KR101934435B1 - 초전도 테이프와 함께 사용하기 위한 초전도 고장 전류 제한기 시스템 및 연결 시스템 - Google Patents
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Abstract
초전도 고장 전류 제한기(superconducting fault current limiter; SCFCL) 시스템 내의 초전도 테이프들을 연결하기 위한 시스템이 개시된다. 신규한 커넥터 시스템은, 2개의 초전도 테이프들이 커넥터 스택으로 단일 개구부 내에 설치되는 것을 가능하게 한다. 이는 커넥터 스택의 높이를 거의 50%만큼 감소시켰으며, 이는 SCFCL 시스템을 체적에 있어서 더 효율적이고 더 작게 만든다. 일 실시예에 있어서, 각각의 커넥터는 상단 및 하단 표면들 둘 모두 상에 리세스된 부분을 가져서, 그 결과 다른 커넥터 상에 적층될 때, 리세스된 부분이 정렬되어 더 큰 개구부를 형성한다. 다른 실시예에 있어서, 커넥터는 2개의 초전도 테이프들을 수용할 수 있는 단일 리세스된 부분을 갖는다. 초전도 테이프들은 보호 슬리브 내에 배치될 수 있다.
Description
본 개시의 실시예들은 초전도 시스템들에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 초전도 시스템 내에서 상호연결들을 위하여 사용되는 공간을 감소시키기 위한 초전도 시스템에 관한 것이다.
전력 송신 및 분배 네트워크들에 있어서, 고장 전류 상태들이 발생할 수 있다. 고장 전류 상태는 네트워크 내의 고장 또는 단락 회로에 의해 초래되는 네트워크를 통해 흐르는 전류의 급격한 서지(surge)이다. 고장의 원인은, 네트워크에 충돌하는 낙뢰, 및 몇몇 기후 또는 쓰러진 나무들에 기인하는 송신 전력 라인들의 하강(downing) 또는 접지(grounding)를 포함할 수 있다. 고장이 발생할 때, 큰 부하가 순간적으로 나타난다. 이에 응답하여, 네트워크는 많은 양의 전류(즉, 과전류)를 이러한 부하로, 또는 이러한 경우에, 고장으로 전달한다. 이러한 서지 또는 고장 전류 상태는 바람직하지 않으며, 네트워크 또는 네트워크에 연결된 장비를 손상시킬 수 있다. 특히, 네트워크 및 네트워크에 연결된 장비가 타거나, 또는 일부 경우들에 있어서, 폭발할 수 있다.
고장 전류를 제한하고 고장 전류에 의해 초래되는 손상으로부터 전력 장비를 보호하기 위하여 사용되는 하나의 시스템은 초전도 고장 전류 제한기(superconducting fault current limiter; SCFCL) 시스템이다. 일반적으로, SCFCL 시스템은, 임계 온도 레벨 TC, 임계 자기장 레벨 HC, 및 임계 전류 레벨 IC 아래에서 거의 제로(zero) 비저항(resistivity)을 나타내는 초전도 회로를 포함한다. 이러한 임계 레벨 조건들 중 적어도 하나가 초과되는 경우, 회로가 ?칭(quench)하며 비저항을 나타낸다.
정상 동작 동안, SCFCL 시스템의 초전도 회로는 TC, HC, 및 IC의 임계 레벨 조건들 아래로 유지된다. 고장 동안, 전술된 임계 레벨 조건들 중 하나 이상이 초과된다. 순간적으로, SCFCL 시스템 내의 초전도 회로가 ?칭되며 서지들에 저항하고, 이는 결과적으로 고장 전류의 송신을 제한하며 네트워크 및 연관된 장비를 과부하로부터 보호한다. 어떤 시간 지연 다음에 그리고 고장 전류가 해소된 이후에, 초전도 회로가 정상 동작으로 복귀하며, 여기에서 임계 레벨 조건들 중 어느 것도 초과되지 않고 전류는 다시 네트워크 및 SCFCL 시스템을 통해 송신된다.
전형적으로 평평한 와이어 또는 전도성 테이프의 형태의 전도체들이 전형적으로 SCFCL 시스템 내에서 전기 에너지 또는 신호들을 송신하기 위하여 사용된다. 예를 들어, SCFCL 시스템 내에서, 초전도 회로는 2개의 외부 단자들 사이에 배치될 수 있다. 이러한 초전도 회로는 이러한 2개의 단자들 사이에서 전류를 운반한다. 정상 동작 동안, 이러한 초전도 회로는 수백 암페어가 통과하는 것을 허용할 수 있다. 고장의 경우에, 전류가 거의 통과되지 않으며, 2개의 단자들 사이에 큰 전압 차이가 존재한다. 전압 차이는, SCFCL 시스템 내에 배치되는 초전도 테이프의 길이를 결정할 수 있다. 동작 전류는, 희망되는 전류를 전달하기 위하여 얼마나 많은 초전도 테이프들이 병렬로 사용되는지를 결정할 수 있다. 따라서, 흔히 복수의 전도성 테이프들이 전기 에너지를 송신하기 위하여 사용된다. 이러한 초전도 테이프들은, 그 각각이 대응하는 전도성 테이프를 홀딩(hold)하는 복수의 커넥터들을 포함하는 디바이스 내에 어셈블리된다. 이러한 커넥터들은 스택(stack)을 형성하기 위한 서로의 상단 상에 적층될 수 있다.
전도성 테이프들은 온도의 증가에 기인하여 팽창할 수 있으며, 또한 전도성 테이프들을 통해 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장에 기인하여 진동할 수 있다. 따라서, 이러한 전도체들은 전형적으로, 정상 또는 고장 상태들 동안, 전도성 테이프들이 서로 터치할 가능성을 최소화하기 위하여 서로 사이에 최소 간격을 갖는다. 최소라고 하더라도, 이러한 접촉은 전기적 및/또는 기계적 간섭을 야기할 수 있으며, 이는 전도성 테이프들의 감소된 수명 및 신뢰성으로 이어질 수 있다.
커넥터들의 수 및 커넥터들 사이의 최소 간격은 SCFCL 시스템의 전체 크기를 결정하는 인자들이다. 따라서, SCFCL 시스템에서 이용되는 연결 시스템을 최소화하는 것이 유익할 것이다. 더 작은 폼 팩터(form factor) 연결 시스템이 주어진 동작 명세에 대하여 SCFCL 시스템의 전체 크기를 감소시킬 것이다. 추가적으로, 주어진 체적 내에서, 더 높은 전압/전류 동작이 가능할 것이다.
초전도 고장 전류 제한기(superconducting fault current limiter; SCFCL) 시스템 내의 초전도 테이프들을 연결하기 위한 시스템이 개시된다. 신규한 커넥터 시스템은, 2개의 초전도 테이프들이 커넥터 스택 내의 단일 개구부 내에 설치되는 것을 가능하게 한다. 이는 커넥터 스택의 높이를 거의 50%만큼 감소시켰으며, 이는 SCFCL 시스템을 체적에 있어서 더 효율적이고 더 작게 만든다. 일 실시예에 있어서, 각각의 커넥터는 상단 및 하단 표면들 둘 모두 상에 리세스된(recessed) 부분을 가져서, 그 결과 다른 커넥터 상에 적층될 때, 리세스된 부분들이 정렬되어 더 큰 개구부를 형성한다. 다른 실시예에 있어서, 커넥터는 2개의 초전도 테이프들을 수용할 수 있는 단일의 리세스된 부분을 갖는다. 초전도 테이프들은 보호 슬리브(sleeve) 내에 배치될 수 있다.
일 측면에 따르면, 초전도 고장 전류 제한기(superconducting fault current limiter; SCFCL) 시스템이 개시된다. SFFCL 시스템은, 탱크; 탱크 내에 포함된 냉각제; 냉각제 내에 담긴(immersed) 커넥터 스택으로서, 커넥터 스택은 다른 커넥터의 상단 상에 하나의 커넥터가 배치되는 복수의 커넥터들을 포함하며, 하나 이상의 개구부들을 가지고, 각각의 개구부가 2개의 초전도 테이프들을 홀딩하도록 적응되는, 커넥터 스택; 및 하나 이상의 개구부들의 각각의 개구부에 배치되는 쌍형 구성(paired configuration)의 2개의 초전도 테이프들을 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 커넥터 스택 내의 각각의 커넥터는 제 1 표면 및 제 1 표면에 대향되는 제 2 표면을 가져서, 그 결과 커넥터 스택 내의 제 1 커넥터의 제 1 표면은 제 2 커넥터의 제 2 표면 상에 배치되고, 여기에서 각각의 제 1 표면은 제 1 리세스된 부분을 포함하며, 각각의 제 2 표면은 제 2 리세스된 부분을 포함하고, 여기에서 제 1 커넥터의 제 1 리세스된 부분은 제 2 커넥터의 제 2 리세스된 부분과 정렬되며, 이들이 함께 하나 이상의 개구부들 중 하나를 형성한다. 특정 실시예들에 있어서, 커넥터 스택 내의 각각의 커넥터는 제 1 표면 및 제 1 표면에 대향되는 제 2 표면을 가져서, 그 결과 커넥터 스택 내의 제 1 커넥터의 제 1 표면은 제 2 커넥터의 제 2 표면 상에 배치되고, 여기에서 각각의 제 1 표면은 하나 이상의 개구부들 중 하나를 형성하는 깊은 리세스된 부분을 포함한다.
다른 측면에 따르면, 초전도 테이프와 함께 사용하기 위한 연결 시스템이 개시된다. 연결 시스템은, 냉각제 내에 담긴 커넥터 스택으로서, 커넥터 스택은 다른 커넥터의 상단 상에 하나의 커넥터가 배치되는 복수의 커넥터들을 포함하며, 하나 이상의 개구부들을 가지고, 각각의 개구부는 2개의 초전도 테이프들을 홀딩하도록 적응되는, 커넥터 스택; 및 하나 이상의 개구부들의 각각의 개구부에 배치되는 쌍형 구성의 2개의 초전도 테이프들을 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 2개의 초전도 테이프들 중 적어도 하나는 보호 슬리브 내에 배치된다.
제 3 측면에 따르면, 초전도 고장 전류 제한기(superconducting fault current limiter; SCFCL) 시스템이 개시된다. SCFCL 시스템은, 탱크; 탱크 내에 포함된 냉각제; 및 냉각제 내에 담긴 초전도 어레이;를 포함하며, 초전도 어레이는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 기판; 제 1 단부에 배치되고, 다른 커넥터의 상단 상에 하나의 커넥터가 배치되는 복수의 커넥터들을 포함하며 하나 이상의 제 1 개구부들을 갖는 제 1 커넥터 스택으로서, 각각의 제 1 개구부들은 2개의 초전도 테이프들을 홀딩하도록 적응되는, 제 1 커넥터 스택; 제 2 단부에 배치되고, 다른 커넥터의 상단 상에 하나의 커넥터가 배치되는 복수의 커넥터들을 포함하며 하나 이상의 제 2 개구부들을 갖는 제 2 커넥터 스택으로서, 각각의 제 2 개구부들은 2개의 초전도 테이프들을 홀딩하도록 적응되는, 제 2 커넥터 스택; 및 각각 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 쌍형 구성의 2개의 초전도 테이프들로서, 2개의 초전도 테이프들의 제 1 단부는 하나 이상의 제 1 개구부들 중 하나 내에 배치되고 2개의 초전도 테이프들의 제 2 단부는 하나 이상의 제 2 개구부들 중 하나 내에 배치되는, 2개의 초전도 테이프들을 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 2개의 초전도 테이프들의 각각의 제 1 면(side)은 초전도성이며, 제 1 면에 대향되는 제 2 면은 비-초전도성이고, 2개의 초전도 테이프들의 제 2 면은 서로 인접한다.
본 개시의 더 양호한 이해를 위하여, 본원에 참조로서 포함되는 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 연결 시스템을 사용하는 초전도 고장 전류 제한기(superconducting fault current limiter; SCFCL) 시스템이다.
도 2는 일 실시예에 따른 SCFCL 시스템 내에 배치되는 초전도 어레이이다.
도 3a 내지 도 3b는 일 실시예에 따른 연결 시스템에서 사용되는 커넥터의 도면들이다.
도 4는 도 3a 내지 도 3b의 커넥터를 사용하는 커넥터 스택이다.
도 5a는 제 1 실시예에 따른 초전도 테이프들을 갖는 도 3a 내지 도 3b의 커넥터들을 사용하는 커넥터 스택이다.
도 5b는 제 2 실시예에 따른 초전도 테이프들을 갖는 도 3a 내지 도 3b의 커넥터들을 사용하는 커넥터 스택이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 연결 시스템에서 사용되는 커넥터이다.
도 7은 도 6의 커넥터를 사용하는 커넥터 스택이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 연결 시스템을 사용하는 초전도 고장 전류 제한기(superconducting fault current limiter; SCFCL) 시스템이다.
도 2는 일 실시예에 따른 SCFCL 시스템 내에 배치되는 초전도 어레이이다.
도 3a 내지 도 3b는 일 실시예에 따른 연결 시스템에서 사용되는 커넥터의 도면들이다.
도 4는 도 3a 내지 도 3b의 커넥터를 사용하는 커넥터 스택이다.
도 5a는 제 1 실시예에 따른 초전도 테이프들을 갖는 도 3a 내지 도 3b의 커넥터들을 사용하는 커넥터 스택이다.
도 5b는 제 2 실시예에 따른 초전도 테이프들을 갖는 도 3a 내지 도 3b의 커넥터들을 사용하는 커넥터 스택이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 연결 시스템에서 사용되는 커넥터이다.
도 7은 도 6의 커넥터를 사용하는 커넥터 스택이다.
초전도 고장 전류 제한기(superconducting fault current limiter; SCFCL) 시스템은 접지로부터 전기적으로 분리된 인클로저(enclosure)를 포함할 수 있으며, 그 결과 인클로저는 접지 전위로부터 전기적으로 분리된다. 다른 실시예들에 있어서, 인클로저는 접지될 수 있다. SCFCL 시스템은 또한, 하나 이상의 전류 운반 라인들에 전기적으로 연결된 제 1 및 제 2 단자들, 및 인클로저 내에 포함된 제 1 초전도 회로를 가질 수 있으며, 여기에서 제 1 초전도 회로는 제 1 및 제 2 단자들에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 연결 시스템을 사용하는 예시적인 시스템이 도시된다. 본 실시예에 있어서, 연결 시스템을 사용하는 초전도 고장 전류 제한기(superconducting fault current limiter; SCFCL) 시스템(100)이 도시된다. 본 실시예가 SCFCL 시스템(100)에 초점을 맞추지만, 본 개시가 이에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야만 한다. 당업자들은, 연결 시스템이 복수의 전도성 테이프들 또는 와이어들에 관련된 연결들을 포함하여 다른 전기 시스템들과 함께 사용될 수 있다는 것을 인식해야만 한다.
본 실시예의 SCFCL 시스템(100)은 하나 이상의 상(phase) 모듈들(110)을 포함할 수 있다. 명료성 및 단순성의 목적들을 위하여, SCFCL 시스템(100)의 설명이 하나의 단일 상 모듈(110)에 한정될 것이지만, 하나가 넘는 상 모듈을 사용하는 다양한 다른 실시예들이 사용될 수 있다.
SCFCL 시스템(100)의 상 모듈(110)은 그 안에 챔버를 획정(define)하는 인클로저 또는 탱크(112)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 인클로저 또는 탱크(112)는 열적으로 절연될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 인클로저 또는 탱크(112)는 전기적으로 절연될 수 있다. 인클로저 또는 탱크(112)는 유리 섬유 또는 다른 유전체 재료들과 같은 다양한 재료들로 만들어질 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 인클로저 또는 탱크(112)는 금속(예를 들어, 스테인리스 강, 구리, 알루미늄, 또는 다른 금속)과 같은 전기적 전도성 재료로 만들어질 수 있다. 인클로저 또는 탱크(112)는 또한 외부 층(112a) 및 내부 층(112b)을 포함할 수 있다. 절연 매체(예를 들어 열적 및/또는 전기적 절연 매체)가 외부 층(112a)과 내부 층(112b) 사이에 개재될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 인클로저 또는 탱크(112)는 대지 접지(earth ground)에 연결되거나 또는 연결되지 않을 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 인클로저 또는 탱크(112)는 송신/분배 네트워크 전류 라인들(142a 및 142b)에 전기적으로 결합되고 라인 전압으로 유지될 수 있다.
인클로저 또는 탱크(112) 내에, 명료성 및 단순성의 목적들을 위하여 블록으로서 도시되는 하나 이상의 고장 전류 제한 유닛들(120)이 존재할 수 있다. 상 모듈(110)은 또한 하나 이상의 전기적 부싱(bushing)들(116)을 포함할 수 있다. 전기적 부싱들(116)의 원위 단부들은 각기 단자들(144 및 146)을 통해 송신/분배 네트워크 전류 라인들(142a 및 142b)에 결합될 수 있다. 이러한 구성은, 상 모듈(110)이 송신/분배 네트워크(미도시)에 결합되는 것을 가능하게 할 수 있다. 송신/분배 네트워크 전류 라인들(142a 및 142b)은 하나의 위치로부터 다른 위치로(예를 들어, 전류 소스 대 전류 최종 사용자들) 또는 전력 또는 전력 분배 라인들로 전력을 송신하기 위한 송신 라인들일 수 있다.
전기적 부싱들(116)은 단자들(144 및 146)을 고장 전류 제한 유닛(120)에 연결하는 내부 전도성 재료를 갖는 전도체들을 포함할 수 있다. 반면, 외부 층(112a)은 인클로저 또는 탱크(112)를 내부 전도성 재료로부터 절연시키기 위하여 사용될 수 있으며, 이는 인클로저 또는 탱크(112) 및 단자들(144 및 146)이 상이한 전기적 전위들로 존재하는 것을 가능하게 한다. 일부 실시예들에 있어서, 상 모듈(110)은 전기적 부싱들(116) 내에 포함된 전도성 재료를 연결하기 위하여 내부 션트(shunt) 리액터(reactor)(118) 또는 외부 션트 리액터(148), 또는 이들 둘 모두를 포함할 수 있다.
몇몇 절연된 지지부들이 서로로부터 다양한 전압들을 절연하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 인클로저 또는 탱크(112) 내의 절연된 지지부들(132)은 상 모듈(110)의 전압을 인클로저 또는 탱크(112)로부터 분리하기 위하여 사용될 수 있다. 추가적인 지지부들(134)은 플랫폼(160) 및 그 위에 존재하는 컴포넌트들을 접지로부터 분리하기 위하여 사용될 수 있다.
고장 전류 제한 유닛(120)의 온도는 인클로저 또는 탱크(112) 내의 냉각제(114)을 사용하여 희망되는 온도 범위로 유지될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 고장 전류 제한 유닛(120)은 낮은 온도 범위로, 예를 들어, ~77K로 또는 그 근처로 냉각되고 유지될 수 있다. 냉각제(114)는 액체 질소 또는 다른 유형의 초저온 유체 또는 가스를 포함할 수 있다. 냉각제(114) 자체는 전기 냉각 시스템을 사용하여 냉각될 수 있으며, 이는 초저온 압축기(117) 및 트랜스포머(115)를 더 포함할 수 있다. 다른 유형들의 냉각 시스템들이 또한 냉각제(114)를 낮은 온도로 유지하기 위하여 사용될 수 있다.
평평한 전도성 테이프, 예컨대 초전도 테이프는 고장 전류 제한 유닛(120) 내에서 전기 에너지 또는 신호들을 송신하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 초전도 테이프는 이러한 단자들(144 및 146) 사이에서 전류를 운반한다. 정상 동작 동안, 이러한 초전도 테이프는 수백 암페어가 통과하는 것을 허용할 수 있다. 고장의 경우에, 전류가 거의 통과되지 않으며, 단자들(144 및 146) 사이에 큰 전압 차이가 존재한다. 전압 차이는, 고장 전류 제한 유닛(120) 내에 배치되는 초전도 테이프의 길이를 결정할 수 있다. 동작 전류는, 희망되는 전류를 전달하기 위하여 얼마나 많은 초전도 테이프들이 병렬로 사용되는지를 결정할 수 있다. 따라서, 흔히 복수의 전도성 테이프들이 전기 에너지를 송신하기 위하여 사용된다.
도 2는, 일 실시예에 따른 연결 시스템을 포함할 수 있는 SCFCL 시스템(100) 내에 포함되는 초전도 어레이(200)를 도시한다. 초전도 어레이(200)는 2개의 이격된 단부들; 제 1 단부(210) 및 제 2 단부(220)를 갖는 기판(205)일 수 있다. 제 1 단부 포트(250) 및 제 2 단부 포트(251)가 제 1 단부(210) 상에 배치될 수 있다. 단부 포트들은 단자들(144 및 146)에 연결하기 위하여 사용될 수 있다(도 1 참조). 각각의 단부는 복수의 커넥터들(230)을 홀딩하기 위하여 사용될 수 있다. 추가로, 각각의 커넥터(230)는 제 1 포트(235) 및 제 2 포트(236)를 포함하여 2개 이상의 포트들을 가질 수 있다(도 3a 참조). 하나 이상의 초전도 테이프들(240)은 제 1 단부(210) 상의 커넥터(230) 상의 포트와 제 2 단부(220) 상의 커넥터(230) 상의 포트 사이에서 연장할 수 있다. 제 1 단부(210) 상의 커넥터들(230)은 제 2 단부(220) 상의 커넥터들(230)로부터 오프셋(offset)될 수 있다. 예를 들어, 제 1 단부(210) 상의 커넥터(230)의 2개의 포트들로부터 연장하는 초전도 테이프들(240)은 제 2 단부(220) 상의 2개의 상이한 커넥터들(230) 상의 포트들에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 초전도 테이프(240)는 제 1 단부 포트(250)와 제 2 단부 포트(251) 사이에서 구불구불한 패턴으로 연결될 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 다수의 초전도 어레이들(200)이 직렬로 연결될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 다수의 초전도 어레이들(200)이 병렬로 연결될 수 있다.
각각의 커넥터(230)는 구리와 같은 전도성 재료로 만들어질 수 있다. 다수의 초전도 테이프들을 병렬로 사용하기 위하여, 커넥터들(230)은 서로의 상단 상에 적층될 수 있다. 도 2는 폭 및 길이를 갖는 초전도 어레이(200)를 도시한다. 커넥터들(230)을 적층하는 것이 또한 초전도 어레이(200)로 하여금 높이를 가지게끔 한다. 사용되는 병렬 초전도 테이프들의 수에 의존하여, 높이가 변화할 수 있다.
도 3a 내지 도 3b는 일 실시예에 따른 커넥터(230)의 2개의 도면들을 도시한다. 도 3a 내지 도 3b가 특정 형상을 도시하지만, 커넥터(230)가 임의의 적절한 형상을 가질 수 있으며 커넥터(230)의 형상 및 두께가 본 개시에 의해 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 이상에서 설명된 바와 같이, 커넥터(230)는 2개의 포트들; 제 1 포트(235) 및 제 2 포트(236)를 가질 수 있다. 물론, 특정 실시예들에 있어서, 커넥터(230)는 상이한 수의 포트들을 가질 수 있다. 제 1 또는 상단 표면 상에서, 커넥터(230)의 제 1 포트(235) 및 제 2 포트(236)는 각기 그 안으로 초전도 테이프(240)가 삽입되거나 또는 배치되는 제 1 슬롯형(slotted) 부분(231)을 포함할 수 있다. 이러한 특정 실시예에 있어서, 제 1 슬롯형 부분(231)은, 2개의 포트들 사이에서 연장하는 커넥터(230)의 제 1 표면 상의 리세스된 영역이다. 다른 실시예들에 있어서, 포트들의 각각은 서로 연결되지 않는 별개의 제 1 슬롯형 부분(231)을 가질 수 있다.
전통적인 커넥터들과 달리, 커넥터(230)는 또한 도 3b에 도시된 바와 같은 커넥터(230)의 제 2 또는 하단 표면 상에 배치된 제 2 슬롯형 부분(232)을 포함할 수 있다. 이러한 제 2 슬롯형 부분(232)은 제 1 슬롯형 부분(231)과 동일한 형상일 수 있다. 제 2 슬롯형 부분(232)은 또한, 2개의 커넥터들(230)이 서로의 상단 상에 적층될 때, 상부 커넥터의 제 2 슬롯형 부분(232)이 하부 커넥터의 제 1 슬롯형 부분(231)과 정렬되도록 제 1 슬롯형 부분(231)과 정렬될 수 있다.
서로의 상단 상에 배치된 복수의 커넥터들(230)을 포함하는 스택(280)이 도 4에 도시된다. 연결 시스템은 스택(280) 내에서의 사용을 위하여 특수(specialized) 상단 커넥터들(260) 및 하단 커넥터들(265)을 사용할 수 있다. 명칭이 암시하는 바와 같이, 하단 커넥터(265)는 스택(280)의 하단에 배치되는 커넥터이다. 이러한 하단 커넥터(265)는 그것의 하단 표면 상에 제 2 슬롯형 부분을 갖지 않을 수 있으며, 이는 그 표면이 기판(205)과 접촉하기 때문이다. 상단 커넥터(260)는 스택(280)의 상단 상에서 사용되며, 그것의 상단 표면 상에 제 1 슬롯형 부분을 갖지 않을 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 특수 상단 커넥터들(260) 및 하단 커넥터들(265)이 사용되며, 이들의 각각은 오로지 하나의 슬롯형 부분만을 갖는다. 다른 실시예들에 있어서, 제 1 슬롯형 부분(231) 및 제 2 슬롯형 부분(232)을 갖는 커넥터들(230)이 상단 커넥터(260) 및 하단 커넥터(265)로서 사용될 수 있다. 특수 상단 커넥터들(260) 및 하단 커넥터들(265)이 사용되는 실시예들에 있어서, 이러한 2개의 커넥터들은 스택(280) 내의 그것의 위치에 의존하여 단지 뒤집히는(flipped over) 동일한 컴포넌트일 수 있다.
커넥터(230) 내의 각각의 슬롯형 부분은 하나의 초전도 테이프(240)를 정확하게 홀딩하도록 적응될 수 있다. 따라서, 병렬로 존재할 수 있는 초전도 테이프들(240)의 수는 스택(280) 내의 커넥터들의 수에 의해 결정된다. 특히, 상단 커넥터(260) 및 각각의 하단 커넥터(265)는 각기 하나의 이용가능한 슬롯형 부분을 가지며, 따라서 하나의 초전도 테이프(240)를 홀딩한다. 상단 커넥터(260)와 하단 커넥터(265) 사이에 배치된 각각의 커넥터(230)가 2개의 초전도 테이프들(240)을 홀딩한다; 제 1 슬롯형 부분(231) 내에 하나 및 제 2 슬롯형 부분 (232) 내에 하나. 따라서, N개의 초전도 테이프들(240)이 병렬로 사용되는 경우, 스택(280)은 총 (N/2)+1개의 커넥터들을 포함할 것이며, 이는 상단 커넥터(260), 하단 커넥터(265), 및 (N/2)-1개의 커넥터들(230)을 포함한다.
이에 비하여, 전통적인 커넥터들은 오로지 하나의 표면 상에 단일 슬롯형 부분만을 갖는다. 이러한 전통적인 커넥터들을 사용하면, 상단 커넥터, 하단 커넥터 및 N-1개의 커넥터들을 포함하는 총 N+1개의 커넥터들이 사용될 것이다. 초전도 테이프들(240)의 수(N)가 증가할 때, 사용되는 커넥터들(230)의 수에서의 감소 및 그에 따른 스택(280)의 전체 높이에서의 감소가 상당하게 된다. 예를 들어, 8개의 병렬 초전도 테이프들(240)을 지원하기 위하여, 9개의 전통적인 커넥터들의 스택이 사용될 수 있다. 이와 대조적으로, 이러한 신규한 연결 시스템을 사용하면, 단지 5개의 커넥터들의 스택(280)이 이용된다! 이는 전통적인 커넥터들을 뛰어 넘는 거의 50%의 공간 절감을 나타낸다.
이상에서 설명된 바와 같이, 제 1 커넥터의 제 1 슬롯형 부분(231) 및 제 2 커넥터의 제 2 슬롯형 부분(232)은 커넥터들(230)이 스택(280)으로 배열될 때 정렬될 수 있다. 다시 말해서, 이러한 슬롯형 부분들 내로 삽입될 때, 2개의 초전도 테이프들(240)은 쌍형 구성으로 다른 것의 상단 상에 하나가 배치된다. 특정 실시예들에 있어서, 이러한 2개의 초전도 테이프들(240)이 서로 분리되어 유지되는 경우 유익할 수 있다. 이는 고장 상태 동안 초전도 테이프들(240)이 손상될 가능성을 감소시킬 수 있다. 도 5a에 도시된 일 실시예에 있어서, 쌍형 구성의 각각의 초전도 테이프(240)가 보호 슬리브(290) 내에 위치된다. 보호 슬리브(290)는 특히 고장 상태 동안 단락을 방지하기 위하여 초전도 테이프들(240)을 분리한다. 추가적으로, 보호 슬리브(290)는 냉각제가 통과하는 것을 가능하게 하도록 설계되며, 이는 초전도 테이프들(240)이 냉각제에 의해 냉각되는 것을 가능하게 한다. 따라서, 보호 슬리브(290)는 다공성 재료일 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 보호 슬리브(290)는 비단, 면, 또는 울(wool)일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 보호 슬리브(290)는 다공성 유전체 재료, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)일 수 있다.
보호 슬리브(290)는 그것의 길이를 따라 전도성 테이프(240)를 커버하기 위하여 사용될 수 있으며, 그 결과 단부가 커넥터들(230)의 슬롯형 부분들 내에 배치되는 경우 초전도 테이프(240)의 단부들만이 노출된다.
도 5b는 제 2 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에 있어서, 쌍형 구성의 2개의 초전도 테이프들(240) 중 오로지 하나만이 보호 슬리브(290) 내에 위치된다. 예를 들어, 각각의 쌍형 구성의 하단 초전도 테이프(240)가 보호 슬리브(290) 내에 배치될 수 있으며, 반면 쌍형 구성의 상단 초전도 테이프(240)는 노출된 채로 남겨진다. 스택(280) 내의 모든 쌍형 구성들에 대하여 이것이 반복되는 경우, 어떠한 2개의 노출된 초전도 테이프들(240)도 서로 인접하지 않을 것이다.
추가로, 초전도 테이프(240)는 복수의 층들을 포함할 수 있으며, 이들의 하나 이상은 고온 초전도체(high temperature superconductor; HTS) 층일 수 있다. 층 내의 HTS의 예들은 구리 산화물 기반 초전도체 예컨대 YBCO 또는 다른 희토류 BCO (ReBCO), BSCCO, TBCCO, 또는 HgBa2Ca2Cu3Ox, 또는 철(Fe) 기반 HTS를 포함할 수 있다. HTS 층 위 또는 아래에, 다양한 전도성 재료들로 형성된 하나 이상의 층들의 존재할 수 있다. 이러한 전도성 재료들은 구리, 알루미늄, 은, 강철, 또는 다른 전도성 재료 또는 복합물을 포함할 수 있다. 따라서, 초전도 테이프(240)는 전형적으로 초전도 재료의 층을 포함하는 제 1 면, 및 제 1 면에 대향되는 비-초전도성인 제 2 면을 갖는다. 쌍형 구성의 초전도 테이프들(240)은, 2개의 테이프들(240)의 비-초전도성 제 2 면들이 서로 인접하도록 배치될 수 있다.
도 3a 내지 도 3b가, 커넥터(230)가 제 1 표면 상에 제 1 슬롯형 부분(231) 및 제 2 표면 상에 제 2 슬롯형 부분(232)을 갖는 실시예를 설명하지만, 다른 실시예들이 또한 가능하다. 예를 들어, 도 6은 제 2 실시예에 따른 커넥터(330)를 도시한다. 이러한 실시예에 있어서, 커넥터(330)는 제 1 포트(335) 및 제 2 포트(336)를 포함할 수 있다. 깊은 슬롯형 부분(331)이 커넥터(330)의 제 1 또는 상단 표면 내에 배치될 수 있다. 커넥터(230)의 제 1 슬롯형 부분(231) 및 제 2 슬롯형 부분(232)과 달리, 깊은 슬롯형 부분(331)은 2개의 초전도 테이프들(240)을 수용하도록 크기가 결정된다. 추가로, 커넥터(330)의 제 2 또는 하단 표면은 리세스된 부분을 갖지 않을 수 있다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 커넥터들(330)이 스택(380) 내에 위치될 때, (최상단 커넥터를 제외한) 각각의 커넥터(330)는 쌍형 구성으로 배열된 2개의 초전도 테이프들(240)을 수용하기 위한 기회를 제공한다. 따라서, 도 3a 내지 도 3b의 커넥터를 사용하는 구성과 유사하게, N개의 초전도 테이프들(240)을 수용하기 위하여, 총 (N/2)+1개의 커넥터들(330)이 이용된다.
쌍형 구성으로 배열된 2개의 초전도 테이프들(240)은 각각 도 5a에 도시된 바와 같이 보호 슬리브(290) 내에 배치될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 도 5b에 도시된 바와 같이 초전도 테이프들(240) 중 오로지 하나만이 보호 슬리브(290) 내에 배치된다. 이상에서 설명된 바와 같이, 2개의 초전도 테이프들(240)의 비-초전도성 제 2 면들이 서로 인접하게 배치될 수 있다.
도 3a 내지 도 3b의 커넥터(230) 및 도 6의 커넥터(330)는, 커넥터 스택으로 어셈블리될 때, 각기 복수의 개구부들을 제공하며, 여기에서 각각의 개구부는 쌍형 구성의 2개의 초전도 테이프들(240)을 수용하도록 크기가 결정된다. 도 3a 내지 도 3b의 실시예에 있어서, 이러한 개구부는 하나의 커넥터(230) 상의 제 1 슬롯형 부분(231) 및 제 2 커넥터(230) 상의 제 2 슬롯형 부분(232)의 조합이다. 도 6의 실시예에 있어서, 이러한 개구부는 커넥터(330)의 제 1 표면 상에 배치된 깊은 슬롯형 부분(331)이다. 2개의 초전도 테이프들(240)은, 2개의 테이프들의 비-초전도성 제 2 면들이 서로 인접하도록 배열될 수 있다. 추가로, 이상에서 설명된 바와 같이, 2개의 초전도 테이프들(240) 중 하나 또는 둘 모두가 보호 슬리브(290) 내에 배치될 수 있다.
추가로, 각각의 개구부는 그 안으로 2개의 초전도 테이프들(240)이 삽입되는 캐비티(cavity)이다. 각각의 캐비티는 상부 캐비티 표면 및 하부 캐비티 표면을 갖는다. 각각의 개구부의 상부 캐비티 표면은 제 1 커넥터의 제 2 또는 하단 표면이며, 반면 하단 캐비티 표면은 제 1 커넥터 아래에 배치되는 제 2 커넥터의 제 1 또는 상단 표면이다. 2개의 초전도 테이프들(240)의 제 1 초전도성 면들은 각기 이러한 2개의 캐비티 표면들의 각각의 하나에 기대어 배치된다. 다시 말해서, 각각의 초전도 테이프(240)의 초전도성 면은 커넥터 스택 내에서 커넥터의 표면과 물리적으로 접촉한다. 특정 실시예들에 있어서, 보호 슬리브(290)는 캐비티 내로 연장하지 않는다.
본 출원에서 이상에서 설명된 실시예들은 다수의 이점들을 가질 수 있다. 첫째로, 주어진 수의 병렬 초전도 테이프들을 지원하기 위하여 사용되는 커넥터들의 수가 거의 50%만큼 감소될 수 있다. 이는 상당한 비용 절감을 나타낼 수 있다.
둘째로, 이상에서 설명된 바와 같이, 초전도 테이프들(240)의 병렬 구성을 지원하기 위하여, 커넥터들은 전형적으로 하나의 커넥터가 다른 커넥터의 상단 상에 배치되는 커넥터 스택으로 배치된다. 주어진 수의 병렬 초전도 테이프들을 지원하기 위하여 사용되는 커넥터들의 수를 감소시킴으로써, 커넥터 스택의 높이가 감소될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 이는 초전도 어레이를 하우징하기 위하여 사용되는 인클로저의 체적이 감소되는 것을 가능하게 할 수 있다. 이는 물리적인 공간을 절감한다. 더 작은 인클로저는 또한 감소된 양의 냉각제에 의해 충전된다. 다른 실시예에 있어서, 커넥터 스택의 높이에서의 감소는 SCFCL 시스템 내의 초전도 어레이들이 그렇지 않았다면 가능했을 것보다 더 가깝게 함께 위치되는 것을 가능하게 할 수 있다. 이는 결과적으로, 주어진 체적 내의 동작 전압 및 최대 동작 전류와 관련하여 증가된 명세들을 허용한다.
본 개시는 본원에서 설명된 특정 실시예에 의해 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본원에서 설명된 실시예들에 더하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다. 추가로, 본 개시가 본원에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었지만, 당업자들은 이의 유용함이 이에 한정되지 않으며, 본 개시가 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본원에서 설명된 바와 같은 본 개시의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야만 한다.
Claims (20)
- 초전도 고장 전류 제한기(superconducting fault current limiter; SCFCL) 시스템으로서,
탱크;
상기 탱크 내에 포함된 냉각제;
상기 냉각제 내에 담긴(immersed) 커넥터 스택(stack)으로서, 상기 커넥터 스택은 다른 커넥터의 상단 상에 하나의 커넥터가 배치되는 복수의 커넥터들을 포함하며, 상기 커넥터 스택은 하나 이상의 개구부들을 가지고, 각각의 개구부는 상기 복수의 커넥터들 중 2개의 인접한 커넥터들 사이에 형성되며, 각각의 개구부는 2개의 초전도 테이프들을 홀딩하도록 적응되는, 상기 커넥터 스택; 및
하나의 초전도 테이프가 다른 초전도 테이프의 상단 상에 배치되는 쌍형 구성(paired configuration)으로 상기 하나 이상의 개구부들 중 각각의 하나 내에 배치되는 2개의 초전도 테이프들을 포함하며,
각각의 초전도 테이프의 제 1 면(side)은 초전도성이며, 상기 제 1 면에 대향되는 제 2 면은 비-초전도성이고, 쌍형 구성의 상기 2개의 초전도 테이프들의 상기 제 2 면은 서로 인접하는, SCFCL 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 커넥터 스택 내의 각각의 커넥터는 제 1 표면 및 상기 제 1 표면에 대향되는 제 2 표면을 가져서, 상기 커넥터 스택 내의 제 1 커넥터의 상기 제 1 표면은 제 2 커넥터의 상기 제 2 표면 상에 배치되고, 각각의 제 1 표면은 제 1 리세스된(recessed) 부분을 포함하며, 각각의 제 2 표면은 제 2 리세스된 부분을 포함하고, 상기 제 1 커넥터의 상기 제 1 리세스된 부분은 상기 제 2 커넥터의 상기 제 2 리세스된 부분과 정렬되며, 상기 제 1 커넥터의 상기 제 1 리세스된 부분 및 상기 제 2 커넥터의 상기 제 2 리세스된 부분이 함께 상기 하나 이상의 개구부들 중 하나를 형성하는, SCFCL 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 커넥터 스택 내의 각각의 커넥터는 제 1 표면 및 상기 제 1 표면에 대향되는 제 2 표면을 가져서, 상기 커넥터 스택 내의 제 1 커넥터의 상기 제 1 표면은 제 2 커넥터의 상기 제 2 표면 상에 배치되고, 각각의 제 1 표면은 상기 하나 이상의 개구부들 중 하나를 형성하는 깊은 리세스된 부분을 포함하는, SCFCL 시스템.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 2개의 초전도 테이프들의 각각의 상기 제 1 면은 상기 커넥터 스택 내의 커넥터의 표면과 물리적으로 접촉하는, SCFCL 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 2개의 초전도 테이프들 중 적어도 하나는 보호 슬리브(sleeve) 내에 배치되는, SCFCL 시스템.
- 청구항 6에 있어서,
상기 보호 슬리브는 상기 개구부 내로 연장하지 않는, SCFCL 시스템.
- 초전도 테이프와 함께 사용하기 위한 연결 시스템으로서,
냉각제 내에 담긴 커넥터 스택으로서, 상기 커넥터 스택은 다른 커넥터의 상단 상에 하나의 커넥터가 배치되는 복수의 커넥터들을 포함하며, 상기 커넥터 스택은 하나 이상의 개구부들을 가지고, 각각의 개구부는 상기 복수의 커넥터들 중 2개의 인접한 커넥터들 사이에 형성되며, 각각의 개구부는 2개의 초전도 테이프들을 홀딩하도록 적응되는, 상기 커넥터 스택; 및
하나의 초전도 테이프가 다른 초전도 테이프의 상단 상에 배치되는 쌍형 구성으로 상기 하나 이상의 개구부들 중 각각의 하나 내에 배치되는 2개의 초전도 테이프들을 포함하며,
상기 2개의 초전도 테이프들 중 적어도 하나는 보호 슬리브 내에 배치되는, 연결 시스템.
- 삭제
- 청구항 8에 있어서,
상기 보호 슬리브는 상기 하나 이상의 개구부들 내로 연장하지 않는, 연결 시스템.
- 청구항 8에 있어서,
상기 2개의 초전도 테이프들 둘 모두가 보호 슬리브 내에 배치되는, 연결 시스템.
- 청구항 8에 있어서,
각각의 초전도 테이프의 제 1 면은 초전도성이며, 상기 제 1 면에 대향되는 제 2 면은 비-초전도성이고, 쌍형 구성의 상기 2개의 초전도 테이프들의 상기 제 2 면은 서로 인접하는, 연결 시스템.
- 초전도 고장 전류 제한기(superconducting fault current limiter; SCFCL) 시스템으로서,
탱크;
상기 탱크 내에 포함된 냉각제; 및
상기 냉각제 내에 담긴 초전도 어레이를 포함하며, 상기 초전도 어레이는,
제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 기판;
상기 제 1 단부에 배치되며 다른 커넥터의 상단 상에 하나의 커넥터가 배치되는 복수의 커넥터들을 포함하는 제 1 커넥터 스택으로서, 상기 제 1 커넥터 스택은 하나 이상의 제 1 개구부들을 가지고, 각각의 제 1 개구부는 상기 복수의 커넥터들 중 2개의 인접한 커넥터들 사이에 형성되며, 각각의 제 1 개구부는 2개의 초전도 테이프들을 홀딩하도록 적응되는, 상기 제 1 커넥터 스택;
상기 제 2 단부에 배치되며 다른 커넥터의 상단 상에 하나의 커넥터가 배치되는 복수의 커넥터들을 포함하는 제 2 커넥터 스택으로서, 상기 제 2 커넥터 스택은 하나 이상의 제 2 개구부들을 가지고, 각각의 제 2 개구부는 상기 복수의 커넥터들 중 2개의 인접한 커넥터들 사이에 형성되며, 각각의 제 2 개구부는 2개의 초전도 테이프들을 홀딩하도록 적응되는, 상기 제 2 커넥터 스택; 및
하나의 초전도 테이프가 다른 초전도 테이프의 상단 상에 배치되는 쌍형 구성의 2개의 초전도 테이프들로서, 각각의 초전도 테이프는 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며, 상기 2개의 초전도 테이프들의 상기 제 1 단부는 상기 하나 이상의 제 1 개구부들 중 하나 내에 배치되고, 상기 2개의 초전도 테이프들의 상기 제 2 단부는 상기 하나 이상의 제 2 개구부들 중 하나 내에 배치되는, 상기 2개의 초전도 테이프들을 포함하는, SCFCL 시스템.
- 청구항 13에 있어서,
상기 제 1 커넥터 스택 내의 각각의 커넥터는 제 1 표면 및 상기 제 1 표면에 대향되는 제 2 표면을 가져서, 상기 제 1 커넥터 스택 내의 제 1 커넥터의 상기 제 1 표면은 제 2 커넥터의 상기 제 2 표면 상에 배치되고, 각각의 제 1 표면은 제 1 리세스된 부분을 포함하며, 각각의 제 2 표면은 제 2 리세스된 부분을 포함하고, 상기 제 1 커넥터의 상기 제 1 리세스된 부분은 상기 제 2 커넥터의 상기 제 2 리세스된 부분과 정렬되며, 상기 제 1 커넥터의 상기 제 1 리세스된 부분 및 상기 제 2 커넥터의 상기 제 2 리세스된 부분이 함께 상기 하나 이상의 제 1 개구부들 중 하나를 형성하는, SCFCL 시스템.
- 청구항 13에 있어서,
상기 제 1 커넥터 스택 내의 각각의 커넥터는 제 1 표면 및 상기 제 1 표면에 대향되는 제 2 표면을 가져서, 상기 제 1 커넥터 스택 내의 제 1 커넥터의 상기 제 1 표면은 제 2 커넥터의 상기 제 2 표면 상에 배치되고, 각각의 제 1 표면은 상기 하나 이상의 제 1 개구부들 중 하나를 형성하는 깊은 리세스된 부분을 포함하는, SCFCL 시스템.
- 청구항 13에 있어서,
상기 2개의 초전도 테이프들의 각각의 제 1 면은 초전도성이며, 상기 제 1 면에 대향되는 제 2 면은 비-초전도성이고, 상기 2개의 초전도 테이프들의 상기 제 2 면은 서로 인접하는, SCFCL 시스템.
- 청구항 16에 있어서,
상기 2개의 초전도 테이프들의 각각의 상기 제 1 단부의 상기 제 1 면은 상기 제 1 커넥터 스택 내의 커넥터의 표면과 물리적으로 접촉하는, SCFCL 시스템.
- 청구항 13에 있어서,
상기 2개의 초전도 테이프들 중 적어도 하나는 보호 슬리브 내에 배치되는, SCFCL 시스템.
- 청구항 13에 있어서,
상기 2개의 초전도 테이프들 둘 모두가 보호 슬리브 내에 배치되는, SCFCL 시스템.
- 청구항 18에 있어서,
상기 보호 슬리브는 상기 하나 이상의 제 1 개구부들 또는 상기 하나 이상의 제 2 개구부들 내로 연장하지 않는, SCFCL 시스템.
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