KR20120024430A

KR20120024430A - 하나 이상의 초전도성 케이블을 구비한 장치

Info

Publication number: KR20120024430A
Application number: KR1020110080604A
Authority: KR
Inventors: 라이너 소이카; 베아테 베스트; 마크 슈테믈레
Original assignee: 넥쌍
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2012-03-14
Also published as: US8748747B2; CN102385955A; US20120055172A1; EP2426676A1; CN102385955B

Abstract

본 발명은 하나 이상의 열 절연된 금속 튜브를 구비하며, 냉각제를 운반하기 위해 사용되는 저온 유지 장치(KR)에 배열되어 있는 하나 이상의 초전도성 케이블(1)를 구비한 장치에 관한 것이다. 상기 저온 유지 장치(KR)의 바깥쪽에 우수한 도전성 재료가 제공되어 있고, 상기 도전성 재료는 두 개 이상의 스트랜드(6, 7)로 구성되며, 상기 스트랜드는 반대 레이 방향으로 포개진 두 층으로 상기 저온 유지 장치(KR) 주변을 휘감고 있다. 상기 스트랜드(6, 7)는 축 방향으로 간격을 두고 배열된 고정 지점(8)에서 상기 저온 유지 장치(KR)와 확실하게 연결되어 있다.

Description

하나 이상의 초전도성 케이블을 구비한 장치{ARRANGEMENT WITH AT LEAST ONE SUPERCONDUCTING CABLE}

본 발명은 냉각제를 운반하기 위해 사용되는 저온 유지 장치에 배열된 하나 이상의 초전도성 케이블을 구비한 장치에 관한 것이며, 상기 저온 유지 장치는 적어도 열 절연된 금속 튜브를 구비하며, 상기 장치의 경우 저온 유지 장치의 바깥쪽에 우수한 도전성 재료가 제공되어 있고, 상기 재료는 상기 저온 유지 장치에 인접해 있다 (EP 2 071 589 A1).

상기 초전도성 케이블은 충분히 낮은 온도에서 초전도성 상태로 변하는 특수 재료로 구성된 하나 이상의 전기 도체를 구비한다. 이렇게 충분히 낮은 온도에서 도체의 직류 저항은 0이다. 예를 들어, 적합한 세라믹 재료는 YBCO(이트륨-바륨-구리-산화물) 또는 BiSCCO(비스무트-스트론튬-칼슘-구리-산화물)가 있다. 초전도성 상태에 도달하기 위해 상기 재료의 충분히 낮은 온도는 4K 내지 10K이다. 적합한 냉각제로는 예를 들어 질소, 헬륨, 네온 및 수소 또는 이러한 물질의 혼합물이며, 각각 가스 상태 또는 액상 상태이다. 이미 냉각 유전체 및 열 유전체를 구비한 초전도성 케이블이 공지되어 있다.

냉각 유전체를 구비한 상기 초전도성 케이블의 경우, 절연 재료의 층으로 구성된 유전체에 의해 감싸져 있으며, 함침제로서 액상 냉각제가 상기 유전체(절연)에 존재한다. 이러한 케이블은 예를 들어 내부도체로서 도체와 전술한 것에 동심으로 배열된 실드 및 귀로 도체(return conductor)로 구성되며, 상기 도체는 유전체를 통해 서로 분리되어 간격을 유지하고 있다. 대응하는 케이블은 냉각제를 운반하는 저온 유지 장치에 의해 감싸져 있으며, 상기 저온 유지 장치는 예를 들어 동심으로 이루어져 있고, 열 유전체를 통해 서로 절연된 두 개의 금속 튜브로 구성된다.

열 유전체를 구비한 상기 초전도성 케이블의 경우, 냉각제를 운반하는 저온 유지 장치에 직접적으로 배열되어 있는 도체를 구비한다. 여기서, 유전체와 실드 및 귀로 도체는 상기 저온 유지 장치의 바깥쪽에 제공되어 있다.

상기 냉각 유전체 또는 열 유전체든 상관없이 초전도성 케이블을 구비한 공지된 모든 장치의 경우, 단락시 에너지 전달이 케이블 파괴 및/또는 허용되지 않은 열 발생을 야기하지 않도록 전기 도체의 치수가 책정되어야 한다. 이것은 각각의 장치에 대응하는 크기의 치수를 구비한 도체의 충분히 큰 도전성 횡단면을 요구한다. 또한, 상기 저온 유지 장치 및 감싸진 초전도성 케이블로 구성된 이러한 장치가 작동하기 위해 케이블 채널에 삽입되어야 한다. 이를 위해, 상기 저온 유지 장치의 바깥쪽에 당김 장치가 고정되어 있으며, 상기 당김 장치로 인해 상기 장치의 치수가 더욱 커진다. 또한, 상기 케이블 채널의 내부 치수는 상대적으로 큰 상기 치수에 맞게 조정되어야 한다.

서두에서 언급된 EP 2 071 589 A1에 따른 공지된 장치의 경우, 우수한 도전성 재료로 구성된 일반 도체는 상기 저온 유지 장치 바깥쪽에 배열되어 있으며, 상기 일반 도체는 저온 유지 장치에 의해 감싸진 초전도성 케이블과 연결되어 있다. 상기 일반 도체는 실온, 특히 케이블 작동시 효과적인 냉각 영역 외부에 있다. 이러한 장치에서 합선시 운반된 에너지의 경우 냉각 장치는 상기 저온 유지 장치 내부에서 부하가 걸리지 않는다. 상기 케이블 및 저온 유지 장치로 구성된 장치는 배열시 상기 케이블 채널에 삽입된다. 이를 위해, 공지된 선행 기술에는 비용이 발생하는 전술한 당김 장치가 상기 저온 유지 장치의 외부에 배열된다. 상기 장치의 외부 치수는 이에 대응하여 상대적으로 크다.

본 발명의 목적은 방사상 방향 치수가 축소될 수 있도록 전술한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적은,

- 우수한 도전성 재료는 적어도 두 개의 스트랜드(strand)로 구성되며, 상기 스트랜드는 반대 레이 방향으로 서로 겹쳐진 상태로 상기 저온 유지 장치 주변에 휘감겨 있으며,

- 상기 스트랜드는 축 방향 간격으로 배열된 고정 지점에 고정되어 있고, 상기 주변에서 고정되어 상기 저온 유지 장치와 연결됨으로써 해결된다.

본 발명에 따른 상기 초전도성 케이블의 방사상 치수는 축소될 수 있으며, 그 이유는 상기 초전도성 케이블을 직접적으로 감싸고 있는 일반 도체 실드가 없기 때문이다. 상기 저온 유지 장치의 바깥쪽 방향으로 상기 저온 유지 장치 외부에 배열된 스트랜드가 상기 실드의 기능을 수행하며, 상기 스트랜드는 적어도 두 위치에서 대응하는 도전성 횡단면과 연결되어 있다. 따라서, 상기 스트랜드는 단락 전류를 증가시킬 수 있고, 초전도성 케이블의 냉각 장치는 상기 스트랜드로 인해 저온 유지 장치 외부에서 부하가 걸리지 않는다. 축소된 상기 초전도성 케이블로 인해 상기 저온 유지 장치의 치수 또한 작아질 수 있다. 상기 스트랜드가 축 방향 간격으로 순환하면서 상기 저온 유지 장치와 연결되어 있기 때문에 상기 저온 유지 장치 및 전체 장치의 장력이 일반적으로 증가하며, 상기 스트랜드 자체는 장력 소자로서 작용한다. 따라서, 전체 장치는 예를 들어 간단한 견인 로프 또는 케이블 그립과 함께 케이블 채널로 삽입될 수 있으며, 상기 견인 로프 또는 케이블 그립은 일반적으로 방사상 방향으로 제공되지 않는다. 따라서, 상기 케이블 채널도 마찬가지로 축소된 내부 치수를 구비할 수 있다. 상기 견인 로프 또는 케이블 그립은 상기 장치를 케이블 채널에 삽입하기 위해 사용되며, 또한 상기 장치의 길이가 길 경우, 상기 장치의 전단에서 조립된다. 이어서 상기 견인 로프 또는 케이블 그립은 제거될 수 있다.

본 발명의 대상의 실시 예는 아래 도면에서 상세하게 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 횡단면을 도시하고 있고,
도 2는 부분적으로 제거된 층을 구비한 도 1에 따른 장치의 측면도를 도시하고 있다.

우수한 도전성 재료로 구성된 스트랜드는 구리 또는 알루미늄 또는 상기 재료의 합금으로 구성될 수 있다. 다음에서 상기 스트랜드는 - 모든 가능한 실시 형태를 대표하여 - "구리 스트랜드"로 표기된다.

본 발명에 따른 장치에 사용된 초전도성 케이블은 바람직하게는 냉각 유전체를 구비한 케이블로 실시되어 있다. 상기 초전도성 케이블은 다음에서는 편의상 "케이블"로 표기된다. 상기 케이블을 감싸고 있는 저온 유지 장치는 적어도 열 절연된 금속 튜브를 구비한다. 상기 저온 유지 장치는 도시된 실시 예에서 서로 동심으로 배열된 두 개의 금속 튜브로 구성되며, 상기 튜브 사이에 열 유전체가 제공되어 있다. 상기 튜브는 상기 튜브의 종 방향에 대해 횡 방향으로 주름진 형태일 수 있다. 상기 저온 유지 장치에는 상기 케이블보다 많은 것이 제공될 수도 있다.

도 1에 도시된 케이블은 냉각 유전체를 구비한 단상 케이블로 실시되어 있다. 상기 케이블은 케이블 심선(1)을 구비하며, 상기 케이블 심선에는 작동시 고전압 전위에 있는 초전도성 재료로 구성된 내부 도체가 배열되어 있고, 상기 내부 도체는 적어도 유전체로 감싸져 있다. 상기 케이블 심선(1)은 계속 이어지는 자유 공간(2)을 포함하여 상기 저온 유지 장치(KR)에 배열되어 있다. 상기 저온 유지 장치(KR)는 -전술한 것처럼- 두 개의 동심 금속 튜브(3, 4)로 구성되며, 상기 튜브는 열 유전체가 있는 링 모양의 공간(5)을 통해 서로 분리되어 있다. 상기 저온 유지 장치(KR)를 통해 예를 들어 액상 질소와 같은 냉각제가 케이블의 초전도체를 냉각시키기 위해 운반된다. 상기 저온 유지 장치(KR)의 외부에는 일반 도체(NL)가 배열되어 있으며, 상기 일반 도체는 상기 저온 유지 장치(KR) 및 상기 저온 유지 장치의 바깥쪽 튜브(4)에 배열되어 있다. 상기 일반 도체는 저온 유지 장치(KR)와 함께 도전성 연결되어 있으므로, 이러한 부품은 동일한 전위에 놓이게 된다.

상기 일반 도체(NL)는 적어도 두 개의 구리 스트랜드(6, 7)로 구성되며, 상기 구리 스트랜드는 반대 레이 방향으로 서로 겹쳐진 상태로 상기 저온 유지 장치(KR) 주변을 감고 있다. 바람직하게는, 상기 두 개의 구리 스트랜드(6, 7)의 레이 길이(lay length)는 동일하다. 상기 구리 스트랜드(6, 7)는 원형 와이어, 밴드 또는 바람직한 실시 형태에서 도체 프로파일로서 실시될 수 있다. 기술적 이유에서, 가능하면 긴 레이 길이를 갖는 상기 구리 스트랜드가 상기 저온 유지 장치(KR) 주변을 휘감으며, 부하가 걸리지 않은 상태에서 상기 저온 유지 장치의 원주 방향으로 장력을 흡수할 수 있고, 상기 장력은 상기 저온 유지 장치(KR)의 축 방향으로 제공된다. 또한, 전류 분배 장치의 관점이 고려될 수도 있다. 일반 작동시, 가능하면 유효 전류를 억제하기 위해, 두 구리 스트랜드(6, 7)의 레이 길이는 물리적 이유에서 제공된 이상적 레이 길이 보다 짧게 실시될 수 있다.

적어도 두 개의 구리 스트랜드(6, 7)가 일반 도체(NL)를 위해 존재하며, 상기 장치의 장력 부하가 걸릴 때 상기 구리 스트랜드의 비틀림이 발생하지 않는다. 상기 구리 스트랜드는 두 층 이상으로 이루어질 수 있으며, 상기 스트랜드의 수량은 "2"의 배수이다.

상기 구리 스트랜드(6, 7)는 축 방향으로 소정 간격으로 배치된 고정 지점(8)에서 원주를 따라 상기 저온 유지 장치(KR)에 단단히 연결되어 있으며, 상기 저온 유지 장치에 실시된 장력이 직접적으로, 그리고 상기 저온 유지 장치(KR)의 원치 않는 축 방향 연장 없이 흡수됨으로써 상기 저온 유지 장치의 안정성이 축 방향으로 증가 된다.

상기 고정 지점(8)은 예를 들어 밴디지(bandage) 또는 고리를 통해 제조될 수 있으며, 상기 밴디지 및 고리는 끼워 맞춤식으로 상기 저온 유지 장치(KR)를 감싸고 있으며 상기 저온 유지 장치에 인접해 있는 구리 스트랜드(6, 7) 주위에 제공되어 있다.

Claims

하나 이상의 초전도성 케이블을 구비한 장치로서, 상기 초전도성 케이블은 냉각제를 운반하기 위해 사용되는 저온 유지 장치에 배열되어 있고, 상기 저온 유지 장치의 바깥쪽에 고도전성의 도전성 재료가 제공되며, 상기 도전성 재료는 상기 저온 유지 장치에 부착되며, 상기 저온 유지 장치는 하나 이상의 열 절연된 금속 튜브를 구비하고 있는, 장치에 있어서,
- 상기 도전성 재료는 두 개 이상의 스트랜드(6, 7)로 구성되며, 상기 스트랜드는 반대 레이 방향으로 포개진 두 층으로 상기 저온 유지 장치(KR) 주위에 감겨 있으며,
- 상기 스트랜드(6, 7)는 축 방향으로 간격을 두고 배열된 고정 지점(8)에서 상기 저온 유지 장치(KR)와 견고히 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 저온 유지 장치(KR)를 둘러싸는 스트랜드(6, 7)를 둘러싸고 있는 각각의 상기 고정 지점(8)에, 밴디지 또는 고리가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.