KR101510791B1

KR101510791B1 - 두 개의 초전도체 케이블을 위한 연결장치

Info

Publication number: KR101510791B1
Application number: KR1020090033286A
Authority: KR
Inventors: 니꼴라 랄루에
Original assignee: 넥쌍
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2015-04-10
Also published as: JP2010003678A; FR2930378B1; EP2110887A1; CN101562283B; FR2930378A1; ATE546859T1; CN101562283A; KR20090110258A; US8271061B2; US20090264296A1; ES2380891T3; EP2110887B1

Abstract

본 발명은 두 개의 초전도체 케이블(C,C')을 같이 연결하기 위한 연결장치로서, 각각의 상기 초전도체 케이블은 한 개 이상의 초전도체 부가 포함되어 있는 중심부 전도체와, 상기 중심부 전도체를 감싸는 유전체 층(1,1')과, 상기 유전체 층을 감싸는 차폐물(2,2',3,3')과, 그리고 상기 차폐물을 감싸는 극저온 인클로져(8)를 포함하고, 상기 상응하는 차폐물이 제거된 상기 유전체 층과 상기 중심부 전도체를 같이 접합하기 위하여 전기적 접합 디바이스(4)를 포함하는 연결장치와 관련된 것이다.

이 연결장치는 두 개의 차폐물 단부와 그리고 두 개의 차폐물 단부를 같이 연결하기 위한 전기적 연결 디바이스(8)와의 사이에 위치하는 반도체물질덮개(6)와, 상기 덮개를 감싸면서 상기 극저온 인클로져에 포함되는 연결 디바이스를 더 포함하고, 그리고 상기 연결장치는 각각의 상기 차폐물 단부에 각각 전기적, 기계적으로 결합하는 두 개의 결합요소(5,5')와 두 개의 결합요소를 같이 접합하기 위한 전기적 접합장치(7)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

초전도체 케이블 연결장치, 브레이드, 냉 유전체, 반도체물질덮개, 저온유지장치, 결합요소

Description

두 개의 초전도체 케이블을 위한 연결장치{A CONNECTION ARRANGEMENT FOR TWO SUPERCONDUCTOR CABLES}

본 발명은 두 개의 초전도체 케이블을 위한 연결장치에 관련된 것이다.

고전압 초전도체 케이블을 사용하는 전기전송은 저항 전도체로 만들어진 보통의 케이블보다 훨씬 작은 단면으로 고전류를 전송할 수 있고, 주울 효과(Joule effect)현상이 초전도성에서는 극도로 낮으므로 케이블 길이에 의한 전기 손실을 줄이는 동시에, 특히 주울 효과를 줄일 수 있다.

"냉 유전체(cold dielectric)" 초전도체 케이블이라고 알려진 것은 한 개 이상의 초전도성 부를 포함하는 중심부 초전도체와, 상기 중심부 초전도체를 감싸고 있는 유전체 층과, 상기 유전체 층을 감싸고 있고 전체 또는 일부가 초전도체로 만들어진 차폐물(shield)과, 그리고 상기 차폐물을 감싸고 있는 극저온의 인클로져 또는 "저온유지장치(cryostat)"로 만들어진다. 상기 저온유지장치는 일반적으로 두 개의 동심을 가지는 외피를 포함하고, 상기 외피는 예를 들어 10^-5밀리바(millibar,mbar)의 진공 수준에 의하여 상호 단열 된다. 저온유지장치의 내부 외피 안에 포함되는 극저온유체는 지금부터 "냉 유전체"라고 명명되는 유전체 층을 통하여 중심부 전도체를 냉각시켜주는데, 중심부 전도체가 초전도성이 되는 상태에 이를 수 있을 때까지 냉각시켜준다. 예를 들어, 이 온도는 "고온" 초전도체로 알려진 경우에 -196℃ 정도이다.

냉 유전체 초전도체에서는, 특히 만약 차폐물의 전부 또는 일부가 초전도체로 만들어진 경우에는 중심부 전도체와 차폐물 양쪽 모두에 비슷한 크기의 전류가 흐르게 된다. 고압 케이블에서는, 예를 들어 2400암페어(A)의 높은 크기의 전류가 흐른다.

극저온의 유체가 순환하는 일반적으로 관인 중공 요소를 포함하는 전도체의 경우 "온 유전체(warm dielectric)"라고 알려져 있다.

이러한 두 개의 초전도체 케이블을 같이 연결하는 한 방법은 프랑스특허공보 FR 2 878 654에 설명되어 있는 장치를 사용하는 것이다.

상기 문서는 초전도체 케이블의 차폐물을 통한 연결장치를 설명하는 것으로서, 상기 연결장치는 차폐물 사이에 초전도성의 연결 케이블을 포함하고, 상기 연결케이블은 연결 초전도체와 연결 초전도체를 감싸는 극저온의 외장부를 포함하고, 연결 초전도체의 두 개의 단부 각각은 전기적, 열적으로 전도성이 있는 연결부에 의하여 하나의 차폐물에 결합 되어 있다.

그러나, 이와 같은 장치는 극저온 유체의 추가적인 입구와 출구, 그리고 특정 연결 초전도체가 필요하기 때문에 특히 복잡하고 비싸다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 특히 한쪽 단부와 다른 쪽 단부가 연결될 때 있어서의, 두 개의 초전도체 케이블의 장치와 관련되고, 본 발명의 장치는 간단한 구조이고 추가적인 극저온 유체 순환 부를 필요로 하지 않는다.

이를 위하여, 두 개의 초전도체 케이블을 같이 연결하기 위한 연결장치로서, 각각의 상기 초전도체 케이블은 한 개 이상의 초전도체 부가 포함되어 있는 중심부 전도체와, 상기 중심부 전도체를 감싸는 유전체 층과, 상기 유전체 층을 감싸는 차폐물과, 그리고 상기 차폐물을 감싸는 극저온 인클로져를 포함하고, 상기 연결장치는 상응하는 상기 차폐물이 제거된 상기 유전체 층과 상기 중심부 전도체를 같이 접합하기 위하여 전기적 접합 디바이스를 포함하는 두 개의 초전도체 케이블을 같이 연결하기 위한 연결장치에 있어서, 상기 연결장치는 두 개의 차폐물 단부 그리고 두 개의 차폐물 단부를 같이 연결하기 위한 전기적 연결 디바이스와의 사이에 위치하는 반도체물질덮개와, 상기 덮개를 감싸면서 상기 극저온 인클로져에 포함되는 연결 디바이스를 더 포함하고, 그리고 상기 연결장치는 각각의 상기 차폐물 단부에 각각 전기적, 기계적으로 결합하는 두 개의 결합요소와 두 개의 결합요소를 같이 접합하기 위한 전기적 접합장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 두 개의 초전 도체 케이블을 연결하기 위한 연결장치를 제안한다.

반도체덮개는 전기장을 유전체 층 내로 제한하고, 그리고 전기적 연결 디바이스는 차폐물에 의하여 전해지는 전류를 전달하기 위하여 사용된다.

바람직한 실시 예로서, 상기 전기적 접합장치는 다수의 전도성 브레이드(braid)를 구비하고, 상기 브레이드의 단부는 상기 결합요소에 연결되고, 상기 브레이드는 상기 반도체덮개 주위에 배치된다.

상기 브레이드는 구리로 만들어 질 수 있다.

브레이드를 사용하는 이 연결은 특히 브레이드의 가요성 때문에 적소에 놓기가 용이하다. 특히 저렴하다. 상기 브레이드는 또한 극저온유체의 온도에 의한 열 수축형 변형에 동조할 수 있다.

편리하게, 상기 결합요소 각각은 관으로 형성되고, 상기 차폐물의 외벽에 결합요소의 내벽이 고정된다.

바람직하게는, 상기 관은 상기 브레이드 단부의 터미널을 고정시키기 위하여, 환상(annular)의 플랜지를 갖추고 있다.

상기 결합요소 각각은 저온의 녹는 점을 가진 합금을 이용한 경납땜(brazing) 또는 연납땜(soldering)에 의하여 상응하는 차폐물의 단부에 편리하게 고정될 수 있다.

상기 결합요소는 구리로 만들어질 수 있다.

상기 반도체물질덮개는 카본 블랙 종이 테이프(carbon black paper tape)의 권선일 수 있다.

상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 연결장치는, 저온 유체를 위한 추가적인 설비가 필요하지 않기 때문에 간단하다.

도 1에 제시된 것처럼, 한쪽 끝과 다른 한쪽 끝을 같이 연결하기 위한 냉 유전체 초전도체 케이블(C,C') 각각의 단부에 있어서, 첫 번째로 각각의 케이블의 중심부 전도체를 감싸고 있는 유전체 층(1,1')을 드러내기 위해서 초전도체 케이블 단부의 차폐물을 제거한다. 예를 들면, 이 유전체 층은 폴리프로필렌 적층 페이퍼(polypropylene laminated paper(PPLP))의 다수의 층을 포함한다.

이때, 차폐물은 초전도성 물질 층(2,2')과 바람직하게는 구리인 금속 차폐물(3,3')로 형성되는데, 상기 금속 차폐물은 짧은 길이의 초전도체 물질 층(2,2') 을 드러내 놓기 위해서 제거된다.

연결장치는 첫째로, 중심부 전도체 그리고 상응하는 차폐물이 제거된 유전체 층을 같이 접합하기 위하여 전기적 접합 디바이스(4)를 포함한다. 이 접합 디바이스는 알려져 있는 것이고, 유럽특허공보 EP 1 195 872에서 설명된 유형이다.

왼쪽의 케이블(C)에서는, 결합요소(5)가 초전도체 층(2)과 금속 차폐물(3)을 감싸기 위하여 차폐물 단부에 결합 되는 방식으로 차폐물의 단부에 전기적, 기계적으로 결합 되어있다. 이 결합요소(5)는 구체적으로 도 4에 제시되어있다. 결합요소 는 관으로 형성되고, 전기 전도성이 우수한 물질로, 바람직하게는 구리로 만들어져 있고, 상기 결합요소의 내벽은 구체적으로, 초전도체 물질(2)과 금속 차폐물(3) 층으로 이루어진 차폐물의 외벽에 고정되어져 있고, 이 관은 양쪽 모든 부분을 덮기 위하여 위치되어져 있다.

이를 위하여, 결합요소(5)는 저온의 녹는점을 가진 합금을 사용하여 경납땜(brazing) 또는 연납땜(soldering)에 의하여 차폐물의 외벽에 붙어져 있고, 합금은 관에 있는 길이 방향 슬롯(5A)에 삽입된다. 이 합금은 초전도체 물질 층(2)이 손상되지 않는 것을 보장한다.

관은 아래에 설명되어 있는 터미널을 고정시키기 위한 환형 플랜지(5B)를 갖추고 있고, 그리고 이를 위해 관(5) 주위에 환 형으로 규칙적으로 배열되는 오리피스(5C)를 가지고 있다.

본 발명에 따른 연결장치는 도 2, 도 3에 설명된 것처럼, 두 개의 차폐물 단부와 그리고 두 개의 차폐물 단부를 같이 연결하기 위한 전기적 연결 디바이스와의 사이에 위치하는 반도체물질덮개를 포함하고, 상기 전기적 연결 디바이스는 상기 덮개를 감싸고, 그리고 상기 전기적 연결 디바이스는 케이블(C,C')을 포함하는 극저온 인클로우져 내부에 포함되어 있다.

도 2에 제시된 것처럼, 각각 차폐물 단부는 상기에서 앞서 설명된 바와 같이, 차폐물의 단부에 전기적, 기계적으로 결합 되는 결합요소(5,5')를 갖추고 있고, 그리고 연결구간에 걸쳐서, 반도체물질덮개(6)가 두 개의 결합요소(5,5') 사이에 위치하고, 일반적인 방식으로, 상기 반도체물질덮개는 다른 지름들 사이에서 단 부가 원뿔로 변화하는 형상을 지닌다. 이 반도체물질덮개(6)는 바람직하게는 가는 구리 매쉬에 의하여 강화되는 카본 블랙 종이 테이프(carbon black paper tape)의 권선이다.

이 반도체덮개(6)는 유전체 층(1,1') 내에 전기장이 제한되어 지는 것을 보장한다. 연결장치를 만드는 이 단계에서, 덮개는 전압이 유지되는 것을 보장하지만, 차폐물(2,2',3,3')에 의하여 전해지는 전류를 전달하지는 못한다.

다음으로, 도 3에 제시된 것처럼, 두 개의 결합요소(5,5')를 같이 접합하기 위한 전기적 접합장치(7)가 반도체덮개(6) 주위에 위치하고 있다. 이 전기적 접합장치(7)는 특히 도 5에 나타나는데, 바람직하게는 구리인 전기 전도성이 우수한 물질로 만들어지고, 상기 전기적 접합장치는 다수의 보정용 전도성 브레이드(7A)를 구비하고, 상기 브레이드의 단부는 결합요소(5,5')에 연결되고, 상기 브레이드는 반도체덮개(6) 주위로 배치되어 있다.

가시성을 높이기 위하여 도 5에 모든 브레이드(7A)가 나타난 것은 아니지만, 이 실시예에서 8개의 브레이드가 나타나있고, 그리고 브레이드 단부는 각각의 결합요소의 플랜지(5B)에 있는 오리피스(5C)에 연결되는 터미널(7B)을 가지고 있다.

극저온의 인클로져 또는 외벽(8A)과 내벽(8B)을 포함하는 저온유지장치(8)는 연결장치를 감싸고 있다. 예를 들어 액체 질소인 극저온의 유체는 초전도체 케이블(C,C')을 냉각하기 위하여 내벽(8B) 내부를 순환할 수 있다. 가열을 피하고 많은 양의 극저온의 유체 소비를 피하기 위하여 예를 들어 10^-5 mbar 정도의 진공상태로 내벽(8B)과 외벽(8A) 사이가 상호 단열 된다.

본 발명은 또한 두 개의 온 유전체 초전도체 케이블을 같이 연결할 때 응용될 수 있고, 차이점은 전도체의 구조가 이 경우에는 관 모양이라는 것이다.

도 1은 초전도체 케이블을 연결하는 첫 번째 단계로서, 두 개의 초전도체 케이블의 횡방향 단면도이다.

도 2는 초전도체 케이블을 연결하는 두 번째 단계로서, 두 개의 초전도체 케이블의 횡방향 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 두 개의 초전도체 케이블의 연결장치의 횡방향 단면도이다.

도 4는 본 발명의 연결장치의 상세 사시도이다.

도 5는 본 발명의 연결장치의 상세 사시도이다.

Claims

두 개의 초전도체 케이블(C,C')을 같이 연결하기 위한 연결장치로서, 각각의 상기 초전도체 케이블은 한 개 이상의 초전도체 부가 포함되어 있는 중심부 전도체와, 상기 중심부 전도체를 감싸는 유전체 층(1,1')과, 상기 유전체 층을 감싸는 차폐물(2,2',3,3')과, 그리고 상기 차폐물을 감싸는 극저온 인클로져(8)를 포함하고, 상기 연결장치는 상응하는 상기 차폐물이 제거된 상기 유전체 층과 상기 중심부 전도체를 같이 접합하기 위하여 전기적 접합 디바이스(4)를 포함하는, 두 개의 초전도체 케이블(C,C')을 같이 연결하기 위한 연결장치에 있어서,

상기 연결장치는 두 개의 차폐물 단부와 그리고 두 개의 차폐물 단부를 같이 연결하기 위한 전기적 연결 디바이스와의 사이에 위치하는 반도체물질덮개(6)와, 상기 덮개를 감싸면서 상기 극저온 인클로져에 포함되는 연결 디바이스를 더 포함하고, 그리고 상기 연결장치는 각각의 상기 차폐물 단부에 각각 전기적, 기계적으로 결합하는 두 개의 결합요소(5,5')와 두 개의 결합요소를 같이 접합하기 위한 전기적 접합장치(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 두 개의 초전도체 케이블을 연결하기 위한 연결장치.
제1항에 있어서,

상기 전기적 접합장치(7)는 다수의 전도성 브레이드(7A)를 구비하고, 상기 브레이드의 단부는 결합요소(5,5')에 연결되고, 상기 브레이드는 상기 반도체물질덮개(6) 주위로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연결장치.
제2항에 있어서,

상기 브레이드(7A)는 구리로 만들어진 것을 특징으로 하는 연결장치.
제1항에 있어서,

상기 결합요소(5,5')는 상기 차폐물의 외벽에 고정되는 내벽을 가진 관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연결장치.
제1항에 있어서,

상기 전기적 접합장치(7)는 다수의 전도성 브레이드(7A)를 구비하고, 상기 브레이드의 단부는 결합요소(5,5')에 연결되고, 상기 브레이드는 상기 반도체물질덮개(6) 주위로 배치되어 있으며, 상기 결합요소(5, 5')는 상기 차폐물의 외벽에 고정되는 내벽을 가진 관으로 형성되며, 상기 관은 상기 브레이드 단부의 터미널을 고정하기 위하여 환형 플랜지(5B,5B')를 갖추는 것을 특징으로 하는 연결장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 결합요소(5,5') 각각은 저온의 녹는점을 가진 합금으로 경납땜(brazing) 또는 연납땜(soldering)을 하여, 상응하는 차폐물의 단부에 고정되는 것을 특징으로 하는 연결장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 결합요소(5,5')는 구리로 만들어진 것을 특징으로 하는 연결장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 반도체물질덮개(6)는 카본 블랙 종이 테이프(carbon black paper tape)의 권선으로 된 것을 특징으로 하는 연결장치.