KR102083683B1 - 초전도 케이블 - Google Patents

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    • H01B12/00Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
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Abstract

본 발명은 초전도체로 구성된 초전도 차폐층을 생략하여 가격 경쟁력을 확보하고, 초전도 차폐층 생략에 따른 문제점을 해결할 수 있는 초전도 케이블에 관한 것이다.

Description

초전도 케이블{SUPERCONDUCTING CABLE}
본 발명은 초전도 케이블에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 초전도체로 구성된 초전도 차폐층을 생략하여 초전도 케이블의 원가 경쟁력을 확보하고, 초전도 차폐층 생략에 따른 문제점을 해결할 수 있는 초전도 케이블에 관한 것이다.
초전도 시스템은 극저온에서 초전도체의 저항이 제로에 수렴하는 특성을 사용하여 상대적으로 낮은 전압에서도 많은 양의 전류를 송전할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 초전도체는 일정한 온도에서 전기저항이 제로에 가까이 수렴하므로, 낮은 전압에서도 큰 전력 전송 능력을 갖는다.
이러한 초전도체를 구비하는 초전도 케이블은 극저온 환경을 형성 및 유지하고자 질소 등의 냉매를 사용하여 냉각시키는 방법 및/또는 진공층을 형성하는 단열의 방법을 사용한다.
이러한 초전도 케이블은 일반적으로 전력 전송을 위한 초전도체로 구성된 초전도 도체층과 함께 초전도 도체층에 의하여 유도되는 전자기 등의 차폐를 위한 초전도 차폐층을 구비할 수 있다. 상기 초전도 차폐층 역시 초전도 도체층과 마찬가지로 고가의 초전도체로 구성된다.
즉, 초전도 도체층에서 전송되는 전력에 의하여 유도되는 전자기파는 초전도 차폐층을 통해 차폐될 수 있다.
그러나, 초전도 케이블의 자재 비용에서 초전도 도체층과 초전도 차폐층은 초전도 케이블의 비용의 상당 부분을 차지한다.
이러한 초전도 케이블의 자재 비용을 낮추기 위해서는 초전도 차폐층을 생략하고, 생략된 초전도 차폐층에 의하여 발생되는 문제를 해결하기 위한 방법이 필요하다.
본 발명은 초전도체로 구성된 초전도 차폐층을 생략하여 초전도 케이블의 원가 경쟁력을 확보하고, 초전도 차폐층 생략에 따른 문제점을 해결할 수 있는 초전도 케이블을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 포머, 상기 포머 외부를 감싸도록 상기 포머의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도체를 포함하는 적어도 1층의 초전도층, 상기 초전도층을 감싸는 절연층을 포함하는 코어부, 상기 코어부 외부에 구비되며, 상기 코어부를 냉각하기 위한 액상 냉매의 냉매유로가 구비되는 냉각부, 상기 냉각부 외측에 구비되는 내부 금속관, 상기 내부 금속관 외측면에 구비되며, 비전도성 재질로 구성되는 단열부, 상기 단열부 외부의 이격된 위치에 복수 개의 스페이서가 구비되는 진공부 및, 상기 진공부 외측에 구비되는 외부 금속관을 포함하는 초전도 케이블을 제공할 수 있다.
그리고, 상기 단열부는 피브이씨(PVC) 재질 또는 테프론(Tefron) 재질로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 단열부의 내표면이 복사에 의한 열전달이 차단되도록 반사코팅될 수 있다.
또한, 상기 단열부의 외표면은 복사에 의한 열전달이 차단되도록 반사코팅될 수 있다.
이 경우, 상기 반사코팅은 상기 단열부의 표면의 광택을 증가시키는 코팅, 표면의 조도를 낮추는 코팅 또는 표면을 거울화하는 코팅 중 어느 하나의 코팅일 수 있다.
그리고, 상기 코어부의 절연층의 내부와 외부에는 전계 완화를 위한 내부 반도전층 및 외부 반도전층이 구비되며, 상기 코어부의 외부 반도전층, 상기 내부 금속관 및 상기 외부 금속관은 접지될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 포머, 상기 포머 외부를 감싸도록 상기 포머의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도체를 포함하는 적어도 1층 이상의 초전도층, 상기 초전도층을 냉각시키기 위하여 상기 초전도층 외부에 구비되며, 액상 냉매가 순환되는 냉각유로, 상기 냉각유로 외측에 구비되고, 알루미늄 재질로 구성되며, 코러게이션 구조의 제1 시스부재, 상기 제1 시스부재 외측면에 구비되며, 상기 초전도층에 흐르는 전류에 의하여 상기 제1 시스부재에 유도되는 유도 전류에 의한 발열이 초전도 케이블의 반지름 방향으로 전달되는 것을 차단하기 위한 단열부재, 상기 단열부 외부에 복수 개의 스페이서가 구비되는 이격공간 및, 상기 이격공간 외측에 구비되는 외부 금속관;을 포함하는 초전도 케이블을 제공할 수 있다.
이 경우, 상기 단열부재는 상기 제1 시스부재에서 발생되는 열이 초전도 케이블의 반지름 방향으로 복사 전달되는 것을 차단하기 위하여 표면이 반사코팅될 수 있다.
그리고, 상기 반사코팅을 위한 코팅물질은 비금속 재질일 수 있다.
본 발명에 따른 초전도 케이블에 의하면, 초전도체로 구성된 초전도 차폐층을 생략하여 초전도 케이블의 원가 경쟁력을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초전도 케이블에 의하면, 초전도 차폐층 생략에 따라 내부 금속관 등에서 발생되는 발열의 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초전도 케이블이 순차적으로 탈피된 상태의 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 초전도 케이블의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 초전도 케이블의 다른 실시예가 순차적으로 탈피된 상태의 사시도를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 초전도 케이블의 단면도를 도시한다.
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 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 초전도 케이블의 단계별 탈피된 사시도를 도시하며, 도 2는 1에 도시된 초전도 케이블의 단면도를 도시한다.
본 발명에 따른 초전도 케이블의 기본 구조를 설명한다.
본 발명에 따른 초전도 케이블은 포머(110), 상기 포머(110) 외부를 감싸도록 상기 포머(110)의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도체를 포함하는 적어도 1층의 초전도층(130), 상기 초전도층을 감싸는 절연층(160)을 포함하는 코어부(100), 상기 코어부(100) 외부에 구비되며, 상기 코어부(100)를 냉각하기 위한 액상 냉매의 냉매유로가 구비되는 냉각부(200), 상기 냉각부(200) 외측에 구비되는 내부 금속관(300), 상기 내부 금속관(300) 외측면에 구비되며, 비전도성 재질로 구성되는 단열부(400), 상기 단열부 외부의 이격된 위치에 복수 개의 스페이서(560)가 구비되는 진공부(500) 및, 상기 진공부(500) 외측에 구비되는 외부 금속관(600)을 포함할 수 있다.
초전도 케이블을 구성하는 각각의 구성요소를 차례로 검토하면 다음과 같다. 상기 포머(110)는 납작하고 납작하고 긴 초전도체(131)를 장착하기 위한 장착 장소를 제공한다. 따라서, 상기 포머(110)는 장착 장소, 즉 그 원주면의 형상을 형성하기 위한 틀로서 역할하고, 사고 전류가 흐르는 경로가 될 수 있다. 상기 포머(110)는 단면 원형의 복수의 구리(Cu) 소선(111)들을 원형으로 압축 또는 다발화한 형태를 가질 수 있다.
상기 포머(110)를 구성하는 여러 가닥의 단면 원형의 구리(Cu) 소선(111)들을 원형으로 압축 또는 다발화한 연선의 형태를 이루기 때문에 그의 표면이 올록볼록할 수밖에 없다. 따라서, 포머(110)의 올록볼록한 표면을 평활하게 하기 위하여 포머(110)의 외부에 평활층(120)이 피복될 수 있다. 상기 평활층(120)은 반도전성 카본지 또는 황동 테이프 등의 재질이 사용될 수 있다.
상기 평활층(120)에 의하여 평탄화된 상기 포머(110) 외측에 복수 개의 초전도체(131)로 둘러싸여 초전도 도체층(130)이 형성되는 제1 초전도 도체층(130a)이 구비될 수 있다. 제1 초전도 도체층(130a)은 복수 개의 초전도체가 나란히 인접하여 상기 평활층(120) 둘레를 감싸도록 설치될 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 초전도 케이블을 통해 송전 또는 배전하려는 전류의 용량에 따라 초전도 도체층(130)은 복층으로 구성할 수도 있다.
도 1에 도시된 실시예는 총 2층의 초전도 도체층(130a, 130b)이 구비됨이 도시된다. 또한, 초전도 도체층을 단순히 적층하여 배치하면 전류의 표피효과에 따라 전류 용량이 증가되지 않는다. 이러한, 문제점을 방지하기 위하여 초전도 도체층을 복층으로 구비하는 경우에는 초전도 도체층(130a, 130b) 사이에 절연 테이프(140)가 개재될 수 있다. 상기 절연 테이프(140)는 절연 테이프 형태로 구성될 수 있으며, 적층되는 초전도 도체층(130a, 130b) 사이에 배치되어 초전도 도체층(130a, 130b)을 상호 절연시켜 적층된 초전도체의 표피효과를 방지하여 각각의 초전도체의 설계된 전력 전송량을 확보할 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 상기 초전도 도체층(130)은 제1 초전도 도체층(130a)과 제2 초전도 도체층(130b) 2층으로 구성된 예가 도시되었으나, 필요에 따라 더 많은 층, 예를 들면 4층의 초전도 도체층이 구비될 수도 있다.
그리고, 각각의 초전도 도체층(130a, 130b)을 구성하는 초전도체는 포머(110)를 구성하는 각각의 소선들과 병렬 연결될 수 있다. 초전도체로 흐르던 전류가 초전도 조건의 파괴 등의 사고시에 포머(110)의 소선으로 흐르도록 하기 위함이다. 이와 같은 방법으로 초전도 조건이 만족되지 않는 경우, 초전도체의 저항이 커지고 그에 따른 초전도체의 발열 또는 손상 등을 방지하기 위함이다.
상기 제1 초전도 도체층(130a) 외측에 구비되는 제2 초전도 도체층(130b)의 외부에 내부 반도전층(150)이 구비될 수 있다. 상기 내부 반도전층(150)은 초전도 도체층(130)의 영역별 전계 집중을 완화하고 표면 전계를 고르게 하기 위하여 구비될 수 있다. 상기 내부 반도전층(150)은 반도전 테이프가 권선되는 방식으로 구비될 수 있다.
상기 내부 반도전층(150) 외측에는 절연층(160)이 구비될 수 있다. 상기 절연층(160)은 초전도 케이블의 절연 내력을 증가시키기 위하여 구비될 수 있다. 일반적으로 고전압 케이블의 절연을 위해서는 XLPE(Cross Linking-Polyethylene) 또는 오일 방식(oil filled)이 사용되지만, 초전도 케이블은 초전도체의 초전도성을 위하여 극저온으로 냉각되고, 극저온에서는 XLPE가 파손되어 절연 파괴되는 문제점이 있고, 오일 방식(oil filled)은 환경 문제 등이 발생될 수 있으므로, 본 발명에 따른 초전도 케이블은 절연층(160)으로서 일반 종이 재질의 절연지를 사용할 수 있으며, 상기 절연층(160)은 절연지를 복수 회 권선하는 방식으로 구성될 수 있다.
상기 절연층(160) 외부에는 외부 반도전층(170)이 구비될 수 있다. 상기 외부 반도천층 역시 초전도 도체층(130)의 영역별 전계 집중을 완화하고 표면 전계를 고르게 하기 위하여 구비될 수 있으며, 상기 외부 반도전층(170) 역시 반도전 테이프가 권선되는 방식으로 구비될 수 있다.
그리고, 일반적으로 초전도 케이블의 경우, 상기 외부 반도전층(170) 외측에는 초전도 차폐층이 구비될 수 있으나, 본 발명에 따른 초전도 케이블의 경우 초전도체로 구성된 초전도 차페층을 생략한다는 특징을 갖는다.
초전도 차폐층을 생략함에 따라 초전도 케이블을 통해 교류 전력 등을 전송하는 경우, 초전도 도체층을 통해 전송되는 교류 전류에 의하여 후술하는 내부 금속관(300) 및 외부 금속관(600)은 유도 전류가 발생될 수 있다. 그에 따른 발열 등의 문제점을 해결하는 방법은 다시 논의한다.
상기 외부 반도전층(170) 외측에는 코어부(100)의 외장 역할을 하는 코어 외장층(190)이 구비될 수 있다. 상기 코어 외장층(190)은 각종 테이프 또는 바인더 등을 포함할 수 있으며, 후술하는 냉각층에 코어부(100)가 노출될 수 있도록 외장 역할을 수행할 수 있다.
이와 같은 방법으로 초전도 케이블의 코어부(100)가 구성될 수 있으며, 도 1 및 도 2에서 상기 평활층 및 상기 반도전층은 동일 재질의 단일 층으로 구성되는 것으로 도시되었으나, 필요에 따라 다양한 부속층들이 추가될 수 있다.
상기 코어부(100) 외측에는 냉각부(200)가 구비될 수 있다. 상기 냉각부(200)는 상기 코어부(100)의 초전도체의 초전도 조건을 만족시키기 위하여 구비될 수 있으며, 상기 냉각부(200)는 그 내측에 액상 냉매의 순환유로가 구비될 수 있다. 상기 액상 냉매로는 액상 질소가 사용될 수 있으며, 상기 액상 냉매(액상 질소)는 영하 -200도 정도의 온도를 갖도록 냉각된 상태로 상기 냉객 유로를 순환하며 냉각부 내부의 코어부에 구비되는 초전도체의 초전도 조건인 극저온이 유지되도록 할 수 있다.
상기 냉각부(200)에 구비되는 냉각유로는 일방향으로 액상 냉매가 흐르도록 할 수 있으며, 초전도 케이블의 접속함 등에서 회수되어 재냉각되어 다시 상기 냉각부(200)의 냉각유로로 공급될 수 있다.
초전도 케이블은 제작 및 운반이 용이하도록 드럼에 감기게 되며 설치 시에는 드럼에 감겨진 케이블을 전개하여 설치하므로 초전도 케이블에는 굽힘 응력 또는 인장 응력이 지속적으로 인가될 수 있다.
이러한 기계적 응력이 인가되는 상황에서도 초기 성능을 유지하도록 하기 위하여 제1 시스부재로서의 내부 금속관(300)을 구비할 수 있다. 따라서, 상기 내부 금속관(300)은 기계적 응력에 대한 강성 보강을 위하여 초전도 케이블의 길이 방향으로 융기 및 함몰이 반복되는 굴곡(corrugation) 구조를 가지며, 상기 내부 금속관(300)은 알루미늄 등의 재질로 구성될 수 있다.
그리고, 본 발명에서는 상기 내부 금속관(300)은 후술하는 외부 금속관(600)과 함께 초전도 케이블의 포설 및 운전 중에 코어부(100)의 기계적인 손상을 방지하기 위한 초전도 케입블의 외장 역할을 수행함과 동시에, 본 발명에서는 차폐층 역할을 수행할 수 있다. 특히 내부 금속관(300)은 초전도 도체층(130)과 거리가 가까우므로 교류 전력 전송시 유도 전류가 흐르게 되어 차폐층으로서 작용할 수 있다.
또한, 상기 내부 금속관(300)은 상기 냉각부(200) 외측에 구비되므로, 액상 냉매의 온도에 대응되는 극저온일 수 있다. 따라서, 상기 내부 금속관(300)은 저온부 금속관으로 구분될 수 있다.
또한, 상기 내부 금속관(300) 외부에는 단열부(400)가 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 단열부(400)는 비전도성 재질로 구성될 수 있으며, 상기 단열부(400)는 예를 들면 상기 단열부는 피브이씨(PVC) 재질 또는 테프론(Tefron) 재질로 구성될 수 있다.
상기 단열부(400)는 극저온의 상기 냉각부(200)와 상기 단열부(400) 외측의 상온부 간의 열교환 중 특히 복사열을 차단하는 역할을 수행할 수 있다.
열교환 중 전도 방식 또는 대류 방식으로 교환되는 열은 후술하는 진공부(500)에 의하여 대부분 차단될 수 있다. 그러나, 복사에 의한 열교환은 상기 진공부(500)에 의하여 충분히 차단될 수 없으므로 상기 단열부(400)가 기본적인 단열 기능을 위하여 비전도성 재질로 구성됨과 동시에 복사열 차단 기능을 구비해야 한다.
특히, 상기 내부 금속관(300)은 차폐층으로서 유도 전류에 의한 발열 문제가 발생됨은 전술한 바와 같다.
특히, 상기 내부 금속관(300)에서 발열이 발생되는 열은 상기 단열부(400)를 통해 상기 단열부(400) 내측과 외측으로 전달될 수 있다.
상기 단열부(400)의 내측으로 전달되는 열은 냉각 부하를 조절하여 냉각시킬 수 있는 냉각부(200)에서 차단되므로 큰 문제가 되지 않을 수 있다.
그러나, 상기 단열부(400)에서 외측으로 전달되는 열은 진공부(500)의 진공 상태(진공도 등)에 영향을 미칠 수 있다. 상기 진공부(500)는 진공화되어 있으나, 완전한 진공상태가 아니므로, 단열부를 통해 복사 열에 의하여 미량이지만 잔류하는 기체를 활성화시켜 열교환 능력을 갖게 될 수 있다.
또한, 진공부를 수용하는 외부 금속관(600)은 알루미늄 재질이며, 알루미늄 재질의 코팅 등을 위하여 사용되는 코팅물질인 수산화 알루미늄 등의 물질은 분해시 물입자가 분해되어 생성되므로, 단열부를 통한 열전달 또는 열교환은 상기 진공부에 물입자 등이 공급될 가능성이 있다.
따라서, 상기 내부 금속관(300)에서 발생된 열이 복사 과정을 통해 진공부를 구획하는 외부 금속관 등에 도달되는 것은 바람직하지 않다.
상기 진공부의 진공상태의 불안정성은 초전도 케이블을 포함하는 전체 전력 시스템의 안정성을 저하시킬 수 있으므로, 상기 단열부(400)에서 외측으로 전달되는 열이 최소화가 필요하다.
특히, 상기 내부 금속관(300)에서 발생된 열 중 전도 또는 대류에 의한 열전달은 단열부(400) 자체 또는 진공부(500)에서 차단될 수 있으나, 복사에 의한 열전달은 비금속 재질, 예를 들면 피브이씨(PVC) 재질 또는 테프론(Tefron)로 구성된 단열부(400) 또는 진공부(500)에 의하여 차단되기 어렵다.
따라서, 본 발명에 따른 초전도 케이블(1000)은 상기 단열부(400)를 비전도성 재질로 구성함과 동시에 상기 단열부(400) 내표면에 반사코팅(401)을 추가할 수 있다. 상기 단열부(400)가 상기 내부 금속관(300)에서 발생된 열(Q)이 복사에 의하여 상기 진공부(500) 측으로 전달되는 효과적으로 차단하기 위함이다.
물론, 상기 단열부(400)의 반사성능을 더욱 향상시키기 위하여 상기 단열부(400) 외표면 및 내표면에 모두 반사코팅(401, 411)이 제공될 수도 있고, 필요에 따라 상기 단열부(400)의 외표면(411)에만 제공될 수도 있다.
본 발명에 따른 초전도 케이블은 종래의 초전도 케이블과 달리 초전도 차폐층을 생략하고, 내부 금속관 등에서 발생되는 유도전류에 의하여 발생되는 열 등을 차단하기 위하여 비전도성 재질의 단열층(400)을 구비한다. 초전도 차폐층이 구비된 종래의 초전도 케이블의 경우에는 초전도 차폐층에 의하여 초전도 차폐층 외측에 구비되는 금속필름으로 구성된 MLI 형태의 단열수단을 적용하더라도 멀티 레이어 인슐레이션(MLI, Multi Layer Insulation) 형태의 단열수단 자체에 유도 전류가 발생되지 않았으나, 초전도 차폐층을 생략하고 종래의 MLI 형태의 단열수단을 채용하면, 금속 필름 형태의 멀티 레이어 인슐레이션(MLI, Multi Layer Insulation) 형태의 단열수단 자체에서 발열이 발생될 수 있기 때문에 본 발명에 따른 초전도 케이블은 단열부(400)를 비금속 재질로 구성한다.
따라서, 상기 단열부(400)에 구비되는 반사코팅(401, 411) 역시 동일한 이유로 비금속 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 단열부(400)에 구비되는 상기 반사코팅(401, 411)은 상기 단열부의 표면의 광택을 증가시키는 코팅, 표면의 조도(거칠기)를 낮추는 코팅 또는 표면을 거울화하는 코팅 중 어느 하나의 코팅일 수 있다.
상기 단열부(400) 외측에는 진공부(500)가 구비될 수 있다. 상기 진공부(500)는 상기 단열부(400) 외측에 이격 공간을 형성하고, 상기 이격 공간을 진공화시키는 방법으로 형성할 수 있다.
상기 진공부(500)는 상온인 외부와 상기 코어부 사이의 대류 또는 전도 방식의 열교환을 방지하기 위하여 구비되는 이격 공간으로서, 물리적 이격 공간을 형성하기 위하여 적어도 하나의 스페이서(560)를 구비할 수 있다. 상기 진공부(500) 내의 이격 공간 그 외측에 구비되는 제2 시스부재로서의 외부 금속관(600) 등과 상기 진공부(500) 내측의 상기 단열부(400)가 접촉되는 것을 초전도 케이블의 전 영역에서 방지하기 위하여 상기 이격 공간 내에 적어도 1개의 스페이서(560)를 구비할 수 있다.
상기 스페이서(560)는 초전도 케이블의 길이방향을 따라 배치될 수 있으며, 상기 코어부(100) 외측, 구체적으로는 상기 단열부(400)를 나선형으로 감싸도록 권선할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 스페이서(560)는 복수 개가 구비될 수 있으며, 상기 스페이서(560)의 개수는 초전도 케이블의 종류 또는 크기에 따라 증감될 수 있다. 본 발명에 따른 초전도 케이블은 3개 내지 5개의 스페이서가 구비될 수 있다.
상기 스페이서(560)의 재질은 폴리 에틸렌(FEP, PFA, ETFE, PVC, P.E, PTFE) 재질일 수 있다.
또한, 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 테프론 등으로 코팅될 수 있다.
테프론(Teflon)은 불소수지의 일종으로, 테프론은 불소와 탄소의 강력한 화학적 결합으로 인해 매우 안정된 화합물을 형성함으로써 거의 완벽한 화학적 비활성 및 내열성, 비점착성, 우수한 절연 안정성, 낮은 마찰계수 등의 특성들을 가지고 있다. 또한, 테프론은 어느 정도의 유연성을 가지므로, 상기 단열부(400)를 나선형으로 감싸며, 초전도 케이블의 길이방향으로 권선되어 배치될 수 있고, 어느 정도의 강도를 가지므로 단열부(400)와 외부 금속관(600)의 접촉을 방지하는 이격 수단으로 활용되어 진공부(500)를 구성하는 이격 공간을 물리적으로 유지하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 스페이서(560)의 직경은 4 밀리미터(mm) 내지 8 밀리미터(mm)일 수 있다. 상기 스페이서(560)이 구비된 상기 진공부(500) 외측에는 외부 금속관(600)이 구비될 수 있다. 상기 외부 금속관(600)은 상기 내부 금속관(300)과 동일한 형태와 재질로 구성될 수 있으며, 상기 외부 금속관(600)은 상기 내부 금속관(300)보다 더 큰 직경으로 구성되어 스페이서(560)를 통한 이격 공간의 형성을 가능하게 할 수 있다.
그리고, 상기 외부 금속관(600) 외측에는 초전도 케이블 내부를 보호하기 위한 외장 기능을 수행하는 시스부(700)가 구비될 수 있다. 상기 시스부는 통상적인 전력용 케이블의 시스부(700)를 구성하는 시스재가 사용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 진공부(500)에 구비된 상기 스페이서(560)는 상기 내부 금속관(300) 외부에 구비되는 단열부(400)를 감싸도록 4개가 구비됨이 도시된다.
그리고, 도 2에 도시된 본 발명에 따른 초전도 케이블(1000)의 스페이서(560)의 직경(d)는 상기 단열부(400) 및 상기 외부 금속관(600) 사이의 평균 이격거리(ds)보다 작을 수 있다.
도 3는 본 발명에 따른 초전도 케이블의 다른 실시예를 도시하며, 도 4는 도 3에 도시된 초전도 케이블이 수평방향으로 설치된 상태의 단면도를 도시한다. 도 1 내지 도 3을 참조한 설명과 중복된 설명은 생략한다. 도 3 및 도 4에 도시된 실시예는 초전도 케이블에 구비된 코어부(100)의 개수가 3개인 3상 초전도 케이블을 도시한다.
3상 초전도 케이블은 각각의 코어부(100)가 독립적으로 냉각부(200)를 구비하는 구조가 아니라 3개의 코어부(100) 외측에 냉각부(200)를 공유하는 구조를 가질 수 있으며, 상기 냉각부(200) 외측에 진공부(500) 역시 공유되는 구조일 수 있다.
따라서, 도 3 및 도 4에 도시된 실시예 역시 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 마찬가지로 각각의 코어부(100a, 100b, 100c)는 초전도 차폐층이 생략되며, 3개의 코어부를 수요하며, 내측에 냉각유로가 구비되는 냉각부(200)를 수용하는 내부 금속관(300) 외측에 구비된 단열부(400)가 마찬가지로 비전도성 재질로 구성되어 단열 기능을 제공하며, 단열부(400)의 내표면 또는 외표면에 반사코팅(401 또는 411)이 구비되어 초전도 차폐층 생략에 따라 발생되는 열의 복사 전달을 방지할 수 있다.
상기 반사코팅(401 또는 411)은 상기 단열부의 표면의 광택을 증가시키는 코팅, 표면의 조도를 낮추는 코팅 또는 표면을 거울화하는 코팅 중 어느 하나의 코팅일 수 있으며, 반사코팅에 사용되는 물질 역시 비금속 재질로 구성되는 것은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 마찬가지이다.
그리고, 초전도 차폐층이 구비되는 종래의 초전도 케이블은 교류 전력 전송 과정에서 초전도 차폐층에 유도되는 유도 전류를 접속함 등에서 접지시켰으나, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 초전도 케이블은 초전도 차폐층이 생략되고, 금속 재질의 내부 금속관(300)에 유도 전류가 발생되므로, 본 발명에 따른 초전도 케이블은 내부 금속관을 접지시켜야 한다. 또한, 반도전성을 갖는 코어부의 내부 반도전층(150) 및 외부 반도전층(170) 역시 유도 전류의 발생이 가능하므로, 내부 반도전층(150) 및 외부 반도전층(170) 역시 내부 금속관(300)의 접지 시 함께 접지되는 것이 바람직하다.
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 : 초전도 케이블
100 : 코어부
200 : 냉각부
300 : 내부 금속관
400 : 단열부
500 : 진공부
560 : 스페이서
600 : 외부 금속관
700 : 시스부

Claims (9)

  1. 포머, 상기 포머 외부를 감싸도록 상기 포머의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도체를 포함하는 적어도 1층의 초전도층, 상기 초전도층 외측에 초전도 차폐층을 생략한 상태로 상기 초전도층을 감싸는 절연층을 포함하는 코어부;
    상기 코어부 외부에 구비되며, 상기 코어부를 냉각하기 위한 액상 냉매의 냉매유로가 구비되는 냉각부;
    상기 냉각부 외측에 구비되는 내부 금속관;
    상기 내부 금속관 외측면에 구비되며, 교류 전력 전송시 내부 금속관에 유도되는 유도전류에 의한 발열의 복사열 전파를 차단하기 위하여 내표면 또는 외표면 중 어느 하나의 표면에 반사코팅이 부가된 비전도성 재질로 구성되는 단열부;
    상기 단열부 외부의 이격된 위치에 복수 개의 스페이서가 구비되는 진공부; 및,
    상기 진공부 외측에 구비되는 외부 금속관;을 포함하는 초전도 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단열부는 피브이씨(PVC) 재질 또는 테프론(Tefron) 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 반사코팅은 상기 단열부의 표면의 광택을 증가시키는 코팅, 표면의 조도를 낮추는 코팅 또는 표면을 거울화하는 코팅 중 어느 하나의 코팅인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 코어부의 절연층의 내부와 외부에는 전계 완화를 위한 내부 반도전층 및 외부 반도전층이 구비되며, 상기 코어부의 외부 반도전층, 상기 내부 금속관 및 상기 외부 금속관은 접지되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
  7. 포머;
    상기 포머 외부를 감싸도록 상기 포머의 길이방향으로 나란히 배치되는 복수 개의 초전도체를 포함하는 적어도 1층 이상의 초전도층;
    상기 초전도층을 냉각시키기 위하여 상기 초전도층 외부에 구비되며, 액상 냉매가 순환되는 냉각유로;
    상기 냉각유로 외측에 구비되고, 알루미늄 재질로 구성되며, 교류 전력 전송시 유도 전류가 흐르게 되어 차폐층 역할을 수행하는 코러게이션 구조의 제1 시스부재;
    상기 제1 시스부재 외측면에 구비되며, 상기 초전도층에 흐르는 전류에 의하여 상기 제1 시스부재에 유도되는 유도 전류에 의한 발열이 초전도 케이블의 반지름 방향으로 전달되는 것을 차단하기 위한 단열부;
    상기 단열부 외부에 복수 개의 스페이서가 구비되는 이격공간; 및,
    상기 이격공간 외측에 구비되는 외부 금속관;을 포함;하고,
    상기 단열부는 상기 제1 시스부재에서 발생되는 열이 초전도 케이블의 반지름 방향으로 복사 전달되는 것을 차단하기 위하여 표면이 반사코팅되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 반사코팅을 위한 코팅물질은 비금속 재질인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
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