WO2017073833A1 - 초전도 케이블 단말장치 - Google Patents

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WO2017073833A1
WO2017073833A1 PCT/KR2015/012945 KR2015012945W WO2017073833A1 WO 2017073833 A1 WO2017073833 A1 WO 2017073833A1 KR 2015012945 W KR2015012945 W KR 2015012945W WO 2017073833 A1 WO2017073833 A1 WO 2017073833A1
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current lead
superconducting cable
refrigerant
terminal device
circulation path
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PCT/KR2015/012945
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English (en)
French (fr)
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류희석
김해종
심기덕
오상수
조전욱
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한국전기연구원
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    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00—Cable fittings
    • H02G15/34—Cable fittings for cryogenic cables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/16—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
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    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the present invention relates to a superconducting cable terminal device, and more particularly, a refrigerant circulation path for forcibly cooling a current lead and a connection portion serving as a thermal equilibrium point are included in an insulation bushing, thereby simultaneously insulating and cooling the entire volume. Relates to a reduced superconducting cable terminal device.
  • a superconducting cable terminal device refers to a device for connecting a superconducting cable to a general overhead power transmission line made of a conductor or a power device such as a GIS or a transformer. That is, it is a connection device for connecting a superconducting cable that transmits electric power at cryogenic temperatures with a overhead transmission line at room temperature or with a power device such as a breaker or a transformer.
  • a terminal device is a comprehensive system to solve the electrical, mechanical and thermal problems generated by connecting a current circuit in a room temperature state to a superconductor circuit in a liquid nitrogen or liquid helium temperature state.
  • the "Superconducting cable terminal structure" is introduced in the Republic of Korea Patent Publication No. 10-508710. 1 and 2, the room temperature portion 330 filled with the insulating oil 334, the room temperature portion 330 and the fixed flange 230, and the current lead portion 350 is provided.
  • the terminal structure for the superconducting cable consisting of a cryogenic portion 220 in a vacuum state
  • the electric field concentrated in the current lead portion 350 is relaxed inside the coupling portion of the room temperature portion 330 and the cryogenic portion 220,
  • the boundary portion 400 for maintaining the airtightness between the room temperature portion 330 and the cryogenic portion 220 is formed.
  • the boundary portion 400 is a metal conductor rod 410 connecting the upper conductor 340 inserted into the room temperature portion 330 and the lower conductor 240 inserted into the cryogenic portion 220, and the room temperature portion ( 330 and the cryogenic portion 220 are flange-coupled with a buried electrode 420 formed at both ends of the electrode rod 420, and the metal conductor rod 410 and the buried electrode 420 are wrapped around the metal conductor rod 410. It is formed of an insulating material 430 that is injection molded together.
  • the prior art does not specify the media of the boundary portion, but it is understood that the upper and lower solid insulation bushings have a surface insulation structure, so that the structure is filled with vacuum or gas, and in such a structure, the lower surface insulation of the upper solid insulation bushings.
  • the structure and the upper surface insulation of the lower solid insulation bushing are essential to ensure electrical insulation.
  • This structure has the advantage that the gas-liquid interface is located at the ground plane on the operating surface, thereby avoiding the weakening of the insulation characteristics by the gas-liquid interface flow such as bubbles.
  • these conventional inventions or manufactured superconducting terminals have two or four surface insulation or interfacial insulation structures in order to simultaneously pursue electrical insulation characteristics and cooling functions internally, and thus are bulky overall, and superconducting cables having superconductors exist.
  • the central conductor In order to keep the distal part stable in the cryogenic state, the central conductor must be directly exposed to the refrigerant in various parts where high voltage is applied. For this reason, the final superconducting terminal has a problem in that it is difficult to apply directly to the steel tower or substation connection part of the existing transmission line in terms of shape and size.
  • FIG. 3 The prior art is shown in FIG. 3 or FIG.
  • the upper part includes a room temperature part 10, a bottom cryogenic part 20, and a current introduction line 30 penetrating the inside of the room temperature part 10 and the cryogenic part.
  • the room temperature part 10 is a portion into which the current induction wire 30 connected to an external phase conducting cable is introduced, and insulates oil or an insulating gas 11 therein in order to insulate the high voltage current induction wire 30 penetrating therein from the outside. ) Is filled, and the insulator 12 is formed outside.
  • the cryogenic portion 20 is located at the lower portion of the room temperature portion 10, and is composed of a vacuum vessel 21 in which a vacuum layer is maintained between the inner wall 23 and the outer wall 22, and inside the liquid nitrogen is injected and circulated.
  • the first liquid nitrogen layer 24 is formed, and the gaseous nitrogen layer 25 is formed on the first liquid nitrogen layer 24 by vaporizing the liquid by the heat flowing through the current introduction line.
  • the first liquid nitrogen layer 24 is provided with a partition wall 26 so as to be distinguished from the second liquid nitrogen layer 29 for cooling the superconducting cable 1.
  • heat loss occurs in the first liquid nitrogen layer 24 due to convection of the gas nitrogen layer 25 itself, thereby increasing the cooling load of the terminal device for the superconducting cable.
  • a convective obstruction plate 40 for reducing convection of gaseous nitrogen is provided in a section in which the gaseous nitrogen layer 25 is formed.
  • the conventional superconducting device for a superconducting device needs to safely maintain a gas-liquid interface having poor insulation characteristics, and a conductor exposed portion to which a high pressure is applied regardless of suppression of convection in the upper gas section is applied to gas and liquid or gas.
  • two insulation bushing structures are usually required.
  • the gas / liquid interface varies with the amount of heat intrusion or the amount of heat generated by the conductor, a substantial section in which the liquid level can be varied in order to continuously secure insulation performance must be secured.
  • FIG. 4 in order to improve the stability of the gas-liquid interface, a plurality of partitions are installed to minimize convection of the gas part to prevent gas convection.
  • FIGS. 3 and 4 in any case In the case where the variable gas-liquid interface is used as the insulating structure, the insulating properties along the interface are lowered, so that the diameter of the enclosure is increased and the stability according to the thermal intrusion amount is not satisfactory.
  • Another conventional technique is to form a high voltage bushing on the outer surface of a copper conductor in US Patent Publication No. US2014 / 0243206 A1 (August 28, 2014), and electrically connect the copper conductor and the superconducting cable in a vacuum.
  • a connecting portion and the copper conductor is heat-exchanged by using an external helium refrigerator, a structure for cooling the terminal of the copper conductor, the terminal of the superconductor cable, and a connection portion thereof is introduced, but it is formed separately from the insulation structure and the cooling structure. This also makes it difficult to apply directly to a steel tower or substation connection part of an existing transmission line by making it bulky.
  • the present invention has been made to solve the above problems of the prior art, forming a refrigerant circulation path into an insulating bushing surrounding the connection portion connecting the current lead and the superconducting cable, and cooling the connection portion in a way to circulate the refrigerant to cool the thermal equilibrium point It is an object of the present invention to provide a superconducting cable terminal device in which the overall volume is reduced by insulated and cooled at the same time by including a connecting part inside the insulating bushing.
  • the present invention for achieving the above object, in the superconducting cable terminal device for the connection between the current lead disposed at room temperature and the superconducting cable disposed in the cryogenic refrigerant tank, including the current lead and the superconducting cable and mutually A connection part formed to be connected to each other; A solid insulation bushing formed outside the connection portion; And a refrigerant circulation path connected to an inner side of the solid insulation bushing to form a refrigerant path having a high voltage insulation property, and supplied with a refrigerant cooling the connection part to cool the connection part by heat exchange.
  • the superconducting cable terminal device is a technical point.
  • the solid insulation bushing is preferably formed outside the current lead.
  • a heat balance part which is a section in which the room temperature part and the low temperature part of the current lead maintain and converge at a constant temperature, is formed.
  • the solid insulating bushing It is preferable that a reinforcement insulator is formed under the solid insulation bushing so as to surround a portion connecting the superconducting cable and the current lead.
  • the refrigerant circulation path is formed in the solid insulation bushing, and the refrigerant inlet circulation path through which the refrigerant flows into the solid insulation bushing;
  • a current lead cooling circulation path connecting the refrigerant inflow circulation path and the refrigerant discharge circulation path between the refrigerant inflow circulation path and the refrigerant discharge circulation path, and formed through the current lead or through the current lead to cool the connection part. It is preferable.
  • the coolant inlet circulation path and the coolant discharge circulation path penetrate in a zigzag shape to face from the outer surface of the insulating bushing.
  • the current lead cooling circuit passes through a coil shape bent in a spiral along the axis of the current lead.
  • the current lead may include a room temperature current lead connected to an external external connection terminal; An upper current lead coupled to the room temperature current lead and extending downward; One end is connected to the upper current lead, and the other end is a lower current lead coupled to the superconducting cable.
  • the lower current lead is formed with a first flange protruding toward the upper current lead, and the upper current lead is fitted with the first flange.
  • a current lead cooling circulation path formed to penetrate through the contact surface of the upper current lead in contact with the first flange and through which a refrigerant for cooling the current lead is circulated.
  • the current lead cooling circuit preferably has a semicircular cross section.
  • the current lead supports a load generated when the superconducting cable conductor is connected, and a fixing part is formed to protrude or recess on the current lead to minimize mechanical stress generated in the solid insulation bushing caused by cryogenic cooling. desirable.
  • the current lead and the superconducting cable are preferably arranged parallel to each other in a straight or longitudinal direction.
  • the solid insulating bushing is preferably made of epoxy, FRP, insulating paper and a mixture thereof.
  • the reinforcing insulator is preferably made of epoxy, insulating paper and a mixture thereof.
  • the refrigerant is liquid nitrogen or liquid helium.
  • the lower portion of the reinforcement insulator is preferably a push rod is formed so as to surround the reinforcement insulator.
  • One side of the refrigerant tank is coupled to the lower portion of the refrigerant tank, the other side is preferably in contact with the lower portion of the rod is formed a spring for supporting the rod by the elastic force.
  • the superconducting cable is installed in the coolant tank under the coolant tank.
  • the refrigerant circulation path for forcibly cooling the current lead and a connection portion serving as a fixed thermal balance point are included in the insulation bushing side, and the superconducting cable connection portion is reinforced with a solid insulation structure, thereby dramatically reducing the overall volume of the superconducting cable terminal device. It can be reduced, and since the superconducting cable can be directly connected in a straight line like the existing commercial products, it is easy to replace the existing equipment in terms of form, which has the advantage of creating breakthrough electricity for actual system use and commercialization.
  • the refrigerant circulation path for forcibly cooling the current lead and the connection portion serving as a fixed thermal equilibrium point are included in the insulation bushing, and the superconducting cable connection portion is reinforced by the solid insulation structure of the superconducting cable terminal device.
  • the overall volume can be significantly reduced.
  • the superconducting cable can be directly connected to the terminal in a straight line as in the existing commercial products, it is possible to easily replace the existing equipment in terms of shape, thereby making breakthrough electricity for real system use and commercialization.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a terminal structure for a superconducting cable according to the prior art
  • FIG. 2 is an enlarged view illustrating main parts of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of another terminal device for a cable according to the prior art
  • FIG. 4 is a view showing a shape in which a convective barrier plate is installed in the gas nitrogen layer of FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a superconducting cable terminal device according to the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged view illustrating main parts of FIG. 5.
  • the role of the thermal gradient is to stabilize the superconducting cable conductor to the temperature at which the superconducting phenomenon is maintained by forcibly cooling the heat generated due to the invasion from the external room temperature and the current flow.
  • the heat generated from external intrusion heat and copper current lead must be removed continuously.
  • the superconducting cable conductor is exposed in liquid nitrogen, and the lower part of the copper current lead connected from the upper side is also exposed in liquid nitrogen to connect the external intrusion heat and the heat generated from the conductor with liquid nitrogen. Since a high voltage is applied to the conductor, it adds the necessary insulation structure.
  • the structure of the forced cooling unit in front of the superconducting cable was examined.
  • it In order to be able to forcibly discharge heat from a certain part of the copper conductor, it must be a structure capable of flowing the liquid nitrogen used as the cooling medium, and the liquid nitrogen flowing part has a liquid-solid interface to generate a weak insulation characteristics The problem appeared.
  • the electrical insulating properties of the liquid-solid interface were evaluated to design a structure that secures a curved liquid nitrogen path in an epoxy molded bushing.
  • the liquid-solid interface does not necessarily have to be connected in a straight line, and even if it is folded or bent, there is no additional reduction in insulation properties.
  • the existing terminal structure is to design an insulating surface that is not as parallel to the electric field direction.
  • the insulating properties of each surface may be stable.
  • the superconducting cable can be directly connected in a straight line to the room temperature bushing seen from the outside, thereby securing the possibility of replacing the existing room temperature terminal structure.
  • Embodiments of the present invention for achieving the above object is generally a superconducting cable terminal device for connection between a current lead disposed at room temperature and a superconducting cable disposed at cryogenic temperature, (1) the current lead and the superconducting A solid insulation bushing including a connection part connecting a cable therein and configured to connect the current lead and the superconducting cable; (2) The structure of the fixed part which secured the projecting part, the recessed part, and the adhesive part in the middle part in order to ensure the airtightness and mechanical load resistance of the current lead to which the superconducting cable is directly connected to the mechanical load.
  • the superconducting cable terminal device 100 is disposed at room temperature and connected to external devices, and the current lead 200 and the superconducting cable 300 arranged at cryogenic temperatures serve as superconductors.
  • the connection is for the connection of the connection (J) connected to each other, the connection is a configuration comprising a current lead 200 and the superconducting cable 300, such a terminal device, the current lead 200, superconducting cable (300) ), A solid insulation bushing 400, a refrigerant circulation path 500, a refrigerant tank 600, a reinforcement insulator 410, a push rod 700, and a spring 800.
  • the current lead 200 may be any material capable of conducting electricity, and among them, copper (Cu), copper alloy (Cu alloy), aluminum (Al) or aluminum alloy (Al alloy) is preferable.
  • the superconducting cable 300 is preferably a high temperature superconducting cable capable of exhibiting a superconducting phenomenon in a liquid nitrogen atmosphere, but is not limited thereto.
  • the current lead 200 of the present invention is installed in the room temperature portion R in which the room temperature insulating gas 211 is charged and the room temperature bushing 212 is formed outside, and the current lead 200 is connected to the external connection terminal 201. do.
  • the current lead 200 and the superconducting cable 300 of the present invention are arranged to be parallel to each other in a straight or longitudinal direction. Alternatively, even when the current lead 200 and the superconducting cable 300 are not parallel, the angle of the state where the current lead 200 and the superconducting cable 300 are coupled can be freely set.
  • the refrigerant tank is formed large in volume.
  • the joule heat of the current lead is coupled to each other so that the heat transfer is less at an angle of about 90 °, and the 90 ° connection is difficult to install additional insulators.
  • the fed terminal structure has 'L' shape, which is different from the existing transmission line terminal device having 'I' form, and the installation area is widened.
  • the superconducting cable terminal device such that the current lead 200 and the superconducting cable 300 are disposed in a straight line as in the present invention, or the angle of the state where the current lead 200 and the superconducting cable 300 are combined is 20 ° or less ( 100) can reduce the overall volume and installation area by moving the position of the thermal equilibrium point and installing additional reinforcement insulators in the field connection process. If the angle between the current lead 200 and the superconducting cable 300 exceeds 20 °, the appearance becomes 'L' shape, thereby increasing the installation area and reducing the effect of the present invention.
  • the solid insulation bushing 400 includes a connection part J connecting the current lead 200 and the superconducting cable 300 therein, and the reinforcement insulator 410 to insulate the current lead 200 and the superconducting cable 300.
  • the solid insulation bushing 400 is formed so as to surround the current lead 200 and the lower portion of the solid insulation bushing 400, the solid insulation at the portion connecting the superconducting cable 300 and the current lead 200.
  • the reinforcement insulator 410 is formed to surround the connection part separately from the bushing 400.
  • the reinforcing insulator 410 serves to surround the end of the superconducting cable 300 so that the end of the superconducting cable 300 which is exposed to the liquid nitrogen in the refrigerant tank 600 is not directly exposed to the liquid nitrogen. .
  • the solid insulation bushing 400 is formed to insulate the current lead 200, and exists to protect the current lead 200 from external shock as well as insulation.
  • the solid insulation bushing 400 is formed in a columnar shape surrounding the current lead 200, and is formed to gradually decrease in diameter as it approaches both ends of the current lead 200.
  • the solid insulation bushing 400 may be selected from the group consisting of epoxy, FRP, insulating paper, polypropylene laminated paper (PPLP), and a mixture thereof.
  • the portion where the refrigerant circulation path 500 is formed may be a pre-fabricated solid material. It is more preferable that it consists of phosphorus epoxy.
  • the reinforcing insulator 410 is formed to insulate a portion of the superconducting cable 300 and the current lead 200 connected thereto, and is formed to surround not only the terminal of the superconducting cable 300 but also the current lead 200. While the solid insulation bushing 400 is partially exposed to the outside, the reinforcement insulator 410 is disposed in the refrigerant tank 600 containing the refrigerant. The reinforcement insulator 410 is disposed to surround the superconducting cable 300 contained in the refrigerant from the end of the solid insulation bushing 400 surrounding the current lead 200. The reinforcement insulator 410 is formed to gradually decrease in diameter toward the end, similar to the solid insulation bushing 400.
  • the reinforcement insulator 410 serves to prevent the end of the superconducting cable 300 from being directly exposed to liquid nitrogen as well as the purpose of insulation.
  • the reinforcing insulator 410 may be selected from the group consisting of epoxy, polypropylene laminated paper (PPLP), which is an insulating paper, and a mixture thereof, and is preferably formed using insulating paper, and the insulating paper is sequentially ordered one by one. It is laminated to form a certain volume.
  • PPLP polypropylene laminated paper
  • the present invention includes a refrigerant circulation path 500 for cooling the current lead 200 in order to reduce the volume of the refrigerant tank 600, etc. in the bulky superconducting cable terminal device 100 by the refrigerant tank 600.
  • the refrigerant circulation path 500 refers to a passage through which the refrigerant circulates through the solid insulation bushing 400 and the current lead 200 to cool the current lead 200.
  • the solid insulation bushing 400 surrounds the current lead 200, and the refrigerant circulation path 500 is preferably formed in the solid insulation bushing 400.
  • the current lead 200 may be forcedly cooled not only in the refrigerant tank 600 but also in the region of the current lead 200 which is not immersed in the refrigerant tank 600.
  • the refrigerant circulation path 500 includes a refrigerant inlet circulation path 510, a refrigerant discharge circulation path 520, and a current lead cooling circulation path 530.
  • the refrigerant inlet circulation path 510 is formed in the solid insulation bushing 400 and is a passage through which the refrigerant flows into the solid insulation bushing 400.
  • the refrigerant inlet circulation path 510 is formed with an inlet 511 through which the refrigerant flows from the outside, and the refrigerant inlet circulation path 510 has a current lead 200 disposed in the center from the outer surface of the solid insulation bushing 400. It penetrates toward, but does not penetrate in a straight line, but penetrates in a zigzag shape to introduce refrigerant. At this time, the zigzag shape is formed so that the angle between the passage is 10 to 30 °.
  • the zigzag shape angle of the refrigerant inlet circulation path 510 is less than 10 °, cracks may occur due to the distance between passages, and if the distance exceeds 30 °, the distance of the zigzag shape is short, so that the distance of the entire refrigerant inlet circulation path 510 is shortened. do.
  • the refrigerant introduced from outside passes through the refrigerant inlet circulation path 510 and flows into the current lead cooling circulation path 530.
  • the current lead cooling circulation path 530 serves to connect the refrigerant inlet circulation path 510 and the refrigerant discharge circulation path 520 between the refrigerant inlet circulation path 510 and the refrigerant discharge circulation path 520.
  • the current lead cooling circuit 530 is formed through the current lead 200 to cool the current lead 200 and has a circular or semicircular shape in cross section. At this time, the current lead cooling circuit 530 is preferably a coil shape bent in a spiral along the axis of the current lead 200. When the current lead cooling circuit 530 passes through the coil shape, the contact area of the current lead 200 with the refrigerant increases, thereby effectively cooling the current lead 200.
  • the current lead cooling circuit 530 penetrating the current lead 200 is preferably formed through the region between the center and the outermost region rather than the outermost from the center of the current lead 200 in terms of cooling efficiency.
  • the current lead cooling circulation path 530 is formed in the outermost region of the current lead 200, the outermost region is cooled smoothly, but as the center region moves away from the refrigerant, the cooling may not be performed smoothly.
  • the refrigerant having cooled the current lead 200 through the current lead cooling circulation path 530 passes through the refrigerant discharge circulation path 520 and is discharged to the outside through the outlet 521 formed at the end of the refrigerant discharge circulation path 520 or the refrigerant. It flows into the coolant tank 600 along the crude inflow path 610.
  • a separate terminal cooling path consisting of a current lead cooling circulation path 530, a refrigerant discharge circulation path 520, and a refrigerant outlet port 521 may be installed.
  • the refrigerant discharge circulation path 520 is formed in the solid insulating bushing 400 in correspondence with the refrigerant inlet circulation path 510, and the refrigerant discharge circulation path 520 is zigzag (eg, toward the center from the outer surface) like the refrigerant inlet circulation path 510. zigzag) through.
  • the coolant having cooled the current lead 200 through the coolant circulation path 500 passes through the coolant circulation path 500 through a coolant tank inflow path 610 formed between the coolant tank 600 and the reinforcing insulator 410. It flows into the refrigerant tank 600.
  • An end of the solid insulation bushing 400, a superconducting cable 300, a reinforcement insulator 410, a push rod 700, and a spring 800 are disposed in the refrigerant tank 600, and these are connected to the refrigerant tank 600. It is cooled by the incoming refrigerant.
  • the refrigerant flowing through the refrigerant circulation path 500 is not vaporized by the refrigerant circulation path 500 structure and flows into the refrigerant tank 600 as it is in a liquid state, thereby cooling the superconducting cable 300 therein without difficulty. .
  • the refrigerant tank 600 of the present invention is formed to have the same or similar diameter as the solid insulation bushing 400 so that the volume of the superconducting cable terminal device 100 is minimized.
  • Conventional refrigerant tanks include a bulky refrigerant tank to cool the current lead heated by Joule heat, but in the present invention, because the refrigerant circulation path 500 for forcibly cooling the current lead 200 is formed separately
  • the temperature of the current lead 200 flowing into the coolant tank 600 is not high, and thus the volume of the coolant tank 600 does not have to be large. In the current lead 200, Joule heat is generated in the entire section by the current.
  • the temperature of the current lead 200 to be cooled is the current lead 200.
  • the coolant tank 600 is preferably composed of a metal such as stainless steel having excellent strength.
  • a pusher 700 is formed by contacting a lower portion of the reinforcement insulator 410, which surrounds a connection portion of the cable 300.
  • the push rod 700 is made of a FRP material and serves to support the reinforcement insulator 410 so that the reinforcement insulator 410 and the solid insulation bushing 400 closely contact each other.
  • a plurality of springs 800 which are elastic bodies that support the rod 700 from the lower side, are formed along the lower surface of the coolant tank under the rod 700.
  • the spring 800 is installed in the coolant tank 600 so that the lower support becomes the lower surface of the coolant tank 600 and the upper support becomes the lower surface of the pusher 700. Elastic support.
  • the spring prevents the superconducting cable 300, the current lead 200, the solid insulation bushing 400, the reinforcement insulator 410, and the like from falling down due to gravity.
  • the current lead 200 and the superconducting cable 300 are cooled by a refrigerant after being assembled at room temperature.
  • the current lead 200 and the superconducting cable 300 assembled at room temperature are cooled to be different by at least 200 ° C. This will reduce the volume of all structures.
  • the mechanically coupled current lead 200, the superconducting cable 300, and the refrigerant tank can be maintained in a mechanically coupled structure. Mechanical contact with the insulator 410 may be degraded and the configuration of the reinforcement insulator 410 itself may be loosened.
  • the push rod 700 and the spring 800 are installed.
  • the room temperature current lead 202 is formed in the room temperature portion R of the superconducting cable terminal device 100 and is connected to the external connection terminal 201.
  • the upper current lead 210 refers to a current lead extending outside the solid insulation bushing 400, and the upper current lead 210 is connected to the room temperature current lead 202, and the lower current lead 220 is the upper current lead 210. One end is coupled to the upper current lead 210 along the same axis and the other end is current lead coupled to the end of the superconducting cable.
  • the lower current lead 220 includes a first flange 221 protruding toward the upper current lead 210, the upper current lead 210 protrudes toward the lower current lead 220, and the protrusion is formed on the first flange ( 221) are fitted to each other.
  • an additional component may be further included to further solidify the coupling.
  • the outer surface of the upper current lead 210 of the current lead 200 is formed with a protrusion protruding outward, the protrusion is to form a fixing portion 213.
  • the solid insulating bushing 400 formed on the outer surface of the current lead 200 by the formation of the fixing part 213 supports to be stably coupled to the outer surface of the current lead 200.
  • the upper current lead 210 and the lower current lead 220 can be coupled using a bolt, through which the upper current lead 210 and the lower current lead 220 The bolt coupling is possible, and even if the volume of the superconducting cable 300 is reduced, no problem occurs.
  • a heat balance part which is a section in which a room temperature part and a low temperature part maintain and converge at a constant temperature to the upper current lead 210 by a refrigerant circulation path passing through the upper current lead 210 side of the current lead 200 ( 214 is formed.
  • the thermal balance part 214 refers to a point where the upper current lead is maintained at a temperature of 77 K, which is the vaporization temperature of the liquid nitrogen, when the liquid nitrogen is used as the refrigerant.
  • the current lead cooling circuit 530 may cool the current lead 200 through the contact of the first flange 221.
  • the current lead cooling circuit 530 may be configured in a circular or semi-circular shape, but it is preferable that the current lead cooling circuit 530 has a semicircular cross-section having a simple shape rather than a circular cross-section in which manufacturing cost increases.
  • the current lead 200 when the current lead 200 is divided into an upper current lead 210 and a lower current lead 220, and a fixing part 213 is formed on the upper current lead 210 and the two are coupled to each other, the superconducting cable 300 ),
  • the current lead 200 may be prevented from being released from its position, and the separation between the current lead 200 and the superconducting cable 300 may be prevented.
  • the refrigerant used in the present invention is a liquid refrigerant, preferably liquid helium or liquid nitrogen generally used.
  • a liquid refrigerant preferably liquid helium or liquid nitrogen generally used.
  • the Joule heat value can be known.
  • the most suitable superconducting cable terminal device 100 may be created by controlling the supply speed of the supplied refrigerant.
  • the present invention connects the current lead 200 and the superconducting cable 300 and the heat balance part 214 serving as a heat balance point is not exposed separately in the refrigerant tank 600 as in the related art, but is a solid insulation bushing. Since it is included in the 400, it is possible to reduce the overall height of the superconducting cable terminal device (100). In addition, the volume of the refrigerant tank 600 can be reduced by the refrigerant circulation path 500 for forcibly cooling the current lead 200 in a region other than the refrigerant tank 600, and the overall system operating conditions can be stably secured. have. In addition, by forming a portion of the refrigerant circulation path 500 in the solid insulation bushing 400, the overall volume is reduced by the simultaneous insulation and cooling.
  • the coolant passing through the coolant circulation path 500 flows into the coolant tank 600.
  • the liquid-gas interface is maintained because the coolant is not vaporized due to the shape of the coolant circulation path 500 and the continuous supply of the coolant.
  • the advantage is that it does not exist separately.
  • the present invention relates to a superconducting cable terminal device, and more particularly, a refrigerant circulation path for forcibly cooling a current lead and a connection portion serving as a thermal equilibrium point are included in an insulation bushing, thereby simultaneously insulating and cooling the entire volume. Is available in the field of reduced superconducting cable terminations.

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Abstract

본 발명은 초전도 케이블 단말장치에 관한 것으로, 상온에 배치되는 전류리드 및 극저온의 냉매조에 배치되는 초전도 케이블 간의 접속을 위한 초전도 케이블 단말장치에 있어서, 상기 전류리드 및 상기 초전도 케이블을 포함하고 상호 간에 연결되어 형성되는 연결부와; 상기 연결부 외부에 형성되는 고체절연부싱; 그리고, 상기 고체절연부싱의 외측에서 내측으로 연결형성되어 고전압절연특성을 갖는 냉매경로를 형성시키고, 상기 연결부를 냉각시키는 냉매가 공급되어 열교환에 의해 상기 연결부를 냉각시키는 냉매순환로;를 포함하여 구성되는 초전도 케이블 단말장치를 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 전류리드를 강제 냉각시키는 냉매순환로와, 고정된 열평형점 역할을 하는 연결부가 절연부싱측 내에 포함되고, 초전도케이블 연결부가 고체절연구조로 보강됨에 의해 초전도 케이블 단말장치의 전체적인 부피를 획기적으로 감소시킬 수 있고, 초전도케이블을 기존 상용 제품과 같이 직선으로 직접 연결할 수 있기 때문에 형태면에서 손쉽게 기존 설비를 대체할 수 있어 실계통 사용 및 상품화에 획기적인 전기를 만들 수 있는 이점이 있다.

Description

초전도 케이블 단말장치
본 발명은 초전도 케이블 단말장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전류리드를 강제 냉각시키는 냉매순환로와, 열 평형점 역할을 하는 연결부가 절연부싱 내부에 포함되어 절연 및 냉각이 동시에 이루어짐에 의해 전체적인 부피가 감소된 초전도 케이블 단말장치에 관한 것이다.
일반적으로 초전도 케이블 단말장치는 도체로 이루어진 일반 가공 송전선 또는 GIS, 변압기 등과 같은 전력기기와 초전도 케이블(superconducting cable)을 연결하는 장치를 말한다. 즉, 극저온에서 전력을 전송하는 초전도 케이블을 상온 상태인 가공 송전선과 연결하거나 차단기, 변압기와 같은 전력 기기와 연결하기 위한 접속 장치이다. 이러한 단말장치는 상온상태의 전류회로를 액체 질소 또는 액체 헬륨 온도상태의 초전도회로에 연결하면서 발생하는 전기적, 기계적, 열적 문제를 해결해야 하는 종합적인 시스템이다.
이러한 단말장치에 대한 기술들은 다양하게 존재하며, 대한민국특허청 등록특허공보 제10-508710호에 "초전도 케이블용 단말구조"가 소개되어 있다. 상기 종래기술은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 절연유(334)가 충진된 상온부(330)와, 상온부(330)와 고정플랜지(230) 결합되고 전류리드부(350)를 구비하며 진공상태인 극저온부(220)로 이루어진 초전도 케이블용 단말구조에 있어서, 상온부(330)와 극저온부(220)의 결합부위 내부에는 상기 전류리드부(350)에 집중되는 전계를 완화하고, 상온부(330)와 극저온부(220) 사이의 기밀을 유지하기 위한 경계부(400)가 형성된다.
그리고, 상기 경계부(400)는 상온부(330)에 삽설된 상부도체(340)와 극저온부(220)에 삽설된 하부도체(240)를 연결하는 금속도체봉(410)과, 상기 상온부(330)와 극저온부(220)와 함께 플랜지 결합되며 금속도체봉(410)을 감싸면서 그 양끝단이 라운드로 형성된 매입전극(420), 및 상기 금속도체봉(410) 및 매입전극(420)과 함께 사출 성형되는 절연재(430)로 형성된다.
그러나 상기 종래기술은 상기 경계부의 매질을 특정하지 않고 있으나 상하부 고체절연부싱의 말단이 표면절연구조를 갖는 것을 미루어 진공 또는 기체를 채우는 구조로 이해 되는바, 이러한 구조에서는 상부고체절연부싱의 하부 표면절연 구조와 하부고체절연부싱의 상부 표면절연구조를 전기 절연특성확보를 위해 필수적으로 가져야 한다. 이러한 구조는 운용면에서는 기체-액체 계면이 접지면에 위치함으로서 기포 등 기체-액체 계면 유동에 의한 절연특성 약화를 피할 수 있다는 장점은 있다. 그러나 이러한 종래의 발명 또는 제작된 초전도단말은 내부 구조적으로 전기절연특성과 냉각기능을 동시에 추구하고자 2 또는 4개의 표면절연 또는 계면절연 구조를 가져야 하기 때문에 전체적으로 부피가 커지며, 초전도 도체가 존재하는 초전도케이블 말단부를 극저온상태로 안정되게 유지시키기 위해 고전압이 인가되는 여러 부분에서 중심 도체를 냉매에 직접 노출시켜야 하는 구조이다. 이러한 원인으로 최종 제작된 초전도 단말은 형태 및 크기 면에서 기존 송전선로의 철탑이나 변전소 연결부에 직접 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.
다른 종래기술로는 대한민국특허청 등록특허공보 제10-0590200호 "초전도케이블용 단말장치"가 소개되어 있다.
상기 종래기술은 도3 또는 도4에 도시된다.
도3에서 상부의 상온부(10), 하부의 극저온부(20), 및 상온부(10)와 극저온부의 내부를 관통하는 전류도입선(30)으로 구성된다.
상온부(10)는 외부의 상전도케이블에 연결되는 전류도입선(30)이 도입되는 부분으로, 내부를 관통하는 고전압의 전류도입선(30)을 외부로부터 절연시키기 위하여 내부에는 절연유 또는 절연가스(11)가 충진되어 있으며, 외부는 애자(12)가 형성되어 있다.
극저온부(20)는 상온부(10)의 하부에 위치하며, 내벽(23)과 외벽(22)사이에 진공층이 유지되는 진공용기(21)로 구성되고, 내부에는 액체질소가 주입되어 순환하는 제 1 액체질소층(24)이 형성되어 있고, 제 1 액체질소층(24) 상부에는 전류도입선을 통해 유입되는 열에 의하여 액체가 기화하여 형성되는 기체질소층(25)이 형성된다. 이때, 제 1 액체질소층(24)은 초전도케이블(1)을 냉각하기 위한 제 2 액체질소층(29)과 구분되도록 격벽(26)이 설치된다. 그리고 액체질소 주입구(27) 및 액체질소 유출구(27')가 형성된다.
상기 종래기술은 기체질소층(25) 자체의 대류에 의해서 추가적으로 제 1 액체질소층(24)에 열손실이 발생하여 초전도케이블용 단말장치의 냉각부하가 증가하는 문제점이 있다.
다른 종래기술인 도4에는 기체질소층(25)이 형성되는 구간에는 기체질소의 대류를 감소하는 대류방해판(40)이 설치된 구성이다.
그러나 상기 종래의 초전도 케이블용 단말장치는, 절연특성이 취약한 기체-액체 계면을 안전하게 유지해야 할 필요성이 있으며, 상부 가스구간의 대류현상 억제와 상관없이 고압이 인가되는 도체 노출부를 기체와 액체 또는 기체/액체 계면에서 절연상태로 유지하기 위해서, 통상 두 개의 절연부싱 구조가 필요하다. 또한 기체/액체 계면이 열 침입양이나 도체 발열량 등에 의해 가변하기 때문에 절연성능을 지속적으로 확보하기 위해 액면이 가변될 수 있는 상당한 구간이 확보되어야 한다.
특히, 도 4의 경우는 기체-액체 계면의 안정성을 향상시키기 위해 기체부의 대류현상을 최소화하는 구조로 여러 개의 격벽을 설치하여 기체의 대류를 막고 있으나, 도3 및 도4와 같이, 어떤 경우든 가변되는 기체-액체 계면을 절연구조로서 사용하는 경우는 계면을 따른 절연특성이 낮아지기 때문에 외함의 직경도 커지고 열침입량에 따른 안정도도 만족할 만한 수준이 아니라는 문제점이 있다.
또 다른 종래기술로는 미국특허청 공개특허공보 US2014/0243206 A1(2014년 8월 28일 공개)호에 구리도체의 외표면에 고전압부싱을 형성시키고, 구리 도체와 초전도케이블을 진공내에서 전기적으로 연결시키는 연결부를 형성시키고, 구리 도체는 외부의 헬륨 냉동기를 이용하여 열교환시킴에 의해 구리도체의 단말, 초전도체 케이블의 단말 및 이의 연결부를 냉각시키는 구조가 소개되어 있으나, 이는 절연구조 및 냉각구조를 따로 형성시킴에 의해 이 또한 부피가 커지게 되어 기존 송전선로의 철탑이나 변전소 연결부에 직접 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전류리드와 초전도 케이블을 연결하는 연결부를 감싸는 절연부싱내로 냉매 순환로를 형성시키고, 냉매를 순환시키는 방법으로 연결부를 냉각시켜 열 평형점 역할을 하는 연결부를 절연부싱 내부에 포함 시켜 절연 및 냉각이 동시에 이루어짐에 의해 전체적인 부피가 감소된 초전도 케이블 단말장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상온에 배치되는 전류리드 및 극저온의 냉매조에 배치되는 초전도 케이블 간의 접속을 위한 초전도 케이블 단말장치에 있어서, 상기 전류리드 및 상기 초전도 케이블을 포함하고 상호 간에 연결되어 형성되는 연결부와; 상기 연결부 외부에 형성되는 고체절연부싱; 그리고, 상기 고체절연부싱의 외측에서 내측으로 연결형성되어 고전압절연특성을 갖는 냉매경로를 형성시키고, 상기 연결부를 냉각시키는 냉매가 공급되어 열교환에 의해 상기 연결부를 냉각시키는 냉매순환로;를 포함하여 구성되는 초전도 케이블 단말장치를 기술적 요지로한다.
여기서, 상기 고체절연부싱은 전류리드의 외부에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 전류리드에는 전류리드의 상온부와 저온부가 상호간에 일정한 온도로 유지 수렴하는 구간인 열평형부가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 고체 절연부싱은. 고체 절연부싱의 하부에 상기 초전도 케이블과 전류리드를 연결하는 부분을 감싸도록 보강절연체가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 냉매순환로는, 상기 고체절연부싱에 형성되며, 상기 고체절연부싱 내로 냉매가 유입되는 냉매유입순환로와; 상기 냉매유입순환로와 대응하여 상기 고체절연부싱에 형성되며 유입된 냉매를 상기 냉매조 또는 외부로 배출되도록 상기 냉매조 또는 유출구와 연결된 냉매배출순환로와; 상기 냉매유입순환로 및 상기 냉매배출순환로 사이에서 상기 냉매유입순환로 및 상기 냉매배출순환로를 연결하며, 상기 전류리드의 외부 또는 상기 전류리드를 관통하여 형성되어 상기 연결부를 냉각시키는 전류리드냉각순환로를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 냉매유입순환로 및 상기 냉매배출순환로는 상기 절연부싱 외표면으로부터 중심으로 향하도록 지그재그(zigzag) 형상으로 관통되는 것이 바람직하다.
상기 전류리드냉각순환로는 상기 전류리드의 축선을 따라 나선상으로 구부러진 코일 형상으로 관통되는 것이 바람직하다.
상기 전류리드는, 외부의 외부 연결단자와 연결되는 상온전류리드와; 상기 상온전류리드와 결합되고, 하부로 연장 형성되는 상부전류리드와; 일단은 상기 상부전류리드와 연결되고, 타단은 상기 초전도 케이블과 결합되는 하부전류리드;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 하부전류리드는 상기 상부전류리드를 향해 돌출된 제1플랜지가 형성되며, 상기 상부전류리드가 상기 제1플랜지와 끼움결합되는 것이 바람직하다.
상기 제1플랜지와 접촉하는 상기 상부전류리드의 접촉면을 관통하도록 형성되고, 상기 전류리드를 냉각하는 냉매가 순환되는 전류리드냉각순환로를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 전류리드냉각순환로는 반원 형상의 단면을 갖는 것이 바람직하다.
상기 전류리드에는, 상기 초전도케이블 도체가 연결됨에 따라 발생하는 하중을 지지하고, 극저온 냉각에 따른 고체절연부싱 내에서 발생하는 기계적 스트레스를 최소화하기 위해 전류리드 상에 돌출 또는 함몰되게 고정부가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 전류리드 및 상기 초전도 케이블은 일자형 또는 길이방향을 따라 서로 평행하도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 고체절연부싱은 에폭시, FRP, 절연지 및 이의 혼합으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 보강절연체는 에폭시, 절연지 및 이의 혼합으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 냉매는 액체 질소 또는 액체 헬륨인 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
상기 보강절연체의 하부에는 상기 보강절연체를 감싸도록 밀대가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 냉매조에는 일측은 냉매조 하부에 결합되고, 타측은 상기 밀대의 하부에 접촉되어 탄성력에 의해 상기 밀대를 지지하는 스프링이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 냉매조에는 초전도 케이블이 냉매조의 하측으로 인입되어 설치되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 전류리드를 강제 냉각시키는 냉매순환로와, 고정된 열평형점 역할을 하는 연결부가 절연부싱측 내에 포함되고, 초전도케이블 연결부가 고체절연구조로 보강됨에 의해 초전도 케이블 단말장치의 전체적인 부피를 획기적으로 감소시킬 수 있고, 초전도케이블을 기존 상용 제품과 같이 직선으로 직접 연결할 수 있기 때문에 형태면에서 손쉽게 기존 설비를 대체할 수 있어 실계통 사용 및 상품화에 획기적인 전기를 만들 수 있는 이점이 있다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면 전류리드를 강제 냉각시키는 냉매순환로와, 고정된 열평형점 역할을 하는 연결부가 절연부싱 내에 포함되고, 초전도케이블 연결부가 고체절연구조로 보강됨에 의해 초전도 케이블 단말장치의 전체적인 부피를 획기적으로 감소시킬 수 있다.
그리고, 초전도케이블을 기존 상용 제품과 같이 단말과 직선으로 직접 연결할 수 있기 때문에 형태면에서 손쉽게 기존 설비를 대체할 수 있어 실계통 사용 및 상품화에 획기적인 전기를 만들 수 있다.
또한, 냉매조의 기체공간을 없애므로써, 부피가 축소되더라도 절연특성이 개선되어 안정적인 운전이 가능하다는 효과가 있다.
도 1은 종래에 따른 초전도 케이블용 단말구조의 단면도이고,
도 2는 도1의 요부확대도이고,
도 3은 다른 종래기술에 따른 케이블용 단말장치의 단면도이고,
도 4는 도3의 기체질소층에 대류방해판이 설치된 형상을 나타낸 도이고,
도 5는 본 발명에 따른 초전도 케이블 단말장치의 단면도이고,
도 6은 도5의 요부 확대도이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
상기의 종래기술에서도 살펴본 바와 같이, 상기 기존 시스템의 문제점을 종합하면 초전도케이블이 안정적으로 동작 가능하도록 냉각특성을 확보하기 위해 상온부와의 열 구배를 확보하면서, 전기절연특성을 동시에 확보하기 위한 것이다. 여기서 열구배의 역할은 외부 상온으로부터 침입하는 열과 전류흐름으로 인해 발생하는 열 등을 강제로 냉각시켜 초전도케이블 도체를 초전도현상이 유지되는 온도로 안정화시키기 위한 것이다. 쉽게 표현하면 외부침입 열과 동 전류리드에서 발생하는 열을 연속적으로 제거해주어야 한다는 의미이다. 이러한 기능을 확보하기 위해 초전도케이블 도체를 액체질소 내에 노출시키고 상부에서 연결되는 동 전류리드의 하단부도 액체질소 내에 노출시키면서 연결하여 외부침입 열과 동 도체 발생 열을 액체질소로 냉각시켜 주는 구조로서 각 노출 도체에 고전압이 인가되므로 필수적인 절연구조를 추가하는 것이다.
이러한 기존시스템의 문제점은 상온과 연결된 동 도체의 일정구간을 액체질소 내에 노출시키는 구조가 절연계면으로 인해 길어지기 때문에 발생한다. 따라서 냉각을 위한 도체 열 교환 부분을 절연계면을 확보한 고체절연부싱 내에 포함시킬 수 있다면 2~4곳의 취약 절연계면을 한 곳으로 줄일 수 있다는 가능성을 평가하였다.
최초에는 열적 냉각포인트(point)를 설계하지 않고 전체를 고체절연체로 감싸는 구조를 고려하였다. 이러한 경우 초전도케이블 연결부 상당한 구간이 초전도현상을 유지하지 못하는 문제점이 발생하여 적용이 불가한 것으로 평가되었다.
다음으로 초전도케이블이 전체적으로 초전도현상 유지하기 위해 초전도케이블 앞에서 강제 냉각부를 설계하는 구조를 검토하였다. 동 도체의 일정부분에서 강제로 열을 배출할 수 있기 위해서는 냉각매질로 사용되는 액체질소를 흘릴 수 있는 구조이어야 했고, 액체질소가 흐르는 부분은 액체-고체 계면이 발생하여 취약한 절연특성을 나타내는 기존의 문제점이 그대로 나타났다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 액체-고체 계면의 전기절연 특성을 평가하여 에폭시로 성형되는 부싱 내에 굴곡진 액체질소 경로를 확보하는 구조를 설계하였다. 액체-고체 계면은 반드시 직선으로 연결되어야 하는 것이 아니며 접히거나 꺾여 있어도 절연특성 면에서 감소요인이 추가로 발생하지는 않는다. 단, 도체로부터 접지 면까지 연결되는 전계방향에 평행하는 면은 단위길이 당 인가전계가 절연특성보다 커지기 때문에 가급적 피해야 할 필요가 있다. 전계와 평행부분이 적은 부분이어서 발생하는 부분적인 방전현상이 전체 방전으로 연결되지는 않는다 하여도 장기적으로 고체절연체 내 또는 표면에서 방전현상이 발생하면 절연물의 지속적인 손상을 유발함으로써 수명이 단축될 우려가 있어 문제가 될 수 있다. 이러한 부분을 회피하기 위해 기존 단말구조에서도 전계방향에 가급적 평행하지 않는 절연면을 설계하는 것이다. 그러나 평행하지 않는 절연 면이 접혀 있다면 각 면의 절연특성은 안정적일 수 있다. 이러한 점에 착안하여 에폭시 부싱 내에 액체질소가 흘러갈 수 있는 절연통로를 설계하였다. 이런 구조에서는 외부에서 보이는 상온 기중부싱에 초전도케이블이 직접 직선으로 연결될 수 있기 때문에 기존 상온단말구조를 대치할 가능성이 확보된다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예 구조는 대체적으로, 상온에 배치되는 전류리드 및 극저온에 배치되는 초전도 케이블 간의 접속을 위한 초전도 케이블 단말장치에 있어서, (1)상기 전류리드 및 상기 초전도 케이블을 연결하는 연결부를 내부에 포함하며 상기 전류리드 및 상기 초전도 케이블을 연결할 수 있도록 형성된 고체절연부싱과; (2) 초전도케이블이 직접 연결되어 기계적 하중이 가해지는 상기 전류리드가 온도변화에 따른 기밀성 및 기계적 내 하중특성을 확보하게하기 위해 중간 일정부분에 돌출 또는 함몰 및 접착처리부분을 확보한 고정부 구조와, (3)상기 고체절연부싱 및 상기 전류리드를 관통하며 상기 전류리드의 냉각을 위한 냉매가 순환되는 냉매순환로와; (4)상기 냉매순환로를 통과한 냉매가 외부로부터 침입되거나 전류리드로부터 발생하는 열량을 유효하게 냉각시키는 절연부싱 내 전류리드 상에 위치한 열평형부; (5)상기 냉매순환로와 열평형부를 통과한 냉매가 유입되어 상기 초전도 케이블의 냉각상태를 유지시키도록 상기 초전도 케이블이 내부에 배치된 냉매조; (6)초전도케이블의 말단 도체부가 냉매에 직접 노출되지 않음으로서 연결부의 크기를 획기적으로 줄일 수 있는 보강절연체, (7)보강절연체의 이동 또는 변형을 방지하기 위한 밀대를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치에 의해 달성된다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하며 본 발명은 본 발명의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 초전도 케이블 단말장치(100)는, 상온에 배치되어 외부의 장치들과 연결되는 전류리드(200) 및 극저온에 배치되어 초전도체 역할을 하는 초전도 케이블(300)이 상호 접속되어 연결되는 연결부(J)의 접속을 위한 것으로, 연결부는 전류리드(200)와 초전도 케이블(300)을 포함하는 구성이며, 이러한 단말장치는, 전류리드(200), 초전도 케이블(300), 고체절연부싱(400), 냉매순환로(500), 냉매조(600), 보강절연체(410), 밀대(700) 및 스프링(800)를 포함한다.
여기서 전류리드(200)는 통전이 가능한 소재면 어떠한 것이든 가능하나, 그 중 구리(Cu), 구리합금(Cu alloy), 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy)인 것이 바람직하다. 초전도 케이블(300)은 액체 질소 분위기 하에서 초전도 현상을 나타낼 수 있는 고온초전도 케이블이 바람직하지만 이를 한정하지는 않는다.
본 발명의 전류리드(200)는 상온절연가스(211)가 충전되고 외부에 상온부싱(212)이 형성된 상온부(R)에 설치되며, 전류리드(200)는 외부연결단자(201)와 연결된다.
본 발명의 전류리드(200) 및 초전도 케이블(300)은 직선방향 또는 길이방향을 따라 서로 평행하도록 배치된다. 혹은 전류리드(200) 및 초전도 케이블(300)이 평행하지 않더라도 전류리드(200)와 초전도 케이블(300)이 결합된 상태의 각도를 자유롭게 할 수 있게 된다.
종래의 초전도 케이블 단말장치의 경우, 외부로부터 전류리드로 전류가 유입되면서 줄열(Joule's heat)이 발생하게 되는데, 전류리드와 초전도 케이블이 연결된 지점은 초전도케이블이 안정적인 극저온상태를 유지하기 위해 안정적인 온도를 유지하는 열평형점(thermal equilibrium)이 되어야 한다. 따라서 열평형이 되도록 전류리드에 의해 발생 또는 전류리드를 통해 침입한 줄열을 냉각하여야 하는데, 줄열을 냉각하기 위해 전류리드 일부가 냉매에 의해 냉각되도록 하는 구조로 이루어져야 할 필요가 있다. 또한 초전도 케이블의 경우에도 저온에서 냉각된 상태로 존재하여야 하기 때문에 냉매에 함침되어 있어야 한다. 따라서 전류리드의 일부와 초전도 케이블을 냉매에 함침되도록 하기 위해 냉매조는 전체적으로 부피가 크게 형성되어 있다. 특히 종래의 초전도 케이블 단말장치의 경우 전류리드의 줄열이 초전도 케이블에 영향을 미치지 않도록 대략 90°의 각도로 열전달이 적도록 서로 결합시키며, 90°로 결합되어 있기 때문에 추가적인 절연체의 설치도 어렵고, 전체먹인 단말구조가 'L'자 형태를 갖게 되어 'I' 형태인 기존의 송전선로 단말장치와 다른 형태가 되며 설치 면적이 넓어지게 된다.
따라서 본 발명과 같이 전류리드(200) 및 초전도 케이블(300)을 직선으로 배치하거나, 전류리드(200)와 초전도 케이블(300)이 결합된 상태의 각도가 20°이하가 되도록 초전도 케이블 단말장치(100)를 형성하게 되면 열평형점의 위치를 이동하고 현장접속과정에서 추가적인 보강절연체를 설치하여 전체적인 부피 및 설치면적을 줄일 수 있다. 만약 전류리드(200)와 초전도 케이블(300)의 각도가 20°를 초과하게 될 경우 외관형태가 'L'자 형태가 됨으로써 설치면적이 넓어져 본 발명의 효과가 저감된다. 단 초전도케이블 단말의 설치공간이 'L'자 형태를 가지고 있어 직각에 가까운 결합상태를 가지는 경우에도 어느 정도 부피가 커지기는 하지만 열평형점을 이동시키고 고체절연체를 직각 부분에 추가하면 기존 초전도단말보다는 부피를 줄일 수 있다.
고체절연부싱(400)은, 전류리드(200) 및 초전도 케이블(300)을 연결하는 연결부(J)를 내부에 포함하며, 전류리드(200) 및 초전도 케이블(300)이 절연되도록 보강절연체(410)와 결합하여 전류리드(200) 및 초전도 케이블(300)을 감싸도록 형성된다. 본 발명에서는 고체절연부싱(400)은 전류리드(200)를 감싸도록 형성시키고 고체절연부싱(400)의 하측에는, 상기 초전도 케이블(300)과 전류리드(200)를 연결하는 부분에는 상기 고체절연부싱(400)과 별도로 연결부분을 감싸도록 보강절연체(410)가 형성된다. 여기서 상기 보강절연체(410)는 냉매조(600)에서 액체질소에 노출된 가능성이 있는 초전도 케이블(300)의 단부가 액체질소에 직접 노출되지 않도록 초전도 케이블(300)의 단부를 감싸는 역할을 하게 된다.
상기 고체절연부싱(400)은 전류리드(200)의 절연을 위해 형성된 것으로, 절연뿐만 아니라 외부의 충격으로부터 전류리드(200)를 보호하기 위해서도 존재한다. 이러한 고체절연부싱(400)은 전류리드(200)를 감싸는 기둥형상으로 이루어지며, 전류리드(200)의 양단부와 가까워질수록 점진적으로 직경이 감소하도록 형성된다. 고체절연부싱(400)은 에폭시(Epoxy), FRP, 절연지인 PPLP(Polypropylene laminated paper) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있는데, 냉매순환로(500)가 형성되는 부분은 사전에 제작된 고형재료인 에폭시로 이루어지는 것이 더 바람직하다.
보강절연체(410)는 초전도 케이블(300)과 전류리드(200)의 연결되는 부분의 절연을 위해 형성된 것으로, 초전도 케이블(300)의 단말뿐만 아니라 전류리드(200) 주위를 감싸도록 형성된다. 고체절연부싱(400)은 일부가 외부에 노출되어 있는 반면 보강절연체(410)은 냉매가 담긴 냉매조(600) 내에 배치된다. 보강절연체(410)는 전류리드(200)를 감싸고 있는 고체절연부싱(400)의 단부부터 냉매에 담긴 초전도 케이블(300)까지 둘러싸도록 배치된다. 보강절연체(410)는 고체절연부싱(400)과 마찬가지로 단부로 갈수록 점진적으로 직경이 감소하도록 형성된다. 이에 의해 초전도 케이블(300)의 단부만 보강절연체(410)에 의해 감싸여지며, 초전도 케이블(300)의 단부를 제외한 영역은 보강절연체(410)가 존재하지 않는 채로 냉매조(600) 내의 냉매와 접촉하게 된다. 이러한 보강절연체(410)는 상기에서 설명한 바와 같이, 절연의 목적뿐만 아니라, 초전도 케이블(300)의 단부가 액체 질소에 직접 노출되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.
여기서 보강절연체(410)는 에폭시(Epoxy), 절연지인 PPLP(Polypropylene laminated paper) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있는데, 그 중 절연지를 이용하여 형성되는 것이 바람직하며, 절연지를 한 장씩 순차적으로 적층하여 일정 부피를 가지도록 형성한다.
본 발명은 냉매조(600)에 의해 부피가 큰 초전도 케이블 단말장치(100)에서 냉매조(600)등의 부피를 감소시키기 위해 전류리드(200) 냉각을 위한 냉매순환로(500)를 포함한다.
상기 냉매순환로(500)는 고체절연부싱(400) 및 전류리드(200)를 관통하여 전류리드(200)의 냉각을 위해 냉매가 순환되는 통로를 의미한다. 여기서 고체절연부싱(400)은 전류리드(200)를 감싸고 있으며 이러한 고체절연부싱(400)에 냉매순환로(500)가 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 냉매순환로(500)를 통해 전류리드(200)를 냉매조(600)에서 뿐만 아니라 냉매조(600)에 담궈지지 않은 전류리드(200) 영역을 개별적으로 강제 냉각시킬 수 있다.
냉매순환로(500)는 냉매유입순환로(510), 냉매배출순환로(520) 및 전류리드냉각순환로(530)로 이루어진다. 냉매유입순환로(510)는 고체절연부싱(400)에 형성되며 고체절연부싱(400) 내로 냉매가 유입되는 통로이다.
이러한 냉매유입순환로(510)에는 외부에서 냉매가 유입되는 유입구(511)가 형성되어 있으며, 냉매유입순환로(510)는 고체절연부싱(400)의 외표면으로부터 중심에 배치된 전류리드(200)를 향하도록 관통되어 있는데, 이때 일직선으로 관통되지 않고 지그재그(zigzag) 형상으로 관통되어 냉매가 유입된다. 이때 지그재그 형상은 통로 사이의 각이 10 내지 30°가 되도록 형성한다. 냉매유입순환로(510)의 지그재그 형상 각도가 10°미만일 경우 통로끼리 거리가 가까워 크랙이 발생할 수 있으며, 30°를 초과할 경우 지그재그 형상의 거리가 짧아 냉매유입순환로(510) 전체의 거리가 짧아지게 된다.
외부에서 유입된 냉매는 냉매유입순환로(510)를 지나 전류리드냉각순환로(530)로 유입된다. 전류리드냉각순환로(530)는 냉매유입순환로(510) 및 냉매배출순환로(520) 사이에서 냉매유입순환로(510)와 냉매배출순환로(520)를 연결하는 역할을 한다. 이러한 전류리드냉각순환로(530)는 전류리드(200)를 냉각하기 위해 전류리드(200)를 관통하여 형성되며 단면상 원형 또는 반원형 형태를 가진다. 이때 전류리드냉각순환로(530)는 전류리드(200)의 축선을 따라 나선상으로 구부러진 코일 형상인 것이 바람직하다. 코일 형상으로 전류리드냉각순환로(530)가 관통되면 전류리드(200)가 냉매와의 접촉 면적이 증가하게 되고, 이로 인해 전류리드(200)의 냉각을 효과적으로 수행할 수 있다.
특히, 전류리드(200)의 축선을 따라 나선상으로 이루어져 있기 때문에 일면만 냉각을 하는 것이 아니라, 전류리드(200)의 직경을 따라 전면에 냉각을 수행하기 때문에 냉각이 효율적이다. 전류리드(200)를 관통하는 전류리드냉각순환로(530)는 전류리드(200)의 중심으로부터 최외곽에 형성되는 것보다는 중심과 최외곽 사이의 영역에 관통 형성되는 것이 냉각 효율에 있어서는 바람직하다. 전류리드(200)의 최외곽 영역에 전류리드냉각순환로(530)가 형성될 경우 최외곽 영역은 냉각이 원활히 이루어지지만, 중앙영역으로 갈수록 냉매와 멀어져 냉각이 원활히 이루어지지 않을 수 있다.
전류리드냉각순환로(530)를 통해 전류리드(200)를 냉각시킨 냉매는 냉매배출순환로(520)를 지나게 되고 냉매배출순환로(520)의 단부에 형성된 유출구(521)를 통하여 외부로 배출되거나 또는 냉매조유입로(610)를 따라 냉매조(600)로 유입된다. 전류리드(210)에 침입하는 열과 발생하는 열이 많아서 초전도케이블(300)의 안정적인 상태를 유지하는 데 부담이 된다면 초전도케이블(300)의 안정적인 운전을 위한 냉매유입구(511), 냉매유입순환로(510), 전류리드냉각순환로(530), 냉매배출순환로(520), 냉매유출구(521)로 구성되는 별도의 단말냉각경로를 설치할 수 있다. 냉매배출순환로(520)는 냉매유입순환로(510)와 대응하여 고체절연부싱(400)에 형성되며, 냉매배출순환로(520)는 냉매유입순환로(510)와 마찬가지로 외표면에서 중심을 향하도록 지그재그(zigzag) 형상으로 관통된다.
이와 같이 냉매순환로(500)를 통해 전류리드(200)를 냉각시킨 냉매는 냉매순환로(500)를 지나 상기 냉매조(600)와 보강절연체(410) 사이에 형성된 냉매조 유입로(610)를 통하여 냉매조(600)로 유입된다.
냉매조(600)의 내부에는 고체절연부싱(400)의 단부, 초전도 케이블(300), 보강절연체(410), 밀대(700) 및 스프링(800)이 배치되어 있으며, 이들은 냉매조(600)로 유입되는 냉매를 통해 냉각된다. 냉매순환로(500)를 지나 유입되는 냉매는 냉매순환로(500) 구조에 의해 기화되지 않고 액체 상태 그대로 냉매조(600)로 유입되며, 이를 통해 내부의 초전도 케이블(300)을 무리 없이 냉각할 수 있다.
본 발명의 냉매조(600)는 초전도 케이블 단말장치(100)의 부피가 최소화되도록 고체절연부싱(400)과 같은 또는 유사한 직경을 가지도록 형성된다. 종래의 냉매조는 줄열에 의해 가열된 전류리드를 냉각하기 위해 부피가 큰 냉매조를 포함하고 있었지만, 본 발명의 경우 전류리드(200)를 강제로 냉각하는 냉매순환로(500)가 별도로 형성되어 있기 때문에 냉매조(600) 내로 유입되는 전류리드(200)의 온도가 높지 않으며 이로 인해 냉매조(600)의 부피가 크지 않아도 된다. 전류리드(200)는 전류에 의해 전 구간에 줄열이 발생하게 되는데, 전류리드(200)의 중간 영역에 냉매순환로(500)를 설치하게 되면 냉각되는 전류리드(200)의 온도가 전류리드(200) 전 영역에 영향을 미치게 된다. 즉, 전류리드(200)를 중앙 영역에서 냉각하더라도 초전도 케이블(300)과 가까워지는 단부까지도 냉각되어 초전도 케이블(300)과 열평형이 가능해진다. 이러한 냉매조(600)는 강도가 우수한 스테인레스 스틸(stainless steel) 등의 금속으로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 보강절연체(410)의 하부에는 상기 연결부(J)와, 연결부(J)를 둘러싼 고체절연부싱(400)과, 보강절연체(410)를 지지하기 위하여, 상기 전류리드(200)의 단부와 초전도 케이블(300)의 연결부분을 감싸는 형태인 상기 보강절연체(410)의 하부와 접촉되어 밀대(700)가 형성된다. 상기 밀대(700)는 에프알피 재질 등으로 구성되어 상기 보강절연체(410)를 받치는 역할을 하여 보강절연체(410)와 고체절연부싱(400)이 상호간에 밀접하게 접촉되도록 한다.
상기 밀대(700)의 하부에는 상기 밀대(700)를 하측에서 지지하는 탄성체인 스프링(800)이 냉매조의 하부면을 따라 다수개 형성된다. 상기 스프링(800)은 하부지지체는 냉매조(600)의 하부면이 되고 상부지지체는 상기 밀대(700)의 하부면이 되도록 상기 냉매조(600) 내부에 설치되어 상기 밀대(700)의 하부면을 탄성 지지한다.
상기 스프링은 초전도 케이블(300), 전류리드(200), 고체절연부싱(400), 보강절연체(410) 등이 일정한 위치에 유지되도록 함과 동시에 중력에 의해 아래로 쳐지는 현상을 방지하게 된다.
통상, 전류리드(200)와 초전도 케이블(300)은 상온에서 조립한 후 냉매를 통해 냉각시키게 되는데, 상온에서 조립한 전류리드(200) 및 초전도 케이블(300)이 최소 200℃ 이상 차이가 나도록 냉각되면 모든 구조물의 부피가 줄어들게 된다. 이 경우 변형에 대한 설계가 가능한 금속으로만 이루어지기 때문에 기계적으로 강하게 결합된 전류리드(200)와 초전도케이블(300), 냉매조 등은 기계적인 결합력이 유지될 수 있으나 포설현장에서 추가적으로 제작되는 보강절연체(410)와는 기계적인 접촉력이 떨어질 수 있고 보강절연체(410) 자체의 구성이 느슨해질 경우도 예상된다. 이를 위해 밀대(700)과 스프링(800)을 설치한다.
상온전류리드(202)는 초전도 케이블 단말장치(100)의 상온부(R)에 형성되고, 외부연결단자(201)과 연결된다.
상부전류리드(210)는 고체절연부싱(400) 외부로 연장되는 전류리드를 말하고 상부전류리드(210)는 상온전류리드(202)와 연결되며, 하부전류리드(220)는 상부전류리드(210)와 동일한 축선을 따라 일단은 상부전류리드(210)와 결합하며 타단은 초전도 케이블의 단부와 결합되는 전류리드를 말한다.
하부전류리드(220)는 상부전류리드(210)를 향해 돌출된 제1플랜지(221)를 포함하며, 상부전류리드(210)는 하부전류리드(220)를 향해 돌출되며 돌출부가 제1플랜지(221)에 끼움되어 상호간에 결합된다. 이와 같은 제1플랜지(221)를 통해 상부전류리드(210)와 하부전류리드(220)가 서로 결합 분리되지 않는데, 결합을 더욱 견고하게 하기 위해서 추가 구성요소를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 전류리드(200) 중 상부전류리드(210)의 외면에는 외측으로 돌출된 형태의 돌출부가 형성되는바, 상기 돌출부가 고정부(213)를 형성하게 된다. 상기 고정부(213)의 형성에 의해 상기 전류리드(200)의 외면에 형성된 고체절연부싱(400)이 전류리드(200)의 외면에 안정적으로 결합되게 지지하는 역할을 한다.
상부전류리드(210)와 하부전류리드(220)를 더욱 견고하게 결합하기 위한 추가 구성요소로는, 볼트를 이용하여 결합시킬 수 있는바, 이를 통해 상부전류리드(210)와 하주전류리드(220)가 볼트 결합이 가능해지며, 초전도 케이블(300)의 부피가 줄어들더라도 문제가 발생하지 않는다.
또한, 상기 전류리드(200)의 상부전류리드(210)측을 관통하는 냉매순환로에 의해 상기 상부전류리드(210)에 상온부와 저온부가 상호간에 일정한 온도로 유지 수렴하는 구간인 열평형부(214)가 형성된다. 여기서 상기 열평형부(214)는 냉매로써 액체 질소를 사용하는 경우 상부전류리드가 액체질소의 기화온도인 77K의 온도가 유지되기 시작하는 지점을 말한다.
이때, 전류리드냉각순환로(530)는 제1플랜지(221)의 접촉을 통하여 전류리드(200)를 냉각할 수 있다. 상기 전류리드냉각순환로(530)는 원형 또는 반원형 형상으로의 구성이 가능하나 구성이 복잡하여 제조 단가가 증가하는 원형 단면보다는 형상이 단순한 반원 형상의 단면으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이, 전류리드(200)를 상부전류리드(210)와 하부전류리드(220)로 구분하고, 상부전류리드(210)에 고정부(213)를 형성시키고 이들을 서로 결합시키게 되면 초전도 케이블(300)의 축소가 발생하더라도 전류리드(200)가 제 위치에서 이탈하는 것을 방지하며, 전류리드(200)와 초전도 케이블(300) 간의 분리 또한 방지할 수 있다.
본 발명에 사용되는 냉매는 액체 냉매인데, 일반적으로 사용되는 액체 헬륨 또는 액체 질소인 것이 바람직하다. 이와 같은 냉매를 냉매순환로(500)에 공급할 때 전류리드(200)로 유입되는 전류 값과 전류리드(200) 소재의 종류를 알면 그에 따른 줄열 값을 알 수 있게 되는데, 이와 함께 냉매 종류에 따른 온도 또는 공급되는 냉매의 공급 속도를 컨트롤함에 의해 가장 적절한 초전도 케이블 단말장치(100)의 환경을 만들 수 있다.
본 발명은 전류리드(200)와 초전도 케이블(300)을 연결하며 열평형점 역할을 하는 열평형부(214)가 종래기술과 같이 냉매조(600) 내에서 따로 노출된 것이 아니라, 고체절연부싱(400) 내에 포함되어 있기 때문에 초전도 케이블 단말장치(100)의 전체적인 높이를 감소시킬 수 있다. 또한 냉매조(600)가 아닌 영역에서 전류리드(200)를 강제로 냉각시키는 냉매순환로(500)에 의해 냉매조(600)의 부피를 감소시킬 수 있으며, 전체적인 시스템 운전조건을 안정적으로 확보할 수 있다. 뿐만 아니라 냉매순환로(500)의 일부를 고체절연부싱(400)내에 형성시킴에 의해 절연 및 냉각이 동시에 이루어짐에 의해 전체적인 부피가 감소된다.
한편 냉매순환로(500)를 통과한 냉매가 냉매조(600)로 유입되는데 냉매순환로(500)의 형상과 냉매의 지속적인 공급으로 인해 냉매가 기화되지 않고 액화 상태를 유지할 수 있기 때문에 액체-기체 계면이 따로 존재하지 않는다는 장점이 있다.
본 발명은 초전도 케이블 단말장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전류리드를 강제 냉각시키는 냉매순환로와, 열 평형점 역할을 하는 연결부가 절연부싱 내부에 포함되어 절연 및 냉각이 동시에 이루어짐에 의해 전체적인 부피가 감소된 초전도 케이블 단말장치 분야에 이용가능하다.

Claims (21)

  1. 상온에 배치되는 전류리드 및 극저온의 냉매조에 배치되는 초전도 케이블 간의 접속을 위한 초전도 케이블 단말장치에 있어서,
    상기 전류리드 및 상기 초전도 케이블을 포함하고 상호 간에 연결되어 형성되는 연결부와;
    상기 연결부 외부에 형성되는 고체절연부싱; 그리고,
    상기 고체절연부싱의 외측에서 내측으로 연결형성되어 고전압절연특성을 갖는 냉매경로를 형성시키고, 상기 연결부를 냉각시키는 냉매가 공급되어 열교환에 의해 상기 연결부를 냉각시키는 냉매순환로;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고체절연부싱은 전류리드의 외부에 형성됨을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전류리드에는 전류리드의 상온부와 저온부가 상호간에 일정한 온도로 유지 수렴하는 구간인 열평형부가 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 고체절연부싱의 하부에 상기 초전도 케이블과 전류리드를 연결하는 부분을 감싸도록 보강절연체가 형성됨을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 냉매순환로는,
    상기 고체절연부싱에 형성되며, 상기 고체절연부싱 내로 냉매가 유입되는 냉매유입순환로와;
    상기 냉매유입순환로와 대응하여 상기 고체절연부싱에 형성되며 유입된 냉매를 상기 냉매조 또는 외부로 배출되도록 상기 냉매조 또는 유출구와 연결된 냉매배출순환로와;
    상기 냉매유입순환로 및 상기 냉매배출순환로 사이에서 상기 냉매유입순환로 및 상기 냉매배출순환로를 연결하며, 상기 전류리드의 외부 또는 상기 전류리드를 관통하여 형성되어 상기 연결부를 냉각시키는 전류리드냉각순환로를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 냉매유입순환로 및 상기 냉매배출순환로는 상기 절연부싱 외표면으로부터 중심으로 향하도록 지그재그(zigzag) 형상으로 관통되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 전류리드냉각순환로는 상기 전류리드의 축선을 따라 나선상으로 구부러진 코일 형상으로 관통되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전류리드는,
    외부의 외부 연결단자와 연결되는 상온전류리드와;
    상기 상온전류리드와 결합되고, 하부로 연장 형성되는 상부전류리드와;
    일단은 상기 상부전류리드와 연결되고, 타단은 상기 초전도 케이블과 결합되는 하부전류리드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 하부전류리드는 상기 상부전류리드를 향해 돌출된 제1플랜지가 형성되며, 상기 상부전류리드가 상기 제1플랜지와 끼움결합되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1플랜지와 접촉하는 상기 상부전류리드의 접촉면을 관통하도록 형성되고, 상기 전류리드를 냉각하는 냉매가 순환되는 전류리드냉각순환로를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 전류리드냉각순환로는 반원 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 전류리드에는, 상기 초전도케이블 도체가 연결됨에 따라 발생하는 하중을 지지하고, 극저온 냉각에 따른 고체절연부싱 내에서 발생하는 기계적 스트레스를 최소화하기 위해 전류리드 상에 돌출 또는 함몰되게 고정부가 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 전류리드 및 상기 초전도 케이블은 일자형 또는 길이방향을 따라 서로 평행하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  14. 제 4항에 있어서,
    상기 고체절연부싱은 에폭시, FRP, 절연지 및 이의 혼합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  15. 제 4항에 있어서,
    상기 보강절연체는 에폭시, 절연지 및 이의 혼합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 냉매는 액체 질소 또는 액체 헬륨인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  17. 제 4항에 있어서, 상기 보강절연체의 하부에는 상기 보강절연체를 감싸도록 밀대가 형성됨을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 냉매조에는 일측은 냉매조 하부에 결합되고, 타측은 상기 밀대의 하부에 접촉되어 탄성력에 의해 상기 밀대를 지지하는 탄성체가 형성됨을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 탄성체는 스프링인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  20. 제 4항에 있어서, 상기 냉매조에는 초전도 케이블이 냉매조의 하측으로 인입되어 설치됨을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
  21. 상온에 배치되는 전류리드 및 극저온의 냉매조에 배치되는 초전도 케이블 단말간의 접속을 위한 초전도 케이블 단말장치에 있어서,
    상기 전류리드 및 상기 초전도 케이블을 포함하고 상호간에 연결되어 형성되는 연결부와;
    상기 연결부 외부에 형성되는 고체절연부싱과;
    상기 고체절연부싱의 외측에서 내측으로 연결형성되어 고전압절연특성을 갖는 냉매경로를 형성시키고, 상기 연결부를 냉각시키는 냉매가 공급되어 열교환에 의해 상기 연결부를 냉각시키는 냉매순환로와;
    상기 고체절연부싱의 하부에 형성되고, 상기 초전도 케이블과 전류리드를 연결하는 부분을 감싸도록 형성된 보강절연체와;
    상기 보강절연체의 하부에 상기 보강절연체를 감싸도록 형성되는 밀대; 그리고
    일측은 냉매조 하부에 결합되고, 타측은 상기 밀대의 하부에 접촉되어 탄성력에 의해 상기 밀대를 지지하는 탄성체;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치.
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