KR100496995B1 - 초전도 케이블의 접속구조 및 접속방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기계적 특성과 전기적 특성이 우수한 초전도 케이블의 접속구조 및 접속방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 한 쌍의 초전도 케이블 사이에 개제되어 초전도 케이블의 포머와 용접되어 고정되는 금속파이프와; 이 금속파이프의 외주면에 고정 결합되며 도전성 금속튜브의 둘레에 이러한 도전성 금속튜브보다 길이가 짧은 다수의 초전도 선재를 길이방향으로 배열시켜서 Ag테이프로 테이핑되어 이루어진 접속 슬리브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

초전도 케이블의 접속구조 및 접속방법{JOINTING STRUCTURE AND JOINTING METHOD FOR SUPERCONDUCTING CABLE}

본 발명은 초전도 케이블의 접속구조 및 접속방법에 관한 것으로, 특히 접속부 계면의 물리적 결합력이 현저히 향상되어 균열이 방지되고, 냉매의 온도상승 및 이에 따른 냉각시스템의 과부하 등을 방지함은 물론, 전기적 특성이 우수하도록 된 초전도 케이블의 중간 접속구조 및 접속방법에 관한 것이다.

일반적으로, 초전도 도체를 사용한 전력 케이블은 기존의 전력케이블에 비해 대용량의 전력을 송전할 수 있으며, 그 손실 또한 매우 작은 특징이 있다.

이러한 초전도 케이블을 이용한 장거리 전력 전송을 위해서는 초전도 케이블간의 중간 접속부가 반드시 필요하며, 이 중간 접속부는 도체 접속부, 절연부 및 초전도 케이블을 임계온도 이하로 냉각시키기 위한 냉매의 유통구조물로 이루어진다.

이중에서 상기 도체 접속부의 종래기술로는 일본 특개평 4-98773호에 의해 자세히 개시된 바 있으며, 도 1을 참조하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

종래의 도체 접속부는 케이블 내측의 포머(41,51)를 둘레의 초전도 테이프(42,52)보다 짧게 절단하여, 양측 케이블의 포머(41)와 포머(51) 사이에 케이블과 동일한 적층 구조의 접합부재(4)를 삽입하여 이 접합부재(4)의 양단에 양측 케이블의 포머(41,51)를 은납(8,9)으로 접합하고, 양측 케이블의 초전도 테이프(42,52)도 은납(7)으로 상호 접합한 구조로 이루어진다.

이때, 상기 접합부재(4)는 케이블과 동일한 적층 구조인 금속파이프(61)의 둘레부에 도전성 금속층(63), 초전도 도체층(65), 다시 도전성 금속층(64)이 순차적으로 적층된 초전도 테이프(62)를 감아서 형성된 것이다.

따라서, 이러한 도체 접속부는 케이블의 초전도 도체층(45)으로 공급된 전류가 접합부재(4)의 초전도 도체층(65)을 경유하여 다른쪽 케이블의 초전도 도체층(55)으로 흐르게 된다.

그러나, 이러한 종래의 케이블 접속방식은 접속부재를 케이블의 포머와 은납으로 접속하기 때문에, 은납의 물리적 결합력이 취약하여 초전도 케이블을 임계온도 이하로 냉각시 열수축에 의해 접합부재와 케이블 사이의 계면에 균열이 발생될 수 있고, 고압(10bar내외)으로 유동하는 냉매가 물리적으로 취약한 계면과 균열부에 침투하게 되면 접속부가 파단되거나 접촉저항이 증가하며, 주울열에 의한 온도상승으로 냉각시스템의 냉각부하가 증가됨은 물론, 초전도체의 ??치현상을 초래할 수 있는 등의 여러 가지 문제점이 있었다.

또한, 상기 접속부재의 양단을 케이블의 포머에 은납으로 접속할 때 과다한 온도상승으로 초전도 테이프의 특성이 저하될 수 있는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기의 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명은 케이블 중간 접속부의 물리적 결합력을 향상시켜서 균열을 방지하고, 냉매의 온도상승 및 이에 따른 냉각시스템의 과부하 등을 방지함은 물론, 전기적 특성이 우수하도록 된 초전도 케이블의 접속구조 및 접속방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 금속 파이프로 된 포머의 둘레에 초전도 도체층이 구비된 한 쌍의 초전도 케이블을 서로 접속하는 초전도 케이블의 중간 접속구조에 있어서,

상기 한 쌍의 초전도 케이블 사이에 개제되어 초전도 케이블의 포머와 용접되어 고정되는 금속파이프와; 이 금속파이프의 외주면에 고정 결합되며 도전성 금속튜브의 둘레에 이 도전성 금속튜브 보다 길이가 짧은 다수의 초전도 선재를 길이방향으로 배열시켜서 Ag테이프로 테이핑되어 이루어진 접속 슬리브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 접속구조를 제공한다.

이때, 상기 금속파이프는 초전도 케이블의 포머와 동일 재질로 이루어지고, 상기 도전성 금속튜브는 재질이 Ag로 이루어짐이 바람직하다.

또한, 상기 초전도 케이블이 다층의 초전도 도체층을 갖는 경우에는 상기 Ag테이프층 위에 다시 이 Ag테이프층 보다 길이가 짧은 다수의 초전도 선재를 길이방향으로 배열시켜서 Ag테이프로 테이핑하여 다층의 접속 슬리브를 형성하여, 이 다층의 접속 슬리브를 통해 초전도 케이블을 중간 접속하는 것이 바람직하다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 금속 파이프로 된 포머의 둘레에 초전도 도체층이 구비된 한 쌍의 초전도 케이블을 서로 접속하는 방법에 있어서,

도전성 금속튜브의 둘레에 이 도전성 금속튜브 보다 길이가 짧은 다수의 초전도 선재를 길이방향으로 배열시켜서 Ag테이프로 테이핑하여 접속 슬리브를 구성하는 단계와; 상기 접속 슬리브를 800~850℃에서 40시간 이상 열처리하는 단계와; 상기 접속 슬리브를 길이가 긴 금속파이프 둘레에 고정 결합하여 접속재를 구성하는 단계와; 이 접속재의 금속파이프를 양측 케이블의 포머와 용접하여 고정하는 단계와; 상기 접속재의 도전성 금속튜브 양단 둘레에 양측 케이블의 초전도 도체층을 접속하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 중간 접속 방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 2와 도 3은 각기 본 발명에 따른 초전도 케이블용 접속재와, 이 접속재를 이용한 케이블 중간 접속구조의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 상기 케이블의 중간 접속구조는 양측 초전도 케이블의 포머(16)에 용접되어 고정되는 금속파이프(31)와, 도전성 금속튜브(37)의 둘레에 다수의 초전도 선재(32)를 길이방향으로 배열시켜서 Ag테이프(38)로 테이핑되며 금속파이프(31)의 둘레에 열박음되어 고정되는 접속 슬리브(40)로 이루어진다.

상기 금속파이프(31)는 초전도 케이블의 포머(16)와 동일 재질로 이루어진 것으로, 그 양단이 초전도 케이블의 포머(16)에 용접(39)되어 고정되어 열수축에 의해 떨어지지 않는 견고한 물리적 접합력을 갖도록 구성된다.

상기 접속 슬리브(40)는 금속파이프(31)의 둘레부에 열박음되어 일체화 된 것으로, 도전성 금속튜브(37)의 둘레에 수십 본의 초전도 선재(32)를 길이방향으로 배열시켜서 Ag테이프(38)로 테이핑되어 이루어진다.

이때, 상기 도전성 금속튜브(37)는 전류흐름을 원활하게 하기 위해서 전기저항이 작은 Ag튜브로 이루어짐이 바람직하다.

또한, 이러한 접속 슬리브(40)는 초전도 선재(32)가 단층으로 구비될 수도 있으나, 다층의 초전도 케이블을 접속할 경우에는 상기 Ag테이프(38)층 위에 이 Ag테이프(38)층보다 길이가 짧은 수십 본의 초전도 선재(32)를 다시 배열시킨 다음 Ag테이프(38)로 테이핑하여 초전도 케이블과 대응되는 다층 구조의 접속 슬리브(40)를 형성하여, 이 다층 접속 슬리브(40)를 통해 초전도 케이블을 중간 접속하게 된다.

이와 같이, 성형된 접속 슬리브(40)는 800~850℃에서 40시간 이상 장시간 열처리과정을 거치면서 초전도 특성을 가지게 되고, Ag과 Ag 사이에 고온의 금속 확산작용으로 인해 일체형으로 접합된다.

또한, 상기 접속 슬리브(40)는 그 내경이 금속파이프(31)의 외경보다 0.2㎜정도 작게 하여 가열 팽창시키고, 상기 금속파이프(31)은 냉각 수축시켜서 상호 조립하면, 상온상태에서는 물리적으로 완전히 밀착되어 일체형으로 된다.

또한, 상기 초전도 케이블의 1층 초전도 도체층(12)은 접속재의 Ag튜브로 된 도전성 금속튜브(37)의 표면에 Pb-Sn등으로 접속하고, 2층 초전도 도체층(12)은 접속재의 2층 Ag테이프(38)층에 Pb-Sn 등으로 접속한다.

이상의 구성에 의한 초전도 케이블 접속 방법은 도전성 금속튜브(37)의 둘레에 이 도전성 금속튜브(37)보다 길이가 짧은 수십 본의 초전도 선재(32)를 길이방향으로 배열시켜서 Ag테이프(38)로 테이핑하여 접속 슬리브(40)를 구성한다.

이때, 다층의 초전도 케이블을 접속하기 위해서는 상기 Ag테이프(38)층 위에 이 Ag테이프(38)층보다 길이가 짧은 수십 본의 초전도 선재(32)를 다시 배열시켜서 Ag테이프(38)로 테이핑하여 초전도 케이블과 대응되는 다층 구조의 접속 슬리브(40)를 형성한다.

이와 같이, 성형된 접속 슬리브(40)는 800~850℃에서 40시간 이상 열처리하여 초전도 특성을 갖도록 함과 더불어, Ag와 Ag 사이에 고온의 금속 확산작용으로 인해 층과 층 사이에 접촉 저항이 없는 일체형의 접속 슬리브(40)를 형성한다.

이어서, 상기 접속 슬리브(40)를 이 접속 슬리브(40)에 비해 길이가 긴 금속파이프(31) 둘레에 고정 결합하여 접속재를 구성한다.

이때, 상기 금속파이프(31)의 외경은 접속 슬리브(40)의 내경에 비해 0.2㎜정도 크게 하여 냉각 수축시키고, 상기 접속 슬리브(40)는 가열 팽창시켜서 서로 조립하므로써, 상온에서 물리적으로 완전히 밀착되는 일체형의 접속재를 형성한다.

상기와 같은 접속재를 형성한 다음, 이 접속재의 금속파이프(31)를 양측 초전도 케이블의 포머(16)에 아크 용접(39)하여 고정하므로써, 초전도 케이블 냉각 시에도 기계적 강도가 지속되도록 한다.

그리고, 상기 초전도 케이블의 1층 초전도 도체층(12)은 접속재의 도전성 금속튜브(37)의 표면에 Pb-Sn등으로 접속하고, 2층 초전도 도체층(12)은 접속재의 1층 Ag테이프(38)층에 Pb-Sn 등으로 접속하여 한 쌍의 초전도 케이블을 중간 접속하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 초전도 케이블의 포머와 동일한 재질의 금속파이프를 아크 용접으로 접속하기 때문에, 접속 계면의 물리적 결합력이 현저히 향상되어, 초전도 케이블 냉각 후에도 기계적 강도가 지속되는 효과가 있다.

그리고, 초전도 테이프가 내장된 접속 슬리브를 케이블의 초전도 도체층과 직선상으로 연결되도록 접속하므로, 전기저항을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 사고시 접속 슬리브의 Ag층으로 사고전류가 분배되기 때문에 전기적 안정성도 우수한 이점이 있다.

또한, 상기 접속 슬리브는 열처리시 동일 재질로 이루어진 Ag층끼리 금속 확산접합이 이루어져서 계면에서의 접촉저항이 현저히 줄어들어, 도통능력이 더욱 우수하고, 계면에서의 발열이 현저히 줄어드는 장점이 있다.

도 1은 종래 초전도 케이블 중간 접속구조의 단면도.

도 2는 본 발명을 구성하는 초전도 케이블용 접속재의 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 초전도 케이블 접속구조의 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

12 : 초전도 도체층 16 : 포머

22 : 초전도 도체층 31 : 금속파이프

32 : 초전도 선재 36 : 평활층

37 : 도전성 금속튜브 38 : Ag테이프

39 : 용접 40 : 접속 슬리브

Claims (5)

1. 금속 파이프로 된 포머의 둘레에 초전도 도체층이 구비된 한 쌍의 초전도 케이블을 서로 접속하는 초전도 케이블의 중간 접속구조에 있어서,

   상기 한 쌍의 초전도 케이블 사이에 개제되어 초전도 케이블의 포머와 용접되어 고정되는 금속파이프와;

   상기 금속파이프의 외주면에 고정 결합되며 도전성 금속튜브의 둘레에 도전성 금속튜브보다 길이가 짧은 다수의 초전도 선재를 길이방향으로 배열시켜서 Ag테이프로 테이핑되어 이루어진 접속 슬리브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 중간 접속구조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 금속파이프는 초전도 케이블의 포머와 동일 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 중간 접속구조.
3. 제 1항에 있어서, 상기 도전성 금속튜브는 재질이 Ag로 이루어진 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 중간 접속구조.
4. 제 1항에 있어서, 상기 Ag테이프층 위에 다시 이 Ag테이프층보다 길이가 짧은 다수의 초전도 선재를 길이방향으로 배열시켜서 Ag테이프로 테이핑하여 다층의 접속 슬리브를 형성하여, 다층 구조의 초전도 케이블을 중간 접속하도록 된 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 중간 접속구조.
5. 금속파이프로 된 포머의 둘레에 초전도 도체층이 구비된 한 쌍의 초전도 케이블을 서로 접속하는 방법에 있어서;

   도전성 금속튜브의 둘레에 상기 도전성 금속튜브보다 길이가 짧은 다수의 초전도 선재를 길이방향으로 배열시켜서 Ag테이프로 테이핑하여 접속 슬리브를 구성하는 단계와;

   상기 접속 슬리브를 800~850℃에서 40시간 이상 열처리하는 단계와;

   상기 접속 슬리브를 길이가 긴 금속파이프(31) 둘레에 고정 결합하여 접속재를 구성하는 단계와;

   상기 접속재의 금속파이프를 양측 케이블의 포머와 용접하여 고정하는 단계와;

   상기 접속재의 도전성 금속튜브 양단 둘레에 양측 케이블의 초전도 도체층을 접속하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 중간 접속방법.