KR100959914B1 - 실린더형 초전도체 부품 및 저항 전류 제한기로서의 그 사용방법 - Google Patents
실린더형 초전도체 부품 및 저항 전류 제한기로서의 그 사용방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 실린더형 초전도체 본체, 특히 고온 초전도체 물질로 구성되는 특히 저항 전류 제한기로서 유용한 실린더형 초전도체 부품에 관한 것으로, 이 부품은 길이방향 축에 수직으로 서로 평행하게 번갈아 교대로 절개된 다수의 가로방향 슬롯(azimuthal slots)(3) 및 상기 실린더형 초전도체 본체의 거의 전체 길이에 걸쳐 길이방향 축에 평행하게 연장되는 하나의 길이방향 슬롯(longitudinal slot)(2)이 제공된다.
Description
도 1은 측면에 길이방향 슬롯(longitudinal slot)을 구비한 본 발명의 실린더형 초전도체 부품의 일 실시예를 도시한 개략도; 및
도 2는 도 1의 실시예의 전개도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
1: 실린더형 초전도체 본체 2: 길이방향 슬롯
3: 가로방향 슬롯(azimuthal slot) 4: 접촉부
5: 가로방향 슬롯(3)의 종점 6: 나선
본 발명은 거의 실린더형 단면을 가진 초전도체 부품에 관한 것으로, 특히 고온 초전도체 부품 및 저항 전류 제한기(resistive current limiter)로서의 사용방법에 관한 것이다.
초전도체, 특히 세라믹 고온 초전도체는 정상 작동 중 신속하고 효과적인 전류 제한, 자동 회복, 무시할 수 있는 임피던스를 달성하고 고압에서 활용할 수 있는 이상 전류 제한기로서 상당한 가능성을 제공한다.
이러한 저항 전류 제한기는, 단락(short circuit) 전류에 대하여 큰 정류기 및 다른 전기 장치를 보호하기 위하여 약 2 ms와 같은 매우 짧은 시간 내에 전류를 끊을 수 있다.
전류 제한기의 다른 실시 형태들은 알려져 있다.
소위 저항적(resistive, ohmic) 제한기에서, 초전도 부품은 임계 전류값이 초과하면 보통의 전도성을 가진다. 이 전이는 또한 "초전도 깨짐(quenching)"이라 부른다. 또한, 이러한 초전도체 전류 제한기는 전류 제한 상황 후에 초전도 상태로 복귀하는 능력을 가진다.
또한, 소위 유도 전류 제한기(inductive current limiters)가 알려져 있다. 이상 전류가 적용될 때, 유도 전류 제한기는 이상 전류를 한계값 아래로 제한하는 고(高) 임피던스를 제공한다. 예를 들어, 미국특허-A-5,140,290는 제한된 전류가 유도 코일을 통해 흐르는 유도 전류 제한기를 개시한다. 고온 초전도체의 중공 실린더가 이 코일의 내부에 배열되고, 높은 투자율(permeability)를 가진 연질의 자기 물질이 내부에 동심으로 배열된다.
정상 작동에서(정격 전류) 중공 실린더의 초전도성은 유도 코일의 자기장을 코어로부터 완전히 차단하고 유도 코일의 임피던스는 매우 낮은 정도로 유지된다. 이상 전류가 유도 코일을 흐를 때, 실린더형 본체의 초전도성은 사라지고 유도 코일의 임피던스는 최대 전류-제한 값에 도달한다.
일반적으로 보통의 전도 상태에서 초전도 물질의 저항은 도체의 길이에 의존한다. 그러므로, 최적의 전류 제한을 얻기 위하여 도체는 매우 긴 길이를 필요로 한다. 실제 작동을 위해서는 도체는 필요한 길이에 불구하고 가능한 한 작은 부피를 차지해야만 할 필요가 있다.
부피와 선형 크기 각각은 소정 값을 초과하지 않으면서 도체의 전기적 활성 길이를 증가시키기 위한 여러 제안들이 있었다.
유럽특허 5 235 309에는 직각 판의 형태를 가진 저항 전류 제한기가 개시되어 있다. 판의 길이방향 축에 평행하게 연장되는 측면으로, 판의 길이방향 축에 대하여 수직으로 연장되는 한정된 수의 슬롯이 절단된다. 즉, 슬롯들은 이러한 두 길이방향 측면으로 교대로 절단된다. 이는 판에 구불구불한 도체를 형성한다. 구불 구불한 형태 때문에 사실상 부피를 증가시키지 않으면서 전류가 흐르는 활성 길이는 슬롯의 수에 따라 상당히 증가한다. 이렇게 형성된 도체의 말단에는 각각 하나의 전기 연결극이 제공된다.
실린더형 저항 전류 제한기가 유럽특허 0 525 313에 개시되어 있다. 그 제안에 따르면 초전도 물질로 만들어진 중공 실린더에 중공체의 상단 및 하단으로부터 슬롯들이 교대로 절단되고, 이 슬롯들은 중공 실린더의 길이방향 축에 평행하게 연장한다. 물론, 이러한 실시 형태에서 전류가 상하로 흐르는 전류 흐름의 활성 길이 는 증가한다.
다른 해결책에 따르면, 초전도 물질로 만들어진 긴 띠가 평평한 두 가닥으로 감긴 코일을 형성하고 기판에 배열되도록 감긴다. 두 가닥으로 감긴 형태에 의하여 활성 길이가 상당히 증가하고, 그럼에도 불구하고 두 가닥으로 감긴 코일이 차지하는 영역은 작다.
유럽 특허 출원 No. 02 292 449.2는 저항 전류 제한기에서 사용될 수 있는 코일 또는 두 가닥으로 감긴 코일이 절단된 실린더 중공체를 개시한다.
전류 제한기에 초전도체 부품를 적용하는데 있어 주요 장애물 중 하나는, 단락(short circuit) 또는 번개 충격(lightning strokes)의 경우와 같은 이상 중 초전도체 부품에 큰 전기장이 발생하는 점이다. 따라서, 상기 언급한 바와 같은 전류가 인접한 턴(turns)을 흐르는 초전도체 부품에서는, 전기 방전을 방지하기 위하여 인접한 턴 사이의 코일 절연이 필요하다.
또한, 단락 및 특히 번개 충격 중 도체를 따라 고압이 대체로 급격히 발달한다. 그러므로 전압 차이는 증가한 도체 길이에 따라 증가한다.
그러나, 상기에서 언급한 것처럼 두 가닥으로 감긴 형상 또는 실린더의 축 방향으로 구불구불하게 하는 개념은 각 부품에서 초전도 경로의 입출 단부가 서로 가깝다는 단점을 가진다. 보통 몇 미터의 긴 도체 길이 때문에, 두 단부 사이에는 큰 전압이 형성된다. 그러므로, 충분한 절연이 어렵고 상당한 두께의 절연 물질을 필요로 한다.
또한, 초전도 깨짐 중 초전도체 물질은 상당히 가열된다. 초전도 상태로 복 귀하기 위해서는 빠른 냉각이 필요하다. 그러나, 두꺼운 절연층을 사용할 때 재냉각 속도의 최소화가 가능하지 않다.
따라서, 인접한 도체 세그먼트 사이에서 발생하는 국부 전기장이 가능한 한 작아서, 절연이 전혀 필요하지 않거나 얇은 절연층 만으로 충분한 전기 절연을 달성할 수 있는 저항적 전류 제한기로서 유용한 초전도체 부품에 대한 필요성이 있었다.
본 발명에 따르면, 이러한 문제점은 실린더형 초전도체 부품으로 해결되는데, 이 초전도체 부품의 실린더형 초전도체 본체에는, 각각 본체의 일단 및 타단과 슬롯의 각 시점 및 종점 사이에 절개되지 않은 구역은 남기면서 본체의 일단에서 타단까지 종축에 평행하게 연장되는 길이방향 슬롯, 및 상기 길이방향 슬롯에 수직으로 상기 본체에 절개된 다수의 가로방향 슬롯이 제공되며, 상기 각 가로방향 슬롯은 길이방향 슬롯에서 시작하여 그로부터 일정거리의 종점까지 상기 본체의 둘레를 따라 연장되도록 본체를 절개하고, 각 가로방향 슬롯의 시점에서 길이방향 슬롯과 종점 사이의 거리는 상기 본체의 둘레에 절개되지 않은 구역을 한정하며, 상기 가로방향 슬롯들(3)은 실린더형 초전도체 본체(1)의 둘레를 서로 평행하게 번갈아 교대로 절개한다.
본 발명의 실린더형 초전도체 부품에서 슬롯의 특정 배열은, 전류가 슬롯에 의해 한정된 인접한 통로 단편에서 반대 방향으로 흘러 전류에 의해 발생한 자기장은 거의 서로 보상하고, 따라서 유도 및 역류 전류 손실이 줄어들 수 있는 장점을 가진다.
이러한 장점 때문에, 본 발명의 실린더형 초전도체 부품은 특히 발전소에서 고(高) 단락 전류의 발생을 피하고 발전기 및 변압기와 같은 플랜트 부품의 파괴를 방지하기 위하여, 특히 교류(AC)를 위한 저항 전류 제한기로서 유용하다.
본 발명에 따른 초전도체 부품은 보통 실린더형 또는 거의 실린더형 기초 형태를 가진다.
초전도체 부품를 위한 적절한 초기 외형은 거의 실린더형 외형을 가지는 막대 또는 튜브, 매우 둥근 말단부를 가진 입방체 또는 이와 유사한 형태이다. 본 발명의 개념에서 이러한 형상을 가진 초전도체 부품은 "실린더형 초전도체 부품"으로 언급된다.
고체 본체는 기계적 처리과정에 의해 대응하는 중공체로 변환될 수 있다. 실린더형 초전도체 부품은, 적절하다면 최대한 균일한 두께, 특히 외부면과 동심의 실린더형 공동(空洞)을 가져야 한다.
그러나, 원칙적으로 다른 단면의 초전도체 부품 및 동공이 또한 사용될 수 있다.
실린더형 초전도체 부품은 튜브, 유사한 중공 또는 고체 본체로 만들어질 수 있다.
원칙적으로 본 발명은 어떤 바람직한 세라믹 초전도체를 포함할 수 있다. 전형적인 예로는 Bi-Ae-Cu-O, (Bi,Pb)-Ae-Cu-O, (Y,Re)-Ae-Cu-O 또는 (Tl,Pb)-(Ae,Y)-Cu-O에 기초한 산화 초전도체를 포함한다. 상기 식에서 Ae는 적어도 하나의 알칼리 토원소, 특히 바륨(Ba), 칼슘(Ca) 및/또는 스트론튬(Sr)을 의미한다.
Re는 적어도 하나의 희토류 원소, 특히 이트륨(Y), 또는 이트륨(Y), 란탄(La), 루테튬(Lu), 스칸듐(Sc), 사마륨(Sm), 네오디늄(Nd) 또는 이테르븀(Yb) 원소중 둘 또는 그 이상의 조합을 의미한다.
특히, 바람직한 예는 Bi2(Sr, Ca)2Cu1Ox, (Bi, Pb)2(Sr, Ca)2Cu1Ox, (Bi, Pb)2(Sr, Ca)3Cu2Ox ", (Bi, Pb)2(Sr, Ca)4Cu3Ox' ", (Y, Re)1Ba2Cu3Oy, (Y, Re)2Ba1Cu1Oy, (Tl, Pb)2(Ba, Ca)2Cu1Oz, (Tl, Pb)2(Ca, Ba)3Cu2Oz ", (Tl, Pb)2(Ca, Ba)4Cu3Oz' ", (Tl, Pb)1(Ca, Ba)3Cu2Oz "", (Tl, Pb)1(Ca, Ba)4Cu3Oz' "" 의 조성 또는 그와 유사한 조성을 가진다.
상기 식에서 x,y 및 z는 각 화합물이 초전도성을 나타내는 적절한 산소 함량을 나타낸다.
특히 적절한 초전도체는 참조로 BSCCO-2212, BSCCO-2223로 알려진 것들로, 수의 조합 2212 및 2223은 원소 비스무트(Bi), 스트로튬(Sr), 칼슘(Ca) 및 구리(Cu)의 화학양론적인 비를 나타내며, 특히 비스무트(Bi) 부분은 납(Pb)으로 대체한 것들; 및 참조로 YBCO-123 및 YBCO-211로 알려진 것들로, 수의 조합 123 및 211은 원소 이트륨(Y), 바륨(Ba) 및 구리(Cu)의 화학양론적인 비를 나타낸다.
필요한 경우, 다른 원소들이 초전도체 물질에 존재할 수 있다. 예를 들어, BSCCO 기초 초전도체 물질은 황산스트론튬(SrSO4) 및/또는 황산바륨(BaSO4)을 보조물로서 20중량%까지 포함할 수 있으며, 황산바륨(BaSO4)이 사용될 때 바람직하게는 단지 약 10중량%까지 포함할 수 있다.
이러한 화합물은 예를 들어 명백히 참조되는 유럽특허-A-0 524 442 및 유럽특허-A-0 573 798에 개시되어 있다.
일반적으로, 예를 들어 상기에서 언급한 것과 같은 세라믹 산화 고온 초전도체 및 그 생산 방법은 관련 분야에 잘 알려져 있다. 적절한 고온 초전도체 및 그 생산방법의 개요는 국제특허 00/08657에서 주어진다.
원칙적으로, 관형 초전도체 본체는 미리-화염처리되고(pre-fired), 소결 또는 추후-어닐링된 초전도 물질로부터 만들어질 수 있다. 양질의 초전도체 물질을 얻기 위하여, 단일 또는 여러 화염 공정에서 실행될 수 있는, 심지어 반복될 수도 있는 예를 들어 하소(calcining)와 같은 사전화염처리(pre-firing), 소결(sintering) 및 선택적으로 추후-어닐링(post-annealing)하는 서브 단계의 처리 단계들을 실행하는 것이 원칙적으로 필요하다. 그러나, 하나 이상의 고비율의 초전도 위상을 포함하는 양질의 초전도성 물질을 가지고 시작하는 것도 또한 가능하다.
예를 들어, YBCO-기초 초전도체 본체는 금속 산화물 또는 가열하면 금속 산화물로 변하는 화합물을 적절한 몰 비율로 혼합하고, 그 혼합물을 산소 존재하에 약 800 내지 약 1100 ℃ 사이의 온도까지 가열하며, 그 혼합물을 적어도 약 1 시간 동안 산소 존재하에 천천히 냉각함으로써 제조될 수 있다.
BSCCO-기초 초전도체 본체는, 산화물, 탄화물 또는 탄산염 또는 각 원소의 혼합물을 적절한 혼합비로 혼합함으로써 제조될 수 있다. 실질적으로, 하소(calcining)는 약 700 내지 900℃ 온도에서 약 2 내지 약 20시간 동안 실행되고, 하소된 혼합물은 분쇄되어 원하는 형태로 변화되며, 약 800 내지 1100℃ 온도에서 반- 또는 완전히-녹은 상태로 소결된다. 예를 들어, 적절한 BSCCO-기초 화합물 및 그 제조방법의 예들은 여기서 특히 참조되는 유럽특허-B-0 330 305 및 유럽특허-A-0 327 044에서 찾을 수 있다.
특히, 예를 들어 특히 참조되는 독일특허-A-38 30 092, 유럽특허-A-0 451 532, 유럽특허-A-0 462 409 및 유럽특허-A-0 477 493에 개시된 용융 주조 방법을 사용하여 제조된 초전도 본체와 특히 원심분리 주조 방법이 바람직하다.
예를 들어, 유럽특허 0 462 409에는 관형 초전도체 본체의 생산 방법이 개시되어 있는데, 여기서 산화 출발 혼합물은 900 내지 1100℃ 온도에서 미리 정해진 화학양론으로 그 수평축을 중심으로 회전하는 주조 구역을 통과하게 된다. 고형화된 형태의 본체는 주조 구역에서 분리되어 산소를 포함하는 대기에서 700 내지 900℃ 온도로 4 내지 150시간 동안 열처리된다. 이 방법은 특히 BSCCO-기초 초전도체 본체에 적합하다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조한 바람직한 실시예를 통하여 더 상세하 게 설명한다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정 실시예에 한정되지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 길이방향 슬롯(2)은 초전도체 본체(1)의 각 가장자리와 길이방향 슬롯(2) 사이에 위치한 양 측부에 절개되지 않은 구역을 남기면서, 초전도체 본체(1)의 일단에서 타단까지 연장된다.
길이방향 슬롯(2)은 초전도체 본체(1)의 종축에 평행하게 연장된다.
길이방향 슬롯(2)에 의해 한정되는 초전도체 본체의 길이를 따라 길이방향 슬롯(2)에 수직인 가로방향 슬롯들(3)이 초전도체 본체의 둘레에 서로 평행하게 번갈아 교대로 절개한다.
각 가로방향 슬롯(3)은 길이방향 슬롯(2)에서 시작하여 초전도체 본체(1)의 둘레 원주를 따라 종점(5)까지 이어지며, 여기서 종점(5)과 길이방향 슬롯(2)에서 각 가로방향 슬롯(3)의 시점 사이의 거리는 초전도체 본체(1)의 둘레에 절개되지 않은 구역을 한정한다. 가로방향 슬롯(3)은 길이방향 슬롯(2)의 각 말단에 제공된다. 길이방향 슬롯(2)의 각 말단에서 이러한 두 슬롯들(3) 사이에 다수의 가로방향 슬롯(3)이 서로 평행하게 번갈아 배치되도록 제공된다. 유입 전류는 초전도체 본체의 일단에서 타단까지 길이방향 슬롯(2)과 가로방향 슬롯(3)에 의해 한정되는 나선(6) 통로를 따라 흐른다.
본 발명에서 "나선(windings)"이란 용어는 초전도체 본체(1)의 두 인접한 가로방향 슬롯(3) 사이의 통로 단편을 의미한다.
인접한 나선(6)에서 슬롯들(2,3)의 특정 형태 때문에, 전류는 반대 방향으로 흐른다. 상세히 설명을 위하여 본 발명의 초전도체 부품이 도 2에 전개된 상태로 도시되어 있다. 도 2에서 길이방향 슬롯(2)은 오른쪽 측면에 표시된다. 예를 들어, 상부에서 하부로 흐르는 전류 흐름은 상부 좌측 말단의 첫 번째 나선으로 공급되고, 좌측에서 우측으로 슬롯의 종점(5)까지 흐르며, 다음 나선으로 선회하여 우측에서 좌측으로 흐르고, 이와 같이 하여 바닥의 가장 낮은 나선까지 흘러 전류는 초전도체 부품를 떠난다.
본 발명의 구성의 장점은 전체 전기 통로를 따라 인접한 나선 사이의 통로 길이가 짧다는 점이다. 결과적으로 전류 이상 상황에서 인접한 나선 사이의 국부 전압 및 전압차는 작다. 전압차가 작기 때문에 전류 이상 상황에서 방전의 위험은 거의 없다.
또한, 인접한 나선에서 전류는 반대 방향으로 흐르기 때문에 인접한 나선을 통한 전류 흐름에 의해 발생한 자기장은 서로에 의하여 감소되고 심지어 상보된다.
길이방향 슬롯(2)과 가로방향 슬롯(3)의 너비는 특히 제한되지 않으며, 필요에 따라 선택될 수 있다.
예를 들어, 바람직하게는 인접한 나선 사이에 충분한 절연을 획득하기 위하여 너비가 충분히 크게 선택될 수 있다. 만약 슬롯에 의해 충분한 절연이 제공된다면, 비용의 절약과 초전도체 부품의 냉각 성능 향상의 차원에서 절연 물질의 제공을 생략할 수 있다.
인접한 나선(6)의 회전점, 즉 길이방향 슬롯(2)의 양 측면에서 가로방향 슬롯(3)의 말단 구역(5)에 충분한 절연을 제공하기 위하여, 필요하다면 길이방향 슬롯(2)의 너비는 가로방향 슬롯(3)이 너비보다 충분히 더 크게 선택될 수 있다. 특 정값은 아래 예에서 주어질 것이다. 그러나, 이러한 값은 명백히 초전도체 부품의 실제 크기에 따라 변할 수 있다.
본 발명에 따른 절개된 실린더형 초전도체 본체(1)를 전개 도시한 도 2로부터, 초전도체 물질이 통로의 코스가 구불구불한 띠와 유사한 경로의 통로를 따른다는 것을 알 수 있다. 일반적으로 초전도체 본체의 임계 전류 밀도 및 전류 수송 용량과 같은 전기적 특성은 그 단면에 의해 한정된다. 즉, 이러한 특성은 단면이 증가하면 증가한다.
본 발명에서 초전도체 물질로 형성된 통로의 단면은 실린더형 초전도체 본체의 벽 두께, 두 인접한 가로방향 슬롯(3) 사이의 수직선에 의해 한정되는 통로의 너비 및 각 가로방향 슬롯(3)의 종점(5)과 길이방향 슬롯(2) 사이의 수직선의 길이에 의해 한정될 수 있다.
보통, 상기 두 인접한 가로방향 슬롯(3) 사이의 거리와 가로방향 슬롯(3)의 종점(5)과 길이방향 슬롯(2) 사이의 거리는 같거나 거의 같을 수 있다. 그러나, 적절하다면 이 거리는 다를 수 있다. 예를 들어, 개선된 전류 흐름 및 전기적 거동을 달성하기 위하여 나선(6)을 따라 그리고 회전점에서 각각 다른 단면을 가지는 것이 적절할 수 있다.
또한, 그 종점(5)에서 가로방향 슬롯(3)의 형태, 즉 슬롯(3)의 바닥의 형태는 필요에 따라 자유롭게 선택될 수 있다.
보통, 용이한 생산을 위한 실질적인 이유에서, 바닥은 직사각형과 같은 모난 형태를 가진다. 그러나 개선된 전기적 거동을 달성하기 위하여 필요하다면 둥근 형 태를 가지는 것도 가능하다.
도 1에서 초전도체 본체 양단의 절개되지 않은 구역에서 참조 번호 4로 표시된 바와 같이, 초전도체 본체를 다른 전기적 장치와 연결할 수 있도록 전기적 접촉부가 제공될 수 있다.
전기적인 접촉부(4)는 바람직하게는 은 시트로 형성된다. 그러나, 이러한 접촉부는 또한 은 이외의 금속들, 예를 들어 구리에 기초한 번인(burned-in) 금속 접촉부 또는 시트 접촉부를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 초전도체 부품의 외부면에 분로(shunt)가 적용될 수 있다. 이러한 분로는 보통의 전도 상태에서 초전도체 물질보다 저항이 낮은 보통의 전도 물질로 만들어진다. 초전도체 물질의 과열과 소위 "과열점(hot spots)"의 생성을 방지기 위하여, 초전도체 부품에 보통의 전도성 물질의 이러한 분로를 제공하는 것은 잘 알려져 있다. 온도가 상승하는 경우, 예를 들어 단락으로 인한 제한 상황에서, 전류는 분로로 우회하고 열은 분산된다.
원칙적으로 분로를 위한 물질로서, 이상 전류를 원하는 값으로 제한하는 적절한 저항을 가진 모든 물질이 적합할 수 있다. 예를 들어, 이러한 물질은 대응하는 전도성 플라스틱일 수 있으나, 금속이 바람직하다. 금속의 특정 예로는 구리, 니켈구리(CuNi)와 같은 구리 합금 및 스테인리스강이 있다. 예를 들어, 니켈구리(CuNi) 합금은 30μΩ/㎝의 저항을 가지고 스테인리스강은 77Ｋ에서 50μΩ㎝의 저항을 가진다.
분로 물질은 어떤 적절한 방법에 의해 실린더형 초전도체 본체의 외부면에 적용될 수 있다. 예를 들어, 분로는 납땜(soldering)에 의해 적용될 수 있다.
예를 들어, 실린더형 초전도체 부품의 외부면에 분로를 제공하기 위하여, 슬롯의 절개에 앞서 금속 클래딩(cladding)이 초전도체 본체의 외부면에 납땜 될 수 있다. 그 후, 슬롯은 클래딩 물질과 초전도체 물질 모두에 절개될 수 있다.
보통, 분로는 전기적인 접촉부(4)로 형성된 실린더형 초전도체 본체의 말단 구역에 전기적 접촉을 한다.
또한, 본 발명의 실린더형 초전도체 부품에는 기계적 안정성을 향상시키기 위하여 강화 요소가 제공될 수 있다.
예를 들어, 실린더형 초전도체 부품의 공동 속에, 유리 섬유 강화 플라스틱과 같은 비전도성 또는 거의 비전도성 물질로 만들어진 대응하는 실린더형 강화 요소가 설치될 수 있다.
실린더형 강화 요소는 고체 또는 중공체일 수 있으며, 튜브 또는 파이프 같은 중공체가 바람직하다.
실린더형 강화 요소의 크기는 실린더형 초전도체 본체의 동공의 크기에 맞게 조절된다. 실린더형 강화 요소와 실린더형 초전도체 본체 모두의 길이방향 길이는 동일하거나 또는 본질적으로 동일할 수 있다. 보통, 더 간단히 다룰 수 있도록, 실린더형 강화 요소의 길이는 조금 크게 선택될 수 있다.
강화 요소는 의도하지 않은 미끄러짐을 피하기 위하여 적절한 수단으로 초전도체 부품에 고정된다. 예를 들어, 강화 요소의 외부면은 실린더형 초전도체 부품의 내부면에 납땜되거나 접착될 수 있다.
저항 전류 제한기에 본 발명에 따른 하나 이상의 초전도체 부품이 적용될 수 있다. 이러한 초전도체 부품들은 서로 평행하게 또는 일렬도 연결될 수 있으며, 일렬로 연결되는 것이 바람직하다.
설명을 돕기 위하여 다음 예에서 본 발명의 실린더형 초전도체 부품의 특정 실시예가 도 1을 참조하여 더 상세히 주어진다.
실린더형 초전도체 부품이 길이 280mm, 외부 직경 50mm 그리고 내부 직경 46mm를 가진 BSCCO 2212로 만들어진 실린더형 초전도체 본체로부터 제조된다. 초전도체 부품의 외부면에 2mm 두께를 가지는 니켈구리(CuNi) 클래딩 또는 튜브가 납땜된다(도시되지 않음).
실린더형 초전도체 본체에, 길이방향 슬롯(2)이 본체 양단에 20mm 길이의 절개하지 않은 구역의 남기고 종축에 평행하게 절개된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 가로방향 슬롯(3)이 길이방향 슬롯(2)에서 시작하여 종축에 수직으로 서로 평행하게 번갈아 교대로 절개된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 길이방향 슬롯(2)은 그 양 단부에 본 실시예에서는 같은 방향을 가지는 가로방향 슬롯(3)이 제공된다. 또한, 본 실시예에서 가로방향 슬롯(3)과 길이방향 슬롯(2)은 2mm의 동일한 너비를 가진다. 상기한 바와 같이 슬롯들(2,3)의 너비는 특히 제한되지 않고 필요에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서 슬롯들(2,3)은 1mm의 너비를 가질 수도 있다.
이 단편에서 통로의 너비를 한정하는 인접한 가로방향 슬롯(3) 사이의 거리와 가로방향 슬롯(3)의 종점(5)에서 길이방향 슬롯(2)까지의 수직선은 예컨대 15mm 이다.
실린더형 초전도체 본체의 양단에는, 첫 번째 가로방향 슬롯(3)에 인접한 접촉부(4)의 가장자리와 상기 가로방향 슬롯(3) 사이에 5 mm의 간격을 두고, 예컨대 15mm 깊이로 실린더형 초전도체 본체에 끼워지는 구리로 만들어진 전기적 접촉부(4)가 제공된다.
상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 인접한 도체 세그먼트 사이에서 발생하는 국부 전기장이 가능한 한 작아서, 절연이 전혀 필요하지 않거나 얇은 절연층 만으로 충분한 전기 절연을 달성할 수 있는 저항적 전류 제한기로서 유용한 초전도체 부품을 제공할 수 있다.
Claims (11)
- 실린더형 초전도체 본체(1)를 포함하는 실린더형 초전도체 부품에 있어서,상기 실린더형 초전도체 본체(1)에는, 각각 본체의 일단 및 타단과 슬롯의 시점 및 종점 사이에 절개되지 않은 구역은 남기면서 본체의 일단에서 타단까지 종축에 평행하게 연장되는 길이방향 슬롯(2), 및 상기 길이방향 슬롯(2)에 수직으로 상기 본체내로 갈라진 다수의 가로방향 슬롯(3)이 제공되며,상기 각 가로방향 슬롯(3)은 길이방향 슬롯(2)에서 시작하여 그로부터 일정거리의 종점(5)까지 상기 본체(1)의 둘레를 따라 연장되도록 본체(1)를 절개하고, 상기 각 가로방향 슬롯(3)의 시점에서 길이방향 슬롯(2)과 종점(5) 사이의 거리는 상기 본체의 둘레에 절개되지 않은 구역을 한정하며,상기 가로방향 슬롯들(3)은 실린더형 초전도체 본체(1)의 둘레를 서로 평행하게 번갈아 교대로 절개하는 것을 특징으로 하는 실린더형 초전도체 부품.
- 제1항에 있어서,상기 실린더형 초전도체 본체(1)는 고온 초전도체 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 실린더형 초전도체 부품.
- 제2항에 있어서,상기 고온 초전도체 물질은 Bi-Ae-Cu-O, (Bi, Pb)-Ae-Cu-O, (Y, Re)-Ae-Cu-O 및 (Tl, Pb)-(Ae, Y)-Cu-O에서 선택되며, 여기서 상기 Ae는 적어도 하나의 알칼리 토원소를 의미하고 상기 Re는 적어도 하나의 희토류 원소를 의미하는 것을 특징으로 하는 실린더형 초전도체 부품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 고온 초전도체 물질은 BSCCO-2212 또는 BSCCO-2223에 기초한 고온 초전도체 물질로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 실린더형 초전도체 부품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 초전도체 본체(1)의 외부면에 보통의 전도성 물질의 분로가 적용되는 것을 특징으로 하는 실린더형 초전도체 부품.
- 실린더형 초전도체 본체(1)에 길이방향 슬롯(2)과 상기 길이방향 슬롯(2)에 수직인 다수의 가로방향 슬롯(3)이 제공되며,상기 길이방향 슬롯(2)은, 각각 본체(1)의 일단 및 타단과 길이방향 슬롯(2)의 시점 및 종점 사이에 절개되지 않은 구역을 남기면서, 상기 본체(1)의 일단에서 타단까지 연장되고,상기 다수의 가로방향 슬롯들(3)은 평행하게 번갈아 교대로 절개되고, 각 가로방향 슬롯(3)은 길이방향 슬롯(2)에서 시작하여 그로부터 일정거리의 종점(5)까지 본체(1)의 둘레를 따라 연장되도록 실린더형 초전도체 본체(1)에 절개되며, 각 가로방향 슬롯(3) 시점에서 길이방향 슬롯(2)과 종점(5) 사이의 거리(d)는 실린더형 초전도체 본체(1)의 둘레에 절개되지 않은 구역을 한정하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 실린더형 초전도체 부품의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 실린더형 초전도체 본체(1)는 그 외부면에 적용된 보통의 전도성 물질의 클래딩(cladding)을 가지고, 상기 슬롯들(2,3)을 상기 클래딩과 초전도 물질 모두에 절단되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제6항에 있어서,상기 실린더형 초전도체 본체(1)는 BSCCO-2212 또는 BSCCO-2223으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제7항에 있어서,상기 클래딩을 위한 물질은 구리, 구리합금 또는 스테인리스강에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 실린더형 초전도체 부품을 포함하는 저항적 전류 제한기.
- 제10항에 있어서,상기 실린더형 초전도체 부품은 서로 평행하게 또는 일렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 저항적 전류 제한기.
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