KR101996748B1 - 3상 동축 초전도 케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3상 전류가 통전되는 동축(Coaxial) 초전도 도체층의 전류의 크기 또는 위상차의 불균형에 의하여 차폐층에서 발생될 수 있는 발열을 효과적으로 방지하고 직경이 감소될 수 있는 3상 동축 초전도 케이블에 관한 것이다.

Description

3상 동축 초전도 케이블{3 Phase Coaxial Superconducting Cable}

본 발명은 초전도 케이블에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 3상 전류가 통전되는 동축(Coaxial) 초전도 도체층의 전류의 크기 또는 위상차의 불균형에 의하여 차폐층에서 발생될 수 있는 발열을 효과적으로 방지하고 직경이 감소될 수 있는 3상 동축 초전도 케이블에 관한 것이다.

최근에는 초전도 케이블의 비용과 직경을 줄일 수 있는 송전 또는 배전용 3상 동축 케이블이 소개되고 있다.

구체적으로는 복수의 초전도 도체층을 동일한 축상에 상호 절연된 상태로 3층으로 중첩하여 구성하고, 각각의 층별 초전도 도체층에 제1 상 전류, 제2 상 전류 및 제3 상 전류를 통전시키는 방법을 사용한다. 이상적인 조건에서 제1 상 전류, 제2 상 전류 및 제3 상 전류는 각각 동일한 크기로 120도 위상차를 가지며 흐르게 되어, 이론적으로는 각각의 전류에 의한 전자기파가 상쇄되는 구조를 가지므로 3개의 중첩된 초전도 도체층 외측에 구비되는 상대적으로 큰 직경을 갖는 차폐층은 고비용의 초전도 선재로 구성하지 않고, 일반 구리 등의 도체를 사용할 수 있고, 시험적으로 일반 도체로 구성된 차폐층을 구비하는 3상 동축 초전도 케이블이 소개되었다.

즉, 차폐층을 구성하는 도체를 초전도 선재를 사용하지 않고, 일반 도체 선재를 적용하는 방법으로 하나의 코어의 최외부 영역에 배치되어 직경이 가장 큰 차폐층을 일반 도체로 구성하여 종래의 3상 초전도 케이블에 비하여 초전도 선재의 소비량을 최소화하여 큰 비용 절감이 가능하고, 초전도 도체층이 중첩되는 구조를 갖도록 하여 케이블의 직경이 전체적으로 줄어드는 효과도 얻을 수 있다.

이와 같은 방법으로, 3상 초전도 케이블의 장점을 활용하면서도, 사용되는 초전도 선재의 양과 전체 케이블의 직경을 줄일 수 있다는 장점으로 인해 3상 동축 초전도 케이블에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

그러나, 각각의 코어를 흐르는 제1 상 전류, 제2 상 전류 및 제3 상 전류가 그 크기가 다르거나 각각 120도 위상차를 유지하지 못하는 경우에는 3층으로 구성된 코어 외측의 일반 도체 선재로 구성되는 차폐층에는 차폐 전류가 크게 증가할 수 있으며, 그러한 경우 일반 도체 선재로 구성되는 차폐층은 발열이 심화될 수 있다. 이는 일반 도체로 구성된 선재의 경우에도 충분히 낮은 온도에서의 상온에서보다 비저항이 낮지만 초전도 도체층을 구성하는 초전도 선재에 비해서는 통전 능력이 아주 작은 것이 되어, 차폐전류가 증가되면 일반 도체로 구성된 차폐층의 통전 능력이 부족하여 발열이 심화될 수 밖에 없기 때문이다.

초전도 케이블은 초전도 도체층을 구성하는 고온 초전도체의 초전도 조건인 약 영하 200도씨로 코어를 냉각하기 위하여 내부 금속관 내부로 극저온의 액상 냉매를 유동시킨다.

그러나, 일반 도체로 구성되는 차폐층에 차폐 전류가 증가하여, 온도가 상승하는 경우, 액상 냉매의 온도를 상승시켜 초전도 전력 시스템의 냉각부하를 증가시키고, 시스템의 안정성을 저해하게 되므로 이를 보완할 방법이 요구된다.

본 발명은 3상 전류가 통전되는 동축(Coaxial) 초전도 도체층의 전류의 크기 또는 위상차의 불균형에 의하여 차폐층에서 발생될 수 있는 발열을 효과적으로 방지하고 직경이 감소될 수 있는 3상 동축 초전도 케이블을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 충실형 포머; 상기 포머 둘레를 순차적으로 상호 절연되고 적층된 상태로 감싸며 상기 충실형 포머의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도 선재를 포함하여 구성되는 제1 내지 제3 초전도 도체층; 상기 제1 내지 제3 초전도 도체층 외측에 배치되며 복수 개의 일반 도체 선재와 적어도 하나의 초전도 선재를 포함하여 구성되는 차폐층;을 포함하는 코어부; 상기 코어부를 감싸며 상기 코어부의 냉각을 위한 액상 냉매가 유동하는 내부 금속관; 상기 내부 금속관 외측에 단열재가 복수 회 감겨 구성되는 단열부; 상기 단열부 외측에 적어도 하나의 스페이서가 구비되는 진공부; 및, 상기 진공부 외측에 구비되며, 상기 스페이서에 의하여 상기 단열부와 접촉이 차단되는 외부 금속관;을 포함하는 3상 동축형 초전도 케이블을 제공할 수 있다.

또한, 상기 차폐층에 도체 선재의 개수가 초전도 선재의 개수보다 많을 수 있다.

또한, 상기 차폐층의 초전도 선재의 개수는 1개 내지 5개일 수 있다.

그리고, 상기 차폐층에 초전도 선재가 3개 이상인 경우, 적어도 2개의 초전도 선재는 상호 이격될 수 있다.

이 경우, 상기 차폐층에 초전도 선재는 4개가 90도 간격으로 배치될 수 있다.

그리고, 상기 차폐층의 도체 선재는 구리 또는 구리 합금 재질로 구성되고 초전도 선재는 2세대 초전도 선재로 구성될 수 있다.

여기서, 상기 제1 내지 제3 초전도 도체층 및 상기 차폐층 사이에 각각 절연층이 구비될 수 있다.

이 경우, 각각의 상기 제2 초전도 도체층 및 상기 제3 초전도 도체층의 내측, 내부 및 외측 중 적어도 한 곳에 각각 포머층이 구비될 수 있다.

여기서, 상기 포머층은 각각의 상기 제2 초전도 도체층 및 상기 제3 초전도 도체층 내측, 내부 및 외측 중 적어도 한 곳을 감싸도록 나란히 배치되는 복수 개의 일반 도체 선재로 구성될 수 있다.

또한, 상기 초전도 도체층 및 차폐층을 구성하는 초전도 선재는 양측에 상온에서 통전성이 있는 금속 재질의 통전 레이어가 부가되며, 상기 통전 레이어는 상기 초전도 선재와 측면 솔더링 또는 표면 금속코팅에 의하여 전기적으로 연결되어, 상기 통전 레이어는 고장전류 발생시 고장전류의 귀로도체로 사용될 수 있다.

여기서, 상기 통전 레이어가 부가된 초전도 선재의 인장강도는 95 퍼센트 전류 감쇄 기준 200 메가파스칼(Mpa) 내지 800 메가파스칼(Mpa)일 수 있다.

그리고, 상기 초전도 선재의 표면에 부가되는 상기 통전 레이어는 황동(Brass) 재질이며 두께는 0.1 밀리미터(mm) 내지 0.2 밀리미터(mm)일 수 있다.

또한, 상기 외부 금속관 외측을 감싸는 외부자켓을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 액상 냉매가 유동하는 제1 내부 금속관; 상기 제1 금속관 둘레를 순차적으로 상호 절연되고 적층된 상태로 감싸며 상기 제1 내부 금속관의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도 선재를 포함하여 구성되는 제1 내지 제3 초전도 도체층; 및, 상기 제1 내지 제3 초전도 도체층 외측에 배치되며 복수 개의 일반 도체 선재와 적어도 하나의 초전도 선재를 포함하여 구성되는 차폐층;을 포함하는 코어부; 상기 코어부 외측에 구비되며 액상 냉매가 유동하는 제2 내부 금속관; 상기 제2 내부 금속관 외측에 단열재가 복수 회 감겨 구성되는 단열부; 상기 단열부 외측에 적어도 하나의 스페이서가 구비되는 진공부; 및, 상기 진공부 외측에 구비되며, 상기 스페이서에 의하여 상기 단열부와 접촉이 차단되는 외부 금속관;을 포함하는 3상 동축형 초전도 케이블을 제공할 수 있다.

여기서, 상기 차폐층에 초전도 선재가 3개 이상인 경우, 적어도 2개의 초전도 선재는 상호 이격될 수 있다.

본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블에 의하면, 3상 전류가 통전되는 동축(Coaxial) 초전도 도체층의 전류의 크기 또는 위상차의 불균형에 의하여 차폐층에 차폐전류가 증가하는 경우에도 차폐전류는 차폐층을 구성하는 적어도 하나의 초전도 선재를 통해 통전되므로 차폐층에서 발생될 수 있는 발열을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블에 의하면, 차폐층 전체를 초전도 선재를 배치하는 방법으로 구성하지 않고, 일반 도체 선재를 주로 사용하게 되어 초전도 케이블의 비용 증가를 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블의 초전도 도체층 또는 차폐층을 구성하는 초전도 선재에 금속 박막층 형태의 통전 레이어가 부가되어 초전도 선재의 물리적 강성이 보강될 수 있으며, 상기 금속 박막층 형태의 통전 레이어에 의하여 사고 전류의 분류 경로가 다변화되어 포머의 직경(단면적) 또는 무게를 줄일 수 있고, 초전도 선재 자체에 사고 전류의 통전이 가능한 통전 레이어가 부가되어, 사고 전류의 귀로 도체 역할을 수행하기 위한 포머층 등의 면적을 종래보다 줄여서 초전도 케이블의 전체 직경을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블의 하나의 실시예의 다단 탈피 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 초전도 케이블의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블의 다른 실시예의 다단 탈피 사시도를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 초전도 케이블의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블의 다른 실시예의 단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블의 초전도 도체층 또는 차폐층에 적용될 수 있는 수 있는 초전도 선재와 종래의 초전도 선재의 비교도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블의 하나의 실시예의 다단 탈피 사시도를 도시하며, 도 2는 도 1에 도시된 초전도 케이블의 단면도를 도시한다.

본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블(1000)은 기존의 3상 초전도 케이블과 달리 각각 120도의 위상차를 갖는 제1 상 전류, 제2 상 전류 및 제3 상 전류의 통전을 위한 초전도 도체층(130)이 동축 상에 적층되어 구비된다.

구체적으로, 본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블(1000)은 액상 냉매가 유동하는 제1 내부 금속관(300a); 상기 제1 내부 금속관(300a) 둘레를 순차적으로 상호 절연되고 적층된 상태로 감싸며 상기 제1 내부 금속관(300a)의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도 선재를 포함하여 구성되는 제1 내지 제3 초전도 도체층(130a, 130b, 130b); 및, 상기 제1 내지 제3 초전도 도체층(130a, 130b, 130b) 외측에 배치되며 복수 개의 일반 도체 선재와 적어도 하나의 초전도 선재를 포함하여 구성되는 차폐층(180);을 포함하는 코어부(100); 상기 코어부(100) 외측에 구비되며 액상 냉매가 유동하는 제2 내부 금속관(300b); 상기 제2 내부 금속관(300b) 외측에 단열재가 복수 회 감겨 구성되는 단열부(400); 및, 상기 단열부(400) 외측에 적어도 하나의 스페이서(560)가 구비되는 진공부(500); 상기 진공부(500) 외측에 구비되며, 상기 스페이서(560)에 의하여 상기 단열부(400)와 접촉이 차단되는 외부 금속관(600)을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블(1000)을 구성하는 코어부(100)의 최내측 및 최외측에 제1 내부 금속관(300a) 및 제2 내부 금속관(300b)이 구비된다.

즉, 코어부(100)의 최내부에 구비되는 제1 내부 금속관(300a)에서 액상 냉매가 일방향으로 흐르면, 코어부(100)의 최외부에 구비되는 제2 내부 금속관(300b)에서 액상 냉매는 상기 일방향 또는 반대방향으로 흐르게 된다. 이와 같은 방법으로, 코어부(100)를 구성하는 제1 내지 제3 초전도 도체층(130a, 130b, 130c) 및 차폐층(180)을 극저온으로 냉각할 수 있다.

상기 제1 내부 금속관(300a) 둘레에는 순차적으로 제1 초전도 도체층(130a) 내지 제3 초전도 도체층(130c)이 적층되어 구비될 수 있다.

상기 제1 내부 금속관(300a) 및 후술하는 제2 내부 금속관(300b)은 각각 액상 냉매의 유로(200a, 200b)를 형성하며, 기계적 응력에 대한 강성 보강하기 위해, 알루미늄, SUS 등의 재질을 사용하며, 밴딩 특성을 위해 길이 방향으로 융기 및 함몰이 반복되는 굴곡 구조(corrugated)를 가질 수 있다.

상기 제1 내부 금속관(300a) 표면에는 제1 내부 금속관(300a) 표면의 올록볼록한 표면을 평활하게 하기 위한 평활층 또는 반도전 카본지 테이프를 이용하여, 초전도 도체층(130)을 보호하기 위한 쿠션층 및 반도전층 등이 구비될 수 있다.

상기 제1 내부 금속관(300a) 외측에는 제1 내지 제3의 포머층 및 초전도 도체층이 미리 결정된 순서로 구비될 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 따른 3상 동축 케이블의 경우, 각각의 제1 내지 제3 초전도 도체층(130a, 130b, 130c)의 내부, 사이 또는 외측에 초전도 선재와 동일한 형태의 일반 도체 선재로 미리 결정된 피치를 갖도록 나선형 횡권되어 포머층을 구비할 수 있다.

상기 포머층은 초전도 전력 시스템의 고장 또는 사고시 사고 전류의 통전 경로 및 초전도 선재의 장착면 제공 등을 목적으로 구비되는 구성이다.

각각의 포머층은 통전 성능이 좋은 상온 통전성이 있는 도체 선재(C)등으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 초전도 케이블은 3상 교류 전력 전송을 위한 제1 내지 제3 초전도 도체층에 각각 인접하여 제1 내지 제3 포머층이 구비될 수 있다.

즉, 상기 제1 내부 금속관(300a) 외측에는 제1 초전도 도체층(130a) 및 제2 포머층(110a), 제2 초전도 도체층 및 제2 포머층과 제3 초전도 도체층 및 제3 포머층이 순차적으로 구비될 수 있다.

그러나, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3의 포머층 및 제1 내지 제3의 초전도 도체층(130a, 130b, 130c)은 순차적으로 케이블의 반지름 방향으로 적층되어 구비되지만, 초전도 도체층(130a, 130b, 130c)과 포머층(110a, 110b, 110c)의 적층 순서의 변경은 가능하다.

구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 포머층(110a)은 제1 초전도 도체층(130a) 내측에 2층으로 구비될 수 있고, 제2 포머층(110b)은 2층으로 구성되되 그 사이에 제2 초전도 도체층(130b)이 구비될 수 있으며, 제3 포머층(110c)은 2층으로 구성되되 제3 초전도 도체층(130c) 외측에 구비될 수 있다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 달리, 각각의 제1 내지 제3 초전도 도체층(130a, 130b, 130b)은 단층으로 구비되는 것으로 도시되었으나, 전력 용량 또는 케이블의 직경 등에 따라서 층수 등이 변경 가능하다.

또한, 각 층의 초전도 도체층 및 포머층 내측와 외측에 내부 반도전층(도면부호 미도시)과 외부 반도전층(도면부호 미도시) 등이 구비되어 전계 집중을 완화할 수 있다.

반도전층은 반도전 테이프를 복층으로 권선하는 방법으로 구성할 수 있다.

각각의 초전도 도체층 및 포머층은 각각 복수 개의 초전도 선재(SC) 및 일단 도체 선재(C)를 나란히 배열하는 방법으로 구성될 수 있다.

각각의 초전도 도체층 및 포머층 중 복층으로 구성된 초전도 도체층 및 포머층은 전류 통전방향을 통일하고 표피 효과를 방지하기 위하여 층 사이에 절연 테이프 또는 절연 시트(미도시)가 구비될 수 있다.

그리고, 제1 포머층 및 제1 초전도 도체층 내지 제3 포머층 및 제3 초전도 도체층 및 차폐층 각각은 위상차가 존재하는 전류 또는 차폐 전류가 흐르므로 상호 절연되어야 한다.

따라서, 상기 제1 포머층 및 제1 초전도 도체층 내지 제3 포머층 및 제3 초전도 도체층 및 차폐층 사이에 절연층(160a, 160b, 160c)이 구비될 수 있다.

상기 절연층(160a, 160b, 160c)은 절연내력 증가를 목적으로 구비되며, 종이 재질의 절연지가 적용될 수 있고, 절연지를 복수 회 권선하는 방식으로 구성될 수 있다. 일반적으로 고전압 케이블의 절연시 XLPE와 같은 폴리머 재질이 주로 사용되지만, 극저온에서는 파손되는 문제가 있으므로, 극저온 환경에서 절연 성능이 유지되어야 하는 초전도 케이블의 경우에는 종이 재질의 절연지를 사용하게 된다.

상기 절연지는 크라프트지나 PPLP(Polypropylene Laminated Paper)가 적용될 수 있다. 상기 PPLP(Polypropylene Laminated Paper) 절연지는 권선의 용이성과 절연내력 특성이 우수한 특성을 갖는다.

상기 제1 포머층 및 제1 초전도 도체층 내지 제3 포머층 및 제3 초전도 도체층 및 차폐층은 도 1에 도시된 바와 같이, 각각 납작한 스트립 형태로 구성되며, 각각 케이블의 길이방향으로 일정한 피치를 가지며 나선형을 횡권되어 각각의 층을 형성할 수 있다.

그리고, 상기 제1 내지 제3 초전도 도체층(130a, 130b, 130c)을 구성하는 초전도 선재(SC)의 나선형 횡권방향은 인접한 층에서 서로 반대방향이 될 수 있다.

최외곽에 배치된 제3 초전도 도체층(130c) 및 제3 포머층(110c) 외측에는 전술한 바와 같이 절연층이 구비되고, 절연층 상부에 차폐층(180)이 구비될 수 있다.

상기 제1 내지 제3 초전도 도체층(130a, 130b, 130c)에 제1 상 전류, 제2 상 전류 및 제3 상 전류가 그 크기가 동일하고 각각 120도 위상차를 유지하는 경우, 유도 자기장 역시 상호 상쇄되어 상기 차폐층(180)에 흐르는 전류가 크지 않아 상기 차폐층(180)을 초전도 선재(SC)로 구성하지 않을 수 있다.

즉, 상기 차폐층(180)은 사고 전류의 귀로 도체로도 사용될 수 있는 구리 또는 구리 합금의 재질의 일반 도체 선재(C) 만으로 구성될 수도 있다. 그러나, 각각의 코어를 흐르는 제1 상 전류, 제2 상 전류 및 제3 상 전류가 그 크기가 다르거나 각각 120도 위상차를 유지하지 못하는 경우에는 일반 도체 선재로 구성되는 차폐층에는 차폐 전류가 크게 증가할 수 있으며, 그러한 경우 일반 도체 선재(C)로 구성되는 차폐층(180)은 발열이 심화될 수 있으므로, 본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블(1000)의 차폐층(180)은 상기 제3 초전도 도체층(130c)과 절연된 상태로 상기 제3 초전도 도체층(130c) 둘레를 감싸도록 나란히 배치되는 복수 개의 도체 선재(C)와 적어도 하나의 초전도 선재(SC)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 실시예는 상기 차폐층(180)에 4개의 초전도 선재(SC)가 배치된 것으로 도시되었으나, 그 개수는 증감이 가능하다. 구체적으로는 차폐층에 흐르는 초전도 도체층의 전류의 상간 불평형에 의하여 발생되는 차폐 전류의 크기에 따라 증감이 가능하다.

물론, 차폐층(180)을 구성하는 모든 선재를 초전도 선재(SC)로 하여, 상별 전류 불균형이 발생되어도 차폐층(180)에서의 발열의 위험을 낮출 수 있으나 초전도 케이블의 구성 중 초전도 선재(SC)의 가격이 가장 고가이므로 비정상적인 전류의 흐름을 대비하기 위한 방법으로 적절하지 않다.

따라서, 본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블(1000)은 차폐층(180)을 일반 도체 선재(C)와 초전도 선재(SC)를 혼합하여 배치하여, 차폐 전류가 증가되는 경우 차폐 전류가 차폐층(180)의 초전도 선재(SC)로 흐르도록 하여, 차폐 전류에 의한 차폐층(180)의 발열을 방지할 수 있다.

상기 차폐층(180)을 구성하는 일반 도체 선재(C)와 초전도 선재(SC)는 동일한 형태, 구체적으로 납작한 스트립 형태로 구성될 수 있으며, 초전도 도체층(130)과 마찬가지로 초전도 선재(SC)와 일반 도체 선재(C)를 나란히 빈틈없이 배치하는 방법으로 구성될 수 있다.

즉, 상기 차폐층(180)을 구성하는 일반 도체 선재(C)는 전술한 각각의 포머층을 구성하는 도체 선재와 동일한 선재로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 차폐층에 도체 선재의 개수가 초전도 선재의 개수보다 많게 구성될 수 있다. 상기 차폐층의 초전도 선재의 개수는 1개 내지 5개 정도로 구성될 수 있으며, 상기 차폐층에 초전도 선재가 3개 이상인 경우, 적어도 2개의 초전도 선재는 상호 이격되는 것이 바람직하다.

도 1 및 도 2에 도시된 실시예는 상기 차폐층에 초전도 선재는 4개가 90도 간격으로 배치된 예를 도시한다.

상기 차폐층(180)에 초전도 선재(SC)가 복수 개가 구비되는 경우, 각각의 초전도 선재(SC)를 최대한 분산시키는 이유는 차폐층(180)을 흐르는 차폐 전류는 저항이 낮은 초전도 선재(SC)로 집중될 것이므로 차폐 전류의 수렴 과정에서 일반 도체 선재(C)를 경유하는 경로를 최소화하여 발열을 방지하고, 차폐 전류 통전에 의한 자기장이 차폐층(180) 둘레 방향으로 원형으로 균일하게 발생되도록 하여 전자파 차폐 성능을 보장할 수 있다.

그리고, 실험적으로 66KV의 배전급 3상 동축 초전도 케이블(1000)에서 각 상에 통전되는 전류의 불균형에 따른 차폐층(180)에 흐르는 차폐 전류는 600A 정도까지 증가될 수 있고, 차폐 전류에 의한 차폐층(180)의 발열을 방지하기 위하여 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 초전도 선재(SC)의 통전 용량이 150A 이상인 4개의 초전도 선재(SC)를 구비하면 초전도 선재(SC)의 통전 용량이 600A에 달하므로 차폐 전류는 거의 대부분 차폐층(180)의 초전도 선재(SC)로 분류되도록 할 수 있으므로, 차폐층(180)의 일반 도체 선재(C)의 발열을 방지할 수 있다.

정리하면, 상기 차폐층(180)을 구성하는 일반 도체 선재(C)의 개수는 상기 차폐층(180)을 구성하는 초전도 선재(SC)의 개수보다 많고, 상기 차폐층(180)에 초전도 선재(SC)가 복수 개가 구비되는 경우에는 초전도 선재(SC)를 절연층의 외주면에 상호 이격하여 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 차폐층(180)에 초전도 선재(SC)가 복수 개가 구비되는 경우에는 초전도 선재가 비슷한 각도 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

상기 차폐층(180) 외측에는 바인더층(190)이 구비되어 코어를 완성할 수 있다.

상기 코어부(100) 외측에는 상기 코어부(100)를 냉각하기 위한 액상 냉매가 유동하는 상기 제2 내부 금속관(300b)이 구비될 수 있다. 상기 제1 내부 금속관(300a)과 상기 제2 내부 금속관(300b) 중 어느 하나는 냉각된 냉매가 공급되고, 다른 하나의 내부 금속관은 냉각에 사용된 냉매가 회수되는 배관으로 사용될 수 있다.

초전도 케이블은 포설 구간의 미리 결정된 간격으로 중간 접속함이 구비되고, 포설구간 양단에는 종단 접속함과 냉각장치 등이 구비될 수 있다. 따라서, 냉각장치는 압력을 높이고 냉각된 냉매가 초전도 케이블로 공급되어 코어부(100)의 냉각에 사용되고, 다시 회수되는 냉매는 냉각장치에서 기액 분리, 압력 보강 및 냉각 후 재공급되는 방법이 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 초전도 케이블은 케이블 최내측에 제1 내부 금속관(300a)이 구비되고, 코어부(100)의 외측에 제2 내부 금속관(300b)이 구비되어, 각각의 금속관 내부의 냉매유로 중 하나는 냉매를 공급하는 경로로 사용되고, 다른 하나는 냉매가 회수되는 경로로 사용될 수 있으므로, 접속함 등에서 별도의 냉매 회수 배관을 구비하지 않을 수 있다.

상기 제2 내부 금속관(300b)은 상기 제1 내부 금속관(300a)과 마찬가지로 액상 냉매의 유로를 형성하며, 기계적 응력에 대한 강성 보강하기 위해, 알루미늄, SUS 등의 재질을 사용하며, 밴딩 특성을 위해 길이 방향으로 융기 및 함몰이 반복되는 굴곡 구조(corrugated)를 가질 수 있다.

상기 제2 내부 금속관(300b) 외측에는 단열부(400)가 구비될 수 있다. 상기 단열부(400)는 반사율이 높은 금속필름에 열전도율이 낮은 고분자가 얇게 코팅된 단열재를 여러층으로 감은 방식으로 구성될 수 있다.

상기 단열부(400)를 구성하기 위하여 감겨지는 단열재의 층수는 열침입을 최소화 하기 위해 조절이 가능하며, 많은 층수 일수록 복사열 차단 효과는 높아지나, 진공부(500)의 두께를 감소시켜 대류에 의한 열차단 효과가 떨어지므로 적절한 층수를 사용하는 것이 필요하다. 상기 단열부(400)는 보온 및 복사에 의한 열교환 또는 열침입을 방지를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

상기 단열부(400) 외측에는 진공부(500)가 구비될 수 있다. 상기 진공부(500)는 상기 단열부(400)를 수용하는 외부 금속관(600) 내부의 공간을 의미하며, 내부를 진공화하여 상기 단열부(400)와 상기 외부 금속관(600) 사이의 대류 열침입 등을 방지할 수 있다.

그러나, 상기 단열부(400)와 외부 금속관(600)이 접촉되면 전도 열침입이 발생될 수 있으므로, 상기 단열부(400)와 상기 외부 금속관(600)의 접촉되는 것은 방지되어야 하며, 이를 위하여 상기 진공부(500)에는 열전도율이 낮은 재질의 적어도 하나의 스페이서(560) 등이 구비될 수 있다.

상기 스페이서(560)는 진공부(500) 내의 이격 공간 그 외측에 구비되는 외부 금속관(600) 등과 진공부(500) 내측의 단열부(400)가 접촉되는 것을 초전도 케이블의 전 영역에서 방지. 이격 공간 내에 적어도 1개, 통상적으로 3~4개의 스페이서(560)를 구비할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 진공부(500) 내부에는 4개의 스페이서(560)가 비슷한 각도 간격으로 배치되는 것으로 도시되나, 그 개수는 증감이 가능하며, 도 2에서 각각의 스페이서(560)는 단층으로 배치되는 것으로 도시되나 필요에 따라 스페이서(560)를 복층으로 배치할 수도 있다

각각의 스페이서(560)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 단열부(400) 외주면에 나선형으로 횡권될 수 있으나, 필요에 따라 원형으로 장착될 수도 있다.

상기 스페이서(560)는 폴리 에틸렌(FEP, PFA, ETFE, PVC, P.E, 또는 PTFE) 재질일 수 있으며, 상기 스페이서(560)은 필요에 따라 불화 폴리 에틸렌(PTFE, Poly Tetra Fluoro Ethylene) 재질로 구성되거나, 일반 수지 또는 폴리 에틸렌 재질로 구성된 뒤 표면이 불화 폴리 에틸렌 등으로 코팅될 수 있다. 불화 폴리에틸렌(예를 들면, 테프론 등)의 경우 열전도율이 낮아 전도 열침입을 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 상기 불화 폴리에틸렌 재질로 스페이서(560)를 구성하는 경우 낮은 열전도율 이외에도 완벽한 화학적 비활성 및 내열성, 비점착성, 우수한 절연 안정성, 낮은 마찰계수 등의 특성에 의하여 금속관에 의한 마찰 손상 또는 변형 등이 최소화될 수 있다.

상기 스페이서(560)는 원형 다각형 등의 형상일 수 있고, 내부가 중공형으로 구성될 수도 있다. 상기 스페이서(560)의 최대폭은 4 밀리미터(mm) 내지 8 밀리미터(mm) 정도일 수 있다.

상기 외부 금속관(600) 역시 내부 금속관(300)과 마찬가지로 기계적 응력에 대한 강성 보강하기 위해, 알루미늄, SUS 등의 재질을 사용하며, 밴딩 특성을 위해 길이 방향으로 융기 및 함몰이 반복되는 굴곡 구조(corrugated)를 가질 수 있다.

상기 외부 금속관(600) 외측에는 외부자켓(700)이 구비될 수 있다. 상기 외부자켓(700)은 통상적인 전력용 케이블과 동일한 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 외부자켓(700)은 PE와 PVC 재질로 구성될 수 있다.

상기 외부자켓(700)에 의하여 금속관의 부식을 방지하고, 외력으로부터 케이블을 보호할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블의 다른 실시예의 다단 탈피 사시도를 도시한다. 도 4는 도 3에 도시된 초전도 케이블의 단면도를 도시하며, 도 5는 본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블의 다른 실시예의 단면도를 도시한다.

도 1 및 도 2를 참조한 설명과 중복된 설명은 생략하며, 차이점을 중심으로 설명한다.

도 3에 도시된 실시예는 충실형 포머(110a); 상기 포머 둘레를 순차적으로 상호 절연되고 적층된 상태로 감싸며 상기 충실형 포머의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도 선재를 포함하여 구성되는 제1 내지 제3 초전도 도체층(130a, 130b, 130c); 상기 제1 내지 제3 초전도 도체층(130a, 130b, 130c) 외측에 배치되며 복수 개의 일반 도체 선재(C)와 적어도 하나의 초전도 선재(SC)를 포함하여 구성되는 차폐층(180);을 포함하는 코어부(100); 상기 코어부(100)를 감싸며 상기 코어부(100)의 냉각을 위한 액상 냉매가 유동하는 내부 금속관(300); 상기 내부 금속관(300) 외측에 단열재가 복수 회 감겨 구성되는 단열부(400); 상기 단열부 외측에 적어도 하나의 스페이서(560)가 구비되는 진공부(500) 및, 상기 진공부(500) 외측에 구비되며, 상기 스페이서(560)에 의하여 상기 단열부(400)와 접촉이 차단되는 외부 금속관(600)을 포함하는 3상 동축형 초전도 케이블(1000)을 제공할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조한 실시예는 초전도 케이블의 코어를 냉각하기 위한 냉매의 공급과 회수를 위한 제1 내부 금속관(200a) 및 제2 내부 금속관(200b)로 구비되어, 초전도 전력 시스템에서 냉매의 회수를 위한 별도의 냉매 회수배관을 요하지 않는다.

반면, 도 3 내지 도 5에 도시된 실시예는 초전도 케이블의 중심부에 제1 포머층(110a)으로서 충실형 포머가 구비되어 냉매가 유동하는 내부 금속관(300)은 하나가 구비된다.

즉, 케이블의 중심부에 냉매 유동을 위한 내부 금속관 대신 충실형 포머 형태의 제1 포머층(110a)를 배치하여 전체적인 케이블 직경을 감소시키되, 초전도 전력 시스템에서 냉매의 회수를 위한 별도의 냉매 회수배관을 구비하여 시스템을 구성할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 포머층(110a) 외측에 제1 초전도 도체층(130a)이 구비될 수 있다.

상기 충실형 포머인 제1 포머층(110a) 외측에는 초전도 선재 등의 장착면 제공을 위한 쿠션층(미도시) 등이 구비될 수 있다.

상기 제1 초전도 도체층(130a) 외측에는 절연층(160a)이 구비될 수 있고, 도 1 및 도 2를 참조한 실시예와 마찬가지로, 제2 초전도 도체층(130b) 및 제2 포머층(110b)과 제3 초전도 도체층(130c) 및 제3 포머층(110c) 그리고 차폐층(180)이 순차적으로 구비될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조한 설명과 마찬가지로, 각각의 층의 초전도 도체층과 포머층이 적층되는 순서는 변경이 가능하다.

즉, 충실형 포머가 구비되는 도 3 내지 도 5에 도시된 본 발명에 따른 3상 동축 케이블의 경우에도, 각각의 제2 및 제3 초전도 도체층(130b, 130c)의 내부, 사이 또는 외측에 초전도 선재와 동일한 형태의 일반 도체 선재로 미리 결정된 피치를 갖도록 나선형 횡권되어 제2 및 제3 포머층(110b, 110c)을 구비할 수 있으며, 이는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 제2 초전도 도체층(130b)이 제2 포머층(110b) 사이에 개재되거나, 제3 초전도 도체층(130c) 외측에 제3 포머층(110c)이 구비되는 것으로 제한되지 않음은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 마찬가지이다.

그리고, 도 3 및 도 4에 도시된 실시예는 상기 차폐층(180)에 4개의 초전도 선재(SC)가 배치된 것으로 도시되었으나, 그 개수는 증감이 가능하다. 도 5에 도시된 실시예의 경우는 3개의 초전도 선재가 약 120도 간격으로 구비됨을 도시한다.

전술한 바와 같이, 66KV의 배전급 3상 동축 초전도 케이블(1000)에서 각 상에 통전되는 전류의 불균형에 따른 차폐층(180)에 흐르는 차폐 전류는 600A 정도까지 증가될 수 있고, 차폐 전류에 의한 차폐층(180)의 발열을 방지하기 위하여 도 5에 도시된 바와 같이 하나의 초전도 선재(SC)의 통전 용량이 150A 이상인 3개의 초전도 선재(SC)를 구비하면 초전도 선재(SC)의 통전 용량이 450A 이상의 전류가 통전될 수 있으므로 차폐층(180)에 발생될 수 있는 차폐 전류의 상당 부분을 차폐층(180)의 초전도 선재(SC)로 분류되도록 하고 차폐층(180)을 구성하는 일반 도체 선재(S)로 분류되는 전류의 양을 최소화할 수 있으므로, 차폐층(180)의 일반 도체 선재(C)의 발열을 최소화할 수 있음은 마찬가지이다.

그리고, 상기 차폐층(180)을 구성하는 일반 도체 선재(C)와 초전도 선재(SC)는 동일한 형태, 구체적으로 납작한 스트립 형태로 구성될 수 있으며, 초전도 도체층(130)과 마찬가지로 초전도 선재(SC)와 일반 도체 선재(C)를 나란히 빈틈없이 배치하는 방법으로 구성될 수 있고, 상기 차폐층(180)을 구성하는 일반 도체 선재(C)는 전술한 각각의 포머층을 구성하는 도체 선재와 동일한 선재로 구성될 수 있으며, 상기 차폐층에 도체 선재의 개수가 초전도 선재의 개수보다 많게 구성될 수 있으며, 상기 차폐층을 구성하는 선재가 복수 개인 경우, 상호 이격되어 배치되는 것이 바람직함은 전술한 바와 같다.

도 6은 본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블의 초전도 도체층 또는 차폐층에 적용될 수 있는 수 있는 초전도 선재와 종래의 초전도 선재의 비교도이다.

구체적으로, 도 6(a)는 추가적인 통전 레이어가 구비되지 않은 기존의 초전도 선재(SC')의 단면도를 도시하며, 도 6(b)는 상온 통전성이 있는 금속 재질의 통전 레이어가 부가된 초전도 선재(SC)를 도시한다.

도 6에 도시된 통전 레이어가 구비되지 않은 초전도 선재(SC')는 1세대 초전도 선재 또는 2세대 초전도 선재일 수 있다.

특정온도 이하에서 전기저항이 '0'이 되는 현상을 초전도 현상이라고 하며, 절대영도 0K(-273℃)가 아닌 100K(-173℃)부근으로 상대적으로 절대온도에 대비 높은 온도에서 초전도 현상을 나타내는 것을 고온 초전도(High Temperature Superconductor)라고 한다. 전력 케이블 분야에서 사용되는 초전도 선재는 고온 초전도체를 사용하며, 은(Ag) 모재 및 BSCCO를 주재료로 하는 1세대 선재와, YBCO 또는 ReBCO를 주재료로 Coated Conductor(CC)형의 2세대 선재가 소개되었다. 2세대 초전도 선재는 초전도 선재의 증착 레이어에 구비된 초전도 물질은 주로 YBCO나 ReBCO(Re=Sm, Gd, Nd, Dy, Ho) 물질 등이 사용되는 초전도 선재를 의미한다.

도 6(a)에 도시된 종래의 초전도 선재는 폭이 x(mm) 및 두께가 y(mm)이며, 도 6(b)에 도시된 본 발명에 따른 초전도 케이블에 적용되는 초전도 선재는 종래의 초전도 선재의 표면에 금속 재질로 구성되고 폭 x(mm) 및 두께 y(mm) 내지 2 y(mm)인 통전 레이어(me1, me2)가 부가된다.

본 발명에 따른 초전도 케이블은 초전도 선재의 강성 보강을 위하여 초전도 선재에 통전성이 있는 금속 재질의 통전 레이어(me1, me2)를 부가하고, 부가된 통전 레이어(me1, me2)는 전술한 포머층과 함께 사고 전류의 귀로 도체로도 사용될 수 있다.

도 6(a)에 도시된 바와 같이, 상기 초전도 도체층(130) 또는 차폐층(180)을 구성하는 일반적인 초전도 선재(SC')는 폭이 x (mm) 및 두께가 y (mm)인 경우, 전기적 단락 사고 발생시 미리 결정된 시간 동안 포머층을 구성하는 도체 선재 전체의 면적은 단면적이 A (mm²) 이상이라고 가정하면, 본 발명에 따른 초전도 케이블에 도 6(b)에 도시된 통전 레이어(me1, me2)가 구비된 초전도 선재(SC)를 적용하는 경우 각층의 포머층의 전체 단면적은 일반적인 초전도 선재를 사용하는 경우를 가정한 A (mm²)보다 작은 크기를 갖도록 구성하는 것이 가능하다.

따라서, 본 발명에 따른 초전도 케이블(1000)에 적용되는 초전도 선재(SC)는 기존의 초전도 선재(SC')에 두께가 y(mm) 내지 2 y(mm)인 통전 레이어를 구비하여 전체적으로 두께가 3y(mm) 내지 5y(mm)로 구성될 수 있다.

상기 통전 레이어(me1, me2)는 후술하는 바와 같이 솔더링되어 기존의 초전도 선재에 부가될 수 있다.

상기 통전 레이어(me1, me2)가 기존의 초전도 선재(SC')의 양표면에 부가되고, 초전도 선재(SC)의 측면이 솔더링되거나 초전도 선재(SC) 전체의 표면이 금속 코팅되면, 단락 등의 사고 발생시 사고전류는 각각의 초전도 선재(SC)와 각각 병렬 연결된 포머층의 도체 선재 이외에도 각각의 초전도 선재에 부가된 통전 레이어 측으로도 분류되므로 통전 레이어(me1, me2)는 포머층과 함께 귀로 도체의 역할을 분담할 수 있다.

또한, 각각의 통전 레이어(me1, me2)는 폭이 x(mm)이고 두께가 y(mm) 내지 2 y(mm)이지만 기존의 두께가 y(mm)인 초전도 선재의 양표면에 각각 부가되므로, 기존의 초전도 선재의 일표면에 2 y(mm) 내지 4 y(mm)인 통전 레이어를 하나만 부가하는 경우보다 표피 효과 등에 따른 통전 능력이 더 커질 수 있다.

또한, 초전도 선재의 일표면에만 통전 레이어를 부가하는 경우보다, 초전도 선재의 양표면에 통전 레이어를 부가하는 경우, 초전도 선재의 밴딩시에 통전 레이어의 분리현상을 최소화하며 강성이 보강될 수 있으며, 귀로도체로 통전 레이어를 활용하는 경우에도 통전 레이어를 초전도 선재의 양표면에 부가하는 것이 유리하고 포머층의 총 면적을 줄이는 것에 유리함을 짐작할 수 있다.

구체적으로 황동 등의 도전성 재질의 통전 레이어(me1, me2)가 부가된 초전도 선재(SC)의 두께를 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 3y 내지 5y로 구성하는 경우, 상기 상온 통전성이 있는 금속 박막층으로서의 통전 레이어(me1, me2)가 부가된 초전도 선재의 인장강도는 95 퍼센트 전류 감쇄 기준 200 메가파스칼(Mpa) 내지 800 메가파스칼(Mpa) 정도로 확인되어 초전도 선재를 초전도 케이블에 권선하는 경우 충분한 강성을 확보할 수 있음이 알 수 있고, 결국 포머층의 단면적은 0.6 A (mm²) 내지 0.9 A (mm²)로 구성되어 포머층의 면적을 감소시킬 수 있음을 실험 및 시뮬레이션 결과를 통해 확인이 가능하였다.

95 퍼센트 전류 감쇄 기준은 초전도 선재의 양단에 점진적으로 인장력을 증가시키면서 초기 통전량의 95 퍼센트의 전류량이 확보될때까지의 인장력을 측정하는 시험방법이므로 200 메가파스칼(Mpa) 내지 800 메가파스칼(Mpa)의 인장력이 초전도 선재에 인가되는 경우에도 적어도 95 퍼센트의 통전량을 확보할 수 있음을 의미하는 것이다.

이 경우, 포머층의 단면적과 관련된 시뮬레이션은 포머층의 단락 조건은 송전시 50KA/sec 또는 배전시 25KA/0.5sec 등이 사용되었으나 국가별 또는 전력 공급자별로 차이가 있을 수 있으나, 같은 원리로 초전도 선재의 강성이 보강됨과 동시에 최소 단락조건을 만족하기 위한 포머층의 단면적을 줄일 수 있다는 점에서 공통된다.

여기서, 기존의 초전도 선재의 두께가 약 0.1 밀리미터(mm)이며, 각각의 통전 레이어가 약 0.1 밀리미터(mm) 내지 0.2 밀리미터(mm) 인 경우, 통전 레이어가 구비된 초전도 케이블의 초전도 선재의 두께는 0.3밀리미터(mm) 내지 0.5밀리미터(mm)일 수 있고, 기존의 초전도 선재에 비해 두께가 크게 증가된 것으로 보이나, 개선된 초전도 선재의 두께 역시 박막 수준에 불과하여 초전도 케이블 전체 두께에 미치는 영향이 크지 않으나, 전술한 바와 같이 도체 선재의 포머층의 단면적은 10퍼센트(%) 내지 40퍼센트(%) 정도까지 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

즉, 초전도 선재의 종류에 따라 포머층의 감소된 면적의 크기가 초전도 선재의 통전 레이어들에 의하여 증가된 초전도 선재의 면적보다 크다는 것을 알 수 있고, 그 이유는 초전도 선재에 부가되는 통전 레이어를 기존의 초전도 선재의 양표면에 부착하여 표피효과가 발생될 수 있기 때문으로 추측된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블에 의하면, 3상 전류가 통전되는 동축(Coaxial) 초전도 도체층의 전류의 크기 또는 위상차의 불균형에 의하여 차폐층에 차폐전류가 증가하는 경우에도 차폐전류는 차폐층을 구성하는 적어도 하나의 초전도 선재를 통해 통전되므로 차폐층에서 발생될 수 있는 발열을 효과적으로 방지할 수 있고, 차폐층 전체를 초전도 선재를 배치하는 방법으로 구성하지 않고, 일반 도체 선재를 주로 사용하게 되어 초전도 케이블의 비용을 줄일 수 있다.

더 나아가, 본 발명에 따른 3상 동축 초전도 케이블의 초전도 도체층 또는 차폐층을 구성하는 초전도 선재에 금속 박막층 형태의 통전 레이어가 부가되어 초전도 선재의 물리적 강성이 보강될 수 있으며, 상기 금속 박막층 형태의 통전 레이어에 의하여 사고 전류의 분류 경로가 다변화되어 포머의 직경(단면적) 또는 무게를 줄일 수 있고, 초전도 선재 자체에 사고 전류의 통전이 가능한 통전 레이어가 부가되어, 포머층 등의 면적을 종래보다 줄여서 초전도 케이블의 전체 직경을 줄일 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

1000 : 3상 동축 초전도 케이블
1 : 코어부
130 : 초전도 도체층
160 : 절연층
180 : 차폐층
C : 도체 선재
SC : 초전도 선재
200 : 냉각 유로
300 : 내부 금속관
400 : 단열부
500 : 진공부
600 : 외부 금속관
700 : 외부자켓

Claims (15)

1. 충실형 포머; 상기 포머 둘레를 순차적으로 상호 절연되고 적층된 상태로 감싸며 상기 충실형 포머의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도 선재를 포함하여 구성되는 제1 내지 제3 초전도 도체층; 상기 제1 내지 제3 초전도 도체층 외측에 배치되며 복수 개의 일반 도체 선재와 적어도 하나의 초전도 선재를 포함하여 구성되는 차폐층;을 포함하는 코어부;
   상기 코어부를 감싸며 상기 코어부의 냉각을 위한 액상 냉매가 유동하는 내부 금속관;
   상기 내부 금속관 외측에 단열재가 복수 회 감겨 구성되는 단열부;
   상기 단열부 외측에 적어도 하나의 스페이서가 구비되는 진공부; 및,
   상기 진공부 외측에 구비되며, 상기 스페이서에 의하여 상기 단열부와 접촉이 차단되는 외부 금속관;을 포함하며,
   각각의 상기 제2 초전도 도체층 및 상기 제3 초전도 도체층의 내측, 내부 및 외측 중 적어도 한 곳에 각각 포머층이 구비되는 것을 특징으로 하는 3상 동축 초전도 케이블.
2. 제1항에 있어서,
   상기 차폐층에 도체 선재의 개수가 초전도 선재의 개수보다 많은 것을 특징으로 하는 3상 동축 초전도 케이블.
3. 제2항에 있어서,
   상기 차폐층의 초전도 선재의 개수는 1개 내지 5개인 것을 특징으로 하는 3상 동축 초전도 케이블.
4. 제2항에 있어서,
   상기 차폐층에 초전도 선재가 3개 이상인 경우, 적어도 2개의 초전도 선재는 상호 이격되는 것을 특징으로 하는 3상 동축 초전도 케이블.
5. 제2항에 있어서,
   상기 차폐층에 초전도 선재는 4개가 90도 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 3상 동축 초전도 케이블.
6. 제1항에 있어서,
   상기 차폐층의 도체 선재는 구리 또는 구리 합금 재질로 구성되고 초전도 선재는 2세대 초전도 선재로 구성되는 것을 특징으로 하는 3상 동축 초전도 케이블.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 내지 제3 초전도 도체층 및 상기 차폐층 사이에 각각 절연층이 구비되는 것을 특징으로 하는 3상 동축 초전도 케이블.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 포머층은 각각의 상기 제2 초전도 도체층 및 상기 제3 초전도 도체층 내측, 내부 및 외측 중 적어도 한 곳을 감싸도록 나란히 배치되는 복수 개의 일반 도체 선재로 구성되는 것을 특징으로 하는 3상 동축 초전도 케이블.
10. 제1항에 있어서,
    상기 초전도 도체층 및 차폐층을 구성하는 초전도 선재는 양측에 상온에서 통전성이 있는 금속 재질의 통전 레이어가 부가되며, 상기 통전 레이어는 상기 초전도 선재와 측면 솔더링 또는 표면 금속코팅에 의하여 전기적으로 연결되어, 상기 통전 레이어는 고장전류 발생시 고장전류의 귀로도체로 사용되는 것을 특징으로 하는 3상 동축 초전도 케이블.
11. 제10항에 있어서,
    상기 통전 레이어가 부가된 초전도 선재의 인장강도는 95 퍼센트 전류 감쇄 기준 200 메가파스칼(Mpa) 내지 800 메가파스칼(Mpa)인 것을 특징으로 하는 3상 동축 초전도 케이블.
12. 제10항에 있어서,
    상기 초전도 선재의 표면에 부가되는 상기 통전 레이어는 황동(Brass) 재질이며 두께는 0.1 밀리미터(mm) 내지 0.2 밀리미터(mm)인 것을 특징으로 하는 3상 동축 초전도 케이블.
13. 제1항에 있어서,
    상기 외부 금속관 외측을 감싸는 외부자켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 동축 초전도 케이블.
14. 액상 냉매가 유동하는 제1 내부 금속관; 상기 제1 금속관 둘레를 순차적으로 상호 절연되고 적층된 상태로 감싸며 상기 제1 내부 금속관의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도 선재를 포함하여 구성되는 제1 내지 제3 초전도 도체층; 및, 상기 제1 내지 제3 초전도 도체층 외측에 배치되며 복수 개의 일반 도체 선재와 적어도 하나의 초전도 선재를 포함하여 구성되는 차폐층;을 포함하는 코어부;
    상기 코어부 외측에 구비되며 액상 냉매가 유동하는 제2 내부 금속관;
    상기 제2 내부 금속관 외측에 단열재가 복수 회 감겨 구성되는 단열부;
    상기 단열부 외측에 적어도 하나의 스페이서가 구비되는 진공부; 및,
    상기 진공부 외측에 구비되며, 상기 스페이서에 의하여 상기 단열부와 접촉이 차단되는 외부 금속관;을 포함하며,
    각각의 상기 제1 초전도 도체층 내지 상기 제3 초전도 도체층의 내측, 내부 및 외측 중 적어도 한 곳에 각각 포머층이 구비되는 것을 특징으로 하는 3상 동축 초전도 케이블.
15. 제14항에 있어서,
    상기 차폐층에 초전도 선재가 3개 이상인 경우, 적어도 2개의 초전도 선재는 상호 이격되는 것을 특징으로 하는 3상 동축 초전도 케이블.

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