KR101506292B1 - 두 개의 초전도체 케이블을 연결하는 장치 - Google Patents

두 개의 초전도체 케이블을 연결하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치로서, 각 케이블은 적어도 원통 형상인 저항성 전도 중앙 지지부(1), 상기 중앙 지지부 둘레에 위치된 하나 이상의 초전도체층(2, 3) 및 상기 초전도체층을 둘러싸는 절연 시스(4)로 구성되고, 각 케이블의 단부는 상기 중앙 지지부 및 상기 초전도체층을 노출하도록 피복이 벗겨져 있고, 상기 연결 장치에는 절연 물질로 구성된 외부 덮개(7)가 제공되는, 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 장치는 각 케이블의 피복이 벗겨진 부분 둘레에 체결된 하나 이상의 전도성 슬리브(5, 5')와, 상기 슬리브를 둘러싸도록 상기 슬리브에 연결되는 전도성 관(6)을 포함한다.
초전도체, 절연 시스, 슬리브, 중앙 지지부

Description

두 개의 초전도체 케이블을 연결하는 장치{A DEVICE FOR CONNECTING TWO SUPERCONDUCTIVE CABLES}
본 발명은 접합부에 있는 두 개의 초전도체 케이블을 연결하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 고전압에 적용된다.
초전도체 케이블은 일반적인 원통 형상의 중앙 지지부를 필수적으로 포함하고, 상기 중앙 지지부는 자신에 대해 권취되어 있는 초전도 물질을 가지고, 절연 시스가 상기 초전도체 둘레에 배열된다. 중앙 지지부는 전기 전도성 물질, 예를 들어 케이블 또는 구리관으로 구성된다. 초전도 물질은 상기 중앙 지지부 둘레에 하나 이상의 층으로 권취된 테이프 형태일 수 있다.
유럽 특허공보 EP 1 841 011은 초전도체가 아닌 기존의 케이블에 초전도체 케이블의 일 단부를 연결하는 종단부를 개시하고 있다.
두 개의 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치가 유럽 특허 공보 EP 1 489 693에 개시되어 있다.
상기 연결 장치는 중앙 전도성 연결 부재를 가지며, 상기 중앙 전도성 연결 부재는 수지 부분과 중공관으로 구성된 절연 스페이서의 중공관 내에 배열된 피복이 벗겨진 두 개의 케이블의 단부를 함께 연결한다.
또한, 두 개의 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치가 유럽 특허공보 EP 1 489 691에도 개시되어 있다.
상기 연결 장치는 중앙 전도성 연결 부재를 포함하고, 상기 중앙 전도성 연결 부재는 피복이 벗겨진 두 케이블의 단부를 함께 연결하고 절연 소자 내에 위치된다.
인접한 초전도체 케이블을 연결하는 상기와 같은 장치들은, 예를 들어 초전도체 케이블 중 하나를 교체할 필요가 있을 때, 케이블의 일부를 자르지 않고서는 연결부를 분해하기가 및/또는 재조립하기가 용이하지 않은 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결할 수 있는 인접한 두 초전도체 케이블을 연결하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 케이블 자체에 영향을 미치지 않으면서 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치를 제공한다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은, 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치로서, 각 케이블은 적어도 원통 형상인 저항성 전도 중앙 지지부, 상기 중앙 지지부 둘레에 위치된 하나 이상의 초전도체층 및 상기 초전도체층을 둘러싸는 절연 시스로 구성되고, 각 케이블의 단부는 상기 중앙 지지부 및 상기 초전도체층을 노출하도록 피복이 벗겨져 있고, 상기 연결 장치에는 절연 물질로 구성된 외부 덮개가 제공되는, 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치에 있어서, 상기 장치는 각 케이블의 피복이 벗겨진 부분 둘레에 체결된 하나 이상의 전도성 슬리브와, 상기 슬리브를 둘러싸도록 상기 슬리브에 연결되는 전도성 관을 포함하는 것을 특징으로 하는 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치를 제공한다.
절연 물질로 된 외부 덮개를 제거한 후, 상기 슬리브에서 상기 전도성 관을 떼어내어 제거할 수 있고, 이로 인해 슬리브에서 상기 전도성 관을 분리할 수 있고, 상기 연결 장치를 분해할 수 있다.
상기 연결 장치는 현장에서 용이하게 조립될 수 있다.
또한, 본 발명에 의해, 상대적으로 고 전류를 전송하는 상대적으로 큰 직경의 전도성 중앙 지지부를 구비한 두 케이블을 연결할 수도 있다.
바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 슬리브 각각은 라운딩 가공된 외부 형상을 가지는 단부 부분까지 뻗어 있다.
바람직하게는, 상기 라운딩 가공된 단부 부분의 최대 외경은 상기 슬리브의 외경보다 크고, 상기 단부 부분은 반경방향 턱을 형성한다.
바람직하게는, 상기 전도성 관은 상기 슬리브의 단부 부분인 상기 턱에 맞닿도록 접합부에 위치된다.
상기 슬리브는 하나 이상의 오리피스를 포함할 수 있고, 상기 오리피스로 인해 상기 초전도체층과 상기 슬리브의 내부 벽면 사이에 형성된 공간에 땜납 물질을 주입할 수 있다.
상기 슬리브는 자신의 외부 표면에 전기 접속 수단을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 전기 접속 수단은 금속 접속 블레이드를 수용하는 고리 형상의 홈으로 구성된다.
바람직하게는, 상기 전도성 관은 상기 슬리브에 기계적으로 연결된다.
상기 전도성 관은 상기 슬리브에 나사로 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 슬리브와 상기 전도성 관은 금속으로 형성된다.
본 발명의 연결 장치에 따르면, 케이블 자체에 영향을 미치지 않으면서 인접 한 두 초전도체 케이블을 함께 연결할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 자세히 설명될 것이고, 첨부된 도면은 단지 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낼 뿐이다.
도 1에 도시된 초전도체 케이블의 단부는 거의 원통 형상인 전기 전도 저항성 중앙 지지부(1)로 구성된다. 예를 들어, 상기 지지부(1)는 구리 와이어로 된 케이블이거나, 또는 예를 들어 구리로 구성된 또는 은이 도금된 구리로 구성된 저 저항성 금속관일 수 있다. 초전도 물질로 된 두 개의 중첩층(2, 3)이 상기 중앙 지지부(1)를 둘러싼다. 전기 절연 시스(4)는 상기 초전도체층(3)을 둘러싼다.
상기 초전도체층(2, 3)은 상기 중앙 지지부(1)에 각각 권취된 초전도 물질로 된 테이프 또는 와이어로 형성될 수 있다. 일반적으로, 상기 케이블은 단 하나의 초전도체층(2, 3)만을 가질 수는 없다. 상기 초전도체 와이어 또는 테이프는 예를 들어 Bi2Sr2Ca2Cu3Ox(BSCCO) 유형 또는 YBaCuO 유형으로 구성될 수 있다.
상기 케이블의 단부는, 케이블에서 케이블 단부로 갈수록 길이 방향에 걸쳐 연속적으로 노출시키기 위하여, 즉 제1 초전도체층(3), 제2 초전도체층(2) 그리고 중앙 지지부(1) 순으로 노출시키기 위하여 계단 형식으로 피복이 벗겨져 있다.
전기 절연 시스의 단부(4A)는, 자신의 외경에서 초전도층(3)의 외경보다 조금 더 큰 외경으로 갈수록 직경이 작아지는 챔퍼 섹션(chamfer section)을 형성하 기 위하여 원뿔 형상으로 형성된다.
도 2에 도시된 바와 같이 그리고 특히 도 3에서 더 구체적으로 도시된 바와 같이, 전도성 슬리브(5)는 상기 케이블의 피복이 벗겨진 부분 둘레에 체결된다.
상기 슬리브(5)는 유럽 특허공개공보 EP 1 841 011에 개시된 유형의 슬리브일 수 있다.
상기 금속 슬리브(5)는 피복이 벗겨진 중앙 지지부(1)와 피복이 벗겨진 초전도체층(2, 3)을 덮는다. 상기 슬리브는 제1 부분(5A)과 제2 부분(5B)을 포함한다. 상기 제1 부분(5A)은 내경이 상기 중앙 지지부(1)의 직경보다 아주 조금 더 큰 중공 원통 형태이어서, 상기 슬리브의 제1 부분(5A)은 단지 상호 체결함으로써 또는 크림핑함으로써 상기 중앙 지지부(1)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 슬리브는 구리일 수 있고, 상기 중앙 지지부도 구리로 구성된 경우, 상기 슬리브는 탁월한 구리 대 구리(copper on copper) 연결부를 형성하는 역할을 한다. 상기 구리는 또한 은으로 도금될 수도 있다. 상기 슬리브의 제2 부분(5B)은 거의 원통 형태이고, 상기 제2 부분의 길이는 상기 초전도체층(2, 3)의 피복이 벗겨진 부분을 완전히 덮도록 상기 초전도체층(2, 3)의 피복이 벗겨진 부분의 길이 이상이다. 상기 슬리브의 제2 부분(5B)의 내경은 상기 초전도체층(3)의 직경(상기 초전도체층(3)의 직경은 상기 초전도체층(2)의 직경보다 더 큼)보다 더 커서, 상기 슬리브의 제2 부분(5B)의 내부 벽면과 상기 초전도체층(2, 3) 사이에는 틈이 형성된다. 오리피스(5C)가 상기 제2 부분(5B)를 관통하도록 천공되고, 상기 오리피스의 크기는 분말로 된 땜납 물질을 상기 오리피스를 통하여 제공할 수 있을 정도의 크기이거나, 또 는 용융된 땜납 합금을 상기 오리피스를 통하여 직접 주조할 수 있을 정도로 크기여서, 상기 땜납 물질은 상기 슬리브의 제2 부분(5B)의 내부 벽면과 상기 초전도체층(2, 3) 사이에 위치된다. 예를 들어, 상기 오리피스의 형상은 타원형일 수 있다.
상기 땜납 물질은 상기 슬리브의 제2 부분(5B)과 상기 초전도체층(2, 3) 사이의 공간을 적어도 부분적으로 채운다. 상기 땜납 물질은 전기 전도성이고, 상기 땜납 물질의 융점은 바람직하게는 약 100 ℃ 이하로 상당히 낮다. 예를 들어, 상기 땜납 물질은 Sn-Bi-Pb 구성의 합금일 수 있다. 이는 상기 초전도체층을 너무 고온까지 가열함으로써 상기 초전도체층을 손상시키는 것을 방지하고, 동시에 상기 초전도체층과 상기 슬리브(5) 사이에 우수한 전기 연결부를 제공한다.
상기 슬리브의 길이는 상기 슬리브가 초전도체층의 피복이 벗겨진 부분(2, 3), 중앙 지지부의 피복이 벗겨진 부분(1) 그리고 절연 시스(4)의 단부를 완전히 덮을 수 있는 길이이다.
상기 슬리브의 제2 부분(5B)은 라운딩 가공된 외부 형상을 가지는 단부 부분(5D)까지 뻗어 있고, 상기 단부 부분은 상기 슬리브의 외경보다 더 큰 최대 외경을 가지며 반경방향 턱(radial shoulder, 5E)을 형성한다.
상기 슬리브(5)는 자신의 제2 부분(5B)의 외부 벽면에 전기 접속 수단을 포함하고, 상기 전기 접속 수단은 상기 슬리브의 제2 부분(5B)의 외부 벽면에 가공된 홈(5F)으로 구성된다. 상기 홈은 금속 접속 블레이드 또는 고리 형상을 수용하도록 설계된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 접합부에 있는 두 초전도체 케이블(C, C')을 함께 연결하는 장치를 제공하고, 상기한 바와 같이 각 금속 슬리브(5, 5')는 각 초전도체 케이블의 피복이 벗겨진 단부 둘레에 고정된다.
연결하기 위하여, 금속 접속 블레이드를 슬리브에 형성된 대응 홈에 위치시키면, 상기 슬리브(5, 5')를 둘러싸도록 상기 슬리브에 연결되는 전도성 금속관(6)이 각 슬리브의 단부 부분(5D, 5'D)의 턱(5E, 5'E)에 맞닿아 접하도록 위치된다. 상기 금속관의 내경은 상기 슬리브의 제2 부분의 외경보다 조금 더 크고, 상기 금속관의 외경은 각 슬리브의 라운딩 가공된 단부 부분의 최대 외경과 거의 동일하다. 상기 금속관(6)은 멈춤 나사(도시되지 않음)로 상기 슬리브(5, 5')에 기계적으로 연결된다.
이후, 연결부는 절연 물질로 구성된 외부 덮개(7)로 절연되고, 바람직하게는 상기 절연 물질은 종이 테이프로 된 권선이다. 외부 시스의 단부에 위치한 챔퍼 형상으로 인해 그리고 상기 슬리브의 단부 부분의 라운딩 가공된 형상으로 인해, 절연 파괴(electrical breakdown)가 발생할 수 있는 빈 공간을 남기지 않고 상기 덮개부를 형성할 수 있다. 예를 들어 카본 블랙 종이(carbon black paper)로 구성된 반도체층이 금속 연결부와 외부 덮개(7) 사이에 위치될 수 있다.
도 1은 제1 초전도체 케이블의 단부를 도시하고 있고,
도 2는 본 발명에 따른 연결 장치를 설치하는 과정 중 제1 단계를 도시하고 있고,
도 3은 도 2의 확대도이고,
도 4는 본 발명에 따른 연결 장치가 제공된 두 초전도체 케이블의 단면도이고,
도 5는 본 발명에 따른 최종 연결 상태의 단면도이다.

Claims (10)

  1. 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치로서, 각 케이블은 적어도 원통 형상인 저항성 전도 중앙 지지부(1)와, 상기 중앙 지지부 둘레에 위치된 하나 이상의 초전도체층(2, 3), 및 상기 초전도체층을 둘러싸는 절연 시스(4)로 구성되고, 각 케이블의 단부는 상기 중앙 지지부 및 상기 초전도체층을 노출하도록 피복이 벗겨져 있고, 상기 연결 장치에는 절연 물질로 구성된 외부 덮개(7)가 제공되는, 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치에 있어서,
    상기 장치는 각 케이블의 피복이 벗겨진 부분 둘레에 체결된 하나 이상의 전도성 슬리브(5, 5')와, 상기 슬리브를 둘러싸도록 상기 슬리브에 연결되는 전도성 관(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브(5) 각각은, 라운딩 가공된 단부 부분(5D)까지 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 라운딩 가공된 단부 부분(5D)의 최대 외경은 상기 슬리브의 외경보다 크고, 상기 단부 부분은 반경방향 턱(5E)을 형성하는 것을 특징으로 하는 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전도성 관(6)은 상기 슬리브의 단부 부분의 상기 턱(5E)에 맞닿아 접하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬리브(5)는 하나 이상의 오리피스(5C)를 포함하고, 상기 오리피스로 인해 상기 초전도체층(2,3)과 상기 슬리브(5)의 내부 벽면 사이에 형성된 공간에 땜납 물질을 주입할 수 있는 것을 특징으로 하는 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬리브(5)는 자신의 외부 표면에 전기 접속 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전기 접속 수단은 금속 접속 블레이드를 수용하는 고리 형상의 홈(5F) 으로 구성되는 것을 특징으로 하는 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 관(6)은 상기 슬리브에 기계적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전도성 관(6)은 상기 슬리브에 나사로 연결되는 것을 특징으로 하는 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬리브(5)와 상기 전도성 관(6)은 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 인접한 두 초전도체 케이블을 함께 연결하는 장치.
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