KR101050677B1

KR101050677B1 - 초전도 케이블 및 이 초전도 케이블을 사용한 초전도 케이블 선로

Info

Publication number: KR101050677B1
Application number: KR1020040028919A
Authority: KR
Inventors: 후지카미준
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2011-07-21
Also published as: EP1489629A3; US7743485B1; JP2005032698A; CN1574109A; US20040256141A1; CN100336138C; HK1070178A1; KR20040110081A; JP4207223B2; US7151225B2; EP1489629A2

Abstract

각각 초전도층을 갖는 케이블 코어들이 단열관에 수납되고, 각각의 케이블 코어의 초전도층은 다른 임계 전류값을 갖는 부위를 갖는 구성을 갖는 초전도 케이블이 제공된다. 단락 사고의 경우 과다한 전류가 초전도층에 흐를 때, 전류는 먼저 보다 작은 임계 전류값을 갖는 부위의 임계 전류값을 초과하여, 상기 부위에 손상을 초래하며, 다른 정상부위에 대한 손상의 발생을 억제한다. 그와 같은 초전도 케이블을 사용하는 초전도 케이블 선로과 그 안에 케이블 코어들을 수용하기 위한 분할기가 또한 제공된다.

초전도층, 케이블 코어, 단열관, 임계 전류값, 초전도 케이블, 초전도 케이블 선로, 분할기

Description

초전도 케이블 및 이 초전도 케이블을 사용한 초전도 케이블 선로 {Superconducting cable and Superconducting cable line using the same}

도 1은 본 발명에 따른 초전도 케이블을 갖는 케이블 선로의 단말부로서, 케이블 코어들의 전류 제한부가 단말 접속 박스에 위치하는 예를 설명하는 개략도.

도 2는 본 발명의 초전도 케이블을 갖는 케이블 선로의 중간 접속부로서, 상기 케이블 코어들의 전류 제한부가 중간 접속 박스에 위치하는 예를 설명하는 개략도.

도 3은 3-심 3-상(three-core three-phase) 초전도 케이블을 설명하는 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 초전도 케이블 2: 단말 접속 박스

3: 중간 접속 박스 10; 케이블 코어

11, 12; 전류 제한부 20: 초전도 전도층

21: 차폐층

본 발명은 초전도 케이블 및 그 초전도 케이블을 포함하는 초전도 케이블 선로에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 예를 들면 단락 사고와 같은 고장에 의한 손상이 감소될 수 있는 초전도 케이블에 관한 것이며, 또한, 그와 같은 타입의 초전도 케이블을 사용하는 초전도 케이블 선로에 관한 것이다.

예를 들면 Bi-계 고 임계 온도(Tc) 초전도 테이프들로 형성된 초전도 케이블 도체를 갖는 초전도 케이블이 공지되어 있다(예를 들면, 계류 중인 일본 특허 출원 공보 제 2001-325836). 도 3은 복수의 케이블 코어들(102)을 합체하는 3-심 3-상 초전도 케이블(100)을 설명하는 단면도이다. 상기 초전도 케이블(100)에 있어서, 3개의 케이블 코어(102)는 단열관(101)에 스트랜드화(strand) 및 수납시킨다.

상기 단열관(101)은 단열 재료(도시되지 않음)가 외관(101a)과 내관(101b) 사이의 공간에 배열되고, 그 공간이 진공 상태로 지속되도록 2중 관 구조를 갖는다. 각각의 케이블 코어(102)는 중심으로부터 연속해서 형성자(200), 초전도 전도층(201)(예를 들면 초전도 선재로 제조되며, 이하에는 "초전도 전도층"이라 칭한다), 전기 절연층(202), 차폐층(203), 및 보호층(204)을 포함한다. 상기 초전도 전도층(201)과 차폐층(203)은 모두 상기 형성자(200)와 전기 절연층(202) 둘레에 다층 구조로 초전도 선재들을 나선형으로 권선함으로써 형성된 초전도층들이다. 일반적으로, 내관(101b)과 각각의 케이블 코어(102) 사이의 공간(103)은 냉매 채널로서 작용한다. 폴리비닐 염화물로 제조된 방식층(104)은 단열관(101)의 외주에 제공된다.

상술된 다상(multiphase) 초전도 케이블들이 서로 연결되거나 또는 그와 같은 케이블이 상전도 케이블(normal conducting cable)에 연결될 때, 또는 단말 구조체가 형성될 때, 그와 같은 작업은 각각의 케이블 상에 대해, 즉, 상기 케이블 코어들을 분할함으로써 형성된다. 그와 같은 경우에 있어서, 상기 케이블 코어들은 냉매에 의해 극저온으로 지속되는 분할기(splitter)에서 분할되며, 상기 케이블 코어들은 서로로부터 분리되도록 상기 분할기에 보유된다.

단락 사고가 상전도 케이블에 발생할 때, 도체에는 큰 전류가 흐른다. 66 kV 상전도 케이블에 있어서, 예를 들면, 약 31.5 kA 단락 전류가 상기 도체에 흐른다. 상기 상전도 케이블에 있어서와 같이, 단락 사고의 경우 초전도 도체층에는 큰 단락 전류가 흐른다.

정상 작동하에, 초전도 케이블에 흐르는 전류가 적은 킬로-암페어에 불과하므로, 상기 초전도층의 직류(DC) 임계 전류값(I_C)은 교류(AC) 정격 전류(Io)에 대해, 예를 들면, Ic≥ √2 x Io로 설정된다. 그러나, 일반적으로 초전도층을 형성하는 초전도 도체는 고가이므로, 임계 전류값(Ic)에 대한 마진(margin)을 증가시키기 위해 가격 효율적인 면에서 어려움이 따른다. 단락 사고가 임계 전류값(Ic)의 관점에서 비교적 작은 마진을 갖는 초전도 전도층에 단락 전류를 흐르도록 하기 때문에, 초전도 상태는 임계 전류값(Ic) 이상으로 지속될 수 없으며, 상기 초전도층을 초전도 상태에서 상전도 상태로 전이시킨다. 즉, 초전도층이 열을 발생시키도록, 소위 "담금질(quenching)"이 발생하고, 상기 초전도 케이블은 온도의 증가로 인해 손상을 입게 된다.

다상 초전도 케이블에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 분할기에 수납된 케이블 코어들이 열을 발생시킬 때, 증가된 온도는 케이블 코어들 주위의 액체 질소와 같은 냉매를 증발시키며, 그 결과 상기 분할기에서의 압력의 과다한 증가를 초래하며, 따라서 케이블에 손상을 입힌다.

그와 같은 손상은 초전도 케이블의 어떠한 부위에서도 발생할 수 있으며, 따라서, 손상된 부위를 특정하기가 어렵게 된다.

따라서, 본 발명의 주 목적은 단락 사고의 경우 심각한 손상을 방지할 수 있는 초전도 케이블을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 손상 부위가 용이하게 특정될 수 있고, 단락 사고의 경우 우수한 수선 실행 가능성을 성취할 수 있는 상술된 타입의 초전도 케이블을 사용하는 초전도 케이블 선로를 제공하는 것이다.

본 발명에 있어서, 상술된 목적은 초전도층의 임계 전류를 차별화함으로써 성취될 수 있다.

특히, 본 발명은 임계 전류들이 다른 부위들이 제공되는 초전도층을 포함하는 초전도 케이블을 제공한다.

단락 사고의 경우, 직류 임계 전류값이 관점에서 비교적 적은 마진을 갖는 초전도 케이블에 있어서, 상기 초전도층은 담금질에 따른 열을 발생시키고, 상기 케이블은 온도의 증가에 의해 손상을 입을 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 고장의 경우 큰 전류가 흐를 때 손상될 부위가 의도적으로 제공되며, 다른 부위들이 손상되는 것을 방지함으로써, 전체 초전도 케이블이 손상될 가능성을 감소시킨다. 손상될 부위는 상기 초전도층의 임계 전류를 차별화함으로써 제공된다.

특히, 초전도층에 있어서, 다른 부위들보다 작은 임계 전류를 갖는 전류 제한부가 제공될 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서, 상기 전류 제한부는, Io가 교류 정격 전류를 나타내고, Ica가 초전도층을 위해 제공되는 전류 제한부의 임계 전류를 나타내며, Ic가 다른 부위들의 임계 전류를 나타낼 때, Ic ＞ Ica ≥ √2 x Io를 충족하는 상태를 만족시키도록 제공된다. 만약, 작은 임계 전류값을 갖는 많은 부위들이 제공될 경우, 사고의 경우 많은 부위들이 손상을 입을 것이며, 손상으로부터 보호될 수 있는 부위들이 감소된다. 따라서, 그와 같은 손상 부위들을 수선하는 것은 시간 소모적이 된다. 따라서, 오직 하나 또는 극소수의 전류 제한부만을 제공함으로써, 초전도 케이블 전체에 대한 손상이 감소될 수 있고, 우수한 수선 실행 가능성이 성취될 수 있다.

작은 임계 전류를 갖는 부위 또는 전류 제한부는 초전도 도체층이나 또는 차폐층 중 적어도 하나를 위해 제공될 수 있다. 즉, 그것은 오직 초전도 도체층이나 또는 차폐층을 위해 제공될 수 있으며, 그들 모두를 위해 제공될 수도 있다.

본 발명에 따른 상술된 초전도 케이블은 초전도 케이블 선로에서 적절히 사용될 수 있다. 특히, 만약 본 발명의 초전도 케이블이 각각 초전도층을 갖는 복수의 케이블 코어들로 형성된 다상 초전도 케이블인 경우, 다음의 케이블 선로가 적절히 형성될 수 있다. 본 발명의 케이블 선로는 상술된 본 발명의 초전도 케이블 및 상기 케이블 코어들의 분리된 부위들을 수납하는 분할기(이하, "코어-분리부"라 칭한다)를 포함한다. 임계 전류값이 차별화되는 부위들은 분할기에 수납된다.

상술된 바와 같이, 공지된 초전도 케이블을 사용하는 케이블에 있어서는, 케이블 선로의 어떠한 부위도 단락 사고의 경우 손상을 당할 수 있으며, 따라서, 손상된 부위를 특정하기가 어렵게 된다. 그러나, 본 발명의 초전도 케이블에 있어서는, 사고의 경우 의도적으로 손상될 부위가 특정 위치에 배치되고, 따라서, 특히, 분할기에서 손상부의 검출이 용이하게 될 수 있다. 정상적으로, 초전도 케이블들은 지하의 관로(duct line)에 위치한다. 따라서, 본 발명의 초전도 케이블이 케이블 선로의 불확정 위치에 배치될 때, 손상될 부위는 지하의 관로에 위치될 수 있다. 그와 같은 관로에 있어서는 일반적으로 수선을 행하기가 어렵고 실행이 불가능하게 된다. 그러나, 분할기에 있어서, 다양한 작동이 수행될 수 있다; 상기 케이블들의 검사 또는 대체를 위해 분할기 내부를 점검하는 것이 가능하다. 따라서, 손상부의 수선이 용이하게 수행될 수 있다.

상기 분할기는 그 안의 다상 초전도 케이블의 분할 케이블 코어들을 수용하기 위해 사용된다. 예를 들면, 케이블 선로의 단부에 배열된 단말 접속 박스, 및 케이블 선로의 중간 접속부에 배열되어 접속 케이블들을 위해 사용되는 중간 접속 박스와 같은, 다양한 타입의 분할기가 있다. 상기 분할기는 냉매로 채워짐으로써, 상기 케이블 코어들의 코어 분리부가 그들의 초전도 상태를 지속하도록 냉각될 수 있다. 따라서, 상기 분할기는 적합하게도 단열 구조체를 형성한다. 단락 사고의 경우에 있어서, 열은 임계 전류값이 작은 분할기에 있어서 케이블의 부위에 발생된다. 다음에 가열된 부위 주위의 냉매들은 분할기 내부의 압력을 크게 증가시키도록 증발되며, 따라서, 케이블 코어들에 손상을 초래할 수 있게 된다. 따라서, 냉매의 증발에 의한 압력의 증가를 방지하기 위해, 적합하게는 조절 밸브(regulating valve)가 상기 분할기에 제공될 수 있다.

작은 임계 전류값을 갖는 부위가 상기 분할기에 배치된 케이블 코어들의 어떠한 부위에 배열될 수 있다. 적합하게도, 그것은 조립된 코어들의 코어 분리부로부터 떨어진 위치에, 즉, 분리된 케이블 코어들 사이의 거리가 큰 위치에; 예를 들면, 단말 접속 박스의 경우 케이블 코어들의 분할단측(spilt end side)에, 그리고 중간 접속 박스의 경우 중앙부에 배치되며, 따라서, 높은 수선 작업성이 성취될 수 있다.

상기 분할기에는 케이블 코어들을 보유하기 위해 사용될 수 있는 보유 고정구들이 제공된다. 보유 고정구들은 케이블 코어들이 서로로부터 분리되는 상태에서 케이블 코어들의 각각을 보유할 수 있으며, 적합하게도 상기 보유 고정구는 케이블 코어들의 팽창과 수축에 따라 분할기에서 이동될 수 있다.

본 발명의 초전도 케이블에 있어서, 임계 전류값이 차별화되는 부위를 의도적으로 제공함으로써, 단락 사고에 의한 손상이 오직 상기 부위에만 발생할 수 있으며, 초전도 케이블 전체에 대한 손상의 발생이 제한될 수 있다. 따라서, 케이블 전체에 대한 손상 가능성은 감소된다. 또한, 단락 사고의 경우에 있어서, 손상부는 용이하게 미리 결정될 수 있다. 본 발명의 초전도 케이블을 사용하는 초전도 케이블 선로에 있어서, 손상될 부위가 분할기에 배치되고, 연속해서 손상된 부위는 용이하게 특정될 수 있으며, 우수한 수선 실행 가능성이 성취된다.

본 발명에 있어서, 분할기의 압력을 조절하기 위한 조절 밸브를 제공함으로써, 단락 전류에 의해 발생되는 열로 인한 냉매의 증발로 인해 초래되는 상기 분할기 내부의 압력 증가가 효과적으로 방지될 수 있으며, 따라서, 압력 증가로 인한 케이블 코어들의 손상이 감소되거나 제거될 수 있다.

본 발명은 이하에서 상세히 설명된다. 본 발명의 초전도 케이블은 초전도 도체층과 초전도 선재로 제조된 차폐층을 포함하는 케이블 코어를 갖는다. 그것은 하나의 케이블 코어를 포함하는 단상 초전도 케이블 또는 복수의 케이블 코어들을 포함하는 다상 초전도 케이블로 된다. 후자의 경우, 3-심 3-상 초전도 케이블이 단열관에 스트랜드된 3개의 케이블 코어들을 수납함으로써 형성될 수 있다. 상기 차폐층은 상기 초전도 도체층의 외주를 커버하는 전기 절연층 둘레에 제공되며, 상기 초전도 도체층에 흐르는 전류에 의해 유도되는 전류가 상기 차폐층에 흐름으로써, 상기 초전도 도체층에서 발생된 자장을 상쇄하는 기능을 갖는 자장이 발생한다.

본 발명의 초전도 케이블에 있어서, 상술된 초전도층에는 다른 임계 전류값을 갖는 부위들이 제공된다. 예를 들면, 큰 임계 전류값을 갖는 부위와 작은 임계 전류값을 갖는 부위가 제공되어, 사고가 발생할 경우, 상기 큰 임계 전류값을 갖는 부위는 손상을 입게 되는 작은 임계 전류값을 갖는 부위로 보호된다. 단락 사고의 경우, 큰 전류가 흐를 때, 전류는 큰 임계 전류값을 갖는 부위에서 보다 작은 임계 전류값을 갖는 부위에서 상기 임계 전류 한계를 훨씬 조기에 초과하며, 작은 임계 전류값을 갖는 부위는 큰 저항을 발생하며, 작은 임계 전류값을 갖는 부위가 손상을 입도록 열을 발생한다. 즉, 작은 임계 전류값을 갖는 부위는 큰 임계 전류값을 갖는 부위보다 훨씬 조기에 담금질되며, 따라서, 큰 임계 전류값을 갖는 부위에 대한 손상이 감소되거나 제거된다.

상기 초전도층에 있어서, 상기 임계 전류값은 초전도층을 형성하는 초전도 케이블 도체의 다양한 인자들을 변화시킴으로써, 특히, 1) 초전도 케이블 도체에 사용된 초전도 선재의 양과, 2) 상기 초전도 선재를 구성하는 개별 재료들의 양, 및 3) 상기 초전도 선재에 사용된 재료들의 종류를 변화시킴으로써 변경될 수 있다.

상술된 실예 1)에 있어서, 작은 임계 전류값을 갖는 부위를 위해 사용되는 초전도 선재의 수는 큰 임계 전류값을 갖는 부위를 위해 사용되는 초전도 선재와 비교하여 감소될 수 있다. 즉, 상기 작은 임계 전류값을 갖는 부위 및 전기 절연층 위에 권선된 초전도 선재의 수는 감소된다. 이와 같은 형태에 있어서, 작은 임계 전류값을 갖는 부위를 형성하는 초전도 선재는 큰 임계 전류값을 갖는 부위를 형성하는 초전도 선재의 부위에 접속된다. 이 경우, 상기 초전도 선재들의 접속은 예를 들면 납땜 또는 구리 압축 슬리브에 의해 작은 접속 저항을 형성하는 방식으로 수행된다. 예를 들면, Bi2223-상 산화물 초전도체와 같은, Bi-계를 사용하는 초전도 테이프가 상기 초전도 선재로서 사용될 수 있다. 상기 초전도 테이프는 예를 들면 튜브-내-분말 방법(powder-in-tube method)에 의해 형성될 수 있다. 특히, 예를 들면 Bi2223-상과 같은 초전도상의 재료 분말이 예를 들면 Ag로 제조되는 금속관 안으로 삽입되고, 상기 분말을 포함하는 관은 클래드 선재 안으로 인입된다. 따라서 다발로 제조되고, 예를 들면 Ag로 제조된 금속관 안으로 삽입되는 클래드 선재는 다중필라멘트 선재 안으로 인입된다. 연속적으로, 상기 다중필라멘트 선재는 초전도 테이브를 생성하기 위해 압연 및 열처리된다.

상술된 실예 2)에 있어서, 실예 1)에서와 같이, 튜브-내-분말 방법에 의해 형성된 초전도 선재가 사용된다. 이 경우에 있어서, 작은 임계 전류값을 갖는 부위를 위해 사용되는 초전도 선재를 형성하기 위해, 초전도의 양은 큰 임계 전류값을 갖는 부위를 위한 것보다 작게 형성되며, 반대로, 상기 초전도 선재를 형성하는 은 또는 은 합금은 증가된다. 즉, 작은 임계 전류값을 갖는 부위를 위한 초전도 선재들의 수와 작은 임계 전류값을 갖는 부위를 위한 초전도 선재들의 수는 동일하게 되며, 상기 초전도 선재들을 형성하기 위해 사용되는 초전도체의 양은 상기 2 부위들에 대해 다르게 나타난다.

상술된 실예 3)에 있어서, 튜브-내-분말 방법에 의해 형성된 Bi-계 산화물 초전도체는 큰 임계 전류값을 갖는 부위를 위해 사용되며, 소위 "벌크-초전도체", 즉, Ag와 같은 금속 매트릭스를 갖지 않는 초전도상으로 제조된 초전도체는 작은 임계 전류를 갖는 부위를 위해 사용될 수 있다. 특별히 벌크 초전도체의 초전도상 은 상술된 Bi-계 산화물 초전도상, 및 화학식 Re-Ba-Cu-O(Re는 Y, Sm, Nd, 또는 Pr과 같은 란탄 시리즈 요소를 타나낸다)를 갖는 희토류계 초전도상을 포함한다. 상기 희토류계 초전도상의 특별 구성은 YBa₂Cu₃Ox, Y₂BaCuOx, NdBa₂Cu₃Ox, Nd₄Ba₂Cu₂Ox, SmBa₂Cu₃Ox, Sm₂BaCuOx, PrBa₂Cu₃Ox, Pr₂BaCuOx, 또는 HoBa₂Cu₃Ox로 될 수 있다. 상기 벌크 초전도체가 Ag와 같은 금속을 사용하지 않고 산화물상으로만 형성되므로, 사고의 경우, 큰 저항이 쉽게 발생한다. 만약, 테이프의 형상과 같은 적합한 형태로 형성될 경우, 상기 벌크 초전도층은 용이하게 취급될 수 있다.

사고의 경우 높은 저항을 생성하는 다른 초전도 재료는 상술된 금속계 플레이트상의 Re 초전도층을 형성함으로써 형성되는 초전도체가 될 수 있다. 예를 들어, 스테인레스강이 상기 금속계 플레이트로서 사용될 수 있다. 상기 Re 초전도층의 막 형성은 화학적 증기 증착법(CVD) 또는 물리적 증기 증착법(PVD)과 같은 공지된 방법에 의해 수행될 수 있다. 중간층은 예를 들면 상기 금속계 플레이트와 Re 초전도층 사이에 산화이트륨-안정화 지르코니아(YSZ)로 형성될 수 있다. 이와 같은 초전도층은 또한, 상기 금속 베이스 플레이트가 예를 들면 테이프 형상인 적합한 형태로 형성될 경우, 용이하게 취급될 수 있다.

본 발명의 초전도 케이블에 있어서, 작은 임계 전류값을 갖는 부위는 상기 케이블 제조 공정 동안 초전도층을 형성할 때 부분적으로 제공될 수 있다. 선택적으로, 큰 임계 전류값의 초전도층을 갖는 케이블과 작은 임계 전류값의 초전도층을 갖는 케이블이 서로 연결될 수 있다. 즉, 상기 초전도 케이블의 제 1 형성 방법에 있어서, 상기 큰 임계 전류값의 초전도층과 상기 초전도 케이블의 전기 절연층은 연속되며, 절삭 없이 형성된다. 제 2 방법에 있어서, 상기 큰 임계 전류값의 초전도층과 초전도 케이블의 전기 절연층은 단속되며, 그들은 접속부를 통해 연결된다.

본 발명은 적합한 실시예둘의 설명을 통해 첨부된 도면을 참고로 이하 더욱 상세히 설명된다. 도면에 있어서, 동일한 요소들은 유사한 참고 부호로 표시하였으며, 그의 설명은 반복하지 않았다. 도면의 치수 비율에 대하여는 본 실시예들에 있어서 반드시 동일하게 주어지지는 않았다.

예 1

도 1은 본 발명의 초전도 케이블을 갖는 케이블 선로의 단말부를 설명하는 개략도이다; 그의 전류 제한부(11)는 단말 접속 박스(2)에 위치한다. 이하 설명될 예 1 및 예 2에 대한 설명은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 3개의 케이블 코어들(10)을 스트랜드함으로써 형성된 3-심 초전도 케이블(1)의 상황에서 설명된다.

상기 초전도 케이블(1)의 기본 형태는 도 3에 도시된 초전도 케이블(100)과 유사하다. 특히, 상기 초전도 케이블(1)은 중앙으로부터 순차로 각각 형성자(200), 초전도 전도층(20), 전기 절연층(202), 차폐층(21), 및 보호층(204)을 포함하는 3개의 케이블 코어들(10)이 단열관(101)에 스트랜드 및 수납되도록 형성된다. 상기 형성자(200)는 절연 재료로 각각 커버되는 복수의 구리 선재를 스트랜드함으로써 형성된다. 상기 전기 절연층(202)은 초전도 전도층(20)의 외주에서 반합성 절연지{스미토모 덴키 가부시키가이샤에 의해 생산된 PPLP(기록된 상표)}를 권선함으로서 형성된다. 상기 보호층(204)은 차폐층(21)의 외주에 크라프트지(kraft paper)를 권선함으로써 형성된다. 상기 단열관(101)으로서는 SUS 골관(corrugated pipe)이 사용되며, 단열 재료는 진공 상태에서 유지되는 다층 진공 단열 구조를 형성하도록 외관(101a) 및 내관(101b) 사이에 다층 형상으로 배열된다. 상기 단열관(101)의 외주에는 폴리비닐 염화물로 제조된 방식층(104)이 제공된다.

본 발명의 특징은 다른 임계 전류값을 갖는 부위들이 본 발명의 초전도 케이블(1)을 형성하는 각각의 케이블 코어(10)의 초전도층에 제공된다는 점에 있다. 본 발명의 다른 특징은 본 발명의 초전도 케이블(1)을 사용하는 초전도 케이블 선로에 있어서, 다른 임계 전류값을 갖는 부위들이 상기 케이블 선로의 단말부에 제공된 단말 접속 박스(2)에 수납된다는 점에 있다. 상기 첫번째 예에 대하여는 이하 주로 이들 특징적 내용에서 설명된다.

다른 임계 전류값을 갖는 부위들은 초전도 전도층(20)과 차폐층(21) 모두에 제공된다. 이들 초전도층에서는, 다른 부위들(이하, "정상 부위"라 칭함)보다 작은 임계 전류값을 갖는 전류 제한부(11)가 제공된다. 상기 초전도 전도층(20)과 차폐층(21)은 전류 제한부(11)의 임계 전류값이 예를 들면 0.9 x Ic (여기서, Ic는 정상 부위의 임계 전류값을 나타냄)가 되도록 형성된다.

상술된 초전도층들은 튜브-내-분말 방법에 의해 생성된 Ag-Mn 차폐 초전도 선재를 처리함으로써 제조된 Bi2223 초전도 테이프의 다중층들을 나선형으로 권선함으로써 형성된다. 이 경우에 있어서, 상기 전류 제한부(11)를 위해 사용된 초전도 테이프는 클래드 선재들의 수가 정상 부위의 경우와 비교하여 감소함으로써 초전도체의 양이 감소하도록 제조된다. 상기 전류 제한부(11) 및 정상 부위를 위해 사용된 초전도 테이프들은 납땜에 의해 연결된다.

본 발명에 따른 전류 제한부(11)를 갖는 초전도 케이블(1)의 스트랜드된 케이블 코어(10)를 각각 손쉽게 처리하기 위하여, 상기 케이블 코어(10)는 서로 이격되도록 분리된다. 단말 접속 박스(2)에 있어서, 상기 케이블 코어들(10)은 케이블 코어들 사이의 분리된 거리가 코어 분리부로부터 점차 증가하는 방식으로 수납된다. 따라서, 상기 초전도 케이블(1)은 3개의 케이블 코어들(10)의 스트랜드부가 상기 단말 접속 박스의 한 면(도 1의 우측면)에 삽입된 상태에서 상기 단말 접속 박스(2)에 수납되며, 상기 케이블 코어들(10)의 각각의 분할부는 상기 단말 접속 박스의 대향 면(도 1의 좌측면)으로부터 돌출된다. 예를 들면, 액체 질소와 같은 냉매가 상기 케이블 코어들(10)을 냉각시키도록 상기 단말 접속 박스(2)에 충전된다. 따라서, 상기 단말 접속 박스(2)는 단열층(2a)이 제공되는 단열 구조체에 형성된다. 본 예에 있어서, 상기 단말 접속 박스(2)는 원통 형상으로 형성된다.

상기 단말 접속 박스(2)에 수납된 케이블 코어들(10)의 분리는, 상기 단말 접속 박스(2)의 (초전도 케이블의 코어-분할부측상의; on the side of the core-splitting portion of the superconducting cable) 한 면으로부터 {상기 케이블 코어들(10)의 분할부의 단측상의; on the side of the end of split portion of the cable cores 10} 다른 면을 향해 이격되도록, 점진적으로 증가되며, 상기 케이블 코어들(10) 사이의 거리는 상기 면들 사이의 중간으로부터 일정하게 지속된다. 본 예에 있어서, 상기 케이블 코어들(10)은 상기 케이블 코어들(10)의 코어 분할부를 보유하기 위한 제 1 보유 고정구(50)와, 상기 분리된 케이블 코어들(10)의 중간부를 보유하기 위한 제 2 보유 고정구(51), 및 상기 제 1 보유 고정구(50)와 제 2 보유 고정구(51) 사이의 중간부에 의해 상기 케이블 코어들(10)를 보유하기 위한 제 3 중간 보유 고정구(52)에 의해 보유된다.

상기 제 1 보유 고정구(50)는 중심에 링형 부위를 가지며, 3개의 중간 보유 고정구들(52)은 상기 링형 부위의 외주에 고정된다. 상기 제 1 보유 고정구(50)는, 상기 링형 부위의 중앙이 3개의 케이블 코어들(10)에 의해 둘러싸인 공간의 중심에 대체로 위치되고, 각각의 코어(10)가 대응하는 중간 보유 고정구(52)에 위치하도록, 상기 3개의 케이블 코어들(10) 사이에 배치된다. 이와 같은 배열로, 상기 케이블 코어들(10)은 그들 사이의 거리만큼 서로로부터 분할되도록 보유될 수 있다.

상기 제 2 보유 고정구(51)의 기본 형태는 상기 제 1 보유 고정구(50)와 대체로 유사하며, 상기 제 2 보유 고정구(51)의 링형 부위의 직경은 제 1 보유 고정구(5)보다 크게 제조된다. 본 예에서는, 상기 제 2 보유 고정구(51)가 상기 케이블 코어들(10)의 팽창 및 수축에 따라 상기 단말 접속 박스(2)에서 이동하도록, 상기 단말 접속 박스(2)의 내주면과 대체로 점접촉하는 미끄럼부(51a)가 제공된다. 상기 링형 부위의 외주상에서, 상기 미끄럼부(51a)는 상기 중간 보유 고정구(52)가 고정되지 않는 위치에 고정된다.

상기 중간 보유 고정구(52)는 반원형 부재, 예를 들면 홈통형 부재를 결합함으로써 원통 형상으로 형성된다. 본 예에서, 한쌍의 홈통형 부재는 밴드(도시되지 않음)와 같은 클램핑 수단으로 상기 홈통형 부재의 외주를 결합함으로써 케이블 코 어들(10)의 각각의 외주 둘레에 고정되도록 상기 케이블 코어(10)의 외주를 커버하며, 따라서 케이블 코어들(10)이 보유된다. 상기 중간 보유 고정구(52)에서 냉매와 케이블 코어들(10) 사이의 접촉을 용이하게 하기 위하여, 홈통 구멍들이 상기 중간 보유 고정구(52)에 제공될 수 있다.

본 예에 있어서, 전류 제한부(11)는 상기 단말 접속 박스(2)의 케이블 코어들(10)의 분할부(도 1의 좌측)에 배열된다.

본 예에 있어서, 단열관(60)은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 단말 접속 박스(2)로부터 돌출하는 각각의 케이블 코어(10)의 외주에 배열되며, 냉매는 상기 단말 접속 박스(2)에서와 같이 단열관(60)에 충전된다. 따라서, 상기 단말 접속 박스(2)로부터 돌출하는 케이블 코어들(10)은 또한 초전도 상태를 지속할 수 있다. 다른 케이블 코어 또는 연결 장치에 연결될 수 있는 단말부들(61)이 상기 케이블 코어들(10)의 분할부 단부에 제공된다.

본 발명의 상술된 초전도 케이블(1)에 있어서, 단락 사고의 경우 상기 초전도층들에 과도한 전류가 흐를 경우, 그의 임계 전류값이 정상 부위보다 작으므로 상기 과도한 전류는 먼저 전류 제한부(11)에서 임계 전류값을 초과하고, 이어서, 큰 저항이 주로 상기 전류 제한부(11)를 가열하기 위해 발생된다. 결과적으로, 상기 전류 제한부(11)는 손상을 입는다; 그러나, 상기 정상 부위에 대한 손상은 감소되거나 제거될 수 있다. 상술된 바와 같이, 사고의 경우 손상입는 부위가 의도적으로 제공되며, 따라서, 다른 부위들이 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 그와 같은 본 발명의 초전도 케이블(1)을 사용하는 초전도 케이블 선로에 따라, 전체 초전도 케이블 선로에 대한 손상이 감소될 수 있다.

본 예에서, 상기 전류 제한부(11)가 상기 단말 접속 박스(2)에 수납되므로, 단락 사고의 경우 손상된 부위가 용이하게 점검될 수 있고, 따라서, 우수한 수선 실행 가능성이 성취될 수 있다. 또한, 본 예에 있어서, 상기 전류 제한부(11)는 케이블 코어들(10)이 서로로부터 충분히 분리되는 상기 단말 접속 박스(2)의 케이블 코어들(10)의 분할부에 배열되며, 따라서, 손상된 부위는 용이하게 수선될 수 있다.

예 2

예 2는 본 발명의 초전도 케이블(1)을 갖는 케이블 선로의 중간 접속부를 설명하는 개략도이다; 그의 제한부(12)는 중간 접속 박스(3) 내에 배열된다. 예 2의 초전도 케이블(1)의 기본 형태는, 다른 부위들(정상 부위)보다 작은 임계 전류를 갖는 전류 제한부(12)가 각각의 케이블 코어(10)의 초전도층들을 위해 제공된다는 점에서 도 1에 도시된 예 1의 것과 유사하다. 그러나, 상기 전류 제한부(12)의 형태는 예 1의 전류 제한부(11)와 다르며, 상기 전류 제한부(12)는 상기 중간 접속 박스(3)에 수납된다. 상기 예 2에 대하여는 이하에서 주로 그와 같은 차별적 상황에서 설명된다.

본 예에서는, 상기 3개의 케이블 코어들(10) 중 2개에서, 상기 전류 제한부(12)는 정상 부위로부터 초전도층들을 위한 초전도 선재들의 수를 차별화함으로써 형성되며, 상기 케이블 코어들(10)의 나머지 1개에서, 상기 전류 제한부(12)는 정상 부위로부터 초전도층들의 초전도 재료를 차별화함으로써 형성된다.

본 예에 있어서, 상기 케이블 코어들(10)의 초전도층들{예를 들어, 초전도 전도층(20)과 차폐층(21)}은 튜브-내-분말 방법에 의해 형성된 Ag-Mn 차폐 초전도 선재들을 처리함으로써 제조된 다층 Bi2223 초전도 테이프들을 나선형으로 권선함으로써 형성된다. 상기 3개의 케이블 코어들(10) 중 2개의 케이블 코어들(10)에 대하여(도 2의 최상부 코어 및 최하부 코어), 그들의 전류 제한부(12)는, 정상 부위들과 비교하여, 상기 초전도 전도층(20)과 차폐층(21)을 구성하는 초전도 테이프들의 수를 감소시킴으로써 형성되며, 그 결과, 전류 제한부(12)의 임계 전류값은 예를 들면 0.9 x Ic (여기서, Ic는 정상 부위의 임계 전류를 나타냄)로 된다. 상기 전류 제한부(12)를 위해 사용된 초전도 테이프들 및 정상 부위를 위해 사용된 초전도 테이프들은 남땜에 의해 함께 결합된다.

상기 케이블 코어들(10)은 접속 어태치먼트(62)를 사용하여 서로 연결된다. 접속 어태치먼트(62)를 사용하는 케이블 코어들의 접속에 있어서, 도 2의 상부로부터 제 2 케이블 코어로서 도시된 케이블 코어들(10)의 접속은 초전도 전도층(20) 및 차폐층(21)과 접촉하도록 상기 케이블 코어들(10) 사이에 제공되는 초전도 부위에서 수행된다. 예를 들어, 상기 초전도 부위는, 그의 임계 전류값이 0.9 x Ic (여기서, Ic는 정상 부위의 임계 전류값을 나타냄)를 나타내도록, 금속 매트릭스 없는 Bi2223 산화물 초전도상으로 제조된 초전도체로부터 형성된다.

본 예에서, 상기 전류 제한부(12)는 대체로 상기 중간 접속 박스(3)의 중앙에 배열된다. 즉, 그들은 상기 접속 박스의 양측으로부터 이격된 위치{예를 들면, 상기 케이블 코어(10)의 조립부로부터 이격된 위치}에 배치되며, 상기 케이블 코어들(10)은 서로로부터 충분히 분리된다.

상술된 전류 제한부(12)를 갖는 본 발명의 초전도 케이블(1)에 있어서, 상기 케이블 코어들(10)의 연결은 분리 거리가 점차로 증가하는 방식으로 서로로부터 분리되도록 스트랜드된 케이블 코어들(10)을 분리시킴으로써 용이하게 된다. 상기 분할 케이블 코어들(10)의 연결부들은 상기 중간 접속 박스(3)에 수납된다. 따라서, 3개의 케이블 코어들(10)이 스트랜드되는 초전도 케이블(1)의 부위는 각각 상기 중간 접속 박스(3)의 한 면(도 2의 우측 면)과 대향 면(도 2의 좌측 면)에 각각 삽입된다. 상기 단말 접속 박스(2)의 경우에 있어서와 같이, 액체 질소와 같은 냉매가 상기 케이블 코어들(10)을 냉각시키기 위해 상기 중간 접속 박스(3)에 충전된다. 따라서, 상기 중간 접속 박스(3)는 단열층(3a)이 제공되는 단열 구조체를 갖는다. 본 예에 있어서, 상기 중간 접속 박스(3)는 원통 형상으로 형성된다.

본 예에 있어서, 상기 중간 접속 박스(3)는 조절 밸브(4)를 가지며, 상기 조절 밸브는, 상기 전류 제한부(12) 둘레의 냉매가 단락 사고의 결과로서 상기 전류 제한부(12)에 흐르는 전류로 인해 발생하는 열에 의해 증발될 때, 상기 중간 접속 박스(3)의 압력을 조절한다. 비록 본 예에서는 오직 하나의 조절 밸브(4)가 배열되었지만, 하나 이상의 밸브(4)가 제공될 수도 있다.

본 발명에서는, 고장의 경우 큰 전류가 흐를 때, 초전도층의 임계 전류를 차 별화함으로써 손상될 부위가 의도적으로 제공되어, 다른 부위들의 손상을 방지함으로써, 전체 초전도 케이블이 손상될 가능성을 감소시킨다.

Claims

초전도층을 포함하는 초전도 케이블에 있어서,

상기 초전도층은 임계 전류값이 다른 부위보다 작은 전류 제한부를 갖고,

상기 초전도층은 Bi계 산화물 초전도 선재로 구성되고,

상기 전류 제한부는 다른 부위보다도 상기 초전도 선재의 사용량이 작거나 또는 상기 초전도 선재를 구성하는 초전도체의 양이 적은 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 초전도층은 초전도 전도층과 상기 초전도 전도층의 외주에 제공된 차폐층 중 적어도 하나인 초전도 케이블.
삭제
초전도 케이블 선로에 있어서,

각각 초전도층을 포함하는 복수의 케이블 코어들을 갖는, 청구항 1에 따른 초전도 케이블; 및

복수의 분리된 케이블 코어들이 서로로부터 충분히 이격되도록 상기 케이블 코어들의 분리 부위들을 수납하는 분할기(splitter)를 포함하며,

임계 전류값이 정상 부위(즉, 상기 케이블 코어들의 다른 부위)와는 차별화되는 부위들은 상기 분할기에 수납되는 초전도 케이블 선로.
삭제
초전도 케이블 선로에 있어서,

각각 초전도층을 포함하는 복수의 케이블 코어들을 갖는, 청구항 3에 따른 초전도 케이블; 및

복수의 분리된 케이블 코어들이 서로로부터 충분히 이격되도록 상기 케이블 코어들의 분리 부위들을 수납하는 분할기를 포함하며,

임계 전류값이 정상 부위(즉, 상기 케이블 코어들의 다른 부위)와는 차별화되는 부위들은 상기 분할기에 수납되는 초전도 케이블 선로.
삭제
제 5 항에 있어서, 상기 초전도 케이블을 냉각하기 위한 냉매가 상기 분할기에 충전되며, 상기 냉매가 증발할 때 압력을 조절하기 위한 조절 밸브(regulating valve)가 상기 분할기를 위해 제공되는 초전도 케이블 선로.
삭제
제 7 항에 있어서, 상기 초전도 케이블을 냉각하기 위한 냉매가 상기 분할기에 충전되며, 상기 냉매가 증발할 때 압력을 조절하기 위한 조절 밸브가 상기 분할기를 위해 제공되는 초전도 케이블 선로.
삭제
제 5 항에 있어서, 작은 임계 전류값을 갖는 부위들은 상기 케이블 코어들의 조립 부위들로부터 이격된 위치에서: 즉, 단말 접속 박스(termination joint box)가 되는 분할기의 경우는 분할 케이블 코어들(split cable cores)의 단측(end side)에서, 그리고 중간 접속 박스(intermediate joint box)가 되는 분할기의 경우는 중앙부에서, 상기 분할기에 배열되는 초전도 케이블 선로.
제 9 항에 있어서, 작은 임계 전류값을 갖는 부위들은 상기 케이블 코어들의 조립 부위들로부터 이격된 위치에서: 즉, 단말 접속 박스가 되는 분할기의 경우는 분할 케이블 코어들의 단측에서, 그리고 중간 접속 박스가 되는 분할기의 경우는 중앙부에서, 상기 분할기에 배열되는 초전도 케이블 선로.
제 5 항에 있어서, 상기 분할기에 상기 케이블 코어들을 보유하기 위한 보유 고정구(holding fixture)가 상기 케이블 코어들의 팽창 및 수축에 따라 상기 분할기에서 이동할 수 있으며, 상기 케이블 코어들이 서로로부터 분리되는 상태로 상기 케이블 코어들을 보유하는 초전도 케이블 선로.
제 9 항에 있어서, 상기 분할기에 상기 케이블 코어들을 보유하기 위한 보유 고정구가 상기 케이블 코어들의 팽창 및 수축에 따라 상기 분할기에서 이동할 수 있으며, 상기 케이블 코어들이 서로로부터 분리되는 상태로 상기 케이블 코어들을 보유하는 초전도 케이블 선로.
제 13 항에 있어서, 상기 분할기에 상기 케이블 코어들을 보유하기 위한 보유 고정구가 상기 케이블 코어들의 팽창 및 수축에 따라 상기 분할기에서 이동할 수 있으며, 상기 케이블 코어들이 서로로부터 분리되는 상태로 상기 케이블 코어들을 보유하는 초전도 케이블 선로.