KR101304131B1 - Current lead module for high voltage superconducting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고전압 초전도 전력기기용 전류 도입선에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고전압 초전도 전력기기용 전류 도입선의 전기적 안정성을 향상시키기 위한 구조 개선에 관한 것이다.
The present invention relates to a current lead wire for high voltage superconducting power equipment, and more particularly, to a structure improvement for improving the electrical stability of the current lead wire for high voltage superconducting power equipment.
고전압 초전도 전력기기는 초전도 코일을 냉각시키는 방식에 따라 크게 냉동기를 사용하는 전도 냉각방식과 냉매를 사용하는 냉매 냉각방식으로 구분된다. High voltage superconducting power equipment is classified into conduction cooling method using a refrigerator and refrigerant cooling method using a refrigerant according to the method of cooling the superconducting coil.
그 중에서 냉매 냉각방식은 전도 냉각방식에 비하여 구조가 간단하며 유지, 보수가 용이하므로 고압 초전도 전력기기의 상용화 개발 분야에서 많이 연구되고 있다. Among them, the refrigerant cooling method has been studied in the field of commercial development of high pressure superconducting power equipment because the structure is simpler and easier to maintain and repair than the conductive cooling method.
일반적으로 고압 초전도 전력기기의 구조는 크게 초전도코일과 액체질소를 담는 용기인 극저온 챔버와 극저온 챔버 상부를 덮고 있는 플랜지, 그리고 플랜지를 관통하여 초전도코일에 전력을 공급해주는 역할을 하는 부싱으로 이루어져 있다. In general, the structure of a high-pressure superconducting power device is largely composed of a cryogenic chamber, which is a container containing superconducting coil and liquid nitrogen, a flange covering the upper part of the cryogenic chamber, and a bushing that serves to supply power to the superconducting coil through the flange.
도 1은 고전압 초전도 전력기기의 한 종류인 초전도한류기의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a superconducting fault current limiter, which is a type of high voltage superconducting power equipment.
일반적인 고압 초전도 전력기기용 부싱 및 전류도입선의 기본적인 구조는 도 1에 나타낸 초전도 한류기와 동일하므로, 이와 같은 구조를 도 1에 고압 초전도 전력기기의 한 종류인 초전도 한류기를 예로서 나타내었다. Since the basic structure of a general high voltage superconducting power device bushing and current inlet line is the same as the superconducting current limiter shown in FIG. 1, such a structure is shown in FIG. 1 as a superconducting current limiter which is a type of high voltage superconducting power device.
도 1을 참조하면, 초전도 한류기는 액체질소를 담는 용기인 챔버(10)와, 챔버 상부를 덮고 있는 플랜지(flange)(20)와, 플랜지를 관통하여 초전도 코일에 전력을 공급해주는 부싱(Bushing)(30)과, 전류도입선부(40)를 포함하고 있다. Referring to FIG. 1, the superconducting fault current limiter is a
특히 고압 초전도 전력기기의 경우에는 플랜지를 관통하는 고전압 부싱의 하단부를 전류도입선부(40)라고 하며 도 1의 점선으로 나타내었다. In particular, in the case of a high-voltage superconducting power device, the lower end of the high voltage bushing passing through the flange is called the
도 2는 고전압 초전도 전력기기용 부싱 및 전류도입선의 개략도이고, 도 3은 no condenser - no grounded 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈의 개략도이다.2 is a schematic diagram of a bushing and a current lead wire for a high voltage superconducting power device, and FIG. 3 is a schematic diagram of a current lead wire module for a no condenser-no grounded high voltage superconducting power device.
도 2를 참조하면, 전류 도입선부(40)는 전류 도입선(42)과 콘덴서 시트(condenser sheet)(44)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 2, the
전류도입선(42)에는 고전압이 인가되므로 장시간 운전되는 초전도 전력기기와 같은 경우에는 전기적 절연 안정성을 고려한 안전설계가 이루어져야 한다. Since a high voltage is applied to the
대체적으로 전류도입선(42)은 도 2의 점선에서 보는 바와 같이 극저온 챔버 내에 위치하므로, 상온 조건 하에 존재하는 일반 전력기기용 부싱과는 다른 특성을 가지게 된다. 즉, 플랜지 상부는 상온 조건임에 반하여, 플랜지 하부는 77K의 극저온 조건인 액체 질소에 잠겨있으므로, 전류도입선(42)을 둘러싸는 고체는 열적 스트레스에 강한 특성을 가져야 한다. 이와 같은 초전도 전력기기용 전류 도입선부(40)는 구리재질의 전류통전선과 그를 둘러싼 고체로 이루어진다. 따라서 일반적으로 전류도입선부를 구성하는 고체는 열 특성과 극저온 특성이 우수한 GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic)를 사용하고 있다. In general, the
도 3은 도 2에서 나타낸 점선 부분을 확대하여 나타낸 것이다. 3 is an enlarged view of a dotted line part shown in FIG. 2.
도 3에서 보는 바와 같이, 플랜지 하부에 위치한 전류 도입선(310)은 그를 둘러싼 접지된 금속구조물(320) 내에 위치하게 된다. 따라서 정상 운전 시에 금속구조물(320)과 전류도입선(310) 사이에는 매우 높은 전계가 형성되어 절연파괴와 같은 사고가 발생할 확률이 커지므로 상대적으로 높은 전기적 안정성이 요구된다.As shown in FIG. 3, the
현재까지 발표된 많은 연구결과에 의하면 초전도 전력기기의 상용화를 위해서는 여러 가지 조건을 만족해야 하지만, 그 중에서도 154[KV] 송전급 이상의 높은 전압등급에서 운전될 수 있는지 여부가 중요한 조건 중의 하나로 알려져 있다.According to many studies published to date, the commercialization of superconducting power equipment has to satisfy various conditions, but among them, whether it can be operated at a high voltage rating of 154 [KV] transmission level or more is one of the important conditions.
초전도 전력기기용 냉매로 사용되고 있는 액체 질소의 절연내력특성은 조건에 따라 달라질 수 있지만 대략 10~30 [KV/mm]로 우수한 것으로 알려져 있다. 그에 반하여 일반적인 기체의 절연내력특성은 수 [KV/mm] 이내로 액체절연물에 비하여 매우 낮으므로, 액체질소 내에 위치하는 초전도 코일의 절연특성에 비하여 기체부에 위치하는 전류도입선의 절연특성에 관한 연구가 필요하며, 설계 시 세심한 주의가 필요하다. 그러나 우리나라를 비롯한 전 세계적으로 초전도코일의 절연설계에 비하여 전류도입선부의 절연설계에 관한 연구가 미흡한 상태이며, 기존의 절연설계 방안으로는 장시간 운전 시에 안정성이 현격하게 저하될 수 있는 단점이 있다. The dielectric strength of liquid nitrogen, which is used as a refrigerant for superconducting power equipment, may vary depending on conditions, but is known to be excellent at approximately 10 to 30 [KV / mm]. On the other hand, since the dielectric strength of general gases is very low compared to liquid insulators within a few [KV / mm], a study on the insulation characteristics of current-carrying wires located in the gas section compared to that of superconducting coils in liquid nitrogen And careful design is required. However, compared to the insulation design of superconducting coils in Korea and around the world, research on the insulation design of the current-carrying wire part is insufficient. The existing insulation design method has a disadvantage that the stability may be significantly reduced during long time operation. .
따라서 향후 전력계통 시장 내에서 경제적 가치가 매우 높다고 판단되는 송전급 초전도 전력기기의 상용화 가능성을 향상시키기 위하여 전류도입선의 전기적 절연 안정성 향상에 관한 방안은 필수적이라고 할 수 있다.
Therefore, it is essential to improve the electrical insulation stability of current-carrying wires in order to improve the possibility of commercialization of transmission-grade superconducting power equipment, which is considered to have high economic value in the future power system market.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존의 상전도 초고압 전력기기용 부싱 제작에 사용되고 있는 콘덴서 시트(sheet)를 고체 절연물 내부에 설치하고, 고체 절연물의 외부에는 접지판을 설치하여 정상운전 시 고전압으로 인하여 발생하는 높은 전계가 절연내력특성이 상대적으로 낮은 기체부에는 존재하지 않고, 절연내력특성이 상대적으로 우수한 고체 절연물 내부에만 공간적으로 최대한 균일하게 분포할 수 있도록 유도하며, 이와 같은 새로운 구조를 통하여 고압 초전도 전력기기용 전류도입선부에서 절연파괴현상이 발생하는 문제를 개선하여 전기 절연 안정성을 향상시킬 수 있는 전류 도입선 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made in order to solve the above problems, a capacitor sheet used in the fabrication of a conventional bushing for phase-conducting ultra-high voltage power equipment is installed inside the solid insulator, and a ground plate is installed outside the solid insulator. Therefore, the high electric field generated by the high voltage during normal operation does not exist in the gas part with relatively low dielectric strength, and it is induced to be distributed as uniformly as possible in the solid insulator with relatively excellent dielectric strength. Through the same new structure, the purpose of the present invention is to provide a current lead wire module that can improve the electrical insulation stability by improving the problem that the insulation breakdown occurs in the current lead wire portion for high voltage superconducting power equipment.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고전압 초전도 전력기기에서 전류를 도입하기 위한 전류 도입선 모듈에 있어서, 전류를 도입하기 위한 전류 도입선(Current lead), 상기 전류 도입선을 감싸고 있으며, 고체 절연물로 이루어지는 고체부, 상기 고체부의 외면에 설치되어 접지면을 형성하는 접지판, 상기 접지판과의 사이에 밀폐된 공간이 형성되도록 상기 접지판의 외부에 이격되어 형성되며 금속으로 되어 있는 금속 구조물, 상기 접지판과 금속 구조물 사이의 공간에 기체 절연물질로 이루어지는 기체부 및 상기 고체부 내부에 축전 기능을 수행하는 하나 이상의 시트 형태로 존재하며, 상기 고체부 내부의 전계를 균일하게 하기 위한 축전 시트(sheet)를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a current lead wire module for introducing a current in a high voltage superconducting power device, and includes a current lead for introducing a current and a current lead wire for enclosing the solid. And a ground plate installed on an outer surface of the solid portion to form a ground plane, a metal structure spaced apart from the ground plate to form a sealed space between the ground plate, and a metal structure, the ground plate And a gas part made of a gas insulating material in the space between the metal structure and at least one sheet in the solid part to perform a power storage function, and a power storage sheet for uniformizing an electric field inside the solid part. Include.
상기 축전 시트는 콘덴서 시트(Condenser sheet)일 수 있다. The power storage sheet may be a condenser sheet.
상기 다수의 콘덴서 시트 중에서 일부 콘덴서 시트가 접지되지 않고 플로팅(floating) 되어 있을 수 있다. 이때, 상기 고체부의 최외각에 위치한 콘덴서 시트만 제외하고 나머지 콘덴서 시트들이 플로팅될 수 있다. Some capacitor sheets of the plurality of capacitor sheets may be floating without being grounded. In this case, except for the capacitor sheet located at the outermost part of the solid part, the remaining capacitor sheets may be floated.
상기 고체부는 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic)인 것이 바람직하다.
The solid portion is preferably GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic).
본 발명에 의하면 고압 초전도 전력기기용 전류도입선부에서 절연파괴현상이 발생하는 문제를 개선하여 전기 절연 안정성을 향상시키는 효과가 있다. According to the present invention, there is an effect of improving the electrical insulation stability by improving the problem that the insulation breakdown occurs in the current lead wire portion for high voltage superconducting power equipment.
본 발명은 정상운전 중에 고전압이 인가된 고압 초전도 전력기기용 전류도입선에서 전기 절연적 안정성 향상을 위하여, 고체 절연물 내부에 콘덴서를 설치하고, 상대적으로 절연내력특성이 나쁜 기체부에서의 전계를 ‘0’이 되도록 하기 위하여 고체 절연물 외부에 접지판을 설치한 전류 도입선 모듈을 제안함으로써, 전류도입선의 고체 절연물이나 기체부에서 발생하는 절연파괴 사고를 개선하여 고압 초전도 전력기기의 전기적 안정성 향상과 함께 제품의 산업 경쟁력 제고 효과를 기대할 수 있는 것이다.
The present invention is to install a capacitor inside the solid insulator in order to improve the electrical insulation stability in the current induction wire for high voltage superconducting power equipment to which high voltage is applied during normal operation, and the electric field in the gas part having a relatively poor insulation strength characteristics is '0'. In order to ensure that the current lead wire module with a ground plate installed outside the solid insulator is proposed, it is possible to improve the electrical stability of the high-voltage superconducting power equipment by improving the insulation breakdown accident occurring in the solid insulator of the current-carrying line or the gas part. This can be expected to enhance industrial competitiveness.
도 1은 고전압 초전도 전력기기의 한 종류인 초전도한류기의 개략도이다.
도 2는 고전압 초전도 전력기기용 부싱 및 전류도입선의 개략도이다.
도 3은 no condenser - no grounded 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈의 개략도이다.
도 4는 no condenser - grounded 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈의 개략도이다.
도 5는 condenser - no grounded 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴서-접지(condenser - grounded) 타입 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴서-접지(condenser - grounded) 타입 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈의 3D 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈의 2D 전계 해석의 기본 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 초전도 전력기기용 전류도입선의 상세 설계도이다.
도 10은 유한요소해석 상 고압 초전도전력기기용 전류도입선의 해석 범위를 나타낸다.
도 11은 no condenser - no grounded 고전압 초전도 전력기기용 전류도입선 내에서의 유한요소해석 결과인 전계분포도이다.
도 12는 no condenser - grounded 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 내에서의 유한요소해석 결과인 전계분포도이다.
도 13은 condenser- no grounded 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 내에서의 유한요소해석 결과인 전계분포도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴서-접지(condenser - grounded) 타입 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 내에서의 유한요소해석 결과인 전계분포도이다.
도 15는 각 타입별 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈에서 상위(upper) 지점에서의 전계분포 비교를 나타낸 그래프이다.
도 16은 각 타입별 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈에서 중위(middle) 지점에서의 전계분포 비교를 나타낸 그래프이다.
도 17은 각 타입별 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈에서 하위(lower) 지점에서의 전계분포 비교를 나타낸 그래프이다.
도 18은 각 타입별 고압 초전도 전력기기용 전류도입선의 고체부 내에서의 최대전계 크기를 비교한 그래프이다.
도 19는 각 타입별 고압 초전도 전력기기용 전류도입선의 기체부 내에서의 최대전계 크기를 비교한 그래프이다.
도 20은 타입별 고압 초전도전력기기용 전류도입선의 고체부 내에서의 최대전계와 최소전계의 차이값을 비교한 그래프이다.
도 21은 타입별 고압 초전도전력기기용 전류도입선의 고체부 내에서의 최대전계와 최소전계의 차이값을 백분율로 비교한 그래프이다.1 is a schematic diagram of a superconducting fault current limiter, which is a type of high voltage superconducting power equipment.
2 is a schematic diagram of a bushing and current lead for high voltage superconducting power equipment.
Figure 3 is a schematic diagram of a current lead wire module for no condenser-no grounded high voltage superconducting power equipment.
4 is a schematic diagram of a current lead wire module for a no condenser-grounded high voltage superconducting power device.
5 is a schematic diagram of a current lead wire module for a condenser-no grounded high voltage superconducting power device.
6 is a schematic diagram of a current-carrying wire module for a capacitor-grounded type high voltage superconducting power device according to an embodiment of the present invention.
7 is a 3D cross-sectional view of a current-carrying wire module for a capacitor-grounded type high voltage superconducting power device according to an embodiment of the present invention.
8 is a basic conceptual diagram of a 2D electric field analysis of a current lead wire module for a high voltage superconducting power device according to an embodiment of the present invention.
9 is a detailed design diagram of a current inlet wire for a high voltage superconducting power device according to an embodiment of the present invention.
10 shows the analysis range of the current induction line for high voltage superconducting power equipment in the finite element analysis.
FIG. 11 is a field distribution diagram as a result of finite element analysis in a current lead line for a no condenser-no grounded high voltage superconducting power device.
FIG. 12 is an electric field distribution diagram as a result of finite element analysis in a current induction line for a no condenser-grounded high voltage superconducting power device.
FIG. 13 is an electric field distribution diagram as a result of finite element analysis in a current induction line for a condenser-no grounded high voltage superconducting power device.
FIG. 14 is an electric field distribution diagram as a result of finite element analysis in a current induction line for a condenser-grounded type high voltage superconducting power device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a graph illustrating a comparison of electric field distribution at upper points in a current lead wire module for each type of high voltage superconducting power equipment.
FIG. 16 is a graph illustrating electric field distribution comparison at a middle point of each type of current lead wire module for a high voltage superconducting power device.
FIG. 17 is a graph illustrating electric field distribution comparison at a lower point in a current lead wire module for each type of high voltage superconducting power equipment.
18 is a graph comparing the maximum electric field size in the solid part of the current inlet wire for the high voltage superconducting power equipment of each type.
19 is a graph comparing the maximum electric field size in the gas unit of the current inlet for each type of high voltage superconducting power equipment.
20 is a graph comparing the difference between the maximum electric field and the minimum electric field in the solid part of the current inlet for high voltage superconducting power equipment of each type.
FIG. 21 is a graph comparing, as a percentage, the difference between the maximum and minimum electric fields in the solid part of the current inlet for high voltage superconducting power equipment of each type.
이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used for the same reference numerals even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. Also, throughout this specification, when a component is referred to as "comprising ", it means that it can include other components, aside from other components, .
고전압 초전도 전력기기용 냉각시스템에 사용되는 전류도입선 구조는 시스템에 따라 상이할 수 있지만, 기본적인 개념으로는 도 2와 같이 표현할 수 있다고 전술한 바 있다. The current lead wire structure used in the cooling system for high voltage superconducting power equipment may be different depending on the system, but the basic concept may be expressed as shown in FIG. 2.
전류도입선 구조를 보다 자세하게 설명하기 위하여, 본 발명에서는 고압 초전도 전력기기용 전류도입선의 기본 구조를 고체 절연물 내부에 콘덴서가 존재하는지 여부와, 고체 절연물 외부에 접지판을 설치했는지 여부에 따라서 총 4가지 타입의 전류 도입선 모듈을 제안하는 바이다. 각 타입에 대한 도면이 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6에 도시되어 있다. In order to explain the structure of the current inlet wire in more detail, the present invention is a total of four types of the basic structure of the current lead wire for the high-voltage superconducting power equipment depending on whether the capacitor is present inside the solid insulator and whether the ground plate is installed outside the solid insulator We propose a type of current lead-in module. Drawings for each type are shown in FIGS. 3, 4, 5 and 6.
도 3은 no condenser - no grounded 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈의 개략도이다.Figure 3 is a schematic diagram of a current lead wire module for no condenser-no grounded high voltage superconducting power equipment.
도 3을 참조하면, no condenser - no grounded 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈은 전류 도입선(310), 금속 구조물(320), 고체부(330), 기체부(340)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 3, the current lead wire module for a no condenser-no grounded high voltage superconducting power device includes a current
도 4는 no condenser - grounded 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈의 개략도이다.4 is a schematic diagram of a current lead wire module for a no condenser-grounded high voltage superconducting power device.
도 4를 참조하면, no condenser - grounded 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈은 전류 도입선(410), 금속 구조물(420), 고체부(430), 기체부(440), 접지판(450)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 4, the current lead wire module for a no condenser-grounded high voltage superconducting power device includes a current
도 5는 condenser - no grounded 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈의 개략도이다.5 is a schematic diagram of a current lead wire module for a condenser-no grounded high voltage superconducting power device.
도 5를 참조하면, condenser - no grounded 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈은 전류 도입선(510), 금속 구조물(520), 고체부(530), 기체부(540), 콘덴서 시트(550)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 5, a current lead wire module for a condenser-no grounded high voltage superconducting power device includes a current
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴서-접지(condenser - grounded) 타입 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈의 개략도이다.6 is a schematic diagram of a current-carrying wire module for a capacitor-grounded type high voltage superconducting power device according to an embodiment of the present invention.
도 3과 같은 전류도입선은 배전급인 22.9 [KV]급 초전도전력기기용으로 주로 설계되고 있으며, 도 4와 같은 접지형 전류도입선은 국내 기업에서 송전급인 단상 13.2 [KV]급 프로토타입(prototype) 초전도 한류기용 전류도입선을 개발하는데 적용된 바 있다. 또한, 도 5와 같은 콘덴서형 전류도입선은 초전도 전력기기가 아닌 일반 전력기기용 부싱으로도 사용되고 있는 형태이며, 주로 66 [KV] 이상의 초고압 전력기기에 널리 사용되고 있다. 3 is mainly designed for 22.9 [KV] class superconducting power equipment, which is a distribution class, and a ground type current induction line such as FIG. 4 is a single phase 13.2 [KV] class prototype superconducting class, which is a transmission class in a domestic company. It has been applied to the development of current-carrying lines for current limiters. In addition, the condenser type current induction wire as shown in FIG. 5 is used as a bushing for general power devices, not superconducting power devices, and is widely used for ultra high voltage power devices of 66 [KV] or more.
도 3과 같은 no condenser - no grounded와 같은 구조의 전류도입선 모듈에서는 고체부인 GFRP 내에서의 전계분포가 균일하지 못할 뿐만 아니라, 기체부에서의 최대전계가 높기 때문에 절연적 안정성이 낮은 단점을 가지고 있다. 이와 같은 구조에서는 상대적으로 절연특성이 우수한 고체부에서의 전계 불균일을 초래하며, 고체부에서의 전계 불균일은 장시간 운전 시 고체부에 피로가 누적되어 열화현상 즉, 절연파괴현상이 발생할 확률이 높아진다. 또한 상대적으로 절연내력특성이 낮은 기체부에서는 기체의 낮은 유전율로 인하여 높은 전계가 유기되어 마찬가지로 절연파괴현상이 발생할 확률이 높아진다.In the current-conducting wire module having a structure such as no condenser-no grounded as shown in FIG. 3, not only the electric field distribution in the GFRP, which is the solid part, is uniform, but also the insulation stability is low because the maximum electric field in the gas part is high. . In such a structure, an electric field unevenness occurs in a solid part having excellent insulation characteristics, and an electric field unevenness in a solid part accumulates fatigue in the solid part during a long time operation, thereby increasing the probability of deterioration, that is, an insulation breakdown phenomenon. In addition, in the gas part having relatively low dielectric strength characteristics, a high electric field is induced due to the low dielectric constant of the gas, which increases the probability of occurrence of dielectric breakdown.
도 4와 같은 접지형 전류도입선은 고체 절연물의 절연내력특성은 우수하지만 기체 절연물의 절연내력특성은 상대적으로 낮은 점에 착안한 것으로서, 운전 시에 기체부에는 전계가 근본적으로 분포하지 않고 모든 전계가 고체 절연물 내에만 분포하도록 고체 절연물 외부에 접지판을 설치한 구조이다. 그러나 이와 같은 구조에서는 고체 절연물 내부에만 모든 전계가 집중되므로, 고체 절연물 내부에 높은 전계가 불균일하게 분포하여 장시간 운전 시에 피로도가 축적되어 열화현상으로 인한 절연파괴현상이 발생할 확률이 높아지는 단점이 있다. 즉, 장시간 운전 시의 전기 절연적 안정성이 급격히 저하될 수 있다. The ground-type current-carrying wire as shown in FIG. 4 focuses on the excellent dielectric strength characteristics of the solid insulator but the relatively low dielectric strength characteristics of the gas insulator, and does not fundamentally distribute the electric field in the gas unit during operation. The ground plate is installed outside the solid insulator so as to be distributed only in the solid insulator. However, in such a structure, since all electric fields are concentrated only inside the solid insulator, a high electric field is unevenly distributed inside the solid insulator, and fatigue is accumulated in a long time operation, which increases the probability of occurrence of insulation breakdown due to deterioration. That is, the electrical insulation stability during long time operation may be drastically lowered.
도 5와 같은 condenser - no grounded와 같은 구조에서는 고체부에서의 전계균일도가 향상되어 고체부가 열화되는 확률이 낮은 장점을 가지고 있지만, 도 3의 타입과 같이 상대적으로 기체부에서의 전계가 높게 분포하여 절연적으로 불안정하다는 단점을 가지고 있다. 기체부에서의 전계가 높은 경우에는 조건에 따라 절연파괴로 이어질 수 있으므로 최대한 전계의 크기를 반드시 완화해야 한다. In a structure such as condenser-no grounded as shown in FIG. 5, the uniformity of the electric field in the solid part is improved and the probability of deterioration of the solid part is low. However, as shown in FIG. 3, the electric field in the gas part is relatively high. It has the disadvantage of being insulated unstable. If the electric field in the gas part is high, it may lead to insulation breakdown depending on the conditions, so the size of the electric field must be alleviated as much as possible.
본 발명에서는 도 6과 같은 콘덴서-접지(condenser - grounded)타입의 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈을 제안하고자 한다. The present invention proposes a current-conducting wire module for a superconducting power device of a capacitor-grounded type as shown in FIG. 6.
도 6을 참조하면, 본 발명의 고전압 초전도 전력기기용 전류 도입선 모듈은 전류 도입선(610), 금속 구조물(620), 고체부(630), 기체부(640), 접지판(650), 콘덴서 시트(condenser sheet)(660)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 6, the current lead wire module for a high voltage superconducting power device according to the present invention includes a
전류 도입선(Current lead)(610)은 전류를 도입하는 역할을 한다.
고체부(630)는 전류 도입선(610)을 감싸고 있으며, 고체 절연물로 이루어진다. 본 발명의 일 실시예에서 고체부는 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic)인 것이 바람직하다. GFRP는 열 특성과 극저온 특성이 우수한 소재이다.The
접지판(650)은 고체부(630)의 외면에 설치되어 접지면을 형성한다.The
금속 구조물(620)은 접지판(650)과의 사이에 밀폐된 공간이 형성되도록 접지판(650)의 외부에 이격되어 형성되며 금속으로 되어 있다.The
기체부(640)는 접지판(650)과 금속 구조물(620) 사이의 공간에 기체 절연물질로 이루어진다.The
콘덴서 시트(660)는 고체부(630) 내부에 축전 기능을 수행하는 하나 이상의 시트 형태로 존재하며, 고체부(630) 내부의 전계를 균일하게 하기 위한 역할을 한다. 본 발명의 일 실시예로 콘덴서 시트(660)를 사용하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 축전 기능을 하는 시트인 축전 시트로서 다양한 소재 및 구성요소가 사용될 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에서 다수의 콘덴서 시트 중에서 일부 콘덴서 시트가 접지되지 않고 플로팅(floating) 되어 있을 수 있다. 예를 들어, L1~L9의 9개의 콘덴서 시트가 접지되지 않고 플로팅되며, 고체부(630)의 최외각에 위치하는 L10 콘덴서 시트만 접지되도록 구현할 수 있다. In one embodiment of the present invention, some of the capacitor sheets may be floating without being grounded. For example, nine capacitor sheets L1 to L9 may be floated without being grounded, and only the L10 capacitor sheet positioned at the outermost portion of the
본 발명의 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈은 기존의 no condenser - grounded타입과 같이 고체부(630) 외부면에 접지판(650)을 설치함으로써, 기체부(640)에 전계가 존재하지 않도록 하여 기체부(640)의 절연 안정성을 향상시킬 수가 있다.The current lead wire module for the superconducting power device of the present invention is provided with a
그리고, 고체부(630) 내부에 콘덴서 시트(sheet)(660)를 설치함으로써, condenser - no grounded타입과 같이 고체 내부에 전계가 균일하게 분포할 수 있는 장점을 가질 수 있도록 설계하였다. 따라서 장시간 운전 시에도 고체부(630)에서의 전계가 균일하게 분포하여 고체 절연물 내부의 국부적 피로도가 상승하지 않으며, 기체부(640)에서의 전계도 ‘0’이므로 높은 전기 절연적 안정성을 확보할 수 있다.
And, by installing a capacitor sheet (660) in the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴서-접지(condenser - grounded) 타입 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈의 3D 단면도이다.7 is a 3D cross-sectional view of a current-carrying wire module for a capacitor-grounded type high voltage superconducting power device according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 고압 초전도 전력기기용 전류 도입선 모듈은 전류 도입선(610), 금속 구조물(620), 고체부(630), 기체부(640), 부싱(Bushing)(710), 탑 플렌지(Top flange)(720)를 포함하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7, the current lead wire module for a high voltage superconducting power device of the present invention includes a
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈의 2D 전계 해석의 기본 개념도이다.8 is a basic conceptual diagram of a 2D electric field analysis of a current lead wire module for a high voltage superconducting power device according to an embodiment of the present invention.
본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 송전급 154 [KV} 고압 초전도 전력기기용 전류도입선을 설계하고 분석한 결과를 예시하기로 한다.In the present invention, for the convenience of description, the results of designing and analyzing the current induction wire for the transmission class 154 [KV} high voltage superconducting power equipment will be illustrated.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 초전도 전력기기용 전류도입선의 상세 설계도이다. 9 is a detailed design diagram of a current inlet wire for a high voltage superconducting power device according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하여 본 발명에 사용된 설계내용을 살펴보면, 전류도입선용 구리도체의 반지름(R)은 15mm, GFRP의 두께(D1-R)는 200mm로 설정하였다. 고체 절연물 내부에 삽입된 콘덴서의 두께는 1mm이며 콘덴서 간의 간격은 17mm, (
현재까지 고온 초전도한류기의 정격시험을 위한 IEC 규격은 존재하지 않는다. 그러나 고온 초전도한류기는 계통 내에서 차단기와 직렬로 연결되어 사고전류의 크기를 제한하는 역할을 하기 때문에, 본 발명의 타당성을 증명하기 위하여 실시한 유한요소해석에서는 IEC의 154 [KV}급 차단기용 뇌임펄스 절연내력특성 시험 규정인 650 [KV}를 적용하였다. 즉, 전류도입선용 구리도체에 650 [KV]의 전압을 입력하고, 금속구조물과 접지판은 0V로 접지하였다. 또한, 고체 절연물의 최외각에 위치하는 L10 콘덴서를 제외한 L1~L9까지의 9개 콘덴서는 접지가 아닌 플로팅(floating) 조건으로 설정하였다.
To date, no IEC standard exists for rating tests of high temperature superconducting fault current limiters. However, since the high temperature superconducting fault current limiter is connected in series with the circuit breaker in the system to limit the magnitude of the fault current, in the finite element analysis conducted to prove the validity of the present invention, IEC 154 [KV} class circuit breaker brain impulse 650 [KV}, the dielectric strength test specification, was applied. That is, a voltage of 650 [KV] was input to the current conductor copper conductor, and the metal structure and the ground plate were grounded at 0V. In addition, nine capacitors from L 1 to L 9 except for the L 10 capacitor located at the outermost part of the solid insulator were set to a floating condition other than ground.
도 10은 유한요소해석 상 고압 초전도전력기기용 전류도입선의 해석 범위를 나타낸다.10 shows the analysis range of the current induction line for high voltage superconducting power equipment in the finite element analysis.
도 10은 실제 유한요소해석을 실행한 전류도입선 공간적 범위를 간략히 나타낸 도면이다.FIG. 10 is a diagram briefly showing the spatial range of the current lead line in which the actual finite element analysis is performed.
도 10에서 상위(upper)는 전류도입선의 상부에서 아래로 62mm 이격된 곳에서 일직선으로 된 가상의 직선을 의미한다.In FIG. 10, the upper means an imaginary straight line in a straight line at a distance of 62 mm from the top of the current inlet line.
또한 하위(lower)는 전류도입선의 하부에서 위로 26mm 이격된 지점에서의 가상의 일직선을 의미한다. Lower means also a virtual straight line at a point 26 mm above the bottom of the current-carrying line.
그리고 중위(middle)는 전류도입선의 하부에서부터 위로 500mm 이격된 지점에서의 가상의 일직선을 의미한다. 이 세 직선은 전류도입선의 상부와 하부, 그리고 중앙부에서의 전계분포 균일도를 확인하고 비교하기 위하여 정의한 가상의 직선을 뜻한다. 즉, 본 발명에서 공간적 위치에 따른 전류도입선의 전계분포 균일도를 확인하기 위하여 가상으로 작성한 직선이다.
The middle means a virtual straight line at a point 500 mm above the bottom of the current-carrying line. These three straight lines are imaginary straight lines defined to check and compare the field distribution uniformity at the top, bottom and center of the current-carrying line. That is, the present invention is a straight line virtually created to check the electric field distribution uniformity of the current induction line according to the spatial position.
도 11은 no condenser - no grounded 고전압 초전도 전력기기용 전류도입선 내에서의 유한요소해석 결과인 전계분포도이고, 도 12는 no condenser - grounded 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 내에서의 유한요소해석 결과인 전계분포도이고, 도 13은 condenser- no grounded 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 내에서의 유한요소해석 결과인 전계분포도이고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴서-접지(condenser - grounded) 타입 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 내에서의 유한요소해석 결과인 전계분포도이다.FIG. 11 is an electric field distribution diagram as a result of a finite element analysis in a current lead-in for a no condenser-grounded high voltage superconducting power device, and FIG. 12 an electric field result of a finite element analysis in a current-conductor line for a no condenser-grounded high voltage superconducting power device. 13 is an electric field distribution diagram as a result of finite element analysis in a current-conducting line for condenser-no grounded high voltage superconducting power equipment, and FIG. 14 is a capacitor-grounded high voltage type according to an embodiment of the present invention. A field distribution diagram that is the result of a finite element analysis in a current-carrying line for superconducting power equipment.
도 11과 도 13에서 보는 바와 같이, 고체 절연물 외부에 접지판을 설치하지 않은 경우에는 정상운전 시 기체부에서 높은 전계가 분포하는 것을 확인할 수 있다. 11 and 13, when the ground plate is not installed outside the solid insulator, it can be seen that a high electric field is distributed in the gas unit during normal operation.
반면에 도 12와 도 14에서 보는 바와 같이, 고체 절연물 외부에 접지판을 설치한 경우에는 정상운전 시 모든 전계가 고체 절연물 내부에만 분포하고 기체부에는 전계가 존재하지 않음을 확인할 수 있다. On the other hand, as shown in Figures 12 and 14, when the ground plate is installed outside the solid insulator, it can be seen that in the normal operation, all the electric field is distributed only inside the solid insulator and no electric field exists in the gas unit.
또한, 도 11과 도 12의 실시예에서, 고체 절연물 내부에 콘덴서가 설치되지 않으면 정상운전 시 고체 절연물 내부에서의 전계값의 분포변화 정도가 매우 크다는 것을 알 수 있다. 11 and 12, it can be seen that when the capacitor is not installed inside the solid insulator, the distribution variation of the electric field value in the solid insulator during the normal operation is very large.
반면에 도 13과 도 14의 실시예에서, 고체 절연물 내부에 콘덴서를 설치하면 고체 절연물 내부에 설치된 플로팅(floating)된 콘덴서 사이에 전계가 균일하게 분포하게 되어, 콘덴서를 설치하지 않은 경우에 비하여 전계 분포변화 정도가 현저하게 작아지는 것을 확인할 수 있다.
On the other hand, in the embodiment of FIGS. 13 and 14, when the capacitor is installed inside the solid insulator, the electric field is uniformly distributed among the floating capacitors installed in the solid insulator, and the electric field is compared with the case where no capacitor is installed. It can be seen that the degree of distribution change is significantly smaller.
도 15는 각 타입별 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈에서 상위(upper) 지점에서의 전계분포 비교를 나타낸 그래프이다.FIG. 15 is a graph illustrating a comparison of electric field distribution at upper points in a current lead wire module for each type of high voltage superconducting power equipment.
도 15를 참조하면, x축의 0mm에서부터 200mm까지의 범위는 전류도입선의 고체 절연물 내부에 해당하며 200mm에서 300mm까지는 전류도입선의 기체부에 해당하는 범위이다. Referring to FIG. 15, the range from 0 mm to 200 mm on the x-axis corresponds to the inside of the solid insulator of the current-carrying wire, and the range from 200 mm to 300 mm corresponds to the body of the current-carrying wire.
도 15에서 보는 바와 같이, no condenser - no grounded타입에서는 콘덴서가 없으므로 고체 절연물 내부에 존재하는 전계의 분포변화 정도가 매우 클 뿐만 아니라, 기체부에서의 최대전계 역시 3kV/mm 이상으로 큰 값을 가진다는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 15, in the no condenser-no grounded type, since there is no capacitor, the degree of change of the distribution of the electric field existing inside the solid insulator is very large, and the maximum electric field in the gas part also has a large value of 3 kV / mm or more. It can be seen that.
No condenser - grounded타입에서는 200mm 이상 범위의 기체부에서는 정상운전 시 전계분포가 ‘0’이 되어 전기 절연적으로 안정하다는 사실을 알 수 있지만, 그때 고체부에서의 최대전계는 16 [KV/mm]이고, 최소전계는 2 [KV/mm] 미만으로 편차가 매우 커서 장시간 운전 시에 열화특성이 발생할 가능성이 높음을 예측할 수 있다. In the case of No condenser-grounded type, it is found that the electric field distribution becomes '0' in normal operation in the gas part in the range of 200mm or more, and it is stable electrically insulating, but the maximum electric field in the solid part is 16 [KV / mm] The minimum electric field is less than 2 [KV / mm], and the deviation is very large, and it can be predicted that the deterioration characteristic is likely to occur during long time operation.
또한 condenser - no grounded타입에서는 앞서 설명한 두 가지 타입의 전류도입선 방식에 비하여 고체 절연물 내부에서의 전계분포 변화가 비교적 적지만, 기체부에서의 최대 전계가 3 [KV/mm] 이상이므로 전기 절연적으로 위험한 상태인 것으로 계산된다. In addition, in the condenser-no grounded type, the electric field distribution change in the solid insulator is relatively smaller than the two types of current induction wires described above, but the electric field in the gas part is 3 [KV / mm] or more. Calculated as dangerous.
마지막으로 본 발명에서 제안하는 콘덴서-접지(condenser - grounded)타입에서는 고체 절연물 내부에서의 최대전계 크기와 전계분포의 편차가 네 가지 타입 중에서 가장 작아서, 상대적으로 가장 안정적이며 기체부에서의 전계분포도 ‘0’으로 안정한 특성을 가진다는 것을 확인할 수 있다. Finally, in the condenser-grounded type proposed in the present invention, the maximum electric field size and variation of electric field distribution in the solid insulator are the smallest among the four types, so that the most stable and electric field distribution in the gas part is' It can be confirmed that it has a stable characteristic as 0 '.
도 16은 각 타입별 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈에서 중위(middle) 지점에서의 전계분포 비교를 나타낸 그래프이고, 도 17은 각 타입별 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 모듈에서 하위(lower) 지점에서의 전계분포 비교를 나타낸 그래프이다.FIG. 16 is a graph illustrating electric field distribution comparison at a middle point of each type of high voltage superconducting power equipment current induction module, and FIG. 17 is a lower point of each type of high voltage superconducting power equipment current induction line module This graph shows the comparison of electric field distribution in.
도 16과 도 17을 참조하면, 중위(middle)와 하위(lower) 지점에서의 타입별 고압 초전도 전력기기용 전류도입선 단면에서의 전계분포는 그 크기는 서로 다르지만, 앞서 설명한 전계분포의 편차와 기체부에서의 전계분포는 유사한 특성을 보이는 것으로 확인된다. 16 and 17, the electric field distribution in the cross section of the current inlet line for the high-voltage superconducting power equipment for each type at the middle and lower points is different in magnitude, but the variation of the electric field distribution and gas described above. The electric field distribution at negative is confirmed to show similar characteristics.
결과적으로 도 8에서 보는 구조와 같이, 고체 절연물 내에 [수학식1]과 같은 계산 과정을 거쳐 도출된 콘덴서를 설치하고, 고체 절연물 외부에 접지판을 설치하면, 정상운전 시 고체 절연물 내부에 존재하는 전계는 다른 조건의 전류도입선 구조에 비하여 비교적 균일하게 분포하며, 고체 절연물 외부에 설치된 접지판으로 인하여 기체부에서의 전계는 ‘0’이 되므로 전기 절연적으로 안정한 상태를 유지할 수 있게 된다.
As a result, as shown in FIG. 8, when the capacitor obtained through the calculation process as shown in [Equation 1] is installed in the solid insulator and the ground plate is installed outside the solid insulator, the capacitor is present in the solid insulator during normal operation. The electric field is distributed relatively uniformly compared to the structure of the current induction wire under other conditions, and the electric field in the gas part becomes '0' due to the ground plate installed outside the solid insulator, so that it is possible to maintain a stable state electrically.
도 18은 각 타입별 고압 초전도 전력기기용 전류도입선의 고체부 내에서의 최대전계 크기를 비교한 그래프이고, 도 19는 각 타입별 고압 초전도 전력기기용 전류도입선의 기체부 내에서의 최대전계 크기를 비교한 그래프이고, 도 20은 타입별 고압 초전도전력기기용 전류도입선의 고체부 내에서의 최대전계와 최소전계의 차이값을 비교한 그래프이고, 도 21은 타입별 고압 초전도전력기기용 전류도입선의 고체부 내에서의 최대전계와 최소전계의 차이값을 백분율로 비교한 그래프이다.18 is a graph comparing the maximum electric field size in the solid part of the current inlet for high voltage superconducting power equipment of each type, Figure 19 is a maximum field size in the gas part of the current inlet for high voltage superconducting power equipment of each
도 18, 도 19, 도 20 및 도 21에 표시된 #1은 본 발명의 콘덴서-접지(condenser - grounded) 타입의 전류도입선을 나타내고, #2는 condenser - no grounded 타입의 전류도입선을 나타내고, #3은 no condenser - grounded 타입의 전류도입선을 나타내고, #4는 no condenser - no grounded 타입의 전류도입선을 나타낸다. # 1 shown in FIGS. 18, 19, 20 and 21 represents a condenser-grounded current inductor of the present invention, # 2 represents a condenser-no grounded induction line, # 3 Denotes a no condenser-grounded current lead, and # 4 denotes a no condenser-no grounded lead.
일반적으로 고체 절연물의 절연파괴전압은 최대전계의 크기와 반비례하게 된다. 즉, 도 18에 나타낸 최대전계의 크기가 클수록 절연파괴전압이 낮아져서 절연파괴현상이 빨리 발생함을 의미하게 된다. 이와 반대로 고체 절연물의 최대전계가 작다는 것은 절연파괴전압이 그와 반비례하여 커지므로 동일 조건의 운전 시에 전류도입선이 절연적으로 안정해짐을 의미하는 것이다. In general, the breakdown voltage of a solid insulator is inversely proportional to the magnitude of the maximum electric field. That is, the larger the magnitude of the maximum electric field shown in FIG. 18, the lower the dielectric breakdown voltage, which means that the dielectric breakdown occurs quickly. On the contrary, the small maximum electric field of the solid insulator means that the breakdown voltage becomes inversely large, so that the current inductor becomes instable in operation under the same conditions.
도 18에서 보는 바와 같이, 본 발명에서 제안하고자하는 #1(condenser - grounded타입)의 전류도입선의 고체 절연물 내 최대 전계값이 상위(upper), 중위(middle), 하위(lower) 모든 위치에서 다른 세 가지 타입의 전류도입선에 비하여 가장 작게 나타남을 알 수 있다. 즉, 본 발명에서 제안하는 전류도입선 모듈의 고체 절연물 내에 분포하는 최대 전계값이 다른 타입의 전류도입선에 비하여 작게 분포하여 전기 절연적으로 안정한 특성을 가진다는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 18, the maximum electric field value in the solid insulator of the # 1 (condenser-grounded type) current-carrying wire proposed by the present invention is different at all positions of upper, middle, and lower. It can be seen that it is the smallest compared to the three types of current induction lines. That is, it can be confirmed that the maximum electric field value distributed in the solid insulator of the current inductor module proposed by the present invention is smaller in distribution than other types of current induction conductors, and thus has electrical insulation stability.
또한, #2(condenser - no grounded)타입의 전류도입선은 #4(no condenser - no grounded)타입보다는 고체 절연물에서의 최대전계값이 크게 분포하지만, #3(no condenser - grounded)타입에 비해서는 최대전계값이 작다는 것을 확인할 수 있다.The # 2 (condenser-no grounded) type current-carrying wire has a larger maximum field value in solid insulation than the # 4 (no condenser-no grounded) type, but compared to the # 3 (no condenser-grounded) type It can be seen that the maximum electric field value is small.
#3(no condenser - grounded)타입의 전류도입선과 같은 경우에는 기체부에서의 전계가 ‘0’이 된다는 점에서 본 발명에서 제안하고자하는 #1과 동일하지만, 고체 절연물 내에서의 전계값은 다른 전류도입선 방식에 비하여 클 뿐만 아니라, 전계분포의 불균일도가 높기 때문에 장시간 운전 시에는 열화특성으로 인하여 사고가 발생할 확률이 높아지는 단점이 있다. 이와 같은 고체 절연물 내의 높은 전계는 GFRP 고체 절연물을 제작 시에 발생할 수 있는 보이드(void)와 같은 결함 등으로 인하여 사고로 연결될 수 있는 확률이 더욱 높아지게 된다.
In the case of # 3 (no condenser-grounded) type current induction wire, the electric field in the gas part becomes '0', which is the same as # 1 proposed in the present invention, but the electric field value in the solid insulator is different. Not only is it larger than the current induction method, but there is a high unevenness in the electric field distribution, which increases the probability of an accident due to deterioration characteristics during long time operation. Such a high electric field in the solid insulator is more likely to be accidentally connected due to defects such as voids that may occur when manufacturing the GFRP solid insulator.
도 19는 각 타입별 고압 초전도 전력기기용 전류도입선의 기체부 내에서의 최대전계 크기를 비교한 그래프이다.19 is a graph comparing the maximum electric field size in the gas unit of the current inlet for each type of high voltage superconducting power equipment.
도 19는 타입별 고압 초전도 전력기기용 전류도입선의 기체부에서의 최대전계 크기를 비교한 결과이다. 19 is a result of comparing the maximum electric field size in the gas unit of the current inlet wire for the high-pressure superconducting power equipment for each type.
도 19에서 보는 바와 같이, #1과 #3처럼 고체 절연물 외부에 접지판을 설치한 경우에는 정상운전 시에 기체부에서의 전계값이 ‘0’으로서 전기 절연적으로 안정한 구조를 이루는 사실을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 19, when the ground plate is installed outside the solid insulator like # 1 and # 3, it is confirmed that the electric field value in the gas unit is '0' in the normal operation to form an electrically insulating structure. Can be.
반면에 #2와 #4처럼 고체 절연물 외부에 접지판을 설치하지 않은 경우에는 기체부에서의 최대전계값이 3 [KV/mm] 정도까지 상승하는 것으로 계산된다. On the other hand, if the ground plate is not installed outside the solid insulator like # 2 and # 4, the maximum electric field value in the gas part rises to about 3 [KV / mm].
고압 초전도 전력기기 개발 시에 전류도입선부에는 기체가 가압되어 절연매질의 역할을 하게 되는데, 현재 연구용으로 사용되고 있는 가압기체로서는 헬륨과 질소, SF6 등이 사용되고 있다. 이 중에서 헬륨의 절연파괴 시 최대 전계값은 조건에 따라 다를 수 있지만 대략 1 [KV/mm] 미만이며, 질소의 경우에는 3 [KV/mm] 정도이다. During the development of high-pressure superconducting power equipment, gas is pressurized to the current inlet line to serve as an insulating medium. Helium, nitrogen, and SF6 are used as pressurized gases used for research. Among them, the maximum electric field value at breakdown of helium may vary depending on conditions, but is less than about 1 [KV / mm] and about 3 [KV / mm] for nitrogen.
따라서 도 19에서 보는 바와 같이, #2와 #4와 같은 경우에는 기체부에 분포되는 최대 전계값이 3 [KV/mm] 정도이므로, 본 발명과 같이 가정된 154 [KV}급 초전도 전력기기에서는 기체부에서 절연파괴현상이 발생하여 절연적으로 불안정하다는 사실을 방증하게 된다.
Therefore, as shown in FIG. 19, in the case of # 2 and # 4, since the maximum electric field value distributed in the gas part is about 3 [KV / mm], in the 154 [KV} class superconducting power device assumed as in the present invention, The breakdown phenomenon occurs in the gas part, which proves to be instable.
도 20은 타입별 고압 초전도전력기기용 전류도입선의 고체부 내에서의 최대전계와 최소전계의 차이값을 비교한 그래프이다.20 is a graph comparing the difference between the maximum electric field and the minimum electric field in the solid part of the current inlet for high voltage superconducting power equipment of each type.
최대전계와 최소전계의 차이값이 작다는 것은 고체 절연물에서의 스트레스가 작다는 것을 의미한다. 즉, 전계차이값이 작을수록 열화 가능성이 낮으므로 기기 시스템의 전기 절연적 안정성이 향상된다. The small difference between the maximum and minimum fields means that the stress in the solid insulation is small. That is, the smaller the electric field difference value, the lower the possibility of deterioration, thereby improving the electrical insulation stability of the device system.
도 20에서 보는 바와 같이, #2와 #3, 그리고 #4의 전류도입선 방식에서는 고체 절연물 내에서의 전계 차이가 10 [KV/mm] 이상으로 크게 분포하는 것에 비하여, 본 발명에서 제안하는 #1(condenser - grounded)타입의 전류도입선의 최대전계와 최소전계의 차이가 가장 작다는 사실을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에서 제안하는 방식의 전류도입선이 장시간 정상운전 시에 가장 안정적인 특성을 가진다는 사실을 알 수 있다. As shown in FIG. 20, in the current induction line method of # 2, # 3, and # 4, the electric field difference in the solid insulator is distributed more than 10 [KV / mm] or more, # 1 proposed in the present invention. It can be seen that the difference between the maximum and minimum electric fields of the (condenser-grounded) type current-carrying wire is the smallest. In other words, it can be seen that the current induction line of the method proposed in the present invention has the most stable characteristics during normal operation for a long time.
도 21은 타입별 고압 초전도전력기기용 전류도입선의 고체부 내에서의 최대전계와 최소전계의 차이값을 백분율로 비교한 그래프이다. 도면 21은 도면 20의 수치적인 결과를 상대적 크기로 나타내어 비교한 것이다. FIG. 21 is a graph comparing, as a percentage, the difference between the maximum and minimum electric fields in the solid part of the current inlet for high voltage superconducting power equipment of each type. FIG. 21 is a comparison of the numerical results of FIG. 20 with relative sizes.
도 21에서 보는 바와 같이, 네 가지 타입의 전류도입선 중에서 고체 절연물 내에서의 최대전계와 최소전계의 크기 차이가 가장 크게 나는 것은 #3(no condenser - grounded)타입인 것으로 나타났으며, 이때의 차이값을 100%로 하였을 때 나머지 타입의 전류도입선에서의 값을 백분율로 비교한 결과, 본 발명에서 제안한 #1의 전류도입선 모듈은 고체 절연물 내에서의 최대전계와 최소전계의 차이가 상위(upper)에서는 #3의 30% 가량이고 중위(middle)와 하위(lower) 위치에서는 약 50% 미만으로 나타남을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 21, among the four types of current inductors, the largest difference between the maximum and minimum electric fields in the solid insulator was found to be # 3 (no condenser-grounded) type. As a result of comparing the values of the remaining types of current inductors with a percentage of 100%, the current inductor module of # 1 proposed in the present invention has a difference between the maximum and minimum electric fields in the solid insulator.
전술한 바와 같이 본 발명에서 제안하고자하는 콘덴서-접지(condenser - grounded)타입의 전류도입선 구조에서는, 보편적으로 사용되고 있는 다른 구조의 전류도입선에 비하여 송전급 154 [KV]를 기준으로 고체부 내에서의 최대전계값과 최대와 최소전계값의 차이, 그리고 기체부에서의 최대전계값 모두 우수한 특성을 나타내므로, 장시간 정상운전 시에 초전도 전력기기의 안정성 향상에 매우 효과적이라는 사실을 확인할 수 있다. 이는 고압 초전도 전력기기의 상용화를 위하여 매우 중요한 특성이라고 할 수 있다.
As described above, in the condenser-grounded current induction line structure proposed in the present invention, the current in the solid part is based on the transmission class 154 [KV] compared to the current induction line of other structures that are commonly used. Since the maximum electric field value, the difference between the maximum and minimum electric field values, and the maximum electric field value in the gas part exhibit excellent characteristics, it can be confirmed that it is very effective for improving the stability of the superconducting power equipment during long time normal operation. This is a very important characteristic for the commercialization of high voltage superconducting power equipment.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
While the present invention has been described with reference to several preferred embodiments, these embodiments are illustrative and not restrictive. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit of the invention and the scope of the appended claims.
610 전류 도입선 620 금속 구조물
630 고체부 640 기체부
650 접지판 660 콘덴서 시트610 current lead-in 620 metal structure
630
650
Claims (5)
전류를 도입하기 위한 전류 도입선(Current lead);
상기 전류 도입선을 감싸고 있으며, 고체 절연물로 이루어지는 고체부;
상기 고체부의 외면에 설치되어 접지면을 형성하는 접지판;
상기 접지판과의 사이에 밀폐된 공간이 형성되도록 상기 접지판의 외부에 이격되어 형성되며 금속으로 되어 있는 금속 구조물;
상기 접지판과 금속 구조물 사이의 공간에 기체 절연물질로 이루어지는 기체부; 및
상기 고체부 내부에 축전 기능을 수행하는 하나 이상의 시트 형태로 존재하며, 상기 고체부 내부의 전계를 균일하게 하기 위한 축전 시트(sheet)를 포함하되,
상기 축전 시트는 콘덴서 시트(Condenser sheet)이고,
상기 다수의 콘덴서 시트 중에서 일부 콘덴서 시트가 접지되지 않고 플로팅(floating) 되어 있는 것임을 특징으로 하는 고전압 초전도 전력기기용 전류 도입선 모듈.
In the current lead-in module for introducing a current in a high voltage superconducting power equipment,
A current lead for introducing a current;
A solid part surrounding the current lead and made of a solid insulator;
A ground plate installed on an outer surface of the solid part to form a ground plane;
A metal structure spaced apart from the ground plate and formed of a metal so as to form a closed space between the ground plate and the ground plate;
A gas unit made of a gas insulating material in a space between the ground plate and the metal structure; And
Is present in the form of one or more sheets to perform a power storage function inside the solid part, including a power storage sheet (sheet) for uniformizing the electric field inside the solid part,
The power storage sheet is a condenser sheet,
The current lead-in module for high voltage superconducting power equipment, characterized in that some of the plurality of capacitor sheet is a floating (floating) the capacitor sheet is not grounded.
상기 고체부의 최외각에 위치한 콘덴서 시트만 제외하고 나머지 콘덴서 시트들이 플로팅되는 것임을 특징으로 하는 고전압 초전도 전력기기용 전류 도입선 모듈.
The method of claim 1,
The current lead-in module for a high voltage superconducting power device, characterized in that the remaining capacitor sheets are floating except the capacitor sheet located at the outermost part of the solid part.
상기 고체부는 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic)인 것임을 특징으로 하는 고전압 초전도 전력기기용 전류 도입선 모듈.
The method of claim 1,
Wherein the solid portion is GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic) characterized in that the current lead wire module for high voltage superconducting power equipment.
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| KR1020120026658A KR101304131B1 (en) | 2012-03-15 | 2012-03-15 | Current lead module for high voltage superconducting apparatus |
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|---|---|---|---|---|
| CN108766680A (en) * | 2018-04-02 | 2018-11-06 | 中国科学院电工研究所 | A kind of low temperature High-Voltage Insulation device of superconducting power device |
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- 2012-03-15 KR KR1020120026658A patent/KR101304131B1/en not_active IP Right Cessation
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