KR101906134B1 - 가스 절연된 스위치기어를 위한 전력 케이블 종단 디바이스 - Google Patents

Abstract

고전압 직류 가스 절연된 스위치기어 (1) 를 위한 전력 케이블 종단 디바이스 (3) 가 제공된다. 전력 케이블 종단 디바이스 (3) 는: 전기 전도성 재료로 제조된 외부 하우징 (4) 으로서, 외부 하우징 (4) 은 고전압 직류 가스 절연된 스위치기어 (1) 에 그의 제 1 단부에서 고정되게 연결가능한, 상기 외부 하우징 (4); 전력 케이블 (10) 의 단자부로서, 전력 케이블 (10) 은 전기 도체 (101), 상기 전기 도체 (101) 를 원주방향으로 둘러싸는 전기 절연층 (103) 및 전기 절연층 (103) 및 전기 도체 (101) 를 원주방향으로 둘러싸는 도전성 실드 (104) 를 포함하고, 도전성 실드 (104) 는 전력 케이블 (10) 의 제 1 부분을 따라 벗겨진, 상기 전력 케이블 (10) 의 단자부; 적어도 상기 전기 절연층 (103) 의 부분을 따라 축방향으로 연장하도록 그리고 도전성 실드 (104) 가 종료되는 도전성 실드 (104) 의 에지를 커버하도록 전력 케이블 (10) 주위에 원주방향으로 배열된 저항성 필드 그레이딩 재료층 (7) 을 포함하는 전기장 그레이딩 시스템 (11) 으로서, 저항성 필드 그레이딩 재료층 (7) 은 도전성 실드 (104) 와 전기 접촉하고 있는, 상기 전기장 그레이딩 시스템 (11), 및 가스 절연된 스위치기어 (1) 에 연결가능하고 가스 절연된 스위치기어 (1) 와 전기적 접촉 및 기계적 지지를 제공하도록 배열된 연결 디바이스 (5) 를 포함한다.

Description

가스 절연된 스위치기어를 위한 전력 케이블 종단 디바이스{POWER CABLE TERMINATION DEVICE FOR GAS-INSULATED SWITCHGEAR}

여기에 개시된 기술은 일반적으로 전력 케이블 종단들의 분야에 관한 것으로서, 특히 고전압 직류 가스 절연된 스위치기어 케이블 종단들에 관한 것이다.

고전압 직류 (High Voltage Direct Current: HVDC) 기술은 미래의 전기 그리드들에서 중요한 부분을 담당할 것으로 예상될 수 있다. HVDC 기술이 성숙되어 가고 설치된 DC 링크들의 수가 증가함에 따라, 개선된 DC 스위치기어들에 대한 필요 및 수요가 발생할 것 같다. 가스 절연된 스위치기어 (GIS) 는 더 전통적인 오픈-에어 스위치기어 설비들에 비해 훨씬 감소된 물리적 치수들을 가지며, 특히 GIS 가 또한 전통적인 스위치기어 설비들에 비해 안전성을 증가시켰기 때문에 그러한 개선된 DC 기어들에 대한 잠재적인 후보로서 관심을 끌 것 같다.

전력 케이블을 GIS 시스템에 연결하기 위해 GIS 케이블 종단이 필요하다. 교류 (AC) 의 경우, 그러한 종단들은 넓은 범위의 전압 레벨들에서 이용가능하다. 대조적으로, DC 의 경우, 그러한 고전압 GSI 케이블 종단들이 이용가능하지 않다. GIS 시스템의 제약된 치수들은, 특히 DC 에 고유한 전기적 현상들의 관점에서, 강건한 GIS 케이블 종단의 실현을 어렵게 만든다. 예를 들어, AC 애플리케이션들에 대한 케이블 종단들에 비해, DC 애플리케이션들에 대한 케이블 종단들은 더 어려운 전기장들에 직면하고, 이들 케이블 종단들은 따라서 DC 필드들에 대처할 수 있는 관점에서 설계되어야 한다. 또, DC 케이블 시스템들에 대해 송신 전력을 증가시키는 것, 예를 들어 DC 솔루션들이 더 높은 온도들을 초래하는 더 높은 전류들로부터 야기되는 열 문제들을 다룰 수 있는 것을 요구하는 것에 일반적인 어려움들이 존재한다. 더 높은 전압들은 또한 더 높은 전기장들에 케이블 종단들을 노출시키는 것을 수반하며, 이는 재료 파괴의 위험을 극적으로 증가시킨다.

절연 및 기계적 성능들은 또한 케이블 종단들을 설계할 때 중요하고, 전기장은 여러 임계적 로케이션들에서 주의 깊게 제어되어야 한다.

현재 이용가능한 DC 케이블 종단들은 공기 중에서 독립형이고 (free-standing), 낮은 전압들에서 고체/고무 재료들, 또는 증가된 전압들에서 유체-충전/자기 (porcelain) 절연체들을 포함한다. 독립형 DC 종단들은 공기 중에서 긴 플래시오버 (flashover) 거리들로 인한 큰 차지 공간 (footprint) 을 요구한다.

도 1 은 HVDC 애플리케이션들을 위한 GIS 케이블 종단 디바이스들을 개발할 때 수반되는 어려움들을 더 설명하기 위해 제공된다. 도 1 은 언급된 어려운 전기장들을 설명하기 위해 제공된 매우 단순화된 도면이다. 통상적으로 그라운드된 하우징을 갖는 GIS 시스템은 전통적인 스위치기어 시스템보다 훨씬 작게 제조될 수 있을 것이다. 도 1 에서, 최좌측 부분은 GIS 챔버 내에서 생성된 전기장에 대한 등전위 라인들을 도시하고, 최우측 부분은 전통적인 종단 디바이스에서 생성된 전기장에 대한 등전위 라인들을 도시한다. 먼저 최우측 부분을 보면; 전통적인 종단 디바이스에서, 종단 디바이스의 상위 부분 (고전압) 과 하위 부분 (그라운드됨), 이리하여 도시된 등전위 라인들 사이에 전위차가 존재한다. 대조적으로, GIS 챔버의 하우징은 그라운드되며, 즉 어떠한 전위차도 없으며, 이리하여 이 경우에 도시된 등전위 라인들이다 (도 1 의 최좌측 부분을 참조). 따라서, 초기에 언급된 어려운 전기장들은 예를 들어 등전위 라인들이 다소 평행하고 함께 폐쇄된 상태로 유지되고 있고, 따라서 전기장은 전통적인 종단 디바이스에 비해 훨씬 더 높다는 점에서 어려움들을 포함하고, 여기서 등전위 라인들은 분리되며, 즉 전기장은 감소한다. GIS 에 대한 케이블 종단 디바이스를 설계할 때, 이것은 예를 들어 파괴를 초래하는 절연 매체들 (예를 들어, 가스) 내의 전기장에서의 증가들을 회피하는 관점에서 다루어져야 한다.

따라서, HVDC GIS 케이블 종단들을 개발할 때 수반되는 몇가지 어려움들 또는 문제들이 존재한다. 먼저, 전기적 어려움들, 예를 들어 도 1 과 관련하여 기술된 상기 문제가 존재한다. 또, (세미콘 에지로도 표시되는) 전력 케이블 외부 스크린의 종단에서, 높은 전기장들이 통상적으로 상이한 로케이션들에서, 예를 들어, 상이한 재료들과 컴포넌트들 사이의 계면들을 따라 고체 재료들에서, 3 개의 컴포넌트들 또는 층들이 서로와 인터페이싱하는 로케이션들 (그러한 로케이션들은 또한 트리플 포인트들로서 알려져 있다) 에서 그리고 전력 케이블의 도체를 둘러싸는 절연 재료에서 보여지며, 케이블 종단 내의, 예를 들어 오일 또는 가스와 같은 절연 매체들 내에 증가된 전기장이 또한 존재한다.

더욱이, DC 애플리케이션들에서, 상이한 재료들 및 컴포넌트들 사이의 이들 계면들에서의 전하 빌드-업은 심각한 문제이고 전기장은 특히 상술된 로케이션들과 같은 여러 임계적인 로케이션들에서 주의 깊게 제어되어야 한다.

둘째로, 열적 어려움들이 존재한다. GIS 케이블 종단의 제약된 지오메트리는 국부적 가열을 증강시킬 수도 있고, 이것은 차례로 전력 케이블의 열적 파괴를 초래할 수도 있다.

셋째로, 기계적 어려움들이 존재한다. GIS 시스템과 GIS 케이블 종단 사이의 기계적 연결은 여러 동작 온도들에서 양호한 전기적 접촉을 제공할 수 있어야 한다. 또, 그것은 핸들링을 견디기에 충분히 견고해야 하고 민감한 부분들에 기계적 지지를 제공해야 한다. 또한 여전히 그 종단은 상이한 컴파트먼트들 사이에 그리고 또한 대기 압력에 대해 적절하게 압력 밀봉되어야 한다.

본 개시의 목적은 상술된 문제들 중 적어도 하나를 해결하거나 적어도 경감시키는 것이다.

그 목적은 제 1 양태에 따라 고전압 직류 가스 절연된 스위치기어를 위한 전력 케이블 종단 디바이스에 의해 달성된다. 전력 케이블 종단 디바이스는 전기 전도성 재료로 제조된 외부 하우징을 포함한다. 외부 하우징은 고전압 직류 가스 절연된 스위치기어에 그의 제 1 단부에서 고정되게 연결가능하다. 전력 케이블 종단 디바이스는 전력 케이블의 단자부로서, 전력 케이블은 전기 도체, 그 전기 도체를 원주방향으로 둘러싸는 전기 절연층, 및 그 전기 절연층 및 전기 도체를 원주방향으로 둘러싸는 도전성 실드 (shield) 를 포함하고, 그 도전성 실드는 전력 케이블의 제 1 부분을 따라 벗겨진, 상기 전력 케이블의 단자부; 적어도 전기 절연층의 부분을 따라 축방향으로 연장하도록 그리고 도전성 실드가 종료되는 도전성 실드의 에지를 커버하도록 전력 케이블 주위에 원주방향으로 배열된 저항성 필드 그레이딩 재료층을 포함하는 전기장 그레이딩 시스템으로서, 저항성 필드 그레이딩 재료층은 도전성 실드와 전기 접촉하고 있는, 상기 전기장 그레이딩 시스템을 더 포함한다. 전력 케이블 종단 디바이스는 가스 절연된 스위치기어에 연결가능하고 가스 절연된 스위치기어와 전기적 접촉 및 기계적 지지를 제공하도록 배열된 연결 디바이스를 더 포함한다.

제공된 전력 케이블 종단은 HVDC 케이블이 DC GIS 시스템 내에서 직접 종료하는 것을 허용한다. 그러한 GIS 시스템들에서 발생하는 DC 특정 현상들을 다루도록 구성된 전기장 그레이딩 시스템을 제공함으로써, HV DC GIS 케이블 종단들의 제공과 관련된 전기적 어려움들이 극복된다. 그 전력 케이블 종단은 감소된 사이즈의 일반적인 희망을 여전히 충족시키면서 DC 특정 요건들을 다룰 수 있다.

실시형태에서, 전기장 그레이딩 시스템은 적어도 그것의 부분을 따라 저항성 필드 그레이딩 재료층을 원주방향으로 둘러싸 배열된 전기장 제어 부재를 포함하고, 그 전기장 제어 부재는 전력 케이블의 길이를 따라 전기장을 제어하도록 배열된다.

위의 실시형태의 변형에서, 전기장 제어 부재는 저항성 필드 그레이딩 재료를 포함한다.

위의 실시형태의 변형에서, 전기장 제어 부재의 저항성 필드 그레이딩 재료 및 저항성 필드 그레이딩 재료층의 저항성 필드 그레이딩 재료는 비선형 저항성 필드 그레이딩 재료이다. 저항성 필드 그레이딩 재료층 및 전기장 제어 부재는 단일의 디바이스로서 제조되어, 저항성 필드 그레이딩 재료층과 전기장 제어 부재 사이에 전기적 인터페이스를 회피하고 비용-효율적인 솔루션을 제공할 수도 있다. 저항성 필드 그레이딩 재료층 및 전기장 제어 부재의 저항성 필드 그레이딩 재료는 각각 동일한 전기적 특성들을 갖도록, 즉 동일한 필드 그레이딩 재료로 이루어지도록 선택될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 저항성 필드 그레이딩 재료층 및 전기장 제어 부재의 저항성 필드 그레이딩 재료는 각각 상이한 전기적 특성들을 갖도록 선택될 수도 있다.

일 실시형태에서, 전력 케이블 종단 디바이스는 전기 절연 재료로 제조되고 그의 제 1 단부에서 연결 디바이스에 그리고 그의 제 2 단부에서 외부 하우징의 전력 케이블 수용부에 체결된 내부 쉘 (inner shell) 을 포함한다. 내부 쉘은 설치 및 동작 동안 기계적 지지를 제공하고, 사용될 상이한 절연 매체, 즉 전력 케이블 및 내부 쉘의 다른 외측에 가장 가까운 제 1 매체의 사용을 또한 가능하게 한다.

상기의 실시형태의 변형에서, 내부 쉘은 그것의 제 1 단부에서 제 1 금속 플레이트를 통해 연결 디바이스에 체결되고, 내부 쉘은 그것의 제 2 단부에서 제 2 금속 플레이트를 통해 외부 하우징에 체결된다. 그러한 실시형태는 동일한 내부 쉘이 여러 애플리케이션들에 대해 사용될 수도 있다는 점에서 비용 감소를 달성한다.

상기의 실시형태의 변형에서, 제 1 금속 플레이트 및 제 2 금속 플레이트는 절연 매체가 통과할 수 있는 다수의 홀들 (holes) 을 포함한다. 이러한 실시형태는 절연 매체의 증가된 순환을 제공하여, 전력 케이블의 향상된 냉각을 가능하게 한다.

실시형태에서, 내부 쉘은 다수의 홀들을 포함한다. 절연 매체의 추가의 향상된 순환이 이에 따라 가능하게 된다.

실시형태에서, 저항성 필드 그레이딩 재료층은 비선형 저항성 필드 그레이딩 재료로 제조된다. 비선형 저항성 필드 그레이딩 재료는 HVDC GIS 에서 생성된 변화하는 응력들에 적응하고, 전도성이 전기장이 높게 되는 로케이션들에서 증가한다, 즉 전도성이 전기장의 함수라는 점에서 동적이다. 이것에 의해, DC 특정 전기적 어려움들이 핸들링된다.

일 실시형태에서, 전기장 그레이딩 시스템은 전력 케이블을 원주방향으로 둘러싸는 외부 하우징의 제 2 단부에 체결되고 저항성 필드 그레이딩 재료층으로부터 소정 거리에 배열된 도전 전극을 포함한다. 그 도전 전극은 지오메트릭 필드 제어를 제공하고, 도전성 실드가 차단되는 에지에서 생성된 필드-증강이 회피되거나 적어도 완화된다.

일 실시형태에서, 하우징은 사용시에 그라운드되기 위한 그라운딩 수단을 포함한다. 이것은 통상적인 사용 케이스이다.

본 개시의 목적은 제 2 양태에 따라 고전압 직류 가스 절열된 스위치기어 및 상기와 같은 전력 케이블 종단을 포함하는 고전압 직류 가스 절연된 스위치기어 시스템에 의해 달성된다.

본 개시의 추가의 특징들 및 이점들은 다음의 상세할 설명 및 첨부하는 도면들을 읽을 때 명백하게 될 것이다.

도 1 은 언급된 어려운 전기장들을 설명하기 위해 제공된 매우 단순화된 도면이다.
도 2 는 본 개시의 실시형태에 따른 케이블 종단을 도시한다.
도 3 은 본 개시의 실시형태에 따른 케이블 종단을 도시한다.
도 4 는 본 개시의 실시형태에 따른 케이블 종단을 도시한다.
도 5 는 본 개시의 실시형태에 따른 케이블 종단을 도시한다.
도 6 은 본 개시의 실시형태에 따른 케이블 종단을 도시한다.
도 7 은 본 개시의 실시형태에 따른 케이블 종단을 도시한다.
도 8a 및 도 8b 는 전력 케이블 종단을 상이한 뷰들에서 도시한다.
도 9 는 응력 콘을 도시한다.

다음의 설명에서, 제한이 아닌 설명의 목적으로, 철저한 이해를 제공하기 위해 특정의 재료들, 인터페이스들, 기법들 등과 같은 특정의 상세들이 진술된다. 다른 예들에서, 잘 알려진 디바이스들, 회로들, 및 방법들의 상세한 설명들은 불필요한 상세로 설명을 모호하게 하지 않도록 생략된다. 동일한 참조 부호들은 상세할 설명 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 엘리먼트들을 지칭한다.

간단히 말해서, 본 개시는 여러 양태들에서 GIS 에 대한 HVDC 케이블 종단 설계를 제공한다.

도 2 는 본 개시의 실시형태에 따른 케이블 종단을 도시한다. 전력 케이블 (10) 은 가스 절연된 스위치기어 (1) 에 연결된다. 전력 케이블 (10) 은 도 8a 및 도 8b 를 참조하여 기술되는 전력 케이블과 같은 케이블일 수도 있다. 도 2 에서, 그러한 가스 절연된 스위치기어 (GIS) (1) 의 일부분이 도시된다. GIS (1) 는 예를 들어 스위치들, 버스바들, 변압기들 등 (도시되지 않음) 을 포함하는 종래의 스위치기어 설비일 수도 있다.

GIS 종단 챔버 (3) (여기서 전력 케이블 종단 디바이스 (3) 로도 표시됨) 는 GIS (1) 에 연결가능하다. GIS 종단 챔버 (3) 는 GIS (1) 에 고정되는, 이하에 외부 쉘 (4) 로 표시되는 하우징을 포함한다. 외부 쉘 (4) 은 전기장 그레이딩 시스템 (11) 에 대한 기계적 지지 및 또한 외부 쉘 (4) 밖의 대기로부터의 분리를 제공한다. 외부 쉘 (4) 은 예를 들어 전기 전도 재료로 제조되는 전기 전도성 하우징을 포함한다. 외부 쉘 (4) 은 사용시 그라운드되기 위한 수단을 포함할 수도 있고, 이는 통상적인 사용 케이스이다.

GIS 시스템 (2) 은, 본 개시에서 그 용어가 사용될 때, GIS (1) 및 GIS 종단 챔버 (3) 를 포함한다.

GIS 종단 챔버 (3) 는 외부 쉘 (4) 내에 전기장 그레이딩 시스템 (11), 전기장 그레이딩 시스템 (11) 을 GIS (1) 에 연결하는 연결 디바이스 (5) 및 전력 케이블 (10) 의 종단부를 포함한다. 연결 디바이스 (5) 는 전기적 접촉 및 기계적 지지를 제공하는 전기적으로 차폐된 기계적 연결일 수도 있다. 연결 디바이스 (5) 는 도 1 과 관련하여 기술된 바와 같이 전기장을 다룰 수 있는 것의 관점에서 설계되어야 한다. 연결 디바이스 (5) 는 예를 들어 그러한 전기장들을 다룰 수 있도록 설계되는 필드 제어 디바이스들이 제공될 수도 있다.

연결 디바이스 (5) 는 특히 전기장 그레이딩 시스템 (11) 이 엑스-시츄 (ex-situ) 로 조립되었고 그 후에 GIS 종단 챔버 (3) 내로 설치되는 경우 설치를 더 용이하게 하는 관점에서 설계될 수도 있다. 그러한 설계 양태의 예들은 GIS (1) 에 배열된 대응하는 메일 (male) 커넥터에 부착될 피메일 (female) 커넥터인 연결 디바이스 (5), 또는 반대로, 즉 대응하는 피메일 커넥터가 GIS (1) 에 배열됨과 동시에 메일 커넥터인 연결 디바이스를 포함한다. 안내 핀 등의 사용은 설치를 더욱 용이하게 할 수도 있다. 연결 디바이스 (5) 에 그러한 메일 및 피메일 커넥터들 사이에 전기적 연결을 위한 컨택트 스프링들을 제공하는 것은 스프링들의 유연성에 의한 확실한 전기적 접촉을 가능하게 하며; 유연성은 온도 변화들에 의해 초래되는 컴포넌트들의 볼륨에 있어서의 차이들을 보상한다.

연결 디바이스 (5) 는 여러 동작 온도들에서 양호한 전기적 접촉을 제공함으로써 상술된 기계적 어려움들의 적어도 일부를 극복한다. 실시형태에서, 연결 디바이스 (5) 의 적어도 제 1 (상부) 부분은 오히려 큰 표면적을 갖는, 높은 전기적 및 열적 전도성을 갖는 재료, 예를 들어 금속으로 제조된다. 금속으로 제조되고 둘러싸는 냉각 매체, 예를 들어 가스를 향해 큰 표면적을 갖는 제 1 부분은 그러한 냉각을 가능하게 한다.

연결 디바이스 (5) 는 추가의 컴포넌트들, 예를 들어 끼워맞춤 슬리브들, 밀봉 슬리브들 등을 포함할 수도 있다.

다음에 기술될, 전력 케이블, 및 특히 그것의 종단을 도시하는 도 8a 및 도 8b 를 참조한다. 도 8a 는 전력 케이블 (10) 을 도시하고, 도 8b 는 도 8a 의 선 A-A 를 따른 단면도이며, 여러 층들의 상대적인 두께들은 실제의 전력 케이블과는 상이할 수도 있다. 도 8b 에 도시된 바와 같이, 전력 케이블 (10) 은 예를 들어 구리로 제조되고 예를 들어 다수의 연선들을 포함하는 적어도 내부 전기 도체 (101), 전기 도체 (101) 를 원주방향으로 둘러싸는 전기 절연층 (103), 전기 절연층 (103) 및 전기 도체 (101) 를 원주방향으로 둘러싸는 도전성 실드 (104) (외부 세미콘으로도 표시됨) 를 포함한다. 도전성 실드 (104) 는 그라운드에 연결되고 전기 절연층 (103) 상의 유전 응력을 등화시키도록 배열될 수도 있다. 전력 케이블 (10) 은 또한 전기 절연성 외부 재킷 (105) 을 포함한다. 도 8b 에 나타낸 바와 같이, 추가의 층들이 마찬가지로 존재할 수도 있다. 예를 들어, 통상적으로, 전기 도체 (101) 와 전기 절연층 (103) 사이에 내부 스크린 (102) 이 존재하며, 즉 그러한 내부 스크린 (102) (내부 세미콘으로도 표시됨) 은 전기 도체 (101) 를 원주방향으로 둘러싸고, 전기 절연층 (103) 에 의해 원주방향으로 둘러싸인다. 절연층 재료의 특별한 예로서, 가교된 폴리에틸렌 (XLPE) 이 언급될 수 있다. 또 다른 층들, 예를 들어 금속 외장층이 또한 존재할 수도 있다.

전력 케이블 (10) 을 스위치기어에, 또는 더욱 일반적으로 다른 전기 장비에 전기적으로 연결할 때, 전력 케이블 (10) 은 절단 (종단) 되고, 그 절단 단부로부터 그리고 제 1 길이를 따라, 전기 도체 (101) 를 노출시키기 위해 모든 층들이 벗겨진다. 따라서, 이러한 제 1 길이를 따라, 전력 케이블 (10) 의 종단 단부는 노출된 도체 (101) 만을 포함한다. 이것에 의해, 도체 (101) 는 본 개시에서 가스 절연된 스위치기어 (1) 의 수용 단부를 포함할 수도 있는 전기 장비에 연결될 수도 있다. 또, 전력 케이블 (10) 은 특히 전기 절연층 (103) 까지 아래로 (노출된 도체 (101) 의 제 1 길이를 뒤따르는) 그것의 제 2 길이를 따라 부분적으로 벗겨진다. 제 2 길이를 따른 이러한 부분적 박리는 전력 케이블 (10) 의 지오메트리의 붕괴 (disruption), 즉 노출된 전기 절연층 (103) 의 제 2 길이의 단부와 도전성 실드 (104) (외부 세미콘) 사이의 섹션에서의 지오메트리 변경을 초래한다. 이러한 지오메트리 붕괴에서, 즉 (외부) 세미콘 에지에서, 주의가 기울여지지 않는다면 실질적인 응력 집중, 특히 높은 전기장 및 전기장 응력이 존재할 것이다. 도전성 실드 (104) (외부 세미콘) 의 종단에서, 즉 도전성 실드 (104) 가 종료하고 원주방향 에지 (세미콘 에지로도 표시됨) 가 형성되는 곳에서, 특히 높은 전기장 및 전기 응력이 존재한다. 그러한 전기장들 및 필드 응력을 경감시키기 위해, 필드 그레이딩 재료 (FGM) 층 (7) 이 전력 케이블 (10) 의 세미콘 에지를 원주방향으로 둘러싸도록, 즉 도전성 실드 (104) 의 에지를 둘러싸도록 배열된다. 이것은 전기장 분포를 효율적으로 제어하고 전기장 응력을 감소시킨다. 도 8a 에서, FGM 층 (7) 은 도전성 실드 (104) 가 벗겨진 전력 케이블 (10) 부분 내지 여전히 차폐되는, 즉 도전성 실드 (104) 가 존재하는 전력 케이블 (10) 의 부분 사이의 에지 (세미콘 에지) 를 커버하는 것으로서 도시된다. 붕괴된 도전성 실드 (104) (세미콘 에지) 에 근접하여 종료하는 것으로서 도시되지만, FGM 층 (7) 은 통상적으로 그것의 전체 축방향 길이를 따라 전기 절연층 (103) 을 커버하도록 배열될 수도 있다.

도 2 로 돌아가서, 이러한 실시형태에서, 전기장 그레이딩 시스템 (11) 은 내부 쉘 (6) 내에 장착된다. 전기장 그레이딩 시스템 (11) 은 특히 HVDC GIS 케이블 종단들에 대해 발생하는 전기적 어려움들을 다루도록 배열되고, 적어도 저항성 필드 그레이딩 층, 특히 필드 그레이딩 재료 (FGM) 층 (7) (도 8a 와 비교) 을 포함한다. FGM 은 바람작하게는 전기장에 따라 그것의 저항을 변화시키는 비선형 저항성 FGM 이다. 본 개시는 따라서 HVDC GIS 에 대한 케이블 종단을 제공할 때 발생하는 전기적 어려움들을 다루기 위한 솔루션을 제공한다. 비선형 저항성 FGM 은 DC 애플리케이션 (특히 HVDC GIS 애플리케이션) 에서 생성되는 변화하는 응력들에 적응하고, 동적 전기 응력 그레이딩 시스템으로서 보여질 수 있다. 저항성 비선형 필드 그레이딩 재료는 또한 도전성을 경험된 전기장 응력에 비선형 방식으로 적응시킴으로써 전압 임펄스 형상들에 동적으로 응답할 수도 있다. 그러한 임펄스들 (즉, FGM 응답이 충분하지 않을 수도 있는 빠르고 높은 임펄스들) 을 다룰 수도 있는, 이하에 더욱 상세히 기술되는 필드 제어 부재 (8) 가 제공될 수도 있는 반면, FGM 층 (7) 은 더 낮고 느린 임펄스 전압들을 다루기 위해 제공될 수도 있다. 그 비선형 저항성 재료는 도전성이 전기장이 높게 되는 로케이션들에서 증가한다, 즉 도전성이 전기장의 함수라는 점에서 동적이다.

앞에서 언급된 바와 같이, FGM 층 (7) 은 세미콘 에지를 커버하도록 배열된다 (도 8a 의 도전성 실드 (104) 의 에지를 커버하는 FGM 층 (7) 을 비교). 즉, FGM 층 (7) 은 전력 케이블 (10) 의 도전성 실드 (도 8b 의 참조 번호 104 와 비교) 주위에 그리고 도전성 실드 (104) 와 전기적 접촉하여 배열된다. FGM 층 (7) 은 이것에 의해 톱 커넥션 (top connection) 상의 높은 전압을 그라운드에 연결하며, 도전성 실드 (104) 는 그라운드된다. 일부 실시형태들에서, FGM 층 (7) 은 그것의 소정의 축방향 길이를 따라 도전성 실드 주위에 배열되지만, 톱 커넥션까지 내내 그렇지는 않다. FGM 층 (7) 은 그것의 길이를 따라 그것의 두께를 변화시킴으로써 및/또는 특별한 애플리케이션의 예상된 전기장 응력들을 충족시키는 원하는 전기 전도성을 갖도록 FGM 을 적응시킴으로써 당면한 특별한 애플리케이션의 관점에서 적응될 수도 있다. FGM 은 상이한 방식들로 특징지워질 수도 있다. 비선형 FGM 의 전도성은 특히 다른 재료들보다 훨씬 더 큰 정도로 전기장에 의존하고 크게 변화한다. FGM 은 낮은 전도성 값으로부터 높은 전도성 값으로 강하게 증가할, 즉 높게 절연하는 것 (높은 저항) 으로부터 높게 전도하는 것 (낮은 저항) 까지 변화할 수도 있는 필드-의존 전도성을 갖는다. 특정의 비선형 예로서, FGM 은 낮은 전기장에 노출되는 경우에 10^-16 또는 10^-14 미터당 지멘스 (S/m) 의 영역에서 전도성을 가지고, 높은 전기장에 노출되는 경우에 10^-3 S/m 또는 0.1 S/m 의 영역에서 전도성을 갖도록 변화할 수도 있다. FGM 은 예를 들어 SiC 및/또는 ZnO 및/또는 카본 블랙 충전 폴리머들을 포함할 수도 있고, FGM 의 특징들은 소정의 전도성을 포함하도록 설계될 수도 있다. FGM 은 또한 예를 들어 필러 재료 및 이에 따라 선택된 필러 재료의 농도를 선택함으로써 일부 용량성 필드 그레이딩을 획득하는 관점에서 설정된 (유전 상수로도 표시되는) 유전율을 갖도록 설계될 수도 있다.

전기장 그레이딩 시스템 (11) 은 응력 콘 (stress cone) 으로도 표시되는 전기장 제어 부재 (8) 를 더 포함할 수도 있다. 응력 콘 (8) 은 예를 들어 도 2 에서 대칭적으로 도시된 바와 같이 FGM 층 (7) 을 둘러싸 배열된다. 응력 콘 (8) 은 부분 단면 측면도로 응력 콘 (8) 을 도시하는 도 9 에서 더욱 상세히 도시된다. 응력 콘 (8) 은 지오메트리컬, 저항성 및/또는 용량성 필드 제어를 제공하도록 배열되고, 예를 들어 전도성 또는 반전도성 고무와 결합된 절연성 또는 응력-그레이딩 고무를 포함한다. 도면 부호 8b 로 표시된, 응력 콘의 전도성 또는 반전도성 고무 부분은 그것의 제 1 단부에서 실린더의 형상을 가지고, 이 단부를 따라 그리고 특히 FGM 층 (7) 을 둘러싸면서 전력 케이블 (10) 주위에 배열될 수도 있다. 반전도성 고무 부분 (8b) 은 그것의 제 2 단부에서 실린더 형태로부터 일탈하고, 대신에 절연성 고무 부분의 표면을 추종할 수도 있다. 참조 번호 8a 로 표시되는, 응력 콘 (8) 의 절연성 고무 부분 (8a) 은 예를 들어 본질적으로 콘-형상 형태를 가지고, 그 형태는 당면한 애플리케이션에 대해 적응된다.

전기장 그레이딩 시스템 (11) 은 FGM 층 (7) 으로부터 소정 거리 떨어져 배치된 금속 또는 도전 전극 (9) 을 더 포함할 수도 있다. 도전 전극 (9) 은 외부 하우징에, 특히 (도면들에서, 더 낮은 단부로서 도시된) 전력 케이블 수용 단부에 체결될 수도 있다. 도전 전극 (9) 은 전력 케이블을 원주방향으로 둘러싸도록 배열되고, 저항성 필드 그레이딩 재료 층 (7) 으로부터 소정 거리에 배열될 수도 있다. 도전 전극은 외부 하우징 내의 다른 곳에 체결될 수도 있다, 예를 들어 전력 케이블에 체결되거나 외부 하우징의 (수직) 벽들에 체결될 수도 있다. 응력 콘 (8) 및 도전 전극 (9) 양자 모두를 포함하는 실시형태들에서, 마찬가지로 이들 디바이스들 사이에 소정 거리가 존재한다, 즉 도전 전극 (9) 은 응력 콘 (8) 으로부터 또한 소정 거리 떨어져 배열된다.

도전 전극 (9) 은 스크리닝 전극으로 표시되고 지오메트릭 필드 제어를 제공하며, 그 스크리닝 전극 (9) 을 FGM 층 (7) 으로부터 소정 거리 (예를 들어, 수 센티미터, 특정의 예로서 약 5-10 cm 가 언급될 수도 있다) 에 배치함으로써 트리플 포인트에서의 필드-증강이 회피되며; 가장 임계적인 트리플 포인트들은 세미콘 에지: FGM 층 (7)/도전성 실드를 갖는 전력 케이블의 부분/도전성 실드를 갖지 않는 전력 케이블의 부분 (즉, 케이블 절연층) 에서 그리고 FGM 층 (7)/응력 콘 (8) 의 반전도성 고무/응력 콘 (8) 의 절연 재료에서 생성된다. 마찬가지로 추가적인 트리플 포인트들이 존재한다. FGM 층 (7) 과 스크리닝 전극 사이의 갭은 도 2 에서 참조 번호 12 로 표시된다.

상술된 FGM 층 (7), 및 선택적으로 응력 콘 (8) 및/또는 도전 전극 (9) 을 포함하는 전기장 그레이딩 시스템 (11) 은 HVDC GIS 케이블 종단들을 개발할 때 수반되는 앞에서 나타낸 전기적 어려움들 중 하나 이상을 극복하도록 설계된다. 높은 전기장들은, 예를 들어 그의 두께를 적응시킴으로써 당면한 애플리케이션의 관점에서 적응될 수도 있는 FGM 층 (7) 에 의해 대단한 정도로 감소된다. FGM 층 (7) 은 전기장의 저항성 필드 그레이딩을 제공하고, FGM 의 전기적 특성들은 전기장이 재료 내에 분포되고 더 큰 영역에 걸쳐 확산되도록 선택될 수도 있으며, 이것에 의해 전기 응력이 크게 감소된다. 비선형 FGM 은 증가하는 전기장에 따라 감소하는 비선형 전기 저항을 나타낸다. 통상적으로, 세미콘 에지가 더 가까울 수록, FGM 층 (7) 에서의 전기장은 더 높다. 비선형 FGM 층 (7) 을 사용함으로써, FGM 층 (7) 을 따른 전압 강하는 FGM 층 (7) 에서의 전기 저항이 증가하는 전기장에 따라 감소할 것이기 때문에 축방향에서 더 균일하게 분포될 것이다. 전력 케이블의 도체를 둘러싸는 절연 재료에서 그리고 3 개의 컴포넌트들 또는 층들이 서로 인터페이싱하는 로케이션들 (그러한 로케이션들은 또한 트리플 포인트들로서 알려져 있다) 에서, 상이한 재료들 및 컴포넌트들 사이의 인터페이스들을 따라, 고체 재료들에서 보이는 세미콘 에지에서의 높은 전기장들이 이것에 의해 다루어진다.

도 2 를 여전히 참조하여, GIS 종단 챔버 (3) 는 여러 실시형태들에서 상술된 내부 쉘 (6) 을 더 포함한다. 내부 쉘 (6) 은 설치 및 사용 시에 고전압 및 그라운드와 직접 접촉하며, 따라서, 그것은 전기 절연 재료, 예를 들어 복합 절연체로 제조된다. 내부 쉘 (6) 은 바람직하게는 그것의 낮은 중량으로 인해 복합 절연체이지만, 다른 재료들, 예를 들어 자기가 사용될 수도 있다. 내부 쉘 (6) 은 설치 및 동작 동안 기계적 지지를 제공하도록 배열된다. 특히, 전기장 그레이딩 시스템 (11) 은 상술된 바와 같이 엑스-시츄로 조립되고, 그 후에 GIS 종단 챔버 (3) 내에 설치될 수도 있고, 내부 쉘 (6) 은 그러한 설치 동안 기계적 지지를 제공하고, 이것에 의해 설치를 또한 용이하게 한다.

내부 쉘 (6) 은 또한 전기장 그레이딩 시스템 (11) 과 외부 쉘 (4) 사이에 압력 배리어로서 작용한다. 내부 쉘 (6) 은 이것에 의해 내부 쉘 (6) 내에서 그리고 내부 쉘 (6) 의 외측과 외부 쉘 (4) 내측 사이의 볼륨에서, 그리고 또한 상이한 압력들에서 상이한 절연 매체들의 사용을 가능하게 한다. 내부 쉘 (6) 은 예를 들어 그러한 압력 차이들을 다루기 위해 내부 쉘 (6) 의 두께를 적응시킴으로써 그러한 압력 차이들을 다루는 관점에서 설계될 수도 있다.

외부 쉘 (4) 과 내부 쉘 (6) 에 의해 생성된 각각의 볼륨들 (또는 챔버들) 은 서로로부터 뿐아니라 GIS (1) 로부터 기밀적으로 밀봉될 수도 있고, 내부 쉘 (6) 내의 절연 매체 및 상술된 볼륨 내의 절연 매체는 따라서 독립적으로 선택될 수도 있다. 실용적인 목적으로, 외부 쉘 (4) 은 GIS (1) 과 동일한 절연 매체로 채워질 수도 있고, SF₆ (육불화황) 가스가 그것의 높은 절연 강도, 낮은 중량 및 쉬운 취급성으로 인해 바람직하게 사용된다. 당면한 애플리케이션에 의존하지만, 내부 쉘 (6) 의 (즉, 상술된 볼륨 내의) 절연 매체는 내부 쉘 (6) 외측의 절연 매체와 상이할 수도 있다. GIS 종단 챔버는 본 개시의 여러 실시형태들에 따라 그것이 이로 인해 오일 또는 가스와 함께 사용하기 위해 쉽게 적응될 수도 있다는 점에서 이롭다. 내부 쉘 (6) 의 절연 매체는 예를 들어 SF₆ 또는 오일일 수도 있다. 오일은 양호한 열적 특성들을 갖고 SF₆ 보다 더 높은 정도로 열을 전달할 수 있다.

내부 쉘 (6) 은 또한 전력 케이블 (10) 을 센터링하고 스트레칭된 상태로 유지하도록 배열된다.

내부 쉘 (6) 은 특히 연결 디바이스 (5) 에 체결되는, 즉 그것에 기계적으로 연결되는 제 1 단부 (도 2 에서, 그것의 최상부 단부) 에서의 제 1 직경을, 및 예를 들어 전력 케이블 (10) 을 위한 입구 부분에서 외부 쉘 (4) 에 연결되는 내부 쉘 (6) 의 제 2 단부 (도 2 에서, 그것의 하부 단부) 에서의 제 2 직경을 갖는 절삭된 콘의 형상을 갖는 콘 형상 형태를 가질 수도 있다. 제 1 직경은 따라서 제 2 직경보다 작을 수도 있다. 내부 쉘 (6) 은 그것의 제 1 단부 (도 2 에서, 그것의 상부 단부) 에서 연결 디바이스 (5) 에 그리고 반대 단부, 즉 그것의 제 2 단부 (도 2 에서 그것의 하부 단부) 에서 외부 쉘 (4) 에, 특히 전력 케이블 수용 부, 즉 전력 케이블이 외부 쉘 (4) 에 진입하는 부분에 체결될 수도 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 내부 쉘 (6) 은 금속 플레이트들 상에 배열되며, 특히 그것의 제 1 단부에서 참조 번호 13 으로 나타낸 제 1 금속 플레이트 (도면에서, 상부 단부) 에, 그리고 그것의 제 2 단부에서 참조 번호 14 로 나타낸 제 2 금속 플레이트 (도면에서, 하부 단부) 에 체결된다. 제 1 (상부) 금속 플레이트 (13) 는 그 후 연결 디바이스 (5) 에 체결되고, 제 2 (하부) 금속 플레이트 (14) 는 전력 케이블 (10) 이 외부 쉘 (4) 에 진입하는 외부 쉘 (4) 의 부분에 체결된다. 그러한 실시형태는 후술되는 바와 같이 금속 플레이트들 (13, 14) 만이 상이한 실시형태들에 적응될 것을 요구하는 상이한 실시형태들에 대해 동일한 내부 쉘 (6) 의 사용을 가능하게 한다. 내부 쉘 (6) 이 콘 형상 형태를 갖는 것으로 기술 및 도시되지만, 다른 형태들, 예를 들어 실린더 형상 내부 쉘도 또한 가능하다. 절삭된 콘의 형상을 갖는 경우 내부 쉘 (6) 은 상술된 것과 반대 방식으로 배열될 수 있을 것이다. 즉, 제 2 직경이 제 1 직경보다 작을 수 있을 것이다.

추가의 양태에서, 내부 쉘 (6) 은 그 내부 쉘을 이에 따라 설계함으로써 전기적 문제들 뿐아니라 열적 문제들을 다루도록 적응될 수도 있다. 특히, 콘 또는 절삭된 콘의 형상을 가질 때의 내부 쉘의 각도들은 "핫스폿들" (즉, 증가된 온도 내의 볼륨들/영역들) 을 회피하도록 변화될 수도 있고, 그 각도들은 내부 쉘의 벽들과 수직 라인 사이의 각도들을 지칭한다. 따라서, 내부 쉘의 상부 제 1 부분 및 하부 제 2 부분의 반경들 (/직경) 은 전력 케이블 (10) 의 단부가 더 큰 정도로 냉각되고 "핫스폿들" 이 회피되도록 열 대류를 개선하는 관점에서 증가되거나 감소될 수도 있다. 직경의 이러한 선택은 전력 케이블 (10) 과 내부 쉘 (6) 사이의 각도를 증가시키거나 감소시키는 것에 대응하고, 여기서 예각은 통상 생성되는 핫스폿들의 증강된 위험을 수반한다.

다른 양태에서, 내부 쉘 (6) 의 설계는 전기 고장의 관점에서 적응될 수도 있다. 특히, 내부 쉘 (6) 은 상이한 매체들이 만나는 2 개의 인터페이스들을 제공한다: 내부 쉘 (6) 의 외측과 가스 사이의 인터페이스, 및 가스와 내부 쉘 (6) 의 내측 사이의 인터페이스. 이들 인터페이스들 양자 모두에서 계면적 고장의 위험이 존재하고, 이러한 고장 위험은 이러한 타입의 고장을 야기하는 전기장의 부분을 최소화하도록 내부 쉘의 언급된 각도 및/또는 형상을 적응시킴으로써 감소될 수도 있다.

도 3 은 본 개시의 실시형태를 도시한다. 이러한 실시형태에서, 내부 쉘 (6) 은 기밀적으로 밀봉되고 오일로 채워진다. 오일은 SF₆ 보다 더 효율적으로 전력 케이블 (10) 을 냉각하고, 전력 케이블 (10) 은 높은 전류들을 제공할 때 실질적으로 가열될 수도 있기 때문에, 이러한 실시형태는 온도 제어가 중요한 애플리케이션들에서 이롭다.

도 4 는 본 개시의 실시형태를 도시한다. 이러한 실시형태에서, 내부 쉘 (6) 은 SF₆ 또는 다른 가스로 채워진다. 가스는 내부 쉘 (6) 내의 공간과 내부 쉘 (6) 외측의 공간 (즉, 내부 쉘 (6) 과 외부 쉘 (4) 사이의 공간) 사이에서 순환하는 것이 허용될 수도 있다. 그러한 가스 순환은 홀들을 갖는 내부 쉘 (6) 을 설계함으로써 달성될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 내부 쉘 (6) 은 홀들을 갖지 않고, 가스는 대신에 홀들이 제공되는 상술된 상부 금속 플레이트 (13) 및 하부 금속 플레이트 (14) 에 의해 내부 쉘 (6) 및 외부 쉘 (4) 을 서로 연결함으로써 순환된다. 가스는 그 후 하부 금속 플레이트 (14) 의 홀들을 통해 내부 쉘 (6) 내의 공간으로 유입되고, 상부 금속 플레이트 (13) 의 홀들을 통해 동일한 공간을 빠져나간다. 도 4 에서의 화살표들은 후자 실시형태에 따른 가스 유동을 나타낸다. 전력 케이블 (10) 에 가장 가까운 내부 쉘 (6) 내의 가스는 내부 쉘 (6) 외측의 공간 내의 가스보다 더 큰 정도로 (높은 전류들에서의 전력 케이블 (10) 의 증가된 온도에 의해) 가열된다. 가스의 순환은 이것에 의해 더 낮은 온도를 갖는 가스를 또한 갖는 내부 쉘 외측의 더 큰 공간으로 내부 쉘 (6) 내의 더 따뜻한 가스를 순환시킴으로써 전력 케이블 (10) 의 더 양호한 냉각을 제공하며, 낮은 온도 가스가 이에 따라 내부 쉘 (6) 내로 순환된다.

HVDC GIS 케이블 종단들을 개발할 때 수반되는 상술된 열적 어려움들 중 하나 이상은 상기의 실시형태들에 의해 극복된다. 특히, 차례로 전력 케이블의 열적 고장을 초래할 수도 있는 증강된 국부적 가열이 회피될 수도 있다.

도 5 는 본 개시의 실시형태를 도시한다. 이러한 실시형태에서, 응력 콘 (8) 은 응력-그레이딩 재료, 및 특히 응력 콘의 절연성 고무 부분 (8a) (응력 콘 (8) 및 도 9 의 상기 설명을 참조) 으로 제조된다. 응력-그레이딩 재료는 예를 들어 비선형 저항성 FGM 일 수도 있다. FGM 층 (7) 및 응력 콘 (8) 은 따라서 양자 모두 비선형 저항성 FGM 을 포함할 수도 있다. 각각의 FGM 은 예를 들어 동일하거나 상이한 유전 상수들을 갖는 동일하거나 상이한 전기적 특성들을 가질 수도 있다. 응력 콘 (8) 보다 전력 케이블 (10) 에 더 가깝게 배열된 FGM 층 (7) 의 경우, 응력 콘 (8) 의 FGM 보다 더 높은 전기 전도성 (더 낮은 저항률) 을 갖는 재료가 선택될 수도 있다. FGM 층 (7) 및 응력 콘 (8) 은 FGM 으로 제조된 통합된 바디 (body) 로서 제조될 수도 있다. 하나의 전기 인터페이스가 이것에 의해 생략될 수도 있으며, 즉 그러한 응력 콘 (8) 은 전기장 그레이딩 시스템 (11) 의 전기적으로 민감한 부분에서 형성될 트리플 포인트를 회피한다. HVDC GIS 케이블 종단들을 개발할 때 수반되는 상술된 전기적 어려움들의 하나 이상은 따라서 그러한 실시형태에 의해 또한 극복된다. 특히, 응력 콘 (8) 및 FGM 층 (7) 에 대해 동일한 재료를 사용함으로써, 전하 빌드업과 관련된 어려움들이 회피된다. 즉, 동일한 재료의 사용은 종래에 상이한 재료로 이루어지고 따라서 상이한 재료 특성들을 갖는 컴포넌트들 사이의 하나의 전기적 인터페이스를 사실상 제거하며, 즉 응력 콘 (8) 과 FGM 층 (7) 사이의 인터페이스는 대응하는 높은 전기장들을 회피한다.

도 6 은 본 개시의 실시형태를 도시한다. 이러한 실시형태에서, 스크리닝 전극 (9) (예를 들어 도 2 를 참조) 은 생략된다. GIS 종단 챔버 (3) 의 요건들 및 FGM 층 (7) 의 재료 특징에 따라, 스크리닝 전극 (9) 은 기술된 실시형태들 중 임의의 것으로부터 생략될 수도 있다.

기술된 실시형태들은 전기장 그레이딩 시스템을 포함하는 내부 쉘 (6) 을 포함하는 것으로서 도시되었다. 내부 쉘 (6) 내의 전기장 그레이딩 시스템 (11) 의 설치는 내부 쉘이 전기장 그레이딩 시스템 (11) 의 기계적 지지 및 보호를 제공하는 것과 같은 이점들을 갖는다.

도 7 은 본 개시의 실시형태를 도시한다. 이러한 실시형태에서, 내부 쉘 (6) 은 생략된다. 이러한 실시형태에서 사용되는 전기 응력 그레이딩 시스템 (11) 은 적어도 FGM 층 (7), 및 선택적으로 응력 콘 (8) 및 도전 전극 (9) 중 하나 또는 양자 모두를 포함하는 기술된 실시형태들 중 임의의 것에 따라 설계될 수도 있다. 그러한 실시형태들은 여전히 향상된 열적 성능을 제공할 수도 있다. 통상적으로, 악세사리들 (전기장 그레이딩 시스템 등) 을 포함하는 케이블 시스템은 임의의 이용가능한 냉각의 한계에 가깝게 동작하도록 설계된다. 가열된 가스 또는 오일에 의해 야기된 국부적 핫스폿들은 따라서 전기적 고장을 트리거할 수도 있다. 이상적으로, 그 악세사리들은 전력 케이블 (10) 이 그것의 열적 한계들에 가깝게 동작하도록 종종 설계되기 때문에 최적의 전력 전송을 획득하기 위해 전력 케이블 (10) 보다 더 보수적으로 설계되어야 한다. 내부 쉘 (6) 을 생략함으로써, 내부 쉘 (6) 내의 더 작은 가스 볼륨이 제거되고, 전력 케이블 (10) 의 추가의 향상된 대류 냉각이 이러한 실시형태에 의해 가능해진다. 케이블 종단 부분은, 이러한 실시형태에서, 더 자유롭게 순환하도록 더 큰 가스 볼륨을 허용하는 더 큰 볼륨 내에 위치되고, 전력 케이블 (10) 의 대류 냉각은 더욱 향상된다.

더욱이, 도 7 의 실시형태는 또한 2 개의 인터페이스들, 특히 내부 쉘 (6) 의 외측과 가스 사이의 인터페이스, 및 가스와 내부 쉘 (6) 의 내측 사이의 인터페이스를 제거한다. 이들 양자의 인터페이스들에서 계면적 고장의 위험이 존재하며, 이러한 위험은 따라서 본 실시형태에 의해 제거된다. 이러한 실시형태는 비용-효율적인 솔루션을 제공하며; 예를 들어 복합 절연체로 제조되는 내부 쉘 (6) 의 비용은 회피되고, 감소된 복잡성은 더 용이한 설치 및 또한 중량 감소를 가능하게 함으로써 추가의 비용 절약들을 제공한다.

수개의 DC 특정의 고유한 현상, 예를 들어 분극화 현상, 케이블 종단의 전기적 인터페이스들에서의 전하 빌드업, DC 필드 내에서 이동하는 전하들, 가스 이동 및 따라서 전하들을 이동시키는 것이 존재한다. 여러 실시형태들은 HVDC GIS 케이블 종단들을 개발할 때 수반되는 DC 특정 현상에 관련된 그러한 어려움들을 극복한다: 전기적, 열적 뿐아니라 기계적 어려움들.

기술된 실시형태들의 여러 특징들은 상이한 방식들로, 또한 여기에 명시적으로 언급되지 않은 방식들로 결합될 수도 있다. 따라서, 고전압 직류 가스 절연된 스위치기어 (1) 에 대한 전력 케이블 종단 디바이스 (3) 가 제공된다. 전력 케이블 종단 디바이스 (3) 는 전기 전도성 재료로 제조된 외부 하우징 (4) 을 포함한다. 외부 하우징 (4) 은 고전압 직류 가스 절연된 스위치기어 (1) 의 가스 절연된 스위치기어 시스템 (2) 에 그것의 제 1 단부에서 고정되게 연결가능하다.

전력 케이블 종단 디바이스 (3) 는 전력 케이블 (10) 의 단자부를 포함한다. 전력 케이블 (10) 은 전기 도체 (101), 전기 도체 (101) 를 원주방향으로 둘러싸는 전기 절연층 (103), 및 절연층 (103) 및 전기 도체 (101) 를 원주방향으로 둘러싸는 도전성 실드 (104) 를 포함하며, 도전성 실드 (104) 는 전력 케이블 (10) 의 제 1 부분을 따라 벗겨진다.

전력 케이블 종단 디바이스 (3) 는 적어도 전기 절연층 (103) 의 부분을 따라 축방향으로 연장하도록 그리고 도전성 실드 (104) 가 종료되는 도전성 실드 (104) 의 에지를 커버하도록 전력 케이블 (10) 주위에 원주방향으로 배열된 저항성 필드 그레이딩 재료층 (7) 을 포함하는 전기장 그레이딩 시스템 (11) 을 포함하며, 저항성 필드 그레이딩 재료층 (7) 은 도전성 실드 (104) 와 전기 접촉하고 있다.

전력 케이블 종단 디바이스 (3) 는 가스 절연된 스위치기어 시스템 (2) 에 연결가능하고 가스 절연된 스위치기어 시스템 (2) 와 전기적 접촉 및 기계적 지지를 제공하도록 배열된 연결 디바이스 (5) 를 포함한다.

본 개시는 또한 고전압 직류 가스 절열된 스위치기어 (1) 및 여러 실시형태들에서 기술한 바와 같은 전력 케이블 종단 디바이스 (3) 를 포함하는 고전압 직류 가스 절연된 스위치기어 시스템 (2) 을 포함한다.

본 발명은 주로 여러 실시형태들을 참조하여 여기에 기술되었다. 그러나, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 인정되는 바와 같이, 여기에 개시된 특정의 것들 이외의 실시형태들이 첨부된 특허청구범위에 의해 정의되는 바와 같은, 본 발명의 범위 내에서 동일하게 가능하다.

Claims (12)

1. 고전압 직류 가스 절연된 스위치기어 (1) 를 위한 전력 케이블 종단 디바이스 (3) 로서,
   상기 전력 케이블 종단 디바이스 (3) 는:
   - 전기 전도성 재료로 제조된 외부 하우징 (4) 으로서, 상기 외부 하우징 (4) 은 상기 고전압 직류 가스 절연된 스위치기어 (1) 에 그의 제 1 단부에서 고정되게 연결가능한, 상기 외부 하우징 (4),
   - 전력 케이블 (10) 의 단자부로서, 상기 전력 케이블 (10) 은 전기 도체 (101) 를 포함하고, 전기 절연층 (103) 이 상기 전기 도체 (101) 를 원주방향으로 둘러싸며, 및 도전성 실드 (104) 가 상기 전기 절연층 (103) 및 전기 도체 (101) 를 원주방향으로 둘러싸고, 상기 도전성 실드 (104) 는 전력 케이블 (10) 의 제 1 부분을 따라 벗겨진, 상기 전력 케이블 (10) 의 단자부,
   - 적어도 상기 전기 절연층 (103) 의 부분을 따라 축방향으로 연장하도록 그리고 상기 도전성 실드 (104) 가 종료되는 상기 도전성 실드 (104) 의 에지를 커버하도록 상기 전력 케이블 (10) 주위에 원주방향으로 배열된, 비선형 저항성 필드 그레이딩 재료로 제조되는 저항성 필드 그레이딩 재료층 (7) 을 포함하는 전기장 그레이딩 시스템 (11) 으로서, 상기 저항성 필드 그레이딩 재료층 (7) 은 상기 도전성 실드 (104) 와 전기 접촉하고 있는, 상기 전기장 그레이딩 시스템 (11),
   - 상기 가스 절연된 스위치기어 (1) 에 연결가능하고 상기 가스 절연된 스위치기어 (1) 와 전기적 접속 및 기계적 지지를 제공하도록 배열된 연결 디바이스 (5), 및
   - 전기 절연 재료로 제조되고 그의 제 1 단부에서 상기 연결 디바이스 (5) 에 그리고 그의 제 2 단부에서 상기 외부 하우징 (4) 의 전력 케이블 (10) 수용부에 체결된 내부 쉘 (6)을 포함하며,
   상기 내부 쉘 (6) 은 그것의 상기 제 1 단부에서 제 1 금속 플레이트 (13) 를 통해 상기 연결 디바이스 (5) 에 체결되고,
   상기 내부 쉘 (6) 은 그것의 상기 제 2 단부에서 제 2 금속 플레이트 (14) 를 통해 상기 외부 하우징 (4) 에 체결되며,
   상기 제 1 금속 플레이트 (13) 및 상기 제 2 금속 플레이트 (14) 는 절연 매체가 통과할 수 있는 다수의 홀들 (holes) 을 포함하는, 전력 케이블 종단 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전기장 그레이딩 시스템 (11) 은 상기 저항성 필드 그레이딩 재료층 (7) 의 적어도 부분을 따라 상기 저항성 필드 그레이딩 재료층 (7) 을 원주방향으로 둘러싸 배열된 전기장 제어 부재 (8) 를 포함하고,
   상기 전기장 제어 부재 (8) 는 전기장을 제어하도록 배열되는, 전력 케이블 종단 디바이스.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 전기장 제어 부재 (8) 는 저항성 필드 그레이딩 재료를 포함하는, 전력 케이블 종단 디바이스.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 전기장 제어 부재 (8) 의 저항성 필드 그레이딩 재료 및 상기 저항성 필드 그레이딩 재료층 (7) 의 저항성 필드 그레이딩 재료는 비선형 저항성 필드 그레이딩 재료인, 전력 케이블 종단 디바이스.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 내부 쉘 (6) 은 다수의 홀들을 포함하는, 전력 케이블 종단 디바이스.
9. 삭제
10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기장 그레이딩 시스템 (11) 은 상기 전력 케이블 (10) 을 원주방향으로 둘러싸는 상기 외부 하우징 (4) 의 제 2 단부에 체결되고, 상기 저항성 필드 그레이딩 재료층 (7) 으로부터 소정 거리 (12) 에 배열된 도전 전극 (9) 을 포함하는, 전력 케이블 종단 디바이스.
11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 하우징 (4) 은 사용시에 그라운드되기 위한 그라운딩 수단을 포함하는, 전력 케이블 종단 디바이스.
12. 고전압 직류 가스 절열된 스위치기어 (1) 및 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 전력 케이블 종단 디바이스 (3) 을 포함하는, 고전압 직류 가스 절연된 스위치기어 시스템(2).

Images