KR101303733B1 - 초전도 케이블용 연결 슬리브 및 이 슬리브로 연결되는 연결 종단부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 케이블(10)의 단부와 연결되는 금속 슬리브(30)로서, 중공 실린더형 부분(34)을 포함하는 금속 슬리브에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 상기 중공 실린더형 부분(34)은, 상기 슬리브가 결합되는 상기 초전도 케이블의 벗겨진 부분과 상기 슬리브의 중공 실린더형 부분의 내벽 사이에 위치된 공간으로 땜납 물질이 들어갈 수 있는 구멍(36)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

케이블, 초전도층, 전도체, 외장부, 슬리브

Description

초전도 케이블용 연결 슬리브 및 이 슬리브로 연결되는 연결 종단부{A CONNECTION SLEEVE FOR A SUPERCONDUCTIVE CABLE AND A CONNECTION TERMINATION BY MEANS OF THE SLEEVE}

도 1, 도 2, 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 대한 도면.

도 4는 제2실시예에 대한 도면.

본 발명은 초전도 케이블용 연결 슬리브, 및 이 슬리브를 이용하여 연결을 하는 종단부에 관한 것이다. 본 발명은 대개 높은 전압을 사용하는 기술에 특히 이용된다.

초전도 케이블은 필수적으로 초전도 재료가 주위에 감겨 있는 원통형의 중앙 지지부와, 초전도체를 둘러싸는 절연 외장부를 포함한다. 중앙 지지부는 전기를 전도하는 물질로 구성되지만, 초전도성은 아니다. 예를 들어, 구리로 된 관 또는 케이블일 수 있다. 초전도 물질은 하나 또는 그 이상의 층으로 중앙 지지부 주위에 감겨있는 테이프의 형태로 될 수 있다. 초전도 물질의 저항은 거의 0에 가깝기 때문에, 중앙 지지부의 외부 직경은 비교적 작다. 그러나, 비-초전도 케이블의 저항은 훨씬 크다(이러한 케이블은 예를 들어 구리와 같이 저항이 매우 작을 지라도 이하 "저항성" 케이블로 지칭된다). 결과적으로, 정해진 크기의 전류를 전달하기 위해서, 케이블이 초전도성일 때보다 케이블이 저항성 일 때 단면이 훨씬 더 큰 케이블을 사용할 필요가 있다. 따라서, 초전도 케이블에 저항성 케이블을 연결하기 위해서는 특별한 연결부를 가질 필요가 있다.

초전도 케이블의 특성을 보존하기 위해, 연결시 초전도 케이블에 손상을 입혀서는 안된다. 또한 전류를 전달하기 위해 연결은 좋은 연속성을 제공하여야 한다. 또한, 예를 들어 저항성 케이블 또는 초전도 케이블이 교체될 필요가 있는 경우에는 케이블의 일부분을 절단할 필요 없이 쉽게 연결을 끊고 다시 연결할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 회로의 단락이 발생하여 초전도 케이블은 초전도 성질을 잃게 되고 전류가 저항성 중앙 전도체를 통과하게 되는 경우에는, 연결은 부수적으로 일어날 수 있는 작용을 고려하도록 설계되어야 한다.

본 발명은 초전도 케이블을 연결시키는 문제에 대한 해결방안을 제시하며, 이 방안은 위에서 언급한 요구사항을 만족시키고 나아가 특정 연결방식을 이용한다.

보다 구체적으로, 본 발명은 초전도 케이블의 단부와 연결되는 금속 슬리브 로서, 상기 슬리브는 중공 실린더형 부분을 포함하고, 상기 중공 실린더형 부분은, 상기 슬리브와 결합하는 상기 초전도 케이블의 벗겨진 부분과 상기 슬리브의 중공 실린더형 부분의 내벽 사이에 위치된 공간으로 땜납 물질이 들어갈 수 있는 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬리브를 제공한다.

이러한 특징에 의해, Sn-Bi-Pb 합금과 같이 100℃ 이하의 비교적 낮은 용융점을 갖는 땜납 물질이, 슬리브가 결합되는 초전도 케이블의 벗겨진 부분과 상기 슬리브의 중공 실린더형 부분의 내벽 사이로 들어갈 수 있다.

바람직한 실시예로서, 상기 슬리브의 중공 실린더형 부분은 외부 표면에 전기 접촉수단을 포함한다.

이 전기 접촉수단은 금속 접촉 스트립을 수용하기 위한 고리 모양의 홈으로 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 구멍은 길죽한 형상이고, 그 길이방향 축은 슬리브의 길이방향 축과 평행한다.

바람직하게, 상기 슬리브는 구리로 되어 있고, 은도금되어 있을 수 있다.

본 발명은 또한, 슬리브에 의해 초전도 케이블의 한쪽 단부를 초전도체가 아닌 일반 전도체에 연결시키는 종단부로서, 상기 단부는 하나 이상의 저항 전도성인 원통형 중앙 지지부와 상기 중앙 지지부를 둘러싸고 배치된 초전도층과 상기 초전도층을 둘러싸는 절연 외장부로 구성되고, 상기 케이블의 단부는 상기 초전도층을 드러내도록 벗겨지고, 벗겨진 초전도층의 일부는 상기 중앙 지지부를 드러내도록 제거되고, 종단부는 끝과 끝이 붙어 접하는 연속하는 두 부분으로 구성된 금속 슬 리브를 포함하고, 상기 두 부분 중 제1 부분은 상기 중앙 지지부의 눈에 보이는 부분을 둘러싸면서 결합되고, 상기 두 부분 중 중공 실린더형 부분은 상기 초전도층의 눈에 보이는 부분을 둘러싸면서 땜납되는 것을 특징으로 하는 종단부를 제공한다.

바람직하게, 상기 땜납 물질은 Sn-Bi-Pb 합금과 같이 100℃ 이하의 비교적 낮은 용융점을 갖는다.

또 다른 실시예로서, 상기 슬리브의 제1 부분은 원통형의 제1요소 및 제2요소를 포함하고, 상기 제2요소의 직경은 상기 제1요소의 직경보다 크고, 절두원뿔형 중간부가 상기 제1요소와 상기 제2요소 사이에 놓여 있고, 상기 절두원뿔형 중간부의 큰 베이스의 직경은 상기 제2요소의 직경과 동일하고, 상기 절두원뿔형 중간부의 작은 베이스의 직경은 상기 제1요소의 직경과 동일하고, 상기 제1요소는 상기 중앙 지지부의 벗겨진 부분을 둘러싸면서 결합된다.

바람직하게, 상기 초전도층은 상기 중앙 지지부를 둘러싸는 초전도 테이프로 된 하나 이상의 층으로 구성되어 있다.

본 발명의 다른 이점 및 특징은 첨부된 도면을 참고하여 비제한적인 예로서 주어진 본 발명의 실시예에 대한 아래의 설명을 보면 알 수 있다.

도 1에 도시된 케이블의 단부(10)는 전도성 중앙 지지부(12)로 구성되어 있고, 상기 중앙 지지부(12)는 실질적으로 원통형이다. 예를 들어 이 지지부는 구리 선 케이블 또는 낮은 저항을 갖는 금속관일 수 있고, 예를 들어 구리나 은도금 구리로 제조된다. 초전도 재료로 된 두 개의 겹쳐지는 초전도층(14, 16)이 중앙 지지부(12)를 둘러싼다. 전기 절연성 외장부(18)가 초전도층(16)을 둘러싸고 있다.

중간층(20, 22, 24)이 각각 지지부(12)와 초전도층(14) 사이에, 두 초전도층(14, 16) 사이에, 그리고 초전도층(16)과 외장부(18) 사이에 개재되어 있다. 이러한 중간층이 존재하는 것이 바람직하지만, 반드시 필수적인 것은 아니다. 중간층은 예를 들어 카본 블랙(carbon black, 부정형 탄소의 고운가루)으로 제조될 수도 있고, 또는 중앙 지지부(12)와 초전도층(14, 16) 주위에 감기는 스테인리스 강을 이용할 수도 있다.

초전도층(14, 16)은 중간층(20, 22) 주위에 각각 감겨 있는 초전도 물질의 와이어나 테이프로 형성될 수 있다. 보다 일반적으로, 케이블은 오직 하나의 초전도층(14, 16)만을 구비할 수 있다. 예를 들어, 초전도 와이어나 테이프는 BSCCO(Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_X) 유형 또는 YBaCuO 유형일 수 있다.

케이블의 단부(10)는 벗겨져서 계단식 구조를 구성하는데, 이러한 계단식 구조는 다음과 같이 케이블로부터 출발하여 가변적인 길이로 뻗어나가게 한다: 초전도층(16); 초전도층(14); 중앙 지지부(12). 도 1에서 중간층(20, 22, 24)은 실제로 볼 수 없게 되어 있다.

금속 슬리브(30)가, 벗겨진 중앙 지지부(12)와 벗겨진 초전도층(14, 16)에 끼워진다(도 2 및 도 3). 슬리브는 끝과 끝이 붙어 있는 제1 부분(32)과 제2 부 분(34)을 포함한다. 제1 부분(32)은 중공 원통의 형태이며, 내부 직경이 지지부(12)의 직경보다 약간 크고, 따라서 슬리브의 제1 부분(32)이 지지부(12)의 눈에 보이는 부분에 서로 맞물림으로써 끼워질 수 있다. 예를 들어, 슬리브는 구리로 만들어질 수 있고, 중앙 지지부도 또한 구리로 만들어져 있을 때는, 좋은 구리-구리 전기 접속을 얻을 수 있다. 구리는 또한 은도금 되어 있을 수도 있다. 슬리브의 제2 부분(34)은 실질적으로 중공 원통의 형태이며, 그 길이는 초전도층(14, 16)의 눈에 보이는 벗겨진 부분의 길이보다 짧지 않고, 따라서 완전히 덮을 수 있다. 슬리브의 제2 부분(34)의 내벽과 초전도층(14, 16) 사이에 틈이 있도록, 슬리브의 제2 부분(34)의 내부 직경은 초전도층(16)의 직경(초전도층(14)의 직경보다 큼)보다 크다. 구멍(36)이 제2 부분(34)에 뚫어져 있고, 제2 부분의 구멍은 땜납 물질의 분말이 구멍(36)을 통해 부어넣어 질 수 있을 정도 또는 용융된 땜납 합금이 직접 주조될 수 있을 정도의 크기로 형성되고, 따라서 땜납은 슬리브의 제2 부분(34)의 내벽과 초전도층(14, 16) 사이의 공간을 차지하게 된다. 예를 들어, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 구멍은 길죽한 형상으로 되어 있다.

땜납 물질은 슬리브(34)의 제2 부분과 초전도층(14, 16) 사이의 공간을 적어도 부분적으로 채운다. 땜납 물질은 전기적으로 전도성을 띠고, 바람직하게 약 100℃ 이하의 비교적 낮은 용융점을 갖는다. 예를 들어, 땜납 물질은 Sn-Bi-Pb의 조성을 갖는 합금일 수 있다. 이것은 초전도층과 슬리브(30) 사이에서 전기적 접속이 잘 이루어지게 하면서, 너무 높은 온도로 가열하는 경우 초전도층이 손상되는 것을 막아준다.

슬리브의 길이는, 절연 외장부(18)의 단부(38)로부터 적어도 중앙 지지부(12)의 단부(40) 까지, 초전도층(14, 16)의 벗겨진 부분과 중앙 지지부(12)의 벗겨진 부분을 완전히 덮을 수 있도록 되어 있다.

슬리브(30)는 제2 부분(34)의 외벽에, 예를 들어 슬리브(30)의 제2 부분(34)의 외벽에서 기계가공된 홈(42)의 형태로, 전기적 접촉 수단을 포함할 수 있다. 이러한 홈은 고리모양을 갖는 금속 접촉 스트립을 수용하는 역할을 한다.

리브(30)가 끼워진 케이블의 단부(10)는(도 3) 연결부의 암형부를 형성하는 전기 전도성 관으로 형성된 일반적인 저항 케이블의 한 쪽 단부에 쉽게 연결될 수 있고, 슬리브(30)는 수형부를 구성한다.

도 4에 도시된 또 다른 실시예에서, 슬리브(30)의 제1 부분(32)은 원통형 형상의 제1요소(50) 및 제2요소(52)를 포함하고, 제1요소(50)의 직경은 제2요소(52)의 직경 보다 작다. 절두원뿔형 중간부(54)는 두 제1요소(50) 및 제2요소(52)를 서로 연결시킨다. 절두원뿔형 중간부(54)의 큰 베이스는 제2요소(52)와 동일한 직경을 가지고, 절두원뿔형 중간부(54)의 작은 베이스는 제1요소(50)와 동일한 직경을 가지고, 따라서 제1요소(50)의 섹션과 제2요소(52)의 더 큰 섹션 사이에서는 점진적으로 직경이 달라진다. 제1요소(50)는 속이 비어있는 중공 형태이며, 위에서와 같이 중앙 지지부(12)의 벗겨진 부분에서 서로 맞물리게 함으로써 결합될 수 있다.

제2 부분(34)은 도 2 및 도 3의 실시예와 동일하다. 슬리브의 제2 부분(34)의 외벽에서의 전기 접촉 수단은 이 실시예에서 사용되지 않는다. 상기와 같이, 슬리브의 제1 부분(32)과 제2 부분(34)은 구리와 같은 금속으로 만들어져 있고, 이는 선택적으로 은도금이 되어 있다.

제2요소(52)는 일반 케이블의 단부에 연결될 수 있다.

위에서 설명한 단부는 수많은 이점을 제공한다. 땜납에 의해 초전도체 단부에 형성된 연결부분은 실행하기 쉽고 과도하게 가열하든지 굽힘을 가하든지 초전도체에 해를 가하지 않고, 따라서 모든 성질을 그대로 유지시킨다. 케이블의 단부는 어려움 없이 일반 케이블에 연결되고 분리될 수 있고, 이는 저항부 또는 초전도 부분이 교체될 필요가 있을 때 바람직하다. 접속을 풀기 위해서는, 단부를 땜납 물질의 용융점 이상의 온도까지 가열하면 충분하고, 그러면 슬리브(30)는 제거될 수 있다. 또한, 슬리브를 쉽게 재현될 수 있는 방식으로 초전도 케이블의 벗겨진 단부에 조립하는 것이 쉽다. 유사하게, 회로의 단락(쇼트)이 발생하는 경우, 땜납으로 채워진 슬리브(30) 내의 공간은 전류를 전달하는데 이용할 수 있는 단면을 증가시킨다.

앞서 설명되고 도시된 것 이외의 실시예가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 고안될 수 있다. 예를 들어, 설명한 실시예는 두 개의 초전도층을 갖는 케이블 단부에 관한 것이다. 당연히, 케이블은 하나의 초전도층만 가질 수 있다. 마찬가지로, 중간층(20, 22, 24)이 반드시 존재하여야 하는 것도 아니다.

위에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 구성에 의하면, 초전도 케이블을 일반 케이블에 연결할 때, 초전도 케이블에 손상을 가하지 않으면서 초전도 케이블의 특 성을 보존할 수 있다. 아울러, 연결시 좋은 연속성을 제공하며, 케이블의 교체시 케이블의 일부분을 절단할 필요 없이 쉽게 연결을 끊고 다시 연결할 수 있다.

Claims (11)

1. 초전도 케이블의 단부(10)와 연결되며, 중공 실린더형 부분(34)을 포함하는 금속 슬리브(30)로서,

   상기 중공 실린더형 부분(34)은, 상기 슬리브와 결합하는 상기 초전도 케이블의 벗겨진 부분과 상기 슬리브의 중공 실린더형 부분의 내벽 사이에 위치된 공간으로 땜납 물질이 들어갈 수 있는 구멍(36)을 포함하고,

   상기 슬리브의 중공 실린더형 부분(34)은 슬리브의 외부 표면에, 금속 접촉 스트립을 수용하기 위한 고리 모양의 홈(42)을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬리브.
2. 제1항에 있어서,

   상기 구멍(36)은 길죽한 형상이고, 그 길이방향 축은 슬리브의 길이방향 축과 평행하는 것을 특징으로 하는 슬리브.
3. 제1항에 있어서,

   상기 슬리브는 구리로 만들어진 것을 특징으로 하는 슬리브.
4. 제1항에 있어서,

   상기 슬리브는 은도금되어 있는 것을 특징으로 하는 슬리브.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 슬리브에 의해 초전도 케이블의 한쪽 단부(10)를 초전도체가 아닌 일반 전도체에 연결시키는 종단부로서, 상기 단부는 하나 이상의 원통형 중앙 지지부(12)와 상기 중앙 지지부를 둘러싸고 배치된 초전도층(14, 16)과 상기 초전도층을 둘러싸는 절연 외장부(18)로 구성되고, 상기 케이블의 단부는 상기 초전도층(14, 16)을 드러내도록 벗겨지고,

   상기 종단부는 끝과 끝이 붙어 접하는 연속하는 두 부분으로 구성된 금속 슬리브(30)를 포함하고, 상기 두 부분 중 제1 부분(32)은 상기 중앙 지지부의 눈에 보이는 부분을 둘러싸면서 결합되고, 상기 두 부분 중 제2 부분인 중공 실린더형 부분(34)은 상기 초전도층의 눈에 보이는 부분을 둘러싸면서 땜납되고, 상기 중앙 지지부는 저항 전도성이며, 벗겨진 초전도층의 일부는 중앙 지지부를 드러내도록 제거되는 것을 특징으로 하는 종단부.
6. 제5항에 있어서,

   상기 땜납 물질은 100℃ 이하의 낮은 용융점을 갖는 것을 특징으로 하는 종단부.
7. 제6항에 있어서,

   상기 땜납 물질은 Sn-Bi-Pb 합금인 것을 특징으로 하는 종단부.
8. 제5항에 있어서,

   상기 슬리브의 제1 부분(32)은 원통형의 제1요소(50) 및 제2요소(52)를 포함하고, 상기 제2요소(52)의 직경은 상기 제1요소(50)의 직경보다 크고, 절두원뿔형 중간부(54)가 상기 제1요소와 상기 제2요소 사이에 놓여 있고, 상기 절두원뿔형 중간부(54)의 큰 베이스의 직경은 상기 제2요소(52)의 직경과 동일하고, 상기 절두원뿔형 중간부(54)의 작은 베이스의 직경은 상기 제1요소(50)의 직경과 동일하고, 상기 제1요소는 상기 중앙 지지부(12)의 벗겨진 부분을 둘러싸면서 결합되는 것을 특징으로 하는 종단부.
9. 제8항에 있어서,

   상기 초전도층은 상기 중앙 지지부(12)를 둘러싸는 초전도 테이프로 된 하나 이상의 층(14, 16)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 종단부.
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