KR100777182B1 - High temperature superconducting power cable - Google Patents

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KR100777182B1
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김석호
조전욱
배준한
심기덕
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한국전기연구원
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Abstract

A high temperature superconducting power cable is provided to prevent the insulation breakdown by installing a stabilizing conductor on the cable even when the fault current over the normal current is introduced. A high temperature superconducting power cable includes a stabilizing conductor(101a), a conducting layer(102), an insulating layer(103), a blocking layer(105), a refrigerant tub(107), a vacuum tub(109), and a pole(109a). The stabilizing conductor is composed of at least one strip. The conducting layer is composed of a tape-shaped superconductor, and covers the stabilizing conductor in twist pitch. The insulating layer surrounds the conducting layer to be electrically insulated from the outside. The blocking layer is composed of a tape-shaped superconductor, and surrounds the insulating layer in twist pitch in the direction of reducing a magnetic field generated by the current flowing in the conducting layer. The refrigerant tub surrounds the blocking layer, and contains a refrigerant for cooling the conducting layer and the superconductor of the blocking layer. The vacuum tub surrounds the outer part of the refrigerant tub, and forms vacuum inside. The pole supports the vacuum tub at a place between the refrigerant tub and the vacuum tub.

Description

고온 초전도 전력 케이블{High temperature superconducting power cable}High temperature superconducting power cable

도 1은 일반적인 초전도 전력 케이블의 구성을 나타낸 도면,1 is a view showing the configuration of a general superconducting power cable,

도 2는 도 1의 초전도 전력 케이블을 구성하는 각 통전 레이어의 구성을 예시한 도면,2 is a diagram illustrating a configuration of each energization layer constituting the superconducting power cable of FIG.

도 3은 본 발명에 따른 고온 초전도 전력 케이블의 제1 실시예의 단면을 나타낸 도면,3 is a cross-sectional view of a first embodiment of a high temperature superconducting power cable according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 고온 초전도 전력 케이블의 제2 실시예의 단면을 나타낸 도면,4 is a cross-sectional view of a second embodiment of a high temperature superconducting power cable according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 고온 초전도 전력 케이블의 제3 실시예의 단면을 나타낸 도면, 5 is a cross-sectional view of a third embodiment of a high temperature superconducting power cable according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 고온 초전도 전력 케이블의 제4 실시예의 단면을 나타낸 도면, 그리고 6 is a cross-sectional view of a fourth embodiment of a high temperature superconducting power cable according to the present invention; and

도 7은 본 발명에 따른 고온 초전도 전력 케이블의 제5 실시예의 단면을 나타낸 도면이다.7 is a cross-sectional view of a fifth embodiment of a high temperature superconducting power cable according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 포머 10: former

20, 30, 40, 50, 102, 105 : 통전 레이어(초전도 도체) 20, 30, 40, 50, 102, 105: energized layer (superconducting conductor)

55, 103 : 중간 절연층 55, 103: intermediate insulation layer

60 : 절연 레이어60: insulation layer

101a, 101b : 안정화 도체101a, 101b: stabilizing conductor

107 : 냉매조107: refrigerant tank

109 : 진공조109: vacuum chamber

109a : 지주109a: prop

본 발명은 고온 초전도 전력케이블에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 임계 전류 이상의 사고 전류가 유입되는 경우에 케이블의 절연 파괴를 방지할 수 있는 고온 초전도 전력케이블에 관한 것이다.The present invention relates to a high temperature superconducting power cable, and more particularly, to a high temperature superconducting power cable that can prevent the breakdown of the cable when an accident current of more than a threshold current is introduced.

초전도란 어떤 종류의 금속이나 합금을 절대영도(0K : -273.16℃) 가까이 냉각시켰을 때, 전기저항이 갑자기 소멸하여 전류가 아무런 장애 없이 흐르는 현상을 말한다.Superconductivity refers to the phenomenon that when a certain kind of metal or alloy is cooled near absolute zero (0K: -273.16 ℃), the electrical resistance suddenly disappears and the current flows without any obstacle.

초전도가 일어나는 온도는 금속의 종류에 따라 다르다. 예를 들어, 수은은 4.2K에서 초전도 현상을 일으키는데, 주석과 니오브의 어떤 종류의 합금에서는 18K에서 초전도 현상을 일으킨다. 현재는 납, 탈륨을 비롯하여 25종의 금속원소와 수천 종의 합금, 화합물에서 초전도 현상이 일어나는 것이 밝혀졌다. 이와 같은 초전 도 현상을 일으키는 초전도 도체는, Nb3Sn, NbTi, 및 Nb3Al 등의 저온 초전도 도체(10K 이하에서 전기저항 = 0)와 YBCO, Bi-2223, Ti-1223, 및 Hg 등의 고온 초전도 도체(108K 이하에서 전기저항 = 0)로 분류된다.The temperature at which superconductivity occurs depends on the type of metal. For example, mercury causes superconductivity at 4.2K, but in some alloys of tin and niobium, it is superconducting at 18K. At present, superconductivity has been found in 25 metals, thousands of alloys, and compounds, including lead and thallium. The superconducting conductors causing such superconducting phenomena include low temperature superconducting conductors (such as Nb 3 Sn, NbTi, and Nb 3 Al) (electric resistance = 0 at 10 K or less), and YBCO, Bi-2223, Ti-1223, and Hg. It is classified as a high temperature superconductor (electric resistance = 0 at 108K or less).

최근 활발하게 개발되고 있는 것이 초전도 전력케이블이다. 초전도 전력케이블은 70년대 말부터 80년대 중반까지는 저온 초전도 전력케이블(LTS : Low Temperature Superconductivity)에 대한 연구개발이 진행되었으나, 액체 헬륨을 사용하여야 하기 때문에 초전도 전력케이블 시스템의 경제성이 작아 실현되지 못하였다. 그러나 액체질소의 비등점보다 높은 임계온도를 가진 고온 초전도체(HTS : High Temperature Superconductivity)가 발견되고, 도체의 제조기술 및 성능이 향상되면서 고온 초전도 전력케이블의 실용화에 대한 기대가 높아지고 있다.Superconducting power cables are being actively developed recently. Superconducting power cables were researched and developed for low temperature superconductivity (LTS) from the late 70's to the mid 80's, but the economic efficiency of the superconducting power cable system was not realized due to the use of liquid helium. . However, with the discovery of high temperature superconductivity (HTS), which has a critical temperature higher than the boiling point of liquid nitrogen, and improved manufacturing technology and performance of the conductor, expectations are high for the practical use of high temperature superconducting power cables.

고온 초전도 케이블은 케이블에 초전도체로 만든 전선을 넣고, 그 주변에 액체질소나 헬륨과 같은 냉매를 넣어 전기저항이 "0"이 되도록 한 케이블로서, 저손실, 대용량의 송전이 가능한 차세대 케이블이다.A high temperature superconducting cable is a cable in which a wire made of superconductor is inserted into a cable and a refrigerant such as liquid nitrogen or helium is put in the vicinity thereof to have an electrical resistance of "0".

도 1은 일반적인 고온 초전도 전력 케이블 구성의 일예를 나타낸 도면이다. 도면을 참조하면, 고온 초전도 전력 케이블은 포머(former)(10), 고온 초전도체로 이루어진 적어도 하나의 통전 레이어(20, 30, 40, 50), 층간 절연층(55), 및 절연 레이어(60)를 포함한다.1 is a diagram illustrating an example of a general high temperature superconducting power cable configuration. Referring to the drawings, the high temperature superconducting power cable comprises a former 10, at least one conducting layer 20, 30, 40, 50 consisting of a high temperature superconductor, an interlayer insulating layer 55, and an insulating layer 60. It includes.

포머(10)는 복수의 금속선을 꼰 중실, 또는 금속 파이프를 사용한 중공의 형태이며, 여기서는 중공의 포머를 사용하여 그 내부를 냉매의 유로로 이용한다. 이 경우, 초전도 전력 케이블은 포머(10)의 내측으로 액체질소나 헬륨 등 냉매가 도통될 수 있도록 하여 각각의 통전 레이어(20, 30, 40, 50)에서 초전도 특성을 얻을 수 있도록 한다. The former 10 is a solid form in which a plurality of metal wires are braided, or a hollow form using a metal pipe. Here, the inside of the former is used as a coolant flow path using a hollow former. In this case, the superconducting power cable allows the refrigerant such as liquid nitrogen or helium to be conducted to the inside of the former 10 so as to obtain superconducting characteristics in the respective conducting layers 20, 30, 40, and 50.

각각의 통전 레이어(20, 30, 40, 50)는 테이프 형태의 고온 초전도 도체로서, 초전도 전력 케이블의 주축 방향에 평행하게 되어 있지 않고, 마치 스프링이나 코일과 같이 소정의 트위스트 피치(twist pitch)로 내측 관부(10)에 감겨져 배치된다. 이때, 인접한 두 레이어를 구성하는 초전도 도체의 감김 방향은 서로 반대로 되어 있다. 즉, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이 내측의 레이어가 오른나사 방향으로 감겨 있으면, 인접한 외측의 레이어는 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이 왼 나사 방향으로 감김으로써, 각각의 레이어에서 발생되는 자기장이 서로 상쇄될 수 있도록 한다. 이것은 초전도 재료의 전도 특성이 자장의 영향을 많이 받기 때문에, 자장 발생을 최소화하여 초전도 도체의 전도 특성이 악화되는 일이 없도록 하기 위한 것이다. 또한 각 층별로 흐르는 전류의 양을 균일하게 하여 초전도케이블의 손실을 최소화하기 위함이다.Each conducting layer 20, 30, 40, 50 is a high temperature superconductor in the form of a tape, which is not parallel to the main axis direction of the superconducting power cable, and has a predetermined twist pitch like a spring or a coil. It is wound around the inner tube part 10 and disposed. At this time, the winding directions of the superconducting conductors constituting two adjacent layers are opposite to each other. That is, if the inner layer is wound in the right-screw direction as shown in Fig. 2A, the adjacent outer layers are wound in the left screw direction as shown in Fig. 2B, so that each layer Allow the magnetic fields generated by the two to cancel each other out. This is because the conductive properties of the superconducting material are greatly affected by the magnetic field, so that the generation of the magnetic field is minimized so that the conductive properties of the superconducting conductors are not deteriorated. It also aims to minimize the loss of superconducting cables by making the amount of current flowing through each layer uniform.

층간 절연층(55)은 포머(10)와 최 내층 초전도 도체(20) 사이, 각 초전도 도체들(20, 30, 40, 50) 사이, 및 최 외층 초전도 도체(50)와 절연 레이어(60) 사이에 형성된다. 이와 같은 층간 절연층(55)은 크라프트지와 같은 절연지를 포머(10) 및 각각의 통전 레이어(20, 30, 40, 50)의 외주에 권취하여 구성되며, 층간 절연층(55)에 의해 각각의 통전 레이어(20, 30, 40, 50)는 전기적으로 독립된다.The interlayer insulating layer 55 is formed between the former 10 and the innermost superconducting conductor 20, between each superconducting conductor 20, 30, 40, and 50, and the outermost superconducting conductor 50 and the insulating layer 60. It is formed between. The interlayer insulating layer 55 is formed by winding an insulating paper such as kraft paper on the outer periphery of the former 10 and the respective energizing layers 20, 30, 40, and 50, respectively, by the interlayer insulating layer 55. The energizing layers 20, 30, 40 and 50 of are electrically independent.

절연 레이어(60)는 통전 레이어(50)를 싸고 있는 내측 튜브(도시하지 않음) 와 초전도 전력케이블의 최 외곽을 둘러쌓는 외측 튜브(도시하지 않음)로 구분되며, 내측 튜브와 외측 튜브 사이에는 단열층이 형성되어 있어 외부로부터의 열 침입을 차단한다. The insulating layer 60 is divided into an inner tube (not shown) surrounding the conducting layer 50 and an outer tube (not shown) surrounding the outermost portion of the superconducting power cable, and an insulating layer between the inner tube and the outer tube. Is formed to block heat intrusion from the outside.

상기와 같은 고온 초전도 전력 케이블은 상전도 전력 케이블에 비하여 전기저항이 무시할 수 있을 정도로 매우 작기 때문에 저손실 고전력의 전송이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 전기저항이 작기 때문에, 계통에서 사고가 발생하는 경우에 정상 운전시의 수십 배에 달하는 사고 전류가 고온 초전도 전력 케이블로 유입될 수 있다. 이 경우, 일반적인 상전도 전력 케이블은 온도에 따라 저항이 크게 변하지 않지만, 고온 초전도 전력 케이블은 임계 전류 이상의 사고 전류가 유입되면 초전도 특성이 사라지면서 급작스런 저항 발생으로 도체의 급격한 온도 상승이 수반된다. 따라서, 임계 전류 이상의 사고 전류가 고온 초전도 전력 케이블로 유입되면, 극심한 발열과 함께 초전도 케이블에 치명적인 손상을 야기 시킬 수 있다. 특히, 고온 초전도 전력 케이블은 과냉 액체 질소로 냉각하는데, 열 발생으로 인하여 포화온도 이상에서 기체질소의 기포가 발생할 경우 부분적인 절연 파괴와 함께 초전도 전력 케이블의 수명을 단축시키게 된다. The high temperature superconducting power cable as described above has an advantage that transmission of low loss and high power is possible because the electrical resistance is very small so that the electrical resistance is negligible compared to the phase conducting power cable. However, because of the low electrical resistance, in the event of an accident in the system, accident currents of up to tens of times in normal operation can flow into the high temperature superconducting power cable. In this case, the resistance of the normal phase-conducting power cable does not change significantly with temperature. However, if the high-temperature superconducting power cable has an accident current exceeding a critical current, the superconducting property disappears, and a sudden resistance is generated, resulting in a sudden rise in the temperature of the conductor. Therefore, if an accident current of more than a threshold current flows into the high temperature superconducting power cable, it may cause severe damage to the superconducting cable with extreme heat generation. In particular, the high-temperature superconducting power cable is cooled with subcooled liquid nitrogen, and if the gaseous nitrogen bubbles above the saturation temperature due to heat generation, the life of the superconducting power cable is shortened with partial insulation breakdown.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 계통에서 발생한 임계 전류 이상의 사고 전류가 유입되는 경우에도 그 손실을 최소화시킬 수 있는 고온 초전도 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a high-temperature superconducting power cable that can minimize the loss even when an accident current of more than the threshold current generated in the system is introduced.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고온 초전도 전력 케이블의 제1 실시예는, 적어도 하나의 가닥으로 형성된 안정화 도체; 테이프 형상의 초전도체로 형성되고, 상기 안정화 도체를 둘러 묶으며 트위스트 피치(twist pitch)로 감싸는 통전층; 외부와 전기적으로 절연되도록 상기 통전층을 둘러 감싸는 절연층; 테이프 형상의 초전도체로 형성되고, 상기 통전층으로 흐르는 전류에 의해 발생되는 자기장을 감소시키는 방향으로 상기 절연층을 트위스트 피치로 둘러 감싸는 차단층; 및 상기 차단층을 둘러 감싸며, 그 내부에 상기 통전층 및 상기 차단체의 초전도체 냉각을 위한 냉매를 함유하는 냉매조를 포함하는 것을 특징으로 한다.A first embodiment of the high temperature superconducting power cable according to the present invention for achieving the above object, the stabilizing conductor formed of at least one strand; A conductive layer formed of a tape-shaped superconductor, enclosing the stabilizing conductor and wrapped in a twist pitch; An insulating layer surrounding the conductive layer to be electrically insulated from the outside; A blocking layer formed of a tape-shaped superconductor and surrounding the insulating layer with a twist pitch in a direction of reducing a magnetic field generated by a current flowing through the conductive layer; And a refrigerant tank surrounding the blocking layer and containing a refrigerant for superconductor cooling of the conductive layer and the blocking body therein.

여기서, 상기 안정화 도체는 구리로 형성되거나 알루미늄으로 형성되는 것이 바람직하다.Here, the stabilizing conductor is preferably formed of copper or aluminum.

또는, 상기 안정화 도체는 복수의 가닥으로 형성되며, 일부 가닥은 구리로, 그 나머지 가닥은 알루미늄으로 형성될 수도 있다.Alternatively, the stabilizing conductor may be formed of a plurality of strands, some strands of copper, and the other strand of aluminum.

여기서, 구리로 형성된 상기 안정화 도체는, 와전류의 손실을 줄이기 위하여 그 표면이 절연되는 것이 바람직하다.Here, the stabilizing conductor formed of copper, the surface is preferably insulated in order to reduce the loss of eddy current.

또한, 알루미늄으로 형성된 상기 안정화 도체는, 그 표면에 산화막이 형성된 것이 바람직하다.In the stabilizing conductor formed of aluminum, an oxide film is preferably formed on the surface thereof.

바람직하게는, 상기 고온 초전도 전력 케이블은, 냉매조의 외곽을 둘러싸며 그 내부에 진공을 형성하는 진공조, 및 상기 냉매조 및 상기 진공조 사이에서 상기 진공조를 지탱하는 지주를 더 포함한다.Preferably, the high temperature superconducting power cable further includes a vacuum tank surrounding a periphery of the coolant tank and forming a vacuum therein, and a support supporting the vacuum tank between the coolant tank and the vacuum tank.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고온 초전도 전력 케이블의 제2 실시예는, 적어도 하나의 가닥으로 형성된 안정화 도체; 테이프 형상의 초전도체로 형성되고, 상기 안정화 도체를 둘러 묶으며 트위스트 피치(twist pitch)로 감싸는 통전층; 및 외부와 전기적으로 절연되도록 상기 통전층을 둘러 감싸는 절연층을 포함하는 것을 특징으로 한다.A second embodiment of the high temperature superconducting power cable according to the present invention for achieving the above object is a stabilizing conductor formed of at least one strand; A conductive layer formed of a tape-shaped superconductor, enclosing the stabilizing conductor and wrapped in a twist pitch; And an insulating layer surrounding the conductive layer to be electrically insulated from the outside.

바람직하게는, 상기의 고온 초전도 전력 케이블의 제2 실시예는, 테이프 형상의 초전도체로 형성되고, 상기 통전층으로 흐르는 전류에 의해 발생되는 자기장을 감소시키는 방향으로 상기 절연층을 트위스트 피치로 둘러 감싸는 차단층을 더 포함한다. Preferably, the second embodiment of the high temperature superconducting power cable is formed of a tape-shaped superconductor and surrounds the insulating layer with a twist pitch in a direction of reducing a magnetic field generated by a current flowing through the conducting layer. It further comprises a barrier layer.

여기서, 상기 안정화 도체는 복수의 가닥으로 형성되며, 상기 통전층에 의해 중심부에 중공(中空)이 형성된 원통 형상으로 둘러 묶이는 것이 바람직하다.Here, the stabilizing conductor is formed of a plurality of strands, it is preferable to enclose in a cylindrical shape with a hollow formed in the center by the conducting layer.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고온 초전도 전력 케이블의 제3 실시예는, 적어도 하나의 가닥으로 형성된 안정화 도체, 테이프 형상의 초전도체로 형성되고 상기 안정화 도체를 둘러 묶으며 트위스트 피치로 감싸는 통전층, 외부와 전기적으로 절연되도록 상기 통전층을 둘러 감싸는 절연층, 및 테이프 형상의 초전도체로 형성되고 상기 통전층으로 흐르는 전류에 의해 발생되는 자기장을 감소시키는 방향으로 상기 절연층을 트위스트 피치로 둘러 감싸는 차단층을 구비한 통전 케이블; 세 개의 상기 통전 케이블을 둘러 감싸며, 내부에 상기 통전층 및 상기 차단층의 초전도체를 냉각시키기 위한 냉매를 함유하는 냉매조; 상기 냉매조의 외곽을 둘러싸며, 그 내부에 진공을 형성하는 진공조; 및 상기 냉매조 및 상기 진공 조 사이에서 상기 진공조를 지탱하는 지주를 포함하는 것을 특징으로 한다.A third embodiment of the high temperature superconducting power cable according to the present invention for achieving the above object is a conductive conductor formed of at least one strand, a tape-shaped superconductor, encircling the stabilizing conductor and wrapped in a twist pitch A layer, an insulating layer surrounding the conductive layer so as to be electrically insulated from the outside, and a tape-shaped superconductor and surrounding the insulating layer with a twist pitch in a direction of reducing a magnetic field generated by a current flowing through the conductive layer. A conducting cable having a blocking layer; A refrigerant tank surrounding the three conducting cables and containing a refrigerant therein for cooling the superconductor of the conducting layer and the blocking layer; A vacuum tank surrounding a periphery of the coolant tank and forming a vacuum therein; And a support supporting the vacuum chamber between the refrigerant tank and the vacuum chamber.

이로써, 본 발명에 따른 고온 초전도 전력 케이블은, 계통에서 발생한 정상 통전 전류 이상의 사고 전류가 유입되는 경우에도 그 손실을 최소화시킬 수 있게 된다. As a result, the high temperature superconducting power cable according to the present invention can minimize the loss even when an accident current more than the normal conduction current generated in the system is introduced.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고온 초전도 전력 케이블을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a high temperature superconducting power cable according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 고온 초전도 전력 케이블의 제1 실시예의 단면을 나타낸 도면이다. 도면을 참조하면, 고온 초전도 전력 케이블은 안정화 도체(101a), 통전층(102), 절연층(103), 차단층(105), 냉매조(107), 및 진공조(109)를 구비한다.3 is a cross-sectional view of a first embodiment of a high temperature superconducting power cable according to the present invention. Referring to the drawings, the high temperature superconducting power cable includes a stabilizing conductor 101a, a conducting layer 102, an insulating layer 103, a blocking layer 105, a refrigerant tank 107, and a vacuum tank 109.

안정화 도체(101a)는 알루미늄으로 형성된 복수의 가닥으로 구성된다. 그러나 안정화 도체(101a)의 성분은 이에 한정된 것이 아니며, 도 4에 도시한 바와 같이 복수 가닥의 구리선(101b)으로 구현되거나, 도 5에 도시한 바와 같이 복수 가닥의 알루미늄선(101a) 및 구리선(101b)의 혼합으로 구현될 수도 있다. 또한, 안정화 도체(101a, 101b)는 복수의 가닥이 아니라 단일 가닥의 알루미늄선 또는 구리선으로 구현될 수도 있다.The stabilizing conductor 101a is composed of a plurality of strands formed of aluminum. However, the components of the stabilizing conductor 101a are not limited thereto, and may be implemented with a plurality of strands of copper wires 101b as shown in FIG. 4, or as shown in FIG. 5, a plurality of strands of aluminum wires 101a and copper wires ( 101b) may be implemented. In addition, the stabilizing conductors 101a and 101b may be implemented with a single strand of aluminum wire or copper wire instead of a plurality of strands.

도 3에 도시한 바와 같이, 안정화 도체(101a)로서 알루미늄을 사용하는 경우, 알루미늄은 구리에 비하여 1/3 정도로 가볍기 때문에 고온 초전도 전력 케이블의 무게를 상당히 줄일 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 따른 고온 초전도 전력 케이 블의 구조는 하기에 설명하는 바와 같이, 진공 단열을 위한 이중관(107, 109)과, 이중관(107, 109)을 지지하기 위한 지주(109a)를 포함하며, 케이블의 무게가 무거울수록 처짐 및 지주(109a)의 두께가 두꺼워져야 하고, 그 경우 외부로부터의 열손실은 더욱 증가된다. 따라서 고온 초전도 전력 케이블의 무게를 감소시킴으로써, 외부로부터의 열 침입량을 줄일 수 있게 된다. 또한, 알루미늄은 구리에 비하여 값이 저렴하기 때문에, 안정화 도체(101a)로서 알루미늄을 사용함으로써, 고온 초전도 전력 케이블의 제조 단가를 낮출 수 있게 된다.As shown in Fig. 3, when aluminum is used as the stabilizing conductor 101a, aluminum is about 1/3 lighter than copper, so that the weight of the high temperature superconducting power cable can be significantly reduced. That is, the structure of the high temperature superconducting power cable according to the present invention includes a double pipe 107, 109 for vacuum insulation and a support 109a for supporting the double pipe 107, 109, as described below. The heavier the weight of the cable, the thicker the sag and the thickness of the strut 109a, in which case the heat loss from the outside is further increased. Therefore, by reducing the weight of the high temperature superconducting power cable, it is possible to reduce the amount of heat intrusion from the outside. Moreover, since aluminum is inexpensive compared with copper, using aluminum as the stabilizing conductor 101a can reduce the manufacturing cost of a high temperature superconducting power cable.

안정화 도체(101b)로서 구리를 사용하는 경우, 구리는 알루미늄에 비하여 비저항이 작기 때문에, 알루미늄을 사용하는 경우보다 단면적을 줄일 수 있다. 안정화 도체(101b)의 단면적은 고온 초전도 전력 케이블의 형상에 의해 제한되기 때문에, 매우 큰 사고 전류가 예상되는 장소에는 도 4에 도시한 바와 같이, 구리만으로 구성된 안정화 도체(101b)의 고온 초전도 전력 케이블을 사용하거나, 도 5에 도시한 바와 같이, 알루미늄(101a)과 구리(101b)가 혼합된 안정화 도체(101a, 101b)를 사용하는 것이 유리하다. 이때, 각각의 구리 가닥은 와전류 손실을 줄이기 위하여 그 표면을 절연시킬 필요가 있다. 이에 비하여, 알루미늄의 경우는 대기에 노출되면서 자연적으로 산화알루미늄 막이 표면에 형성되어 알루미늄 가닥간의 접촉 저항이 증가하므로, 구리 가닥에 비하여 부가적인 절연 공정을 줄일 수 있다.When copper is used as the stabilizing conductor 101b, since the specific resistance of copper is smaller than that of aluminum, the cross-sectional area can be reduced than when aluminum is used. Since the cross-sectional area of the stabilizing conductor 101b is limited by the shape of the high temperature superconducting power cable, the high temperature superconducting power cable of the stabilizing conductor 101b composed of only copper, as shown in FIG. 4, is expected at a place where a very large accident current is expected. 5, it is advantageous to use stabilizing conductors 101a and 101b in which aluminum 101a and copper 101b are mixed. At this time, each copper strand needs to insulate its surface to reduce eddy current loss. In contrast, in the case of aluminum, an aluminum oxide film is naturally formed on the surface while being exposed to the atmosphere, thereby increasing the contact resistance between the aluminum strands, thereby reducing an additional insulation process compared to the copper strands.

통전층(102)은 테이프 형상의 초전도체로 형성되며, 고온 초전도 전력 케이블의 주축 방향에 평행하게 되어 있지 않고, 도 1 및 도 2의 설명에 기재한 바와 같이, 마치 스프링이나 코일과 같이 안정화 도체(101a, 101b)를 둘러 묶으며 안정 화 도체(101a, 101b)의 묶음 외곽에 소정의 트위스트 피치(twist pitch)로 감겨있다. 이렇게 하여 안정화 도체(101a, 101b)는 고온 초전도 전력 케이블의 코어 내에서 초전도 도체와 전기적으로 서로 병렬로 연결된다. The conductive layer 102 is formed of a tape-shaped superconductor and is not parallel to the main axis direction of the high temperature superconducting power cable. As described in FIGS. 1 and 2, the stabilizing conductor (like a spring or a coil) 101a and 101b are enclosed and wound around the bundle of stabilizing conductors 101a and 101b with a predetermined twist pitch. In this way, the stabilizing conductors 101a and 101b are electrically connected in parallel with each other in the core of the high temperature superconducting power cable.

이로써, 계통에서 정상 통전 전류 이상의 사고 전류가 고온 초전도 전력 케이블로 유입되는 경우, 통전층(102)에는 급작스런 저항이 발생하기 때문에 사고 전류는 안정화 도체(101a, 101b)로 흐르게 되며, 따라서 고온 초전도 전력 케이블의 절연 파괴를 방지할 수 있게 된다. As a result, when an accident current greater than the normal conduction current flows into the high temperature superconducting power cable in the system, a sudden resistance occurs in the conducting layer 102, so that the accident current flows to the stabilizing conductors 101a and 101b, and thus, the high temperature superconducting power. The insulation breakdown of the cable can be prevented.

절연층(103)은 통전층(102)이 외부와 전기적으로 절연되도록, 크라프트지와 같은 절연지를 통전층(102)의 외면을 감싸 권선된다. 도면에는 절연층(103)이 통전층(102)의 외면에만 권선된 것으로 도시하였지만, 절연층(103)은 통전층(102)의 내측면 및 외측면 모두에 권선될 수도 있다.The insulating layer 103 is wound around the outer surface of the conductive layer 102 such as kraft paper so that the conductive layer 102 is electrically insulated from the outside. Although the insulating layer 103 is illustrated as being wound only on the outer surface of the conductive layer 102, the insulating layer 103 may be wound on both the inner and outer surfaces of the conductive layer 102.

또한, 도면에는 통전층(102) 및 절연층(103)이 각각 한 개의 층으로 형성된 것으로 도시하였지만, 이에 한정된 것은 아니며, 통전층(102) 및 절연체(103)가 서로 교번하여 복수의 층으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 통전층(102)의 감김 방향은 서로 반대로 권선되는 것이 바람직하다. 즉, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이 내측의 통전층(102)가 오른나사 방향으로 감겨 있으면, 인접한 외측의 초전도체(103)는 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이 왼 나사 방향으로 감기는 것이 바람직하다. 도 3 내지 도 5에는 절연층(103)을 사이에 두고 통전층(102) 및 차단층(105)이 적층된 것으로 도시하였다. 여기서, 차단층(105)은 통전층(102)과 동일하게 테이프 형상의 초전도체로 형성되며, 통전층(102)과는 반대 방향으로 절연층(103)에 트위스트 피 치로 권선되어 있다. 이때, 차단층(105)은 통전층(102)과 반대 방향으로 권선되어 있으며, 차단층(105)에는 통전층(102)으로 흐르는 전류와 동일한 양의 전류가 흐르는 것이 바람직하다. 이로써, 차단층(105)은 통전층(102)으로 흐르는 전류에 의해 발생되는 자기장을 차단 또는 감소시키는 기능을 한다. 이와 같은 의미에서 통전층(102)과 구별하여 차단층(105)이라는 용어를 사용하였다.In addition, although the drawing shows that the conductive layer 102 and the insulating layer 103 are each formed of one layer, the present invention is not limited thereto, and the conductive layer 102 and the insulator 103 are alternately formed to form a plurality of layers. May be In this case, the winding direction of the conductive layer 102 is preferably wound opposite to each other. That is, as shown in Fig. 2A, when the inner conductive layer 102 is wound in the right screw direction, the adjacent outer superconductor 103 is left screwed as shown in Fig. 2B. It is preferable to wind it. 3 to 5 illustrate that the conductive layer 102 and the blocking layer 105 are stacked with the insulating layer 103 interposed therebetween. Here, the blocking layer 105 is formed of a tape-shaped superconductor in the same manner as the conductive layer 102, and is wound around the insulating layer 103 with a twist pitch in a direction opposite to the conductive layer 102. At this time, the blocking layer 105 is wound in a direction opposite to the conductive layer 102, it is preferable that the same amount of current flows in the blocking layer 105 to the current flowing through the conductive layer 102. As a result, the blocking layer 105 functions to block or reduce the magnetic field generated by the current flowing to the conductive layer 102. In this sense, the term blocking layer 105 is used to distinguish it from the conductive layer 102.

냉매조(107)는 차단층(105)의 외곽을 둘러싸며, 차단층(105)과 냉매조(107) 사이의 공간에는 액화 질소나 헬륨 등의 냉매를 채워 통전층(102) 및 차단층(105)의 초전도체를 냉각시켜 초전도 특성을 향상시킬 수 있도록 한다. 이때, 안정화 도체(101a, 101b)와 통전층(102)의 내측면 사이의 빈 공간에도 냉매가 채워져 통전층(102)의 초전도 특성을 향상시키는 것이 바람직하다.The coolant tank 107 surrounds the outer portion of the blocking layer 105, and fills the space between the blocking layer 105 and the coolant tank 107 with a refrigerant such as liquefied nitrogen or helium to fill the conductive layer 102 and the blocking layer ( The superconductor of 105) is cooled to improve the superconductivity. At this time, it is preferable that the refrigerant is filled in the empty space between the stabilizing conductors 101a and 101b and the inner surface of the conductive layer 102 to improve the superconducting characteristics of the conductive layer 102.

진공조(109)는 냉매조(107)의 외곽을 둘러싸며, 냉매조(107)와 진공조(109) 사이의 소정 부위에는 지주(109a)가 형성되어 진공조(109)를 지지한다. 또한, 냉매조(107)와 진공조(109) 사이의 공간은 진공이 형성되어 외부와의 열 접촉을 차단시킨다.The vacuum chamber 109 surrounds the outside of the refrigerant tank 107, and a support 109a is formed at a predetermined portion between the refrigerant tank 107 and the vacuum tank 109 to support the vacuum tank 109. In addition, a space is formed between the refrigerant tank 107 and the vacuum chamber 109 to prevent thermal contact with the outside.

도 6은 본 발명에 따른 고온 초전도 전력 케이블의 제2 실시예의 단면을 나타낸 도면이다. 여기서, 각각의 구성요소는 상술한 구성요소와 그 기능이 동일하므로, 동일한 부재번호를 부여하였다.6 is a cross-sectional view of a second embodiment of a high temperature superconducting power cable according to the present invention. Here, each component is the same as the above-described component, and therefore the same reference numerals have been assigned.

도면을 참조하면, 통전 케이블은 안정화 도체(101a), 통전층(102), 절연층(103), 및 차단층(105)으로 구성된다. 통전 케이블의 구조는 상술한 것과 동일하므로, 그 설명을 생략한다.Referring to the drawings, the energizing cable is composed of a stabilizing conductor 101a, an energizing layer 102, an insulating layer 103, and a blocking layer 105. Since the structure of the electricity supply cable is the same as that mentioned above, the description is abbreviate | omitted.

냉매조(107)의 내부에는 세 개의 통전 케이블이 포함된다. 또한, 각각의 통전 케이블과 냉매조(107)의 내측벽 사이에는 액체 질소나 헬륨 등의 냉매가 채워진다. 이때, 각각의 통전 케이블의 중심부에도 냉매가 채워지는 것이 바람직하다. Three energization cables are included in the refrigerant tank 107. In addition, a refrigerant such as liquid nitrogen or helium is filled between each energizing cable and the inner wall of the refrigerant tank 107. At this time, it is preferable that the refrigerant is also filled in the center of each energizing cable.

도 3 내지 도 5의 고온 초전도 전력 케이블 또는 도 6의 각각의 통전 케이블은, 각각의 안정화 도체(101a, 101b)와 통전층(102)의 내측벽 사이에 냉매를 원활하게 수용하기 위하여, 통전층(102)에 의해, 도 7에 도시한 바와 같이 복수의 안정화 도체(101a, 101b)가 중심부에 중공을 형성되며 원통 형상으로 묶이는 것이 바람직하다. 이로써, 복수의 안정화 도체(101a, 101b)의 중심부에 함유되는 냉매에 의해 통전층(102) 및 차단층(105)의 초전도 특성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.The high temperature superconducting power cable of FIGS. 3 to 5 or each of the energizing cables of FIG. 6 is configured to smoothly receive refrigerant between the respective stabilizing conductors 101a and 101b and the inner wall of the energizing layer 102. As shown in FIG. 7, it is preferable that the plurality of stabilizing conductors 101a and 101b form a hollow in the center and be bundled in a cylindrical shape. Thereby, the superconductivity of the conducting layer 102 and the blocking layer 105 can be further improved by the refrigerant contained in the centers of the plurality of stabilizing conductors 101a and 101b.

냉매조(107)의 외측벽과 진공조(109)의 내측벽 사이의 소정 부위에는 진공조(109)를 지탱하기 위한 지주(109a)가 설치되며, 냉매조(107)와 진공조(109) 사이의 공간은 진공이 형성된다.A predetermined portion between the outer wall of the coolant tank 107 and the inner wall of the vacuum tank 109 is provided with a support 109a for supporting the vacuum tank 109, and between the coolant tank 107 and the vacuum tank 109. The space of vacuum is formed.

이로써, 고온 초전도 전력 케이블은 3상으로 구현된다.As such, the high temperature superconducting power cable is implemented in three phases.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. Although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the present invention is not limited to the specific embodiments of the present invention without departing from the spirit of the present invention as claimed in the claims. Anyone skilled in the art can make various modifications, as well as such modifications are within the scope of the claims.

본 발명에 따르면, 고온 초전도 전력 케이블에 안정화 도체를 초전도체의 설치함으로써, 계통에서 정상 통전 전류보다 큰 사고 전류가 유입되는 경우에도 고온 초전도 전력 케이블의 절연 파괴를 방지할 수 있게 된다.According to the present invention, by providing a superconductor with a stabilizing conductor in the high temperature superconducting power cable, it is possible to prevent breakdown of the high temperature superconducting power cable even when an accident current larger than the normal conduction current flows in the system.

또한, 본 발명에 따르면, 고온 초전도 전력 케이블은, 안정화 도체로서 알루미늄을 사용하여 고온 초전도 전력 케이블의 무게를 감소시킬 수 있게 되며, 외부로부터의 열 침입량을 줄일 수 있게 된다. 이때, 알루미늄은 구리에 비하여 값이 저렴하기 때문에, 고온 초전도 전력 케이블의 제조 단가를 낮출 수 있게 된다.In addition, according to the present invention, the high temperature superconducting power cable can reduce the weight of the high temperature superconducting power cable by using aluminum as a stabilizing conductor, and can reduce the amount of heat penetration from the outside. At this time, since aluminum is inexpensive compared to copper, it is possible to lower the manufacturing cost of the high temperature superconducting power cable.

또한, 본 발명에 따르면, 고온 초전도 전력 케이블은, 안정화 도체로서 구리를 사용하거나, 구리와 알루미늄을 혼합하여 사용함으로써, 매우 큰 사고 전류가 예상되는 장소에서도 사고 전류에 적절히 대응할 수 있게 된다.In addition, according to the present invention, by using copper as a stabilizing conductor or using a mixture of copper and aluminum, the high temperature superconducting power cable can properly respond to the accident current even in a place where a very large accident current is expected.

Claims (11)

적어도 하나의 가닥으로 형성된 안정화 도체;A stabilizing conductor formed of at least one strand; 테이프 형상의 초전도체로 형성되고, 상기 안정화 도체를 둘러 묶으며 트위스트 피치(twist pitch)로 감싸는 통전층;A conductive layer formed of a tape-shaped superconductor, enclosing the stabilizing conductor and wrapped in a twist pitch; 외부와 전기적으로 절연되도록 상기 통전층을 둘러 감싸는 절연층; An insulating layer surrounding the conductive layer to be electrically insulated from the outside; 테이프 형상의 초전도체로 형성되고, 상기 통전층으로 흐르는 전류에 의해 발생되는 자기장을 감소시키는 방향으로 상기 절연층을 트위스트 피치로 둘러 감싸는 차단층;A blocking layer formed of a tape-shaped superconductor and surrounding the insulating layer with a twist pitch in a direction of reducing a magnetic field generated by a current flowing through the conductive layer; 상기 차단층을 둘러 감싸며, 그 내부에 상기 통전층 및 상기 차단체의 초전도체 냉각을 위한 냉매를 함유하는 냉매조;A refrigerant tank surrounding the blocking layer and containing a refrigerant for superconductor cooling of the conductive layer and the blocking body therein; 상기 냉매조의 외곽을 둘러싸며, 그 내부에 진공을 형성하는 진공조; 및A vacuum tank surrounding a periphery of the coolant tank and forming a vacuum therein; And 상기 냉매조 및 상기 진공조 사이에서 상기 진공조를 지탱하는 지주를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 초전도 전력 케이블.And a strut supporting the vacuum chamber between the refrigerant tank and the vacuum chamber. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 안정화 도체는 구리로 형성되는 것을 특징으로 하는 고온 초전도 전력 케이블.High temperature superconducting power cable, characterized in that the stabilizing conductor is formed of copper. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 안정화 도체는 알루미늄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고온 초전도 전력 케이블.The stabilizing conductor is a high temperature superconducting power cable, characterized in that formed of aluminum. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 안정화 도체는 복수의 가닥으로 형성되며, 일부 가닥은 구리로 그 나머지 가닥은 알루미늄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고온 초전도 전력 케이블.The stabilizing conductor is formed of a plurality of strands, the high stranded superconducting power cable, characterized in that some strands are formed of copper and the remaining strands of aluminum. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 안정화 도체는, 와전류의 손실을 줄이기 위하여 그 표면이 절연된 것을 특징으로 하는 고온 초전도 전력 케이블.The stabilizing conductor is a high temperature superconducting power cable, characterized in that the surface is insulated to reduce the loss of eddy current. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 안정화 도체는, 그 표면에 산화막이 형성된 것을 특징으로 하는 고온 초전도 전력 케이블.The stabilizing conductor is a high temperature superconducting power cable, characterized in that an oxide film is formed on the surface. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 적어도 하나의 가닥으로 형성된 안정화 도체, 테이프 형상의 초전도체로 형성되고 상기 안정화 도체를 둘러 묶으며 트위스트 피치로 감싸는 통전층, 외부와 전기적으로 절연되도록 상기 통전층을 둘러 감싸는 절연층, 및 테이프 형상의 초전도체로 형성되고 상기 통전층으로 흐르는 전류에 의해 발생되는 자기장을 감소시키는 방향으로 상기 절연층을 트위스트 피치로 둘러 감싸는 차단층을 구비한 통전 케이블;Stabilizing conductor formed of at least one strand, a conductive layer formed of a tape-shaped superconductor, surrounding the stabilizing conductor and wrapped with a twist pitch, an insulating layer surrounding the conductive layer to be electrically insulated from the outside, and a tape-shaped superconductor A conducting cable having a blocking layer formed in the form of a wire and surrounding the insulating layer in a twist pitch in a direction of reducing a magnetic field generated by a current flowing through the conducting layer; 세 개의 상기 통전 케이블을 둘러 감싸며, 내부에 상기 통전층 및 상기 차단층의 초전도체를 냉각시키기 위한 냉매를 함유하는 냉매조;A refrigerant tank surrounding the three conducting cables and containing a refrigerant therein for cooling the superconductor of the conducting layer and the blocking layer; 상기 냉매조의 외곽을 둘러싸며, 그 내부에 진공을 형성하는 진공조; 및A vacuum tank surrounding a periphery of the coolant tank and forming a vacuum therein; And 상기 냉매조 및 상기 진공조 사이에서 상기 진공조를 지탱하는 지주를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 초전도 전력 케이블.And a strut supporting the vacuum chamber between the refrigerant tank and the vacuum chamber.
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