KR101283351B1 - 3-coaxial superconducting power cable and cable's structure - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Three-phase coaxial power cable and structure of the cable are provided to prevent waste of wire material by using a different material in a superconductive layer. CONSTITUTION: An insulation layer (210) is arranged in between a superconductive layer (200). The superconductive layer forms a specific space in between a superconductive wire material. The superconductive layer arranges a wire material having different threshold current with the superconductive wire material. A first superconductive layer has first threshold current. A second superconductive layer has second threshold current.

Description

3상 동축형 초전도 전력 케이블 및 케이블의 구조 {3-Coaxial Superconducting Power Cable and Cable's Structure}3-phase coaxial superconducting power cable and cable's structure

본 발명은, 3상 동축형 초전도 전력 케이블에 관한 것으로서, 구체적으로는, 초전도층에 포함되는 초전도 선재들을 임계전류가 상이한 선재들로 구성하여 선재의 낭비를 방지하고 각 상의 임계전류를 최적화되도록 하는 3상 동축형 초전도 전력 케이블 및 그 구조에 관한 것이다.
The present invention relates to a three-phase coaxial superconducting power cable. Specifically, the superconducting wires included in the superconducting layer are composed of wires having different threshold currents, thereby preventing waste of wires and optimizing the threshold current of each phase. A three-phase coaxial superconducting power cable and its structure.

3상 동축형 초전도 전력 케이블이란, 3개의 초전도층이 하나의 축을 중심으로 층을 이루는 구조로 되어 있고 각각의 초전도층의 사이에는 전기 절연물로 이루어진 전기 절연층을 포함하는 초전도 케이블을 의미한다. 3상 동축형 초전도 전력 케이블은 종래의 다른 초전도 케이블에 비해 선재량을 약 1/2 수준으로 감소시키고, 절연지의 사용량은 3상 일괄형의 약 2/3 수준으로 줄여줌으로써, 코어의 직경을 감소시켜 경제적이고 콤팩트한 초전도 전력 케이블의 구현을 가능하게 한다.The three-phase coaxial superconducting power cable refers to a superconducting cable having a structure in which three superconducting layers are layered around one axis, and including an electric insulation layer made of an electric insulator between each superconducting layer. Three-phase coaxial superconducting power cable reduces wire quantity to about 1/2 level compared to other conventional superconducting cables and reduces the diameter of core by reducing the amount of insulating paper to about 2/3 of the three-phase package. This enables the implementation of economical and compact superconducting power cables.

또한, 3상 전류의 벡터합이 0에 가까우며 쉴드층에 흐르는 전류가 작기 때문에 초전도 쉴드층 권선이 없고, 외부에 3상을 모두 감싸는 구리 재질의 쉴드층을 가지며, 3상 연합공정이 불필요하기 때문에 제조 공정이 단순해져 결과적으로 생산 원가를 대폭 절감할 수 있는 이점을 가진다.In addition, since the vector sum of the three-phase current is close to zero and the current flowing in the shield layer is small, there is no superconducting shield layer winding, and there is a shield layer made of copper that surrounds all three phases, and the three-phase association process is unnecessary. The manufacturing process is simplified, resulting in a significant reduction in production costs.

도 1은 종래의 3상 동축형 초전도 전력 케이블의 구조를 나타낸 것이다. 종래의 3상 동축형 초전도 전력 케이블은 초전도층(100), 전기 절연층(110), 구리 쉴드층(120) 및 극저온 용기(130)를 포함한다.Figure 1 shows the structure of a conventional three-phase coaxial superconducting power cable. The conventional three-phase coaxial superconducting power cable includes a superconducting layer 100, an electrical insulation layer 110, a copper shield layer 120, and a cryogenic vessel 130.

초전도층(100)은 3개로 이루어져 있으며 하나의 축을 중심으로 층을 이루는 구조로 되어 있다. 초전도층(100)은 초전도 선재를 포함하며 상기 선재를 통하여 전류가 흐르게 된다. 초전도 선재는 입력전류가 임계전류보다 낮을 때는 저항이 0인 초전도 특성을 나타내지만, 입력전류가 임계전류보다 높아지면 초전도 특성이 깨지게 된다. 전기 절연층(110)은 초전도층(100) 사이에 위치하여 절연을 위한 절연물로 채워져 있다.The superconducting layer 100 is composed of three and has a structure forming a layer around one axis. The superconducting layer 100 includes a superconducting wire and a current flows through the wire. The superconducting wire shows a superconducting property of zero resistance when the input current is lower than the threshold current, but the superconducting property is broken when the input current is higher than the threshold current. The electrical insulation layer 110 is located between the superconducting layers 100 and filled with an insulator for insulation.

종래의 3상 동축형 초전도 전력 케이블의 경우, 초전도층(100)에 고전압이 흐르게 되면 전기 절연층(110)의 두께가 두꺼워지게 되므로, 각 초전도층(100)의 반경 차가 커지게 된다. 또한, 각 초전도층(100)은 둘레에 맞게 초전도 선재를 가지게 되어 각 상은 초전도 선재의 수를 다르게 가지게 된다. 따라서 각 상이 다른 임계전류를 가질 뿐만 아니라 외곽층의 초전도 선재의 낭비가 발생하는 문제점이 존재한다.
In the case of the conventional three-phase coaxial superconducting power cable, when the high voltage flows in the superconducting layer 100, the thickness of the electrical insulating layer 110 is thickened, the radius difference of each superconducting layer 100 becomes large. In addition, each superconducting layer 100 will have a superconducting wire to fit the circumference, and each phase will have a different number of superconducting wires. Therefore, there is a problem that each phase has a different threshold current and waste of superconducting wire of the outer layer occurs.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 초전도층 중 좀 더 많은 초전도 선재를 포함하는 외곽층에 일정한 공간을 형성하여 다른 선재를 배치함으로써 초전도 선재의 낭비를 방지하고 각 상의 임계전류가 비슷한 값을 갖도록 하는 3상 동축형 초전도 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, by forming a predetermined space in the outer layer including more superconducting wire among the superconducting layer to arrange the other wire to prevent waste of the superconducting wire and the threshold current of each phase has a similar value It is an object to provide a three-phase coaxial superconducting power cable to have.

또한, 종래의 3상 동축형 초전도 전력 케이블의 구리 쉴드층을 제거하고 알루미늄 재질의 극저온 용기가 쉴드층의 역할을 하도록 하는 3상 동축형 초전도 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
Another object of the present invention is to provide a three-phase coaxial superconducting power cable in which a copper shield layer of a conventional three-phase coaxial superconducting power cable is removed and an cryogenic container made of aluminum serves as a shield layer.

본 발명의 일면에 따르면, 복수의 초전도층 및 복수의 전기 절연층이 하나의 축을 중심으로 층을 이루는 구조를 형성하는 초전도 케이블의 구조에 있어서, 상기 전기 절연층은 상기 초전도층 사이에 배치하며, 상기 복수의 초전도층에서 최내각층을 제외한 초전도층 중 적어도 어느 하나의 초전도층의 경우, 초전도 선재 사이에 일정한 공간을 형성하여 상기 초전도 선재와 임계전류가 다른 선재를 배치하는 것인 초전도 케이블의 구조를 제공한다. 또한, 상기 복수의 초전도층은 각각의 초전도층이 다른 초전도층에 포함된 초전도 선재가 갖는 임계전류와 상이한 임계전류를 갖는 초전도 선재로 구성된 것인 초전도 케이블의 구조를 제공한다.According to an aspect of the present invention, in the structure of a superconducting cable in which a plurality of superconducting layers and a plurality of electrical insulating layers form a layer around one axis, the electrical insulating layer is disposed between the superconducting layers, In the superconducting layer of at least one of the superconducting layers except for the innermost layer of the plurality of superconducting layers, a superconducting cable is formed to form a predetermined space between the superconducting wires to arrange the wires having different critical currents from the superconducting wires. To provide. In addition, the plurality of superconducting layers provides a superconducting cable structure in which each superconducting layer is composed of a superconducting wire having a threshold current different from that of a superconducting wire contained in another superconducting layer.

본 발명의 다른 면에 따르면, 제 1 임계전류를 갖는 초전도 선재로 구성된 제 1 초전도층; 상기 제 1 초전도층과 하나의 축을 중심으로 원을 형성하여 상기 제 1 초전도층의 바깥쪽에 위치하며, 제 2 임계전류를 갖는 초전도 선재로 구성된 제 2 초전도층; 상기 제 1 초전도층과 하나의 축을 중심으로 원을 형성하여 상기 제 2 초전도층의 바깥쪽에 위치하며, 제 3 임계전류를 갖는 초전도 선재로 구성된 제 3 초전도층; 및 상기 제 1 초전도층과 상기 제 2 초전도층의 사이 및 상기 제 2 초전도층과 상기 제 3 초전도층의 사이에 위치하며, 전기 절연 물질로 구성된 전기 절연층을 포함하되, 상기 제 1 내지 제 3 임계전류는 각각 상이한 것인 초전도 케이블을 제공한다.
According to another aspect of the invention, the first superconducting layer consisting of a superconducting wire having a first threshold current; A second superconducting layer formed of a superconducting wire having a second critical current and formed outside of the first superconducting layer by forming a circle around the first superconducting layer and one axis; A third superconducting layer formed of a superconducting wire having a third threshold current and formed outside the second superconducting layer by forming a circle around the first superconducting layer and one axis; And an electrical insulation layer disposed between the first superconducting layer and the second superconducting layer, and between the second superconducting layer and the third superconducting layer, wherein the electrical insulation layer is made of an electrical insulation material. It provides a superconducting cable each having a different threshold current.

본 발명은, 3상 동축형 초전도 전력 케이블의 초전도층에서 외곽에 위치한 초전도층에 일정한 공간을 형성하여 다른 재질의 선재를 사용하여 권선함으로써, 최적화된 3상 동축형 초전도 전력 케이블을 제공한다.
The present invention provides an optimized three-phase coaxial superconducting power cable by forming a predetermined space in the superconducting layer of the three-phase coaxial superconducting power cable and winding it using wires of different materials.

도 1은 종래의 3상 동축형 초전도 전력 케이블의 구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3상 동축형 초전도 전력 케이블의 구조를 나타낸 도면.1 is a view showing the structure of a conventional three-phase coaxial superconducting power cable.
2 is a view showing the structure of a three-phase coaxial superconducting power cable according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의된다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is defined by the scope of the claims.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms " comprises, " and / or "comprising" refer to the presence or absence of one or more other components, steps, operations, and / Or additions. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3상 동축형 초전도 전력 케이블의 구조를 나타낸 것이다.Figure 2 shows the structure of a three-phase coaxial superconducting power cable according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 3상 동축형 초전도 전력 케이블은 초전도층(200), 전기 절연층(210) 및 극저온 용기(220)를 포함한다.The three-phase coaxial superconducting power cable according to an embodiment of the present invention includes a superconducting layer 200, an electrical insulation layer 210, and a cryogenic container 220.

본 발명은 종래 기술과 비교하여, 초전도층(200)의 선재의 구성에 특징이 있는 것으로서, 초전도층(200) 중 외곽층의 초전도 선재 사이에 일정한 틈을 주고 그 틈을 다른 선재를 사용하여 권선한다. 이때, 다른 선재들은 일반 선재일수도 있고, 임계전류가 상이한 초전도 선재일수도 있다.Compared with the prior art, the present invention is characterized by the configuration of the wire rod of the superconducting layer 200, and gives a predetermined gap between the superconducting wires of the outer layer of the superconducting layer 200, and the gap is wound using another wire. do. In this case, the other wires may be general wires, or may be superconducting wires having different threshold currents.

각 선재들은 병렬 연결로 되어 있어 저항이 작은 초전도 선재쪽으로만 전류가 흐르게 된다. 이는 각상의 임계전류를 비슷하게 해주며 초전도 선재의 낭비를 줄이고 선재가 흔들리거나 권선 피치각이 바뀌는 것을 방지한다.Each wire is connected in parallel so that current flows only toward the superconducting wire with less resistance. This makes the critical currents of each phase similar, reducing waste of superconducting wires and preventing wires from swinging and winding pitch angles.

본 발명의 다른 면에 따르면, 각 초전도층(200)의 초전도 선재를 임계전류가 다른 선재로 권선하는 방법을 제안한다. 이는 각 층에 권선할 수 있는 선재 개수가 정해졌을 때 케이블의 임계전류에 맞추어 각 초전도 선재의 임계전류를 선택하는 방법이다.According to another aspect of the present invention, a method of winding a superconducting wire of each superconducting layer 200 to a wire having a different threshold current is proposed. This is a method of selecting the critical current of each superconducting wire according to the critical current of the cable when the number of wires that can be wound in each layer is determined.

초전도 선재의 임계전류는 선재의 두께 또는 밀도에 따라 결정되는 것으로서, 제조사에 따른 초전도 선재의 임계전류는 표1과 같다.The critical current of the superconducting wire is determined by the thickness or density of the wire, and the critical current of the superconducting wire according to the manufacturer is shown in Table 1.

임계전류Critical current A사Company A B사Company B C사Company C 제공된 사양Supplied specifications 62.0 A62.0 A 105~140 A105-140 A 85.0 A85.0 A 측정된 결과Measured results 44.5 A44.5 A 128.5 A128.5 A 76.1 A76.1 A

외곽의 초전도층(200)으로 갈수록 초전도 선재의 수가 많아지므로, 외곽층일수록 낮은 임계전류를 갖는 초전도 선재들로 구성함으로써, 각 초전도층(200)의 임계전류가 비슷하도록 할 수 있으며, 재료비의 가격을 낮출 수 있게 한다.Since the number of superconducting wires increases as the outer superconducting layer 200 increases, the superconducting wires having a lower critical current in the outer layer make the critical currents of each superconducting layer 200 similar, and the cost of material costs To lower it.

그리고, 종래의 3상 동축형 전력 케이블의 구리 쉴드층을 제거하고 알루미늄재질의 극저온 용기(220)가 쉴드층의 역할을 하도록 하는 방법을 제안한다. 이는 불필요한 구리 쉴드층을 제거함으로써 재료 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 공정시간을 감소시키고 3상을 감싸고 있던 쉴드층이 없어짐으로써 냉각의 효율 또한 증가시킬 수 있는 이점을 가진다.In addition, a method of removing the copper shield layer of the conventional three-phase coaxial power cable and allowing the cryogenic container 220 made of aluminum to serve as a shield layer is provided. This not only reduces the material cost by removing the unnecessary copper shield layer, but also has the advantage of reducing the processing time and increasing the cooling efficiency by eliminating the shield layer covering the three phases.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention and various changes and modifications may be made without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention, but are intended to be illustrative, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments. It is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents, which fall within the scope of the present invention as claimed.

100, 200 : 초전도층
110, 210 : 전기 절연층
120 : 구리 쉴드층
130, 220 : 저온 유지 장치(극저온 용기)100, 200: superconducting layer
110, 210: electrical insulation layer
120: copper shield layer
130, 220: cryostat (cryogenic container)

Claims (4)

복수의 초전도층 및 복수의 전기 절연층이 하나의 축을 중심으로 층을 이루는 구조를 형성하는 초전도 케이블의 구조에 있어서,
상기 전기 절연층은 상기 초전도층 사이에 배치하며,
상기 복수의 초전도층에서 최내각층을 제외한 초전도층 중 적어도 어느 하나의 초전도층의 경우, 초전도 선재 사이에 일정한 공간을 형성하여 상기 초전도 선재와 임계전류가 다른 선재를 배치하는 것
인 초전도 케이블의 구조.
In the structure of a superconducting cable in which a plurality of superconducting layers and a plurality of electrical insulating layers form a layer structure around one axis,
The electrical insulation layer is disposed between the superconducting layers,
In the superconducting layer of at least one of the superconducting layers except the innermost layer in the plurality of superconducting layers, forming a predetermined space between the superconducting wires to arrange the wires having different critical currents from the superconducting wires.
Superconducting cable structure.
제1항에 있어서, 상기 복수의 초전도층은
각각의 초전도층이 다른 초전도층에 포함된 초전도 선재가 갖는 임계전류와 상이한 임계전류를 갖는 초전도 선재로 구성된 것
인 초전도 케이블의 구조.
The method of claim 1, wherein the plurality of superconducting layers
Each superconducting layer being composed of a superconducting wire having a threshold current different from that of the superconducting wire contained in the other superconducting layer
Superconducting cable structure.
제 1 임계전류를 갖는 초전도 선재로 구성된 제 1 초전도층;
상기 제 1 초전도층과 하나의 축을 중심으로 원을 형성하여 상기 제 1 초전도층의 바깥쪽에 위치하며, 제 2 임계전류를 갖는 초전도 선재로 구성된 제 2 초전도층;
상기 제 1 초전도층과 하나의 축을 중심으로 원을 형성하여 상기 제 2 초전도층의 바깥쪽에 위치하며, 제 3 임계전류를 갖는 초전도 선재로 구성된 제 3 초전도층; 및
상기 제 1 초전도층과 상기 제 2 초전도층의 사이 및 상기 제 2 초전도층과 상기 제 3 초전도층의 사이에 위치하며, 전기 절연 물질로 구성된 전기 절연층을 포함하되,
상기 제 1 내지 제 3 임계전류는 상이한 것
인 초전도 케이블.
A first superconducting layer composed of a superconducting wire having a first threshold current;
A second superconducting layer formed of a superconducting wire having a second critical current and formed outside of the first superconducting layer by forming a circle around the first superconducting layer and one axis;
A third superconducting layer formed of a superconducting wire having a third threshold current and formed outside the second superconducting layer by forming a circle around the first superconducting layer and one axis; And
An electrical insulation layer is disposed between the first superconducting layer and the second superconducting layer and between the second superconducting layer and the third superconducting layer.
The first to third threshold currents being different
Superconducting cable.
제3항에 있어서,
초전도 쉴드층의 기능을 하며 상기 초전도층 및 상기 전기 절연층을 보호하는 알루미늄 재질의 극저온 용기
를 더 포함하는 초전도 케이블.
The method of claim 3,
A cryogenic container made of aluminum that functions as a superconducting shield layer and protects the superconducting layer and the electrical insulating layer.
Superconducting cable further comprising.
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