KR101598230B1

KR101598230B1 - 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체

Info

Publication number: KR101598230B1
Application number: KR1020100005648A
Authority: KR
Inventors: 성허경; 이수길; 장현만; 이정민; 최창열; 장석헌
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2016-02-29
Anticipated expiration: 2030-01-21
Also published as: CN102195170A; CN102195170B; US8658896B2; KR20110085717A; US20110174535A1

Abstract

본 발명은 도체봉이 내설된 초전도 케이블 단말장치에 관한 것으로, 특히 본 발명에서는 온도구배부 구조체에 내설되는 도체의 조립 연결 구조 및 절연 구조를 새로운 타입으로 개선하여 온도구배부에 대한 조립성, 구조적인 강도, 절연내력을 더 향상시킬 수 있도록 하고, 아울러 도체의 열 수축, 열팽창에 의한 변형력 완화와 함께 열전달을 줄일 수 있도록 하며, 나아가 용이한 조립 분해로 인해 유지 보수가 수월하게 이루어질 수 있도록 한 것이다.

Description

초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체{Temperature Movable Structure of Superconducting Cable Termination}

본 발명은 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온도구배부 구조체에 내설되는 도체의 조립 연결 구조 및 절연 구조를 새로운 타입으로 개선하여 온도구배부에 대한 조립성, 구조적인 강도, 절연내력을 더 향상시킬 수 있도록 하고, 아울러 도체의 열 수축, 열팽창에 의한 변형력 완화와 함께 열전달을 줄일 수 있도록 한 것이다.

일반적인 초전도 케이블 단말장치는, 상단에서 하단 방향으로 상온부, 온도구배부, 극저온부 각각에 대한 구간을 가지고 있으며, 이러한 상온부, 온도구배부, 극저온부를 형성하는 각 구간 내에는 도체봉이 지나가는 배치 구조로 내설되어 있다.

참고로, 절연을 위하여 상기 온도구배부에는 기체 질소가 포함되어 있고, 상온부에는 절연 오일 또는 절연 가스가 포함되어 있으며, 극저온부에는 액체 질소를 포함하고 있는 것이 일반적이다.

위와 같은 구성을 가지는 일반적인 초전도 케이블 단말장치의 타입에서 있어, 특히 절연파괴에 대한 절연 사고 발생률이 높은 온도구배부에서 고체절연물에 의한 절연파괴가 발생될 경우, 절연 파괴된 고체절연물만을 도체봉으로부터 제거 또는 분리할 수 없는 제작 구조 때문에 고체절연물과 도체봉을 새것으로 각각 제작하고, 이 후 고체절연물을 제작된 도체봉 표면 둘레에 감싸는 작업도 재 수행하여야 함으로써 유지 보수가 용이하지 못하다. 그와 더불어 유지 보수를 위한 비용도 절감할 수 없다.

또한, 종래에 사용되고 있는 도체봉은 내부 단면이 채워지는 구조로 이루어져 있어, 열전달 면적이 넓고 그로 인해 열전달을 줄이지 못함으로써 도체봉이 열 수축이나 열팽창 시에 변형 정도가 심하고, 그로 인해 고체절연물이 깨지면서 절연파괴가 발생하게 되는 구조적인 취약이 있다.

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 온도구배부 구조체에 내설되는 도체의 조립 연결 구조 및 절연 구조를 새로운 타입으로 개선하여 온도구배부에 대한 조립성, 구조적인 강도, 절연내력을 더 향상시킬 수 있도록 하고, 아울러 도체의 열 수축, 열팽창에 의한 변형력 완화와 함께 열전달을 줄일 수 있도록 하며, 나아가 용이한 조립 분해로 인해 유지 보수가 수월하게 이루어질 수 있도록 한 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상온부구간과 극저온부구간 사이에 온도구배구간을 가지고 있고, 이 온도구배구간에 배치되는 초전도 케이블의 단말장치의 온도구배부 구조체로서, 상기 온도구배부 구조체의 내부를 밀폐하는 상태로 온도구배부 구조체의 상하 단에 각각 결합되는 상부 및 하부 스페이서부재와; 상기 상부 및 하부 스페이서부재 사이에 배치되며 상부 및 하부 스페이서부재와 연결되는 관체와; 상기 관체의 중앙을 지나가는 배치 구조로 상부 및 하부 스페이서부재의 도전성 컨넥터에 고정되는 제1 및 제3 도체와; 상기 제1 및 제3 도체 사이에 배치되는 상태로 제3 도체의 상면에 연결 고정되는 제2 도체와; 상기 제1 도체와 제2 도체 사이에 배치되며 제1 도체와 제2 도체가 상부와 하부 방향에서 각각 끼움 구조로 결합 되는 접촉연결수단을 포함하여 구성되는 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체가 제공된다.

또한, 상기 제1 도체는, 접촉연결수단으로 끼워질 수 있도록 저면에 돌출부가 길이를 가지고 돌출된 T형으로 이루어지는 구조가 바람직하다.

또한, 상기 제2 도체의 내부에는 하부의 개방과 깊이를 가지는 홈부가 형성되어 있고, 상기 제2 도체의 상면에는 접촉연결수단으로 끼워질 수 있도록 돌출부가 길이를 가지고 솟아 있는 구조가 바람직하다.

위의 접촉연결수단은, 막대 형태로 이루어진 도전성 세그먼트가 원주를 따라 복수 배열되는 원형 구조로 이루어지고, 내부에 제1 도체의 돌출부와 제2 도체의 돌출부가 각각 끼워질 수 있는 상부 및 하부 결합홈이 형성되어 있으며, 상기 도전성 세그먼트의 배열 유지 및 압지력을 부여할 수 있도록 탄성 부재가 접촉연결수단의 둘레를 감싸는 상태로 하나 이상 결합 되어 있는 구조가 제공된다.

또한, 상기 제1 도체, 제2 도체, 제3 도체와 관체 사이에는 제1 도체의 돌출부로부터 제2 도체까지의 범위를 감싸는 쉴드부재가 배치되어 있고, 상기 쉴드부재의 상하 단은 제1 도체와 제3 도체의 대응 면에 각각 고정되는 구조가 제공된다.

또한, 상기 쉴드부재는 상부 쉴드부와 하부 쉴드부로 분리하여 제작되며, 상부 쉴드부와 하부 쉴드부는 간극을 가지고 배치되는 구조가 제공된다.

위의 쉴드부재는 내경이 양단으로 갈수록 점차 좁아지도록 형성되는 것이 바람직하다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체에서는, 제1 및 제2 도체가 열 수축, 열팽창을 하더라도 종래와 같이 고체절연물을 적용한 구조가 아니므로 절연파괴에 대한 사고 발생률이 낮고, 고체절연물과 도체봉을 새것으로 제작하여야 하는 종래의 제반 문제를 벗어날 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체는 유지 보수를 위한 비용도 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체에서는, 접촉연결수단의 매개 기능과, 제1 도체, 제2 도체, 제3 도체 간 조립 분해가 용이한 연결 구조, 및 쉴드부재를 이용한 새로운 절연 타입 구조가 적용됨으로써, 온도구배부에 대한 조립성 및 구조적인 강도는 물론, 절연내력이 향상되는 효과를 더 기대할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체에서는,제2 도체에 형성되는 홈부로 인해 열전달 면적이 줄어들어 열 수축, 열팽창에 의한 변형을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 접촉연결수단을 나타낸 사시도이다.
도 3은 다른 예의 쉴드부재가 설치된 모습을 보여주는 본 발명에 따른 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체를 나타낸 단면도이다.

아래에서는 본 발명에 따른 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에서는 본 발명에 따른 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체의 단면도가 도시되어 있고, 도 2에서는 도 1의 접촉연결수단에 대한 사시도가 도시되어 있다. 설명에 앞서 일반적인 초전도 케이블 단말장치는, 상단에서 하단 방향으로 상온부, 온도구배부, 극저온부 각각에 대한 구간을 각각 가지고 있으며, 본 발명에서 설명하고자 하는 구간은 온도구배부 구간에 배치되는 온도구배부 구조체에 관한 것이다.

도면에서 보듯이, 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체(10) 상하 단에는 후술하는 상부 및 하부 스페이서부재(12, 14)가 각각 배치 결합되어 있다.

이러한 상부 및 하부 스페이서부재(12, 14)는 각 구간에 배치되는 구조체와의 대응 연결과 차단 기능, 방전으로 인한 절연파괴 방지 기능, 절연 거리 확보 기능을 가진다.

또한, 상기 온도구배부 구조체(10)는 상부 및 하부 스페이서부재(12, 14) 사이에 배치되는 관체(16)와, 상기 관체(16)를 지나가는 배치 구조로 내설되는 제1 도체(18), 제2 도체(20), 제3 도체(22)와, 제1 및 제2 도체(18, 20)를 연결하는 접촉연결수단(24)과, 상기 제1 및 제2 도체(18, 20)의 둘레를 감싸는 상태로 배치되는 쉴드부재(26)로 구성된다.

아울러 본 발명에 따른 온도구배부 구조체(10)에서는 제1 도체(18), 제2 도체(20), 제3 도체(22)와, 쉴드부재(26) 및 접촉연결수단(24)에 대한 조립과 분리가 용이한 결합 구조로 구성됨으로써, 유지 보수에 따른 부분적인 부품 교체가 가능하다.

구체적으로, 상기 상부 및 하부 스페이서부재(12, 14)에 구비된 체결편(28, 30)은 체결부재(32, 34)를 통해 각각 대응하는 관체(16)의 플랜지(16a, 16b)와 결합되는 체결 구조를 취하고 있다. 참고로 상부 및 하부 스페이서부재(12, 14)의 스페이서부(C)는 절연 재질로 이루어지며, 체결편(28, 30)은 금속으로 이루어져 있다.

상기 상부 및 하부 스페이서부재(12, 14)의 중앙에는 상면과 저면이 노출되는 상태로 도전성 컨넥터(36, 38)가 각각 매립되어 있는데, 먼저 상부 스페이서부재(12)의 도전성 컨넥터(36)에는 제1 도체(18)가 대응 면에 밀착되는 상태에서 체결부재(40)를 통해 체결 고정되는 구조를 취하고 있고, 상기 하부 스페이스 부재(14)의 도전성 컨넥터(38)에는 제3 도체(22)가 대응 면에 밀착되는 상태에서 체결부재(42)를 통해 체결 고정되는 구조를 취하고 있다.

상기 제3 도체(22)의 상면에는 제2 도체(20)가 용접으로 연결된다. 그러나 제3 도체(22)와 제2 도체(20)가 용접으로 연결되는 것으로 한정되지 아니하며, 제3 도체(22)와 제2 도체(20)가 일체로 형성될 수 있다.

상기 제2 도체(20)에는 하부의 개방과 깊이를 가지는 홈부(44)가 내부에 형성되어 있으며, 이와 같이 상기 제2 도체(20)에 홈부(44)가 형성되면, 열전달 면적인 줄어들게 되고, 그에 따라 열전달도 줄어들게 된다. 따라서 열 수축, 열팽창으로 인한 변형 완화 및 변형이 최소화될 수 있게 된다.

한편, 위의 구조에서 제1 도체(18)와 제2 도체(20) 사이에는 접촉연결수단(24)이 배치되어 있다. 이러한 접촉연결수단(24)에는 상기 제1 도체(18)로부터 하부 방향으로 돌출된 돌출부(46)와, 제2 도체(18)의 상단에서 솟은 형태의 돌출부(48)가 접촉연결수단(24)의 상부 및 하부 방향으로 각각 진입하여 접촉연결수단(24) 내부에 끼워져 결합되는 끼움 구조를 취하고 있다.

위와 같이 제1 도체(18)와 제2 도체(20)의 개별적 구성 및 접촉연결수단(24)과의 끼움식 결합 구조로 인하여 제1 및 제2 도체(18, 20)간 조립 연결과 분리가 용이하게 된다. 예컨대 필요에 따라서는 부분적인 부품 교체가 가능하여 유지 보수에 대한 편의성도 제공받을 수 있다.

앞서 언급된 접촉연결수단(24)은, 도 2에서 보듯이 막대 형태의 도전성 세그먼트(50)가 원주를 따라 복수 배열되는 원형 구조를 취하고 있으며, 내부에 제1 도체(18)의 돌출부(46)와 제2 도체(20)의 돌출부(48)가 각각 끼워질 수 있도록 상부 및 하부 결합홈(52, 54)이 각각 형성되어 있다. 아울러 상부 결합홈(52)과 하부 결합홈(52, 54)이 경계가 되는 경계 부분에는 도전성 세그먼트(50)의 배열과 형상 구조가 유지될 수 있도록 가이드 기능을 발휘하는 원판(S)이 내부를 가로 막는 칸막이 구조로 배치되어 있다.

또한, 상기 접촉연결수단(24)에는 도전성 세그먼트(50)에 압지력을 부여할 수 있도록 원형 스프링으로 이루어진 탄성 부재(56)가 접촉연결수단(24)의 둘레를 감싸는 상태로 하나 이상 결합되어 있다.

따라서 상기 접촉연결수단(24)에 결합된 각 돌출부(46, 48)가 변형되더라도 탄성 부재(56)에 의한 도전성 세그먼트(50)의 압지력에 의해 접촉 불량이 방지된다.

더 나아가, 상기 돌출부(46, 48)가 열 수축, 열팽창에 의한 변형이 이루어지는 과정에서 도전성 세그먼트(50)를 감싸는 탄성 부재(56)가 그 변형에 맞추어 이완 수축을 하게 되고, 그로 인해 접촉연결수단(24)의 내경 즉, 상부 및 하부 결합홈(52, 54)도 돌출부(46, 48)의 변형에 맞추어 가변적으로 조정됨으로써 결과적으로, 접촉연결수단(24)과 각 돌출부(46, 48)간에 접촉 불량이 발생하지 않는다.

본 발명의 온도구배부 구조체(10)에서는 상기 제1 도체(18), 제2 도체(20), 제3 도체(22)와 관체(16) 사이에 제1 도체(18)의 돌출부(46)에서 제2 도체(20)까지의 범위를 감싸는 상태로 쉴드부재(26)가 배치되는 절연 타입의 제시되어 있으며, 상기 접촉연결수단(24)에서 발생되는 이물질이 쉴드부재(24)의 내부에 쌓일 수 있도록 쉴드부재(26)는 중앙에서 양단으로 갈수록 내경이 점차 좁아지는 원형의 중공 구조로 형성되어 있다.

위와 같이 배치되는 상기 쉴드부재(26)의 상단 및 하단 플랜지(58, 60)는 각각 대응하는 제1 도체(18)와 제3 도체(22)의 대응 면에 밀착되는 상태에서 제1 도체(18)와 제3 도체(22)를 상부 및 하부 스페이서부재(12, 14)에 각각 고정하고자 체결된 체결부재(40, 42)로써 고정된다.

나아가, 도 1에서는 상기 쉴드부재(26)가 일체로 형성되는 구조를 취하고 있으나, 반드시 일체로 형성될 필요는 없다.

도 3에 도시된 바와 같이 쉴드부재(26)를 상부 쉴드부(62a)와 하부 쉴드부(62b)로 분리하여 제작하고, 온도구배부 구조체(10)에 설치 시 상부 쉴드부(62a)와 하부 쉴드부(62b) 간에 간극(d)을 가지고 설치될 수 있다.

위와 같이 상기 쉴드부재(26)가 상부 쉴드부(62a)와 하부 쉴드부(62b)로 제작되게 되면, 운반이나 온도구배부 구조체(10)의 내부로 장착 및 해체 시에 부딪힘으로 인한 파손을 줄일 수 있고, 무게가 가벼워져 운반이 용이하게 된다. 특히, 열 수축이나 열 팽창으로 인한 변형 발생시 부분적인 교체가 가능하여 유지 및 보수에 대한 편의를 제공받을 수 있게 된다.

예컨대, 상부 쉴드부(62a)와 하부 쉴드부(62b)는 용접으로 연결할 수도 있으나 이 경우, 열 수축이나 열 팽창으로 인한 변형 발생시 상부 쉴드부(62a)와 하부 쉴드부(62b)를 연결하는 용접물이 떨어지면서 절연사고에 대한 발생이 높아지게 되므로 용접은 물론, 그 외 다른 방법으로 서로 연결하는 것은 바람직하지 않다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 나아가 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

10 : 온도구배부 구조체 12 : 상부 스페이서 부재
14 : 하부 스페이서 부재 16 : 관체
18 : 제1 도체 20 : 제2 도체
22 : 제3 도체 24 : 접촉연결수단
26 : 쉴드부재 28, 30 : 체결편
32, 34, 40, 42 : 체결부재 36, 38 : 도전성 컨넥터
44 : 홈부 46 : 돌출부
48 : 돌출부 50 : 도전성 세그먼트
52 : 상부 결합홈 54 : 하부 결합홈
56 : 탄성 부재 58 : 상부 플랜지
60 : 하부 플랜지

Claims

초전도 케이블 단말장치의 상온부구간, 온도구배구간 및 극저온부구간 중 상기 온도구배구간에 배치되는 초전도 케이블의 단말장치의 온도구배부 구조체(10)로서,
상기 온도구배부 구조체(10)의 내부를 밀폐하는 상태로 온도구배부 구조체(10)의 상하 단에 각각 결합되는 상부 및 하부 스페이서부재(12, 14)와;
상기 상부 및 하부 스페이서부재(12, 14) 사이에 배치되며 상부 및 하부 스페이서부재(12, 14)와 연결되는 관체(16)와;
상기 관체(16)의 중앙을 지나가는 배치 구조로 상부 및 하부 스페이서부재(12, 14)의 도전성 컨넥터(36, 38)에 고정되는 제1 및 제3 도체(18, 22)와;
상기 제1 및 제3 도체(18, 22) 사이에 배치되는 상태로 제3 도체(22)의 상면에 조립되어 연결 고정되는 제2 도체(20)와;
상기 제1 도체(18)와 제2 도체(20) 사이에 배치되며 제1 도체(18)와 제2 도체(20)가 상부와 하부 방향에서 각각 끼움 구조로 결합되는 접촉연결수단(24)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체.
제 1항에 있어서,
상기 제1 도체(18)는, 접촉연결수단(24)으로 끼워질 수 있도록 저면에 돌출부(46)가 길이를 가지고 돌출된 T형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체.
제 2항에 있어서,
상기 제2 도체(20)의 내부에는 하부의 개방과 깊이를 가지는 홈부(44)가 형성되어 있고, 상기 제2 도체(20)의 상면에는 접촉연결수단(24)으로 끼워질 수 있도록 돌출부(48)가 길이를 가지고 솟아 있는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체.
제 3항에 있어서,
상기 접촉연결수단(24)은, 막대 형태로 이루어진 도전성 세그먼트(50)가 원주를 따라 복수 배열되는 원형 구조로 이루어지고, 내부에 제1 도체(18)의 돌출부(46)와 제2 도체(20)의 돌출부(48)가 각각 끼워질 수 있는 상부 및 하부 결합홈(52, 54)이 형성되어 있으며, 상기 도전성 세그먼트(50)의 배열 유지 및 압지력을 부여할 수 있도록 탄성 부재(56)가 접촉연결수단(24)의 둘레를 감싸는 상태로 하나 이상 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체.
제 4항에 있어서,
상기 제1 도체(18), 제2 도체(20), 제3 도체(22)와 관체(16) 사이에는 제1 도체(18)의 돌출부(46)로부터 제2 도체(20)까지의 범위를 감싸는 쉴드부재(26)가 배치되어 있고, 상기 쉴드부재(26)의 상하 단은 제1 도체(18)와 제3 도체(22)의 대응 면에 각각 고정되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체.
제 5항에 있어서,
상기 쉴드부재(26)는 상부 쉴드부(62a)와 하부 쉴드부(62b)로 분리하여 제작되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체.
제 6항에 있어서,
상기 상부 쉴드부(62a)와 하부 쉴드부(62b)는 간극(d)을 가지고 배치되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체.
제 5항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 쉴드부재(26)는, 내경이 양단으로 갈수록 점차 좁아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 단말장치의 온도구배부 구조체.