의 단부에는 도체결합부(360)를 더 포함할 수 있으며, 이러한 도체결합부(360)와 접속도체부(310)는 결합되어 중심도체(410)에 인가되는 전압을 접속도체부(310)로 전달가능하다. 여기서 도체결합부(360)는 압축금구인 것이 바람직하다.
접속도체부(310)의 일단은 도체결합부(360)와 결합되며 타단이 인서트부(320)의 내부에 삽입되어 결합되도록 하며, 중심도체(410)로부터의 전압을 접속도체부(310)를 통해 전달받을 수 있도록 도체로 이루어진다. 이때 인서트부(320)와 접속도체부(310) 간의 결합은 제1실시예와 마찬가지로 인서트부(320)와 접속도체부(310) 사이에 슬리브부(370)를 형성하여 결합될 수 있다. 인서트부(320)의 내표면과 슬리브부(370)의 외표면은 모두 나사산을 가진 상태로 볼트-너트 결합된다. 또한 접속도체부(310)의 외표면과 슬리브부(370)의 내표면 경우도 마찬가지로 나사산을 가진 상태로 볼트-너트 결합을 할 수 있으며, 또는 슬리브부(370)에 접속도체부(310)를 삽입한 후 압착에 의해 서로 결합이 이루어질 수 있다. 여기서 슬리브부(370)는 압착이 이루어질 수 있기 때문에 구리 또는 구리합금 소재로 이루어지는 것이 바람직한데, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어질 경우 압착 과정에서 힘을 받은 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 깨지는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 결합이 가능하도록 인서트부(320)는 접속도체부(310)의 직경보다 큰 직경으로 이루어지며, 접속도체부(310)의 타단을 둘러싸는 형상으로 존재한다. 경우에 따라서 도체결합부(360)-접속도체부(310)-인서트부(320) 간의 견고한 결합을 위해 결합 구성요소를 추가하여 각각 결합을 수행하여도 무방하다.
인서트부(320)의 주위를 둘러싸는 데드엔드부(330)는 최종으로 전압이 전달되는 인서트부(320)가 노출되는 영역이 유체 계면에서 절연상태로 유지되도록 인서트부(320)를 둘러싸는 절연소재로 이루어진다. 여기서 데드엔드부(330)는 절연소재인 에폭시 소재로 이루어지는 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다. 데드엔드부(330)뿐 아니라 인서트부(320)의 상부, 접속도체부(310), 도체결합부(360) 및 중심도체(410) 일부의 절연성능을 증가시키도록 보강절연부(340)를 포함한다. 보강절연부(340)는 데드엔드부(330)를 포함할 뿐 아니라 지절연 케이블용 단말(400)의 둘레도 함께 둘러싸도록 데드엔드부(330) 및 지절연 케이블용 단말(400)의 외부에 형성된다. 이와 같이 보강절연부(340)를 통해 절연성능을 증가시킬 수 있다.
중심도체(410)의 경우 절연시키는 절연 유체에 중심도체(410)가 침지되며, 이를 위해 지절연 케이블용 단말(400) 및 케이블용 단부 시험장치(300)의 형상을 따라 유체저장부(350)를 포함한다. 유체저장부(350)는 케이블용 단말 중 지절연 케이블인 중심도체(410) 영역까지 모두 유체와 접촉하도록 지절연 케이블용 단말(400) 전체가 절연 유체에 침지될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 여기서 절연 유체는 절연유 또는 절연가스 중 어느 하나가 저장되며, 절연유 또는 절연가스의 종류는 일반적으로 사용되는 모든 절연유 또는 절연가스를 사용할 수 있다.
도 6 및 도 7은 제3실시예에 따른 플라스틱절연 케이블용 단말(600)을 시험가능하도록 플라스틱절연 케이블용 단말(600) 및 플라스틱절연 케이블용 단말(600)과 결합된 케이블용 단부 시험장치(500)를 나타낸 단면도이다. 플라스틱절연 케이블용 단말(600)은 대표적인 예로 XLPE 케이블을 사용 가능하다. 이러한 플라스틱절연 케이블용 단말(600)은 플라스틱절연 케이블인 중심도체(610)와, 절연유저장부(620)를 포함한다. 이 중 중심도체(610)은 전도성이 높은 도체가 연선으로 이루어진 중심도체본체(611)와, 중심도체본체(611)를 외부와 전기적으로 절연시켜주며 플라스틱절연 소재로 이루어진 중심도체절연부(612)를 포함한다. 경우에 따라서 중심도체절연부(612)는 집중되는 전계를 완화시키기 위한 고체절연부(630)를 더 포함할 수 있는데, 플라스틱절연 케이블용 단말(600)에서는 보통 스트레스콘(stress cone)을 가장 많이 사용한다.
플라스틱절연 케이블용 단말(600) 중 중심도체(610)에 인가되는 전압을 전달받도록 케이블용 단부 시험장치(500)는 접속도체부(510), 인서트부(520) 및 데드엔드부(530)가 차례대로 결합되는데, 제3실시예에서는 제1실시예 및 제2실시예와 달리 접속도체부(510)가 슬리브 역할을 수행하여 중심도체(610)와 인서트부(520)를 전기적으로 연결가능하도록 한다. 이러한 접속도체부(510)는 중심도체(610)와 연결되는 일단은 표면이 매끄러운 형상이며, 인서트부(520)와 결합하는 타단은 나사산이 형성된다. 또한 인서트부(520)의 내부에도 나사산이 형성되어 접속도체부(510)와 인서트부(520)는 볼트-너트 결합을 수행하게 된다. 볼트-너트 결합이 이루어지지 않는 접속도체부(510) 및 중심도체(610)의 경우 중심도체(610)가 접속도체부(510) 내에 삽입된 후 접속도체부(510)를 압착하여 서로 결합이 이루어지도록 한다. 이때 접속도체부(510)가 압착될 경우 외부가 매끄럽지 못하고 요철이 생길 수 있는데, 이를 위해 별도의 접속절연부(540)를 통해 외부를 둘러쌀 수 있도록 구성된다.
또한 제3실시예에서는 제1실시예 및 제2실시예에 포함된 보강절연부(140, 340)가 추가로 형성되지 않는다는 점이 차이가 있으며, 인서트부(520)와 데드엔드부(530)의 사이 공간에 실리콘그리스(silicon grease)를 주입하여 사이 공간에 절연이 용이하도록 구성할 수 있다.
플라스틱절연 케이블용 단부 시험장치(500)의 경우 플라스틱절연 케이블용 단말(600) 및 데드엔드부(530)를 둘러싼 유체저장부(550)가 형성된다. 플라스틱절연 케이블용 단부 시험장치(500)의 경우 유체저장부(550) 내에 절연가스가 저장되는데, 절연가스는 수분을 함유하지 않은 건조공기가 가장 바람직하다. 이는 플라스틱절연 케이블용 단말(600)의 경우 수분에 취약하기 때문에 플라스틱절연 케이블용 단말(600)의 손상을 방지하도록 건조공기를 주입하게 된다. 경우에 따라서 데드엔드부(530)를 포함하는 케이블용 단부 시험장치(500) 영역은 유체저장부(550) 내에 포함되지 않고 외부로 노출된 상태로 존재할 수도 있다. 즉 중심도체(610) 영역에는 중심도체(610)를 절연시키는 절연 유체가 저장되는 절연유저장부(620)가 형성되지만, 중심도체(610)의 단부와 케이블용 단부 시험장치(500)는 절연 유체와 접촉하지 않도록 한다. 따라서 절연유저장부(620)와 절연유저장부(620)를 관통하는 중심도체(610) 사이에는 절연유체가 세어나가는 문제가 발생하지 않도록 실링부재(640)를 포함한다.
종래의 케이블용 단부 시험장치는 케이블용 단말 시험에서만 사용된 케이블은 시험 후 폐기되어 케이블이 낭비된다는 문제가 있는 반면에, 본 발명의 전력케이블용 단부 시험장치(100, 300, 500)는 시험장치와 케이블용 단말(200, 400, 600) 사이를 연결하는 케이블을 필요로 하지 않거나 최소한의 케이블만 사용하는 구조로 이루어져 있기 때문에 케이블의 낭비를 줄일 수 있다. 또한 케이블용 단말(200, 400, 600)에 직접 결합되는 구조로 이루어져 있기 때문에 간단하게 내전압 및 전기절연성능을 시험할 수 있으며, 시험 단가 및 전력케이블용 단부 시험장치(100, 300, 500)의 제조 단가를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
10: 초전도 케이블용 단말장치 11: 상온부
12: 전류리드 13: 극저온부
14: 초전도케이블 15: 연결부
16: 고체절연부싱 30: 케이블용 단부 시험장치
31: 절연부재
100, 300, 500: 케이블용 단부 시험장치
110, 310, 510: 접속도체부 120, 320, 520: 인서트부
130, 330, 530: 데드엔드부 140, 340: 보강절연부
150, 350, 550: 유체저장부 170, 370: 슬리브부
200: 초전도 케이블용 단말 210, 410, 610: 중심도체
220: 고체절연부싱 230: 상온부
360: 도체결합부 400: 지절연 케이블용 단말
411, 611: 중심도체본체 412, 612: 중심도체절연부
430, 630: 고체절연부 440: 도체결합부
540: 접속절연부 600: 플라스틱절연 케이블용 단말
620: 절연유저장부 640: 실링부재

Claims (14)

  1. 중심도체를 포함하는 케이블용 단말에 결합되어 상기 케이블용 단말의 특성을 평가하는 전력케이블용 단부 시험장치에 있어서,
    중심도체가 노출된 상기 케이블용 단말을 관통 삽입시키며, 냉각 또는 절연시키는 유체가 저장되는 유체저장부와;
    상기 유체저장부 내에 형성되는 것으로서,
    원통관체로 형성되며 도체로 이루어진 인서트(insert)부와;
    일단이 노출되고, 타단이 상기 인서터부 내부에 삽입 결합되어 상기 인서터부에 직접연결(direct connection)되는 도체로서, 일단이 상기 중심도체에 접촉되어 인가되는 전압을 전달받는 접속도체부와;
    상기 인서트부 노출되는 영역이 유체 계면에서 절연상태로 유지되도록 상기 인서트부를 둘러싸는 절연소재로 이루어진 데드엔드(dead end)부와;
    에폭시(epoxy), PPLP(polypropylene laminated paper) 또는 크래프트지(kraft paper)로 형성되어 상기 데드엔드부 및 상기 접속도체부의 둘레를 둘러싸도록 외부에 형성되는 보강절연부;
    를 포함하여 구성되어
    초전도 케이블용 단말의 내전압성과 절연특성 시험에 사용하는 것을 특징으로 하는 전력케이블용 단부 시험장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유체는 상기 케이블용 단말을 냉각시키는 냉매, 상기 케이블용 단말을 절연시키는 절연유 또는 절연가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전력케이블용 단부 시험장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 접속도체부의 양단부에는 나사산을 형성시키고,
    상기 중심도체 또는 상기 인서트부에는 상기 접속도체부의 나사산에 치합되는 나사산을 형성시켜,
    상기 접속도체부와 상기 중심도체 또는 상기 인서트부를 볼트-너트 결합시키는 것을 특징으로 하는 전력케이블용 단부 시험장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 중심도체와 상기 인서트부 사이에 슬리브부(sleeve)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블용 단부 시험장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 슬리브부의 내표면 및 외표면은 나사산을 포함하며,
    나사산을 포함하는 상기 접속도체부 및 상기 인서트부와 볼트-너트 결합되는 것을 특징으로 하는 전력케이블용 단부 시험장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 슬리브부의 외표면은 나사산을 포함하며,
    나사산을 포함하는 상기 인서트부와는 볼트-너트 결합되고, 상기 접속도체부와는 압착 결합되는 것을 특징으로 하는 전력케이블용 단부 시험장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 접속도체부 및 상기 인서트부는, 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄합금 소재 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력케이블용 단부 시험장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 데드엔드부는 에폭시(epoxy) 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력케이블용 단부 시험장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 케이블용 단말은,
    일단이 외부케이블과 연결되고 타단이 초전도케이블과 연결되는 중심도체와; 상기 중심도체의 외부에 형성되는 고체절연부싱을 포함하는 초전도 케이블용 단말인 것을 특징으로 하는 전력케이블용 단부 시험장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 고체절연부싱의 외측에서 내측으로 연결형성되어 고전압절연 패스를 형성시키고, 상기 중심도체를 냉각시키는 냉매가 공급되어 열교환을 통해 냉각시킴에 의해 중심도체 측 열평형부를 형성시키는 냉매순환로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블용 단부 시험장치.
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