KR101213775B1 - 초전도체 케이블 - Google Patents

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Abstract

초전도성 케이블 코어(1)와, 상기 케이블 코어(1)를 둘러싸는 크라이오스태트(2)를 포함하는 초전도체 케이블이 개시된다. 상기 케이블 코어(1)는 초전도성 도체(3), 상기 초전도성 도체(3)를 둘러싸는 절연층(4), 및 상기 절연층(4)을 둘러싸는 보호부(5)을 포함한다. 통상 전도 물질(normally conducting material)로 스트랜드(strand) 또는 튜브 형태로 형성된 중심 요소(3a) 위에 유전 물질 또는 반도체 물질 층(3b)이 제공되고, 상기 유전 물질 또는 반도체 물질 층(3b) 위에 유전 물질 또는 초전도성 물질로 된 적어도 하나의 와이어 또는 스트립 층(3c)이 나선 형태로 배치된다. 상기 중심 요소(3a) 및 상기 층(3c)은 케이블 코어(1)의 단부에서 전기 전도식으로 서로 연결된다.

Description

초전도체 케이블{Superconductor cable}
도 1은 케이블 코어와 크라이오스태트를 포함하는 초전도체 케이블을 도시한 도면;
도 2는 케이블 코어의 측단면도이다.
본 발명은 청구항 1의 전제부의 초전도체 케이블(superconductor cable)에 관한 것이다.
WO 00/39813은 초전도성 스트립(strip) 형태의 제1 층이 감긴 관(管) 형태의 캐리어를 포함하는 초전도체 케이블을 개시한다.
상기 제1 층은 초전도성 스트립 형태의 제2 층이 감긴 유전체에 의해 둘러싸인다.
상기 초전도성 스트립은 금속층 내에 위치한다.
이러한 초전도체 케이블의 경우, 상기 제1 층은 페이즈 도체(phase conductor)로서 작용하며, 제2 층은 리턴 도체(return conductor)로서 작용한다. 상기 페이즈 도체 및 리턴 도체는 서로 동축으로 작용한다.
상기 제2 층 위에는, 케이블이 냉각되지 않거나 단락(short-circuit)이 발생하는 경우, 안정화층으로 작용하는 구리(copper) 스트립의 또 다른 층이 존재한다. 상기 구리 스트립은 초전도성 물질이 위치된 금속 층에 직접 접촉한다.
이러한 방법으로 구성된 다수의 도체는, 초전도체를 외부에서 발생하는 열로부터 단열시키는 크라이오스태트(cryostat) 내에 위치된다.
이러한 디자인이 갖는 단점은, 초전도성 물질의 도체와 통상 전도 물질이 직접적 접촉과 여러 층의 최적이 아닌 스트랜딩(stranding)에 의해 케이블 내에서 손실이 발생한다는 것이다.
본 발명은, 일반적인 작동 중에는 전류가 주로 초전도성 물질로 흐르고 통상 전도 물질로의 전류 흐름이 최대한 감소되는 초전도 케이블의 도체(conductor)를 제공하는 것을 목적으로 한다. 다른 한편으로는, 단락(short-circuit)이 발생하거나 전이 온도가 초과되는 경우, 통상 전도 물질의 도체가 전체 전류를 전도할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징부에 나타난 특징들에 의해 달성된다.
본 발명에 의하면, 케이블 내에서 유도 저항 및 옴 저항(inductive and ohmic resistances)을 허용함으로써 전류의 바람직한 분배가 달성되므로, 일반적인 작동 중에는 전류가 주로 초전도성 물질로 흐르도록, 다층 초전도 물질인 경우 층들 사이에 최적으로 분배되며, 단락의 경우에는 전류가 주로 통상 전도 물질 층들로 흐른다.
이하, 도 1 및 도 2에 개략적으로 도시된 실시예들을 통하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.
도 1은 초전도체 케이블 코어(1) 및 내부에 케이블 코어(1)가 배치되는 크라이오스태트(cryostat)(2)를 포함하는 초전도체 케이블을 나타낸다. 상기 케이블 코어(1)는 초전도성 도체(3), 절연층(4), 보호부(shield)(5)를 포함한다.
상기 초전도성 도체(3) 및 보호부(5)의 구성은 도 2를 참조하여 더 상세하게 설명한다.
절연층(4)은 스트립(stripe) 형태의 절연 물질, 바람직하게는 페이퍼 또는 폴리프로필렌(PPLP)이 라미네이트(laminate)된 페이퍼로 된 다수의 층을 포함한다.
크라이오스태트는, 바람직하게는 스테인레스 강(stainless steel)으로 된 2개의 주름진 금속 튜브들(2a, 2b)을 포함한다. 이 금속 튜브들은 서로 동심으로 배치되며, 스페이서(spacer)에 의해 서로 이격되어 배치된다. 케이블 코어(1)와 내측 주름진 튜브(2a) 사이의 환형 간극과 상기 튜브들(2a, 2b) 사이의 환형 간극은 냉매를 이동시키는 작용을 한다.
외측 주름진 튜브(2b) 상에는 또한 압출 플라스틱 덮개(6)가 제공된다.
3개의 동일한 초전도체 케이블은 파워 전달 시스템(power transmission system)을 형성한다.
도 2는 케이블 코어(1)의 측단면을 도시한 것이다.
케이블 코어(1)의 도체(3)는, 튜브 또는 다른 형태로서 도시된 바와 같이 함께 꼬인 다수의 구리 와이어를 포함하는 스트랜드(strand) 형태의 중심 요소(3a)를 포함한다. 특히 바람직하게는, 중심 요소는 꼬아진(stranded) 통상 전도 와이어의 하나 또는 그 이상의 층을 포함한다.
중심 요소(3a) 위에는 유전 물질 또는 반도체 물질의 층(3b)이 배치된다. 상기 층(3b)은 다수의 페이퍼 또는 탄소 페이퍼(carbon paper) 층을 포함한다.
상기 층(3b) 위에는 적어도 하나의 초전도성 와이어 또는 스트립 층(3c)이 꼬아져 배치된다. 상기 층(3c)의 초전도성 와이어 또는 스트립의 꼬임(lay) 길이는 D1이 층(3b)의 외경일 때 3D1보다 크다.
도체(3)의 각 단부에서, 초전도 물질로 된 층(3c)과 중심 요소(3a)는 연결부(7)에 연결된다. 연결부(7)는 중심 요소(3a) 및 상기 층(3c)의 와이어 또는 스트립에 납땜 연결되는 구리 링(copper ring)의 형상을 갖는 것이 바람직하다.
상기 층(3c) 위에는 각각 폴리프로필렌이 코팅된 다수의 페이퍼 스트립 층을 포함하는 절연층(4)이 배치된다.
상기 절연층(4) 위에는 보호부(5)가 배치된다. 상기 보호부(5)는 초전도 물질의 제1 층(5a)을 포함한다. 이 층(5a)은 도체(3)의 층(3c)과 유사한 방법으로 구 성된다. 상기 층(5a)의 와이어 또는 스트립의 꼬임(lay) 길이는 D2가 절연층(4)의 외경일 때 3D2 보다 크다.
층(5a) 위에는 도체(3)의 층(3b)과 유사한 방법으로 구성되는 층(5b)이 배치된다.
상기 층(5b) 위에는 통상 전도 물질 층(5c)이 배치된다. 상기 층(5c)은 층(5b) 위에 견고하게 감긴 적어도 하나 이상의 구리 스트립을 포함하는 것이 바람직하다. 보호부(5)의 단부에서는, 층(5a)과 층(5c)이 연결 부재(8)에 의해 서로 연결된다. 연결 부재(8)는 연결 부재(7)와 같이 층(5a)과 층(5c)에 납땜되는 구리 링의 형태인 것이 바람직하다. 표면 또는 내부에 초전도 물질이 위치하는 스트립 형태의 와이어들은 초전도성의 층(3c, 5a)을 위해 특히 유리하게 사용된다. 초전도 물질은, 바람직하게는 구리와 바륨 및 이트륨(yttrium)의 혼합 산화물(YBCO), 비스무트(bismuth), 납(lead), 스트론튬(strontium), 칼슘(calcium), 구리(copper), 탈륨(thallium) 및 수은(mercury)의 혼합 산화물(BSCCO), 또는 이와 유사한 혼합물에 기초한 세라믹(ceramic)이다.
스트립 또는 상기 층(5c)의 스트립들의 꼬임(lay) 길이는 D2 가 절연층(4)의 외경일 때 D2 보다 크다.
본 발명에 의하면, 케이블 내에서 유도 저항 및 옴 저항(inductive and ohmic resistances)을 허용함으로써 전류의 바람직한 분배가 달성되므로, 일반적인 작동 중에는 전류가 주로 초전도성 물질로 흐르도록, 다층 초전도 물질인 경우 층들 사이에 최적으로 분배되며, 단락의 경우에는 전류가 주로 통상 전도 물질 층들로 흐른다.

Claims (14)

  1. 초전도성 케이블 코어(1)와, 상기 케이블 코어(1)를 둘러싸는 크라이오스태트(2)를 포함하며, 상기 케이블 코어(1)는 초전도성 도체(3), 상기 초전도성 도체(3)를 둘러싸는 절연층(4), 및 상기 절연층(4)을 둘러싸는 보호부(5)을 포함하는 초전도체 케이블로서, 통상 전도 물질(normally conducting material)로 스트랜드(strand) 또는 튜브 형태로 형성된 중심 요소(3a)를 둘러싸는 층(3b)이 제공되고, 상기 둘러싸는 층(3b) 위에 초전도성 물질로 된 하나 이상의 와이어 또는 스트립 층(3c)이 나선 형태로 배치되며, 중심 요소(3a) 및 초전도성 물질로 된 상기 층(3c)은 케이블 코어(1)의 단부에서 전기 전도식으로 서로 연결되는, 초전도체 케이블에 있어서,
    상기 둘러싸는 층(3b)은 반도체 물질로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 초전도체 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 둘러싸는 층(3b)은 하나 또는 그 이상의 카본 페이퍼(carbon paper) 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도체 케이블.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    케이블 코어(1)의 각 단부에 제공되는 전기적 연결은, 상기 중심 요소(3a)와 초전도성 물질로 된 상기 층(3c) 사이에 제공되어 상기 중심 요소(3a) 및 층(3c)과 전기적 전도 접촉하는 적어도 하나의 구리 링(7)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도체 케이블.
  4. 제3항에 있어서,
    각각의 링(7)은 중심 요소(3a)와 초전도성 물질로 된 층(3c)에 납땜 연결(soldered connection)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 초전도체 케이블.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호부(5)는 절연층(4)에 나선 모양으로 적용되는 초전도 와이어 또는 스트립의 제1 층(5a), 통상 전도 물질로 된 적어도 하나 이상의 와이어 또는 스트립을 포함하는 제2 층(5c), 및 상기 제1 층(5a)과 제2 층(5c) 사이에 배치되는 반도체 물질 층(5b)를 포함하며, 상기 제1 층(5a) 및 제2 층(5c)은 보호부(5)의 단부에서 전기 전도식으로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 초전도체 케이블.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    각각의 초전도성 층(3c, 5a)의 꼬임(lay) 길이는 초전도체가 교류 전류에 의해 작동할 때 임피던스의 유도성 및 저항성 요소들을 허용하도록 선택되어, 일반적인 작동 중에는 전류가 초전도성 층(3c, 5a)에서 흐르도록 분배되고, 단락 전류(short-circuit current) 작동의 경우에는 전류가 통상 전도 물질 층(3a, 5c)으로 흐르도록 분배되는 것을 특징으로 하는 초전도체 케이블.
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