KR20170118773A

KR20170118773A - 초전도 케이블용 단말 유닛

Info

Publication number: KR20170118773A
Application number: KR1020177024864A
Authority: KR
Inventors: 니꼴라 랄루에; 세바스티앙 델쁠라스; 마르크 슈템레; 에릭 마르짜안
Original assignee: 넥쌍
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2017-10-25
Also published as: CN107408805A; DK3065243T3; CN107408805B; WO2016139058A1; US9735562B2; EP3065243B1; US20160261103A1; EP3065243A1

Abstract

본 발명은 초전도 케이블(3)용 단말 유닛에 관한 것으로, 케이블(3)은 적어도 두 개의 위상 도체들(3A, 3B, 3C)을 포함하고, 단말 유닛(1)은 극저온 액체 안에 케이블(3)의 위상 도체들(3A, 3B, 3C)이 들어있는 전기적으로 절연하는 내측 싸개(2)를 포함하고, 내측 싸개(2)는 각각의 위상 도체(3A, 3B, 3C)마다, 대응하는 위상 도체(3A, 3B, 3C)에 연결되고 내측 싸개(2)로부터 돌출된 하나의 제1 전기 커넥터(6A, 6B, 6C)를 포함한다. 단말 유닛(1)은 전기적 전도성의, 내측 싸개(2)와 제1 전기 커넥터들(6A, 6B, 6C)을 둘러싸는 접지 케이싱(7)을 더 포함하고, 접지 케이싱(7)은 제1 전기 커넥터들(6A, 6B, 6C) 각각마다 하나의 부싱(8A, 8B, 8C)을 포함하고, 각각의 부싱(8A, 8B, 8C)은 제2 전기 커넥터(9A, 9B, 9C)에 의해서 제1 전기 커넥터들(6A, 6B, 6C) 중 하나와 연결되고 그와 연관된 위상 도체(3A, 3B, 3C)로부터의 전압 및 전류를 전송하도록 구성된다.

Description

초전도 케이블용 단말 유닛

본 발명은 단일 또는 다중 위상 초전도 케이블용 단말 유닛에 관한 것이다.

단일 또는 다중 위상 초전도 케이블은 하나 또는 동심을 이루어 배열된 N 개의 초전도 위상 도체(들) 및 길이방향 축을 따라 연장된 관형의 또는 거대한 지지 코어의 둘레에 있는 외측의 중성(neutral) 또는 차폐 도체(screen conductor)를 포함하고, 여기서 최외각 초전도 위상을 포함하는 모든 초전도 위상과 중성 도체는 절연층에 의해 서로 분리된다. 각 초전도 위상 도체는 초전도 와이어들 또는 테이프들로 구성될 수 있고, 여기서 전기 절연체는 하나의 위상 도체의 층들 사이에 제공될 수 있다. 케이블은 단열 싸개(envelope) 내에 배치된다. 관형 지지 코어와 함께 단열 싸개는 액체질소와 같은, 냉각액이 들어있을 수 있다. 일반적으로 다중 위상 초전도 케이블은 삼상 케이블(N = 3)이다. 예를 들어, 이것은 전기 그리드(electrical grid)에 설치된 전력 케이블로 사용된다.

단일 또는 다중 위상 초전도 케이블용 단말 유닛은 그리드에 케이블을 연결하기 위해, 즉 냉각된 초전도 상태와 주변 온도의 정상 전도 상태 사이의 전이를 관리하기 위해서 필요하다. 이러한 단말 유닛의 일 예가 유럽의 특허출원 EP 2 523 290 A1 문헌에 기술되어 있다. 이 단말 유닛은 원통형 모듈형 요소들(modular elements)을 포함하고, 각 위상마다 하나씩, 각 모듈형 요소는 외측의 열적 및 전기적 절연 싸개를 갖는다. 외측 싸개들은 초전도 케이블의 부분들을 포함하고, 이 초전도 케이블의 부분들은 열적 및 전기적 절연 물질로 만들어지고 냉각액으로 채워진 내측 싸개들에 포함되어 있다. 위상들의 분기 요소들은 모듈형 요소들의 끝에 배열되고 케이블 부분들에 직접적으로 연결되며, 전기적 연결 요소들, 예를 들어 러그(lugs)는 모듈형 요소들로부터 돌출된다.

그러나, 이러한 단말 디자인은 단말 유닛의 밖에 외부 전기장을 수반한다. 이 외부 전기장은 예를 들어, 변전소에서 단말 유닛이 사용되는 경우 관리하기가 어렵다. 실로, 이 경우에 조작자의 안전을 보장하기 위해서 추가적인 조치 및 비용을 투입해야 한다.

WO 03/034447 A1은 단말 도관에 둘러싸인 초전도 케이블용 초전도 케이블 단말에 관한 것이다. 냉각 부위는 냉각제로 채워진 도관의 일부이다. 이어지는 부위는 주변 온도 부위로 이어지는 전이 덕트(transition duct)이다. 이 부위는 도관 압력과 주변 온도에서 기체의 냉각제를 포함한다. 내측 커넥터들 및 외측 커넥터들은 이 주변 부위에 위치한다.

본 발명의 목적은 조작하는 사람이 쉽고 안전하게 접근할 수 있는 작고 단순한 단말 유닛을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시형태들이 제공하는 초전도 케이블용 단말 유닛에 있어서, 케이블은 적어도 하나의 위상 도체를 포함하고, 단말 유닛은 극저온 액체에 케이블의 적어도 하나의 위상 도체를 포함하는 내측 전기 절연 싸개를 포함하고, 내측 싸개는 각 위상 도체마다, 대응하는 위상 도체에 연결되고 내측 싸개로부터 돌출되는 하나의 제1 전기 커넥터를 포함한다. 단말 유닛은 내측 싸개 및 제1 전기 커넥터들을 둘러싸는 전기 전도성의 접지 케이싱(grounded casing)을 더 포함하고, 접지 케이싱은 제1 전기 커넥터들 각각에 대한 하나의 부싱(bushing)을 포함하고, 각 부싱은 제2 전기 커넥터에 의해 제1 전기 커넥터들 중 하나와 연결되고 그와 연관된 위상 도체로부터의 전압 및 전류를 전송하도록 구성된다.

그리하여 본 발명에 따른 단말 유닛은 정상적으로 전도하는 부품들과 연결하기 위하여 도체들이 관통해 공급되는 곳인 부싱들을 제외하고 사방이 모두 절연된다.

바람직하게는 내측 싸개는, 각각의 위상 도체마다 모듈형 요소 하나씩, 여러 개의 모듈형 요소들을 포함하고, 각각의 모듈형 요소는 모듈형 요소로부터 돌출되는 제1 전기 커넥터를 포함한다.

몇몇 실시형태에서, 접지 케이싱은 복수의 케이싱 조각들을 포함하고, 각각의 케이싱 조각은 부싱들 중 하나를 포함하며, 각각의 케이싱 조각은 케이블의 하나의 위상과 연관되고, 여기서 케이싱 조각들은 전기적으로 서로 연결된다. 이러한 케이싱은 쉬운 단말 유닛의 조립을 가능하게 한다.

케이싱 조각들은 극저온 전도 플랜지들(cryogenic conducting flanges)에 의해 서로 연결될 수 있다.

유리하게는, 각각의 부싱은 전기장 관리 부품을 포함한다. 이것은 각각의 위상 도체의 말단에서 임계 전기장 집중(critical electrical field concentrations)을 방지할 수 있게 한다.

바람직하게는, 각각의 부싱은 통상적인 전도 부품들과 연결하기 위한 캡슐화된 커넥터(encapsulated connector)를 포함한다. 이러한 커넥터 덕분에, 초전도 케이블은 추가적인 안전 조치를 취할 필요없이 주변 온도에서 표준 전력망(grid)의 통상적인 전도 부품들에 직접 연결될 수 있다. 이러한 커넥터는 유리하게는 커넥터 내에 전기장을 국한시키는 전기장 관리 부품을 포함한다. 그리하여, 단말 유닛은 그 전체가 접지되고, 조작하는 사람에게 위험이나 제약이 없이 제공된다.

유리하게는, 접지 케이싱은 스테인리스 강으로 만들어진다.

몇몇 실시형태에 있어서, 제2 전기 커넥터는 플러그 커넥터다. 이러한 커넥터는 유닛의 조립을 쉽게 할 수 있게 해준다. 대안적으로, 제2 전기 커넥터는 유연한 전도성 요소들(flexible conductive elements)로 만들어진다. 예를 들어, 제2 전기 커넥터는 구리선 그물망(copper wire mesh)으로 만들어질 수 있다. 유연한 전도성 요소들은 내측 싸개와 케이싱 사이의 가능한 온도 차이로 인한 변형을 보상할 수 있다.

유리하게는, 내측 싸개는 단열 되어있다.

바람직하게는, 접지 케이싱 및 모듈형 요소들 사이의 공간은 진공이다.

초전도 케이블은 극저온 싸개를 포함하고, 이 싸개는 접지 케이싱과 전기적으로 연결된다.

본 개시에 따른 단말 유닛의 예시적인 실시예는 다음의 첨부된 도면을 참조하여 기술된다.
도 1은 본 발명에 따른 단말 유닛의 일 실시예를 도식적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 단말 유닛의 제2 실시예를 도식적으로 도시한 도면, 그리고,
도 3은 본 발명에 따른 단말 유닛의 제3 실시예를 도식적으로 도시한 도면이다.

도면들 및 다음 설명은 예시적인 실시예들을 나타낸다. 도면들에서, 유사한 구조 및/또는 기능을 갖는 구성요소는 같은 참조 번호로 표시될 수 있다. 이하 기술된 본 발명의 실시예들에서, 초전도 케이블은 삼상 케이블이다.

도 1은 본 개시에 따른 단말 유닛(1)의 일 실시예를 도식적으로 도시한다. 단말 유닛(1)은 초전도 케이블(3)의 말단과 극저온 액체가 들어있는 내측 싸개(2)를 포함한다. 케이블(3)의 삼상 도체들(3A, 3B, 3C)은 동심을 이루어 배치되고 내측 싸개 안에 내포(bared)되어서, 각각의 위상 도체(3A, 3B, 3C)가 길이방향으로 연장되며 극저온 액체에 노출되어 있는 접촉 표면을 갖도록 한다. 케이블(3)의 안쪽 극저온 싸개(4)는 내측 싸개(2)와 연결되고 극저온 플랜지(14)에 의해서 이와 단단히 밀폐된다.

내측 싸개(2)는 전기적 절연 물질로 만들어진다. 바람직하게는, 내측 싸개(2)는 유전 물질, 예를 들어, "G10"으로 알려진 에폭시 수지에 담근 유리섬유 적층판과 같은 폴리머로 만들어진다. 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예들에서, 내측 싸개(2)는 세 개의 모듈형 요소들(5A, 5B, 5C)을 포함하고, 각각은 하나의 위상 도체(3A, 3B, 3C)와 연관된다. 모듈형 요소들(5A, 5B, 5C)는 플랜지와 같은 것에 의해서 밀봉된 형태의 하나의 매체로서 서로간에 합쳐진다. 바람직하게는, 내측 싸개(2)는 단열 되어있다.

케이블(3)의 각각의 위상 도체(3A, 3B, 3C)마다, 내측 싸개(2)는 전기 커넥터(6A, 6B, 6C)를 포함한다. 이 제1 전기 커넥터(6A, 6B, 6C)는 대응하는 위상(3A, 3B, 3C)에 전기적으로 직접 연결되고, 내측 싸개(2)로부터 돌출된다. 제1 전기 커넥터들(6A, 6B, 6C)은, 예를 들어 대응하는 위상 도체(3A, 3B, 3C)를 중심으로 둘러진 디스크 또는 링 형상을 가지고, 적어도 부분적으로 내측 싸개(2)를 관통하여 극저온 액체의 통로를 이룰 수 있다. 이 도면에 도시된 실시예에서, 내측 싸개(2)는 세 개의 모듈형 요소들(5A, 5B, 5C)을 포함하고, 각각의 모듈형 요소(5A, 5B, 5C)는 하나의 제1 전기 커넥터(6A, 6B, 6C)와 연관된다. 이 경우에, 제1 커넥터(6A, 6B, 6C)는 모듈형 요소들(5A, 5B, 5C)의 플랜지와의 나사 결합에 의해서 고정될 수 있다.

본 발명에 따르면, 단말 유닛(1)은 전기적 전도성 물질로 만들어진 접지 케이싱(7)을 더 포함한다. 이 케이싱(7)은 예를 들어, 스테인리스 강으로 만들어질 수 있다. 접지 케이싱(7)은 내측 싸개(2)와 거리를 두고 내측 싸개(2) 및 제1 전기 커넥터들(6A, 6B, 6C)을 둘러싼다. 접지 케이싱(7) 및 내측 싸개(2) 사이의 공간은 바람직하게는 내측 싸개(2)의 열적 및 전기적 절연을 보장하기 위해서 충분한 진공 수준으로 공기가 비워진다. 이 공간은, 폴리이소시아누르산 폼(polyisocyanurate foam)과 같은, 열적 및 전기적 절연을 위한 적합한 물질로 채워질 수 있다. 그 거리 또한 위상 도체들(3A, 3B, 3C)의 전기 피드스루(feedthroughs)가 실현될 수 있는데 필요하다. 케이블(3)의 극저온 싸개(4)는 접지 케이싱(7)과 전기적으로 연결된다. 이것은 참조하는 도면들에 도시된다.

케이싱(7)은 각각의 제1 전기 커넥터들(6A, 6B, 6C) 하나마다 하나의 부싱(8A, 8B, 8C)을 포함한다. 부싱들(8A, 8B, 8C)은 단말(1)의 극저온 부분, 즉 내측 싸개(2)의 밖으로 나와서 주변 온도에서 표준의, 통상적인 전도 네트워크로 향하는, 그와 연관된 위상 도체(3A, 3B, 3C)로부터의 전압 및 전류를 전달하게 한다.

각각의 부싱(8A, 8B, 8C)은 제2 전기 커넥터(9A, 9B, 9C)에 의해 제1 전기 커넥터들(6A, 6B, 6C) 중 하나로 연결된다. 제2 전기 커넥터(9A, 9B, 9C)는 바람직하게는 유연한 전도성 요소들로 만들어진다. 예를 들어, 제2 전기 커넥터(9A, 9B, 9C)는 구리선 그물망으로 만들어질 수 있다. 또한, 어닐링된 구리 부재 또는 알루미늄이나 황동과 같은 다른 재질 부재로 만들어질 수 있다. 그러한 유연한 도체는 내측 싸개(2)와 케이싱(7) 사이의 온도 차이로 인한 변형을 보상할 수 있게 한다. 대안적으로, 제2 전기 커넥터(9A, 9B, 9C)는 다접촉 라멜라 플러그(multi- contact lamella plug)와 같은 플러그 커넥터일 수 있다.

초전도 케이블은 또한 차폐 도체(미도시)를 포함한다. 차폐 도체는 안쪽 싸개와 접지 케이싱을, 위상 도체와 동일한 방식으로 통과해서, 즉, 제1 및 제2 전기 커넥터와 부싱에 의하여 제공될 수 있다. 이것은 특히 차폐 도체가 중요한 전류를 전송할 경우에 적용된다.

도 2 및 도 3에 도시된 실시예들에서, 접지 케이싱(7)은 복수의 케이싱 조각들(7A, 7B, 7C)을 포함한다. 각각의 케이싱 조각(7A, 7B, 7C)은 부싱들(8A, 8B, 8C) 중 하나를 포함한다. 각각의 케이싱 조각(7A, 7B, 7C)은 케이블(3)의 한 위상(3A, 3B, 3C)과 연관되고, 케이싱 조각들(7A, 7B, 7C)은 전기적으로 서로 연결된다. 이들은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어 극저온 전도 플랜지들에 의해 연결될 수 있다.

부싱들(8A, 8B, 8C)은, 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 각각 전기장 관리 부품(11A, 11B, 11C)을 포함한다. 그러한 전기장 관리 부품(11A, 11B, 11C)은 부싱들(8A, 8B, 8C)로부터 돌출된 도체들 및 접지 케이싱(7)과 함께 다른 외부 접지 부재들 사이의 중요한 전위의 기울기(potential gradients)를 방지하기 위해 사용된다. 장 관리 부품(11A, 11B, 11C)은 예를 들어 스트레스 콘(stress cone)일 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같은 바람직한 다른 실시예에 따르면, 각각의 부싱(8A, 8B, 8C)은 캡슐화된 커넥터(12A, 12B, 12C)를 포함할 수 있다. 캡슐화된 커넥터들(12A, 12B, 12C)은 부싱들(8A, 8B, 8C)의 꼭대기에 배치된다. 이러한 캡슐화된 커넥터들로, 단말 유닛(1)은 주변 온도에서 표준 케이블(13A, 13B, 13C)에 직접 연결된다. 이에 따라 단말 유닛(1)은 완전히 절연되고 만지는데 안전하다. 물론, 접지 케이싱(7)은 도 1에 도시된 바와 같이 단일 개체이거나 또는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 가이 복수의 케이싱 조각들로 구성될 수 있다. 캡슐화된 커넥터들은 보통 전기장 관리 부품을 포함하여서 외부 전기장이 단말 유닛(1)에 나타나지 않고, 그리하여, 예를 들어 변전소에서의 작업과 같이, 전기장과 관련된 모든 위험과 제약을 제거한다.

Claims

적어도 하나의 초전도 위상 도체(3A, 3B, 3C)를 포함하는 초전도 케이블(3)용 단말 유닛(1)으로서, 극저온 액체에 상기 케이블(3)의 적어도 하나의 위상 도체(3A, 3B, 3C)가 들어있는 전기 절연 내측 싸개(2)를 포함하고, 상기 내측 싸개(2)는, 각각의 위상 도체(3A, 3B, 3C)마다, 대응하는 위상 도체(3A, 3B, 3C)에 연결되고 상기 내측 싸개(2)로부터 바깥으로 돌출되는 하나의 제1 전기 커넥터(6A, 6B, 6C)를 포함하는, 단말 유닛(1)에 있어서,
- 상기 단말 유닛(1)은 상기 내측 싸개(2)와 거리를 두고 상기 내측 싸개(2)와 제1 전기 커넥터들(6A, 6B, 6C)을 둘러싸는 전기 전도성 접지 케이싱(7)을 더 포함하고, 상기 접지 케이싱(7)은 각각의 제1 전기 커넥터들(6A, 6B, 6C) 마다 하나의 부싱(8A, 8B, 8C)을 포함하고, 각각의 부싱(8A, 8B, 8C)은 제2 전기 커넥터(9A, 9B, 9C)에 의해 상기 제1 전기 커넥터들(6A, 6B, 6C) 중 하나와 연결되고, 연관된 위상 도체(3A, 3B, 3C)로부터의 전압 및 전류를 전송하도록 구성되며,
- 상기 접지 케이싱(7)은, 각각의 제1 전기 커넥터들(6A, 6B, 6C), 부싱들(8A, 8B, 8C) 및 제2 전기 커넥터들(9A, 9B, 9C)이 상기 접지 케이싱(7)으로 덮여있는 만큼 거리를 두고 상기 내측 싸개(2)를 둘러싸고,
- 상기 제2 전기 커넥터(9A, 9B, 9C)는 상기 케이싱(7)의 벽을 관통하여 밖으로 돌출되며,
- 상기 단말 유닛(9)은 상기 접지 케이싱(7)을 케이블(3)의 극저온 싸개(4)와 전기적으로 연결하여 전체가 접지되는 것을 특징으로 하는, 단말 유닛(1).
제1항에 있어서,
상기 내측 싸개(2)는 각각의 위상 도체(3A, 3B, 3C)마다 하나의 모듈형 요소(5A, 5B, 5C)를 포함하고, 각각의 모듈형 요소(5A, 5B, 5C)는 상기 모듈형 요소(5A, 5B, 5C)로부터 돌출된 제1 전기 커넥터(6A, 6B, 6C)를 포함하는, 단말 유닛(1).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 접지 케이싱(7)은 복수의 케이싱 조각들(7A, 7B, 7C)을 포함하고, 각각의 케이싱 조각(7A, 7B, 7C)은 상기 부싱들(8A, 8B, 8C) 중 하나를 포함하고, 각각의 케이싱 조각(7A, 7B, 7C)은 케이블(3)의 하나의 위상 도체(3A, 3B, 3C)와 연관되고, 상기 케이싱 조각들(7A, 7B, 7C)은 전기적으로 서로 연결된, 단말 유닛(1).
제3항에 있어서,
상기 케이싱 조각들(7A, 7B, 7C)은 극저온 전도 플랜지(10A, 10B, 10C)에 의해서 서로 연결되는, 단말 유닛(1).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 부싱(8A, 8B, 8C)은 전기장 관리 부품(11A, 11B, 11C)을 포함하는, 단말 유닛(1).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 부싱(8A, 8B, 8C)은 통상적인 전도 부품(13A, 13B, 13C)과의 연결을 위한 캡슐화된 커넥터(12A, 12B, 12C)를 포함하는, 단말 유닛(1).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접지 케이싱(7)은 스테인리스 강으로 만들어진, 단말 유닛(1).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 전기 커넥터(9A, 9B, 9C)는 플러그 커넥터인, 단말 유닛(1).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 전기 커넥터(9A, 9B, 9C)는 유연한 전도성 요소들로 만들어진, 단말 유닛(1).
제9항에 있어서,
상기 제2 전기 커넥터(9A, 9B, 9C)는 구리선 그물망으로 만들어진, 단말 유닛(1).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내측 싸개(2)는 단열 되어있는, 단말 유닛(1).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접지 케이싱(7)과 내측 싸개(2) 사이의 공간은 진공인, 단말 유닛(1).