KR101536994B1

KR101536994B1 - 다중 위상 초전도 전력케이블을 위한 상간 연가 장치

Info

Publication number: KR101536994B1
Application number: KR1020140027104A
Authority: KR
Inventors: 박민원; 유인근; 이상진; 김성규; 하선경
Original assignee: 위덕대학교 산학협력단
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2015-07-16

Abstract

다중 위상 초전도 전력케이블을 위한 상간 연가 장치가 개시된다. 이 장치는 하나의 단일축을 중심으로 서로 다른 외경을 가지며, 상기 복수의 초전도층을 각각 둘러싸는 복수의 터미네이션(termination)과, 중공의 형상을 가지며, 외주면 상에 제1 외경의 제1 도체와 상기 제1 도체로부터 연장되어 상기 제1 외경과 다른 제2 외경의 제2 도체가 일체형으로 형성된 부채꼴 형상의 연가 도체(transposition conductor)가 형성된 포머(former) 및 한쪽 전력 케이블 내에서 상기 제1 외경을 형성하는 터미네이션과 상기 제1 도체를 전기적으로 연결하고, 다른 쪽 전력 케이블 내에서 상기 제2 외경을 형성하는 터미네이션과 상기 제2 도체를 전기적으로 연결하여, 양쪽 케이블 내에서 서로 다른 위상을 갖는 초전도층을 전기적으로 연결하는 복수의 연결 도체(joint conductor)를 포함한다.

Description

다중 위상 초전도 전력케이블을 위한 상간 연가 장치{Transposition device for a multi-phase HTS power cable}

본 발명은 다중 위상 동축형 초전도 전력케이블을 위한 상간 연가 장치에 관한 것으로서, 초전도 응용부분 및 전력전송장치 활용될 수 있는 상간 연가 장치에 관한 것이다.

초전도란 어떤 종류의 금속이나 합금을 절대영도(0K: -273.16 ℃) 가까이 냉각시켰을 때, 전기저항이 갑자기 소멸하여 전류가 아무런 장애 없이 흐르는 현상을 말한다.

초전도가 일어나는 온도는 금속의 종류에 따라 다르다. 예를 들어, 수은은 4.2K에서 초전도 현상을 일으키는데, 주석(Sn)과 니오브(Niob)의 어떤 종류의 합금에서는 18K에서 초전도 현상을 일으킨다. 현재는 납, 탈륨을 비롯하여 25종의 금속원소와 수천 종의 합금, 화합물에서 초전도 현상이 일어나는 것이 밝혀졌다. 이와 같은 초전도 현상을 일으키는 초전도 도체는, Nb3Sn, NbTi, 및 Nb3Al 등의 저온 초전도 도체(10K 이하에서 전기저항 = 0)와 YBCO, Bi-2223, Ti-1223, 및 Hg 등의 고온 초전도 도체(108K 이하에서 전기저항 = 0)로 분류된다.

최근 이러한 초전도 도체를 이용한 초전도 전력케이블이 개발된 바 있다. 초전도 전력케이블은 70년대 말부터 80년대 중반까지는 저온 초전도 전력케이블(LTS: Low Temperature Superconductivity)에 대한 연구개발이 진행되었으나, 액체 헬륨을 사용하여야 하기 때문에 초전도 전력케이블 시스템의 경제성이 작아 실현되지 못하였다. 그러나 액체질소의 비등점보다 높은 임계온도를 가진 고온 초전도체(HTS: High Temperature Superconductivity)가 발견되고, 도체의 제조기술 및 성능이 향상되면서 고온 초전도 전력케이블의 실용화에 대한 기대가 높아지고 있다.

초전도 전력 케이블은 케이블에 초전도체로 만든 전선을 넣고, 그 주변에 액체질소나 헬륨과 같은 냉매를 넣어 전기저항이 "0"이 되도록 한 케이블로서, 저손실, 대용량의 송전이 가능한 차세대 케이블이다.

현재까지 개발되고 있는 초전도 전력 케이블은 일괄형, 분리형, 다중 위상 동축형의 3가지 구조를 가지며, 이중 다중 위상 동축형 케이블은 다른 초전도 전력 케이블의 형태에 비해 초전도 선재의 양과 냉각을 요하는 면적을 줄일 수 있는 장점으로 인해 널리 연구되고 있다.

도 1은 일반적인 3상 초전도 전력 케이블의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 일반적인 3상 초전도 전력 케이블은 포머(former)(10), 고온 초전도체로 이루어진 3개의 통전층(20, 30, 40), 층간 절연층(55), 및 절연 레이어(50)를 포함한다.

포머(10)는 복수의 금속선을 꼰 중실, 또는 금속 파이프를 사용한 중공의 형태이며, 여기서는 중공의 포머를 사용하여 그 내부를 냉매의 유로로 이용한다. 이 경우, 초전도 전력 케이블은 포머(10)의 내측으로 액체질소나 헬륨 등 냉매가 도통될 수 있도록 하여 각각의 통전층(20, 30, 40)에서 초전도 특성을 얻을 수 있도록 한다.

각각의 통전층(20, 30, 40)는 테이프 형태의 고온 초전도 도체로서, "초전도 선재" 또는 "초전도 테이프" 라고도 불리기도 한다. 이러한 각각의 통전층(20, 30, 40)는 서로 다른 3개의 위상을 가지며, 초전도 전력 케이블의 주축 방향에 평행하게 되어 있지 않고, 마치 스프링이나 코일과 같이 소정의 트위스트 피치(twist pitch)로 내측 관부(10)에 감겨져 배치된다. 이때, 인접한 두층를 구성하는 초전도 도체의 감김 방향은 서로 반대로 되어 있다. 즉, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이 내측의 레이어가 오른나사 방향으로 감겨 있으면, 인접한 외측의 레이어는 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이 왼 나사 방향으로 감김으로써, 각각의 레이어에서 발생되는 자기장이 서로 상쇄될 수 있도록 한다. 이것은 초전도 재료의 전도 특성이 자장의 영향을 많이 받기 때문에, 자장 발생을 최소화하여 초전도 도체의 전도 특성이 악화되는 일이 없도록 하기 위한 것이다. 또한 각 층별로 흐르는 전류의 양을 균일하게 하여 초전도케이블의 손실을 최소화하기 위함이다.

층간 절연층(55)은 포머(10)와 통전층(20, 30, 40)의 최 내층 초전도 도체(20) 사이, 통전층(20, 30, 40)의 각 초전도 도체(20, 30, 40) 사이, 및 통전층(20, 30, 40)의 최 외층 초전도 도체(50)와 절연 레이어(60) 사이에 형성된다. 이러한 층간 절연층(55)은 크라프트지와 같은 절연지를 포머(10) 및 각각의 통전층(20, 30, 40)의 외주에 권취하여 구성되며, 층간 절연층(55)에 의해 각각의 통전층(20, 30, 40, 50)는 서로 전기적으로 독립된다.

절연 레이어(60)는 통전층(50)를 싸고 있는 내측 튜브(도시하지 않음)와 초전도 전력케이블의 최 외곽을 둘러쌓는 외측 튜브(도시하지 않음)로 구분되며, 내측 튜브와 외측 튜브 사이에는 진공 단열층이 형성되어 있어 외부로부터의 열 침입을 차단한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이와 같은 일반적인 3상 초전도 전력 케이블은 하나의 축에 서로 다른 각자의 위상을 갖는 통전층이 감겨있는 구조로서, 이러한 구조적 특징으로 인해 상간 임피던스의 불균형을 가지게 된다. 일반적인 전력 케이블은 하나의 케이블이 하나의 상(phase)을 갖도록 설계되지만, 도 1과 같은 3상 초전도 전력 케이블은 하나의 케이블 내에 3개의 상(phase) 갖도록 설계된 구조적 특징으로 인해 각 상(phase)별로 다른 인덕턴스를 갖게 된다. 이는 전체 케이블의 길이가 길어질수록 각 상간의 인덕턴스의 차이는 비례적으로 증가하고, 전체 케이블의 길이가 길어질수록 그 차이는 더욱 심해진다.

따라서, 본 발명의 목적은 다중 위상 동축형 초전도 전력 케이블의 상간 임피던스의 불균형을 해결하는 상간 연가 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 상간 연가 장치는, 상기 단일축을 중심으로 서로 다른 외경을 가지며, 상기 복수의 초전도층을 각각 둘러싸는 복수의 터미네이션(termination), 중공의 형상을 가지며, 외주면 상에 제1 외경의 제1 도체와 상기 제1 도체로부터 연장되어 상기 제1 외경과 다른 제2 외경의 제2 도체가 일체형으로 형성된 부채꼴 형상의 연가 도체(transposition conductor)가 형성된 포머(former) 및 한쪽 전력 케이블 내에서 상기 제1 외경을 형성하는 터미네이션과 상기 제1 도체를 전기적으로 연결하고, 다른 쪽 전력 케이블 내에서 상기 제2 외경을 형성하는 터미네이션과 상기 제2 도체를 전기적으로 연결하여, 양쪽 케이블 내에서 서로 다른 위상을 갖는 초전도층을 전기적으로 연결하는 복수의 연결 도체(joint conductor)를 포함한다.

본 발명에 따르면, 다중 위상 동축형 초전도 전력케이블의 단점으로 지적되어왔던 상간 임피던스 불균형 문제점 해결하고, 제시된 연가 방법을 이용하여 장거리 선로에 3상 동축형 초전도 전력케이블을 적용할 수 있다.

도 1은 일반적인 3상 초전도 전력 케이블의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 3상 초전도 전력 케이블을 구성하는 각 통전층의 구성을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 위상 동축형 초전도 전력 케이블을 위한 연가 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 포머의 형상을 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 포머의 단면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 연가 장치를 통해 양쪽 케이블의 연결 구조를 설명하기 위한 단면도
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상간 연가 방법에 따라 접속된 2개의 전력 케이블 간의 접속 구조를 입체적으로 보여주는 부분 단면 사시도이다.

전술한 바와 같이, 하나의 단일축에 서로 다른 위상을 가지는 통전층이 감겨있는 구조의 다중 위상 동축형 초전도 전력 케이블은 그 구조적 특징으로 인해 상간 임피던스의 불균형을 갖는다. 이에 본 발명에서는 다중 위상 동축형 초전도 전력 케이블을 이용한 송전 및 배전 시스템을 구축하는 경우, 아래에서 기술되는 연가 장치를 통해 한쪽 전력 케이블과 다른 쪽 전력 케이블을 연결함으로써, 다중 위상 동축형 초전도 전력케이블의 단점으로 지적되어왔던 상간 임피던스 불균형을 해결할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 위상 동축형 초전도 전력 케이블을 위한 연가 장치의 분해 사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연가 장치(100)에서는 다중 위상 동축형 초전도 전력 케이블의 계통 적용을 위해서 위상의 위치를 바꿀 수 있는 구조를 제공한다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연가 장치(100)는 복수의 터미네이션(termination: 110), 포머(120) 및 복수의 연결 도체(130)를 포함한다. 여기서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연가 장치(100)는 3상 동축형 초전도 전력 케이블(이하, ''전력 케이블''이라 함)의 적용되는 예를 설명하기로 한다.

일 실시 예에서는, 복수의 터미네이션(110)은 한쪽 전력 케이블(62) 내의 3개의 초전도층들(20, 30, 40)을 각각 둘러싸는 3개의 터미네이션들(111, 113, 115)과 상기 한쪽 전력 케이블(62)과의 연가를 위한 다른 쪽 전력 케이블(64)내의 3개의 초전도층들(20, 30, 40)을 각각 둘러싸는 3개의 터미네이션들(111', 113', 115')로 구성된다. 양쪽 전력 케이블(62, 64)내의 초전도층들은 서로 다른 위상을 가지며, 하나의 단일축(C)을 기준으로 순차적으로 적층된 구조로 형성되므로, 각 초전도층들을 둘러싸는 터미네이션들(111, 113, 115 또는 111', 113', 115')은 각기 다른 외경을 형성하게 된다.

포머(former)(120)는 기본적으로 절연 처리된 비절연체 또는 절연체로 이루어진 중공 형상의 구조를 가지며, 둘레를 따라 3개의 영역으로 구획된 각 표면상에는 3개의 연가 도체들(Transposition Conductors)(TC1, TC2, TC3)이 형성된다.

복수의 연결 도체(joint conductors)(130)는 각각 원호 형상의 단면구조를 가지며, 상기 3개의 영역별로 2개씩 구성되도록 제공된다. 본 실시 예에서는 6개의 연결 도체들(131-1, 131-2, 133-1, 133-2, 135-1, 135-2)가 예시된다. 설명의 편의를 위해, 각 영역별로 제공되는 2개의 연결도체들을 각각 제1 및 제2 연결 도체로 칭한다. 각 영역별 제공되는 제1 및 제2 연결도체의 한쪽 단부는 해당 영역의 연가 도체(TC)를 통해 전기적으로 연결된다. 이때, 제1 연결 도체의 다른 쪽 단부는 한쪽 전력 케이블 내에서 임의의 위상을 갖는 초전도층을 둘러싸는 터미네이션과 전기적으로 연결되고, 제2 연결 도체의 다른쪽 단부는 다른 쪽 전력 케이블의 내에서 상기 임의의 위상과 다른 위상을 갖는 초전도층을 둘러싸는 터미네이션과 전기적으로 연결된다. 이러한 제1 및 제2 연결 도체를 통해 상기 포머(120)상에 형성된 각 연가 도체는 임의의 위상을 갖는 한쪽 전력 케이블 내의 초전도 층들 중 임의의 초전도층을 다른 쪽 전력 케이블 내의 초전도층들 중 상기 임의의 위상과 다른 위상을 갖는 초전도층과 전기적 접속시키는 기능을 수행한다.

따라서, 양쪽 전력 케이블 내에 구성된 서로 다른 위상을 갖는 초전도층이 전기적으로 접속될 수 있으며, 이러한 전기적인 연결구조에 따라 기존의 동축형 초전도 전력케이블의 단점으로 지적되어왔던 상간 임피던스 불균형을 해결할 수 있게 된다.

이하, 상기와 같은 전기적인 연결구조를 가능하게 하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연가 장치의 구조적 특징에 대해 상세히 설명한다. 먼저 도 4 및 도 5를 참조하여 도 3에 도시된 포머에 대해 상세히 설명한다.

도 4는 도 3에 도시된 포머의 형상을 보여주는 사시도로서, 도 4의 (A) 내지 (C)는 서로 다른 시점에서 바라본 포머의 형상을 각각 보여주는 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 포머를 측면에서 바라본 단면도이다.

도 4의 (A) 내지 (C)에 도시된 바와 같이, 포머(120)는 중공 형상의 몸체(121)를 포함한다. 상기 몸체(121)의 외주면상에는 수직방향으로 연장되는 판 형상의 3개의 절연 날개들(123)이 상기 몸체(121)의 길이방향으로 형성된다. 상기 몸체(121)의 외주면은 3개의 절연 날개들(123)에 의해 제1 내지 제3 영역으로 구획되며, 각 영역에는 부채꼴 형상의 단면 구조를 갖는 제1 내지 제3 연가 도체(TC1, TC2, TC3)가 형성된다. 상기 절연 날개들(123)은 상기 몸체와 일체형으로 구성되어 절연 처리된 비절연체 또는 절연체로 이루어질 수 있다. 이에, 상기 제1 내지 제3 연가 도체(TC1, TC2, TC3)는 상기 절연 날개들(123)에 의해 전기적으로 절연된다.

상기 몸체(121)의 제1 내지 제3 영역의 외주면상에는 각각 제1 내지 제3 연가 도체(TC1, TC2, TC3)가 형성된다. 제1 내지 제3 연가 도체(TC1, TC2, TC3) 각각은 하나의 단일축(C)을 기준으로 서로 다른 외경을 가지며, 부채꼴 형상의 단면구조를 갖는 제1 및 제2 도체를 포함한다.

구체적으로, 제1 연가 도체(TC1)는 제1 외경(r1)을 형성하는 제1 도체(125-1)와 상기 제1 도체(125-1)와 일체형으로 구성되어 상기 제1 외경(r1)보다 큰 제2 외경(r2)을 형성하는 제2 도체(125-2)를 포함하도록 구성되고, 제2 연가 도체(TC2)는 상기 제2 외경(r2)을 형성하는 제1 도체(125-1')와 상기 제1 도체(125-1')와 일체형으로 구성되어 제3 외경(r3)을 형성하는 제2 도체(125-2')를 포함하도록 구성된다. 그리고 제3 연가 도체(TC3)는 제3 외경(r3)을 형성하는 상기 제1 도체(125-1'')와 상기 제1 도체(125-1'')와 일체형으로 구성되어 상기 제2 외경(r2)을 형성하는 제2 도체(125-1'')를 포함하도록 구성된다.

여기에서, 제1 외경(r1)은 양쪽 전력 케이블(62, 64)의 최내각층을 형성하는 초전도층을 둘러싸는 터미네이션(111 또는 111')의 외경이고, 제2 외경(r2)은 양쪽 전력 케이블(62, 64)의 최내각층과 최외각층 사이의 중간 층을 형성하는 초전도층을 둘러싸는 터미네이션(113 또는 113')의 외경이다. 그리고, 제3 외경(r3)은 양쪽 전력 케이블(62, 64)의 최외각층을 형성하는 초전도층을 둘러싸는 터미네이션(115 또는 115')의 외경이다.

다중 위상 동축형 초전도 전력케이블은 단일 축에 각 위상이 순차적으로 적층된 구조로서 각 초전도층을 둘러싸는 터미네이션들 또한 각기 다른 외경을 가진다. 이를 바탕으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 각 연가 도체(TC1, TC2, TC3)의 제1 및 제2 도체는 양쪽 전력 케이블의 위상을 바꾸기 위해, 양쪽 전력 케이블 내의 3개의 터미네이션에 의해 형성되는 3개의 외경들 중 서로 다른 2개의 외경들을 갖도록 설계된다.

도 6은 도 3에 도시된 연가 장치를 통해 양쪽 케이블의 연결 구조를 설명하기 위한 단면도로서, 도 6의 (A)는 양쪽 케이블의 연결 구조를 3개의 영역(①, ②, ③)별로 나누어 나타낸 단면도이고, (B)는 포머(120)의 외주면상에 형성되는 3개의 연가도체의 단면구조를 3개의 영역(①, ②, ③)별로 나타낸 도면이다.

영역(①)에서의 연결 구조

제1 연가 도체(TC1)를 구성하는 제1 외경(r1)의 제1 도체(125-1)의 상부 표면은 연결 도체(131-1) 일단부의 하부 표면에 전기적으로 접촉되고, 상기 연결 도체(131-1) 타단부의 하부 표면은 상기 제1 외경(r1)과 동일한 외경을 갖는 초전도층(20)을 둘러싸는 터미네이션(111)의 상부표면에 전기적으로 접촉됨으로써, 위상 a(phase a)를 갖는 초전도층(20)과 제1 도체(125-1)가 연결 도체(131-1)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

제1 연가 도체(TC1)를 구성하는 제2 외경(r2)의 제2 도체(125-2)의 상부 표면은 연결 도체(131-2) 일단부의 하부 표면에 전기적으로 접촉되고, 상기 연결 도체(131-2) 타단부의 하부 표면은 상기 제2 외경(r1)과 동일한 외경을 갖는 초전도층(30)을 둘러싸는 터미네이션(113')의 상부표면에 전기적으로 접촉됨으로써, 위상 b(phase b)를 갖는 초전도층(30)과 제2 도체(125-2)가 연결 도체(131-2)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

이에 따라, 서로 다른 제1 및 제2 외경(r1, r2)을 갖도록 형성된 제1 연가 도체(TC1)의 구조적 특징으로 인해 위상 a를 갖는 한쪽 케이블의 초전도층(20)과 위상 b를 갖는 다른 쪽 케이블의 초전도층(30) 간의 연가를 형성하게 된다.

영역(②)에서의 연결 구조

제2 연가 도체(TC2)를 구성하는 제2 외경(r2)의 제1 도체(125'-1)의 상부 표면은 연결 도체(133-1) 일단부의 하부 표면에 전기적으로 접촉되고, 상기 연결 도체(133-1) 타단부의 하부 표면은 상기 제2 외경(r2)과 동일한 외경을 갖는 초전도층(30)을 둘러싸는 터미네이션(113)의 상부표면에 전기적으로 접촉됨으로써, 위상 b(phase b)를 갖는 초전도층(30)과 제1 도체(125'-1)가 연결 도체(131-1)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

제2 연가 도체(TC2)를 구성하는 제3 외경(r3)의 제2 도체(125'-2)의 상부 표면은 연결 도체(133-2) 일단부의 하부 표면에 전기적으로 접촉되고, 상기 연결 도체(131-2) 타단부의 하부 표면은 상기 제3 외경(r3)과 동일한 외경을 갖는 초전도층(40)을 둘러싸는 터미네이션(115')의 상부표면에 전기적으로 접촉됨으로써, 위상 c(phase c)를 갖는 초전도층(40)과 제2 도체(125'-2)가 연결 도체(133-2)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

이에 따라, 서로 다른 제2 및 제3 외경(r2, r3)을 갖도록 형성된 제2 연가 도체(TC2)의 구조적 특징으로 인해 위상 b를 갖는 한쪽 케이블의 초전도층(30)과 위상 c를 갖는 다른 쪽 케이블의 초전도층(40)이 전기적으로 접속될 수 있게 된다.

영역( ③ )에서의 연결 구조

제3 연가 도체(TC3)를 구성하는 제3 외경(r3)의 제1 도체(125''-1)의 상부 표면은 연결 도체(135-1) 일단부의 하부 표면에 전기적으로 접촉되고, 상기 연결 도체(135-1) 타단부의 하부 표면은 상기 제3 외경(r3)과 동일한 외경을 갖는 초전도층(40)을 둘러싸는 터미네이션(115)의 상부표면에 전기적으로 접촉됨으로써, 위상 c(phase c)를 갖는 초전도층(40)과 제1 도체(125''-1)가 연결 도체(135-1)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

제3 연가 도체(TC3)를 구성하는 제1 외경(r1)의 제2 도체(125''-2)의 상부 표면은 연결 도체(135-2) 일단부의 하부 표면에 전기적으로 접촉되고, 상기 연결 도체(135-2) 타단부의 하부 표면은 상기 제1 외경(r1)과 동일한 외경을 갖는 초전도층(20)을 둘러싸는 터미네이션(115')의 상부표면에 전기적으로 접촉됨으로써, 위상 a(phase a)를 갖는 초전도층(20)과 제2 도체(125''-2)가 연결 도체(135-2)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

이에 따라, 서로 다른 제1 및 제3 외경(r1, r3)을 갖도록 형성된 제3 연가 도체(TC3)의 구조적 특징으로 인해 위상 c를 갖는 한쪽 전력 케이블의 초전도층(40)과 위상 a를 갖는 다른 쪽 전력 케이블의 초전도층(20)이 전기적으로 접속될 수 있게 된다.

이와 같이, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같은 연결 구조를 통해 전력 케이블의 상의 위치를 바꿀 수 있게 되고, 이를 통해 상간 임피던스가 불균형한 문제를 해결할 수 있게 된다.

예를 들어, 어떤 일정 길이를 가지는 전력 케이블의 인덕턴스가 수치적으로 a상은 0.1이고, b상은 0.2이고, c상은 0.3 이라 할 때, 전력 케이블을 길게 설치하면 설치할수록 각 상별 인덕턴스의 차이는 계속해서 발생하게 된다.

이에, 전체 구간의 전력 케이블을 전체 길이의 3의 배수 구간으로 나누어 도 6에 도시된 바와 같은 연가 방식으로 전력 케이블의 연가를 실시하게 되면, 설치할 전체　구간의　임피던스가 동일하게 되는데, 위와 같이, a상은 0.1, b상은 0.2, c상은 0.3이라 할 때, 전력 케이블을 총 3구간으로 나누기 때문에, 연가를 실시하는 구간은 2개 구간이 된다.

연가를 실시하는 첫 번째 구간에서, a상과 b상, b상과 c상, c상과 a상을 연가 하면 이 구간에서 원래 상을 기준으로 인덕턴스는 a상은 0.3(= 0.1 + 0.2), b상은 0.5(=0.2 + 0.3), c상은 0.4(= 0.1+0.3) 가 된다.

연가를 실시하는 두 번째 구간에서는 b상과 c상, c상과 a상, a상과 b상을 연가 하면, 최초 a상은 b상을 거쳐 다시 c상으로 연결되게 되고, 최초 b상은 c상을 거쳐 다시 a상으로 연결되게 되고, 최초 c상은 a상을 거쳐 다시 b상으로 연결되게 된다. 이때, 인덕턴스를 계산하게 되면, a상은 0.6(= 0.3 + 0.3)이 되고, b상 0.6(= 0.5 + 0.1), c상 0.6(= 0.4 + 0.2)이 된다. 결과적으로 두 번의 연가를 통해 a 상, b상 및 c상의 각 인덕턴스가 동일하게 된다.

이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 연가 장치를 사용하여 연가를 하게 되면 다중 위상형 초전도 전력 케이블의 상간 임피던스 불균형을 맞출 수 있게 되어, 불균형 없는 전력을 공급하게 된다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상간 연가 방법에 따라 접속된 2개의 전력 케이블 간의 접속 구조를 입체적으로 보여주는 부분 단면 사시도이다.

도 7에서는 양쪽 전력 케이블 간의 접속 구조에 대한 이해를 돕기 위해, 전기적으로 서로 연결되는 연가 도체와 터미네이션을 동일한 색상으로 표시하였고, 특히, 도 7의 아래쪽 우측에 도시된 부분 단면 사시도는 도 6의 영역(①)에서 연결된 연가 도체와 터미네이션 간의 접속 구조를 바라본 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 포머 상에 형성되어 서로 다른 외경을 갖도록 형성된 구조적 특징을 갖는 연가 도체를 통해 양쪽 케이블의 각 상별 터미네이션의 높이(또는 각 상별 터미네이션의 외경)에 맞추어 양쪽 케이블을 연결함으로써, 다중 위상 동축형 초전도 전력 케이블의 상간 임피던스의 불균형을 해결할 수 있게 된다.

본 발명의 상술한 실시예들은 예시를 목적으로만 기재되었고, 다수의 서로 다른 종류의 소프트웨어 또는 소프트웨어 조각들이 본 발명에 따른 강화된 보안의 혜택을 받을 수 있는 것이 자명하다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 특정한 실시예에 대한 변경, 수정 및 변형이 가능하고, 본 발명의 범위는 여기에 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해진다.

Claims

서로 다른 위상(phase)을 갖는 복수의 초전도층이 단일축을 중심으로 적층된 동축형 전력 케이블을 위한 연가 장치(transposition device)에 있어서,
상기 단일축을 중심으로 서로 다른 외경을 가지며, 상기 복수의 초전도층을 각각 둘러싸는 복수의 터미네이션(termination);
중공의 형상을 가지며, 외주면 상에 제1 외경의 제1 도체와 상기 제1 도체로부터 연장되어 상기 제1 외경과 다른 제2 외경의 제2 도체가 일체형으로 형성된 부채꼴 형상의 연가 도체(transposition conductor)가 형성된 포머(former); 및
한쪽 전력 케이블 내에서 상기 제1 외경을 형성하는 터미네이션과 상기 제1 도체를 전기적으로 연결하고, 다른 쪽 전력 케이블 내에서 상기 제2 외경을 형성하는 터미네이션과 상기 제2 도체를 전기적으로 연결하여, 양쪽 케이블 내에서 서로 다른 위상을 갖는 초전도층을 전기적으로 연결하는 복수의 연결 도체(joint conductor)
를 포함하는 다중 위상 초전도 전력케이블을 위한 상간 연가 장치.
제1항에 있어서, 상기 포머는,
상기 중공 형상의 몸체;
상기 몸체의 외주면에 수직방향으로 연장되어, 상기 몸체의 외주면을 제1 내지 제3의 영역으로 구획하는 3개의 절연 날개들; 및
상기 제1 내지 제3 영역의 외주면상에 각각 형성된 3개의 연가 도체를 포함하는 다중 위상 초전도 전력케이블을 위한 상간 연가 장치.
제2항에 있어서, 상기 3개의 연가 도체에 각각 포함된 제1 도체의 제1 외경과 제2 도체의 제2 외경은,
상기 복수의 초전도층 중에서 최내각층을 형성하는 초전도층을 둘러싸는 터미네이션에 의해 형성되는 외경, 상기 복수의 초전도층 중에서 최외각층을 형성하는 초전도 층을 둘러싸는 터미네이션에 의해 형성되는 외경 및 상기 최내각층과 상기 최외각층의 중간층을 형성하는 초전도층을 둘러싸는 터미네이션에 의해 형성되는 외경 중에서 선택된 서로 다른 2개의 외경으로 형성되는 것인 다중 위상 초전도 전력케이블을 위한 상간 연가 장치.
제2항에 있어서, 상기 복수의 연결도체는,
상기 제1 내지 제3 영역 별로 2개씩 구성된 제1 및 제2 연결 도체를 포함하고,
상기 제1 연결 도체는,
한쪽 단부의 하부면이 상기 한쪽 전력 케이블 내에서 상기 제1 외경을 형성하는 터미네이션의 표면에 접촉되고, 다른 쪽 단부의 하부면이 상기 제1 외경을 형성하는 상기 제1 도체의 표면에 접촉되고,
상기 제2 연결 도체는,
한쪽 단쪽 단부의 하부면이 상기 다른 쪽 전력 케이블 내에서 상기 제2 외경을 형성하는 터미네이션의 표면에 접촉되고, 다른쪽 단부의 하부면이 상기 제2 외경을 형성하는 상기 제2 도체의 표면에 접촉되어,
양쪽 케이블 내에서 서로 다른 위상을 갖는 초전도층을 전기적으로 연결하는 것인 다중 위상 초전도 전력케이블을 위한 상간 연가 장치.
제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 연결 도체 각각은,
원호 형상의 단면 구조를 갖는 것인 다중 위상 초전도 전력케이블을 위한 상간 연가 장치.