KR102172077B1 - 두 개의 초전도성 케이블의 도전성 연결 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두 개의 초전도성 케이블의 도전성 연결을 위해, 상기 두 개의 초전도성 케이블은 적어도 각각 유전체로 감싸져 있는 초전도성 도체 및 상기 유전체 위에 배열되어 전기 작용하는 실드를 구비하며, 우선 상기 두 개의 케이블 단부에서 연결 가능한 도체와 실드는 감싸져 있는 층으로부터 노출되고 이어서 서로 도전성 연결되는 두 개의 초전도성 케이블의 도전성 연결을 위한 방법에 관한 것이다. 두 개의 케이블 단부에서 연결 가능한 도체와 실드는 우선적으로 감싸져 있는 층으로부터 노출된다. 이어서, 상기 케이블의 자유 단부가 동일 방향을 가리키고 이 위치에서 서로 단단하게 연결되도록 두 개의 케이블(1, 2)의 단부는 나란히, 그리고 서로 평행하게 배열된다. 한편, 상기 두 개의 케이블(1, 2)의 도체(5) 및 다른 한편 상기 케이블의 실드(7)는 상기 케이블의 축 방향에 대해 횡 방향으로 뻗어 있는 전기 접촉 소자(8, 9)를 통해 서로 도전성 연결되고, 이와 같이 실시된 두 개의 케이블 단부는 전기 에너지를 위한 전달 경로 구축시 함께 저온 유지 장치의 하우징(10)에 배열되며, 상기 하우징은 전달 경로 작동시 절연 특성을 갖는 유동적인 냉각제가 관통되는 것을 특징으로 한다.

Description

두 개의 초전도성 케이블의 도전성 연결 방법{MTEHOD OF ELECTRICALLY CONDUCTIVE CONNECTION OF TWO SUPERCONDUCTING CABLES}

본 발명은 두 개의 초전도성 케이블을 도전성으로 연결하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 두 개의 케이블은 적어도 각각 유전체로 감싸져 있는 초전도성 도체 및 상기 유전체 위에 배열되어 전기 작용하는 실드(shield)를 구비하며, 우선 상기 두 개의 케이블 단부에서 연결 가능한 도체와 실드는 감싸져 있는 층으로부터 노출되고, 이어서 상기 실드와 서로 도전성으로 연결된다.

이미 오래전부터 여러가지 상이한 실시 형태의 초전도성 케이블이 공지되어 있다. 기본적으로는 두 개의 초전도성 케이블의 전기 연결을 위한 기술의 경우에도 공지되어 있다. 종래의 케이블과 다른 초전도성 케이블의 본질적인 차이점은, 초전도성 케이블의 경우 전기 도체를 구비하며, 전기 도체는 충분히 낮은 온도에서 직류 저항이 0이 되어 초전도성 상태로 변하는 재료로 구성된다.

예를 들어, 적합한 초전도성 재료는 희토류 계열의 산화물이 있다. 이와 같은 재료를 초전도성 상태로 만들기 위해 충분히 낮은 온도는 예를 들어 67K 내지 110K이다. 이러한 모든 재료를 위한 적합한 냉각제는 예를 들어 질소, 헬륨, 네온 및 수소 또는 전술한 물질의 혼합물이 있다. 하나 이상의 케이블로 전기 에너지를 전달하기 위한 전달 경로(transmission path)가 작동할 경우, 선행 기술에서 상기 케이블은 저온 유지 장치에 배열되어 있으며, 상기 저온 유지 장치는 하나 이상의 열 절연된 튜브로 구성되며, 상기 전달 경로가 작동할 때 삽입된 초전도성 재료에 적합한 냉각제, 바람직하게는 전술한 냉각제 가운데 하나의 냉각제가 상기 튜브를 통해 전달된다.

상기 전기 에너지의 전달 경로에서, 두 개 또는 그 이상의 소정의 길이를 갖는 초전도성 케이블은 도전성으로 서로 연결되어야 한다. 이것은 우선 감싸고 있는 층으로부터 두 개의 케이블의 도체와 실드가 노출되어야한다는 것을 의미한다. 선행기술에서 도체의 도전성 연결 이후 제거된 층이 다시 제공된다. 특히, 이것은 초전도성 도체를 감싸고 있는 절연체(유전체)에 해당하며, 상기 절연체는 예를 들어 절연 재료로 구성된 밴드가 두 개의 도체를 포함하여 전체 연결 지점에 감김으로써 다시 제조된다. 이어서, 상기 실드도 마찬가지로 도전성으로 연결되며, 경우에 따라 상기 실드 위에 있는 층이 다시 제조된다. 이것은 단지 하나의 도체 및 하나의 실드만을 구비한 케이블의 경우 많은 비용 발생과 많은 시간을 필요로 한다. 또한, 이것은 전문가의 투입을 필요로 한다. 예를 들어, EP 1 552 536 B1에 공지되어 있는 것처럼 서로 동심으로 배열되어 있고, 마주 보고 있는 두 개 또는 세 개의 절연 도체를 구비한 케이블의 경우, 비용 발생은 극단적으로 높고, 다시 제조된 절연체 또는 절연체들의 벽 두께는 적어도 원래의 벽 두께보다 두껍지 않다. 단지 이 경우만, 전달 경로의 작동, 특히 저온 유지 장치를 통한 냉각제 운반에 장애가 되지 않을 정도로 치수는 작게 유지될 수 있다.

본 발명의 목적은 전술한 방법을 제공하여 현저히 감소된 비용으로 두 개의 초전도성 케이블을 도전성으로 연결하는 것이다.

본 발명의 상기 목적은

- 케이블의 자유 단부가 동일한 방향을 가리키도록 두 개의 케이블 단부는 나란히, 그리고 서로 평행하게 배열되며,

- 상기 두 개의 케이블 단부가 서로 단단히 고정되며,

- 한편 상기 두 개의 케이블 단부의 도체 및 다른 한편 상기 케이블의 실드가 상기 케이블의 축 방향에 대해 횡 방향으로 뻗어 있는 전기 접촉 소자를 통해 서로 도전성으로 연결되며,

- 이와 같이 실시된 두 개의 케이블 단부는, 전기 에너지를 위한 전달 경로 구축시에 함께 저온 유지 장치의 하우징에 배열되며, 상기 하우징은 전달 경로 작동시 절연 특성을 갖는 유동적인 냉각제가 관통함으로써 해결된다.

이러한 방법의 본질적인 장점은 상기 초전도성 도체 - 상기 도체의 수량과 무관함 - 및 실드의 도전성 연결 이후 어떠한 절연 층도 개별 도체의 연결 지점에 제공되지 않는다는 것이다. 이로 인해, 두 개의 케이블 연결에 소요되는 비용이 현저하게 감소된다. 이로써 절연 재료를 절약할 수 있을 뿐 아니라, 전기 기사의 작업 시간도 단축시킬 수 있다.

이러한 장점은 연결될 케이블이 서로 동 축으로 배열된 두 개 또는 세 개의 도체를 구비할 경우에 강력한 효력이 발생한다. 지금까지 도달된 기술에서는 각각 두 개의 도체가 도전성으로 연결되고 난 후에 다음 도체가 연결되기 전에 우선적으로 절연 층 또는 유전체가 상기 도체를 위해 다시 제조되어야 했다.

상기 방법 및 대응하는 시스템에서 중요한 것은 두 개의 케이블 단부가 서로 평행하게 뻗어 있고 기계적으로 서로 연결되기 때문에 상기 케이블의 축 방향에 대해 횡 방향으로 뻗어 있는 전기 접촉 소자가 용이한 방식으로 각각의 도체 및 실드에 조립되고, 상기 케이블 단부 이동시 손상될 수 없다.

상기 방법과 상기 방법으로 제조된 시스템에서 개별 조치들이 순서대로 진행되는 것은 중요하지 않다. 바람직한 방법은 두 개의 케이블 단부의 도체 또는 실드가 우선 노출되는 것이다. 이와 관련하여, 적어도 하나의 케이블 단부는 상기 케이블 단부가 또 다른 케이블 단부에 대해 평행하게 배치되고 기계적으로 상기 케이블 단부와 연결될 수 있도록 구부러져 있다. 이어서, 접촉 소자가 제공되며, 상기 접촉 소자는 바람직하게는 케이블의 자유 단부로부터 도체 및 실드 쪽 축 방향으로 슬라이딩 될 수 있다. 전술한 모든 방법의 단계는 기본적으로 상기 저온 유지 장치 외부에서 실시될 수 있다.

그러나, 특히 바람직한 것은 두 개의 케이블이 각각 저온 유지 장치에 배열되고, 상기 도체 및 실드가 노출되고 난 후에 상기 저온 유지 장치로서 실시된 하우징으로 삽입되는 것이다. 이때, 상기 두 개의 케이블은 접촉 소자가 제공되기 전에 상기 하우징에서 우선 기계적으로 서로 연결될 수 있다.

예를 들어, 상기 케이블을 감싸고 있는 저온 유지 장치와 함께, 180˚로 후방으로 구부러진 초전도성 케이블은, 보정 유닛(compensation unit)을 서로 대칭 형태로 상기 저온 유지 장치에 장착할 수 있도록 하며, 상기 보상 요소로 인해 상기 케이블이 냉각될 때와 상기 케이블이 다시 가열될 때 상기 저온 유지 장치의 길이 변화가 보정될 수 있다.

본 발명에 따른 방법과 상기 방법으로 제조된 시스템을 실시예로서 아래의 도면을 참고하여 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명에 의하면, 현저히 감소된 비용으로 두 개의 초전도성 케이블을 도전성으로 연결할 수 있다.

도 1 내지 도 3은 서로 다른 세 가지 실시 형태에서 두 개의 초전도성 케이블 단부의 경로의 개략도이다.
도 4는 두 개의 초전도성 케이블 사이의 연결 지점을 보다 정확하게 도시한 개략도이다.
도 5는 초전도성 케이블의 단면도이다.
도 6은 저온 유지 장치에 배열된 도 4에 따른 연결 지점을 나타내는 개략도이다.

본 발명에 따라, 두 개의 초전도성 케이블 단부는 상기 케이블의 도체 및 실드가 노출되고 난 후에 나란히, 그리고 서로 평행하게 배열되어야 한다. 이를 위해, 두 개의 케이블 가운데 하나의 케이블 단부는 상기 케이블 단부가 또 다른 케이블 단부에 대해 평행하게 배치될 수 있도록 구부러져야 한다. 두 개의 케이블 단부의 대응하는 경로를 위한 세 가지 예는 도 1 내지 도 3에 도시되어 있다. 이때, 두 개의 케이블은 단지 실선으로 표시되어 있다.

도 1에 따라, 두 개의 초전도성 케이블(1, 2)의 단부는 각각 90˚로 구부러져 있다. 상기 케이블의 단부는 서로 평행하게 배치되고, 상기 케이블의 자유 단부는 동일한 방향을 가리키고 있다.

도 2에 따라, 상기 케이블(1)의 단부는 180˚로 구부러져 있는 반면, 상기 케이블(2)의 단부는 직선으로 뻗어 있다.

도 3에 따라, 상기 케이블(1)의 단부는 90˚로 구부러져 있는 반면, 상기 케이블(2)의 단부는 직선으로 뻗어 있다. 이 경우, 케이블 트레이(cable tray)는 두 개의 케이블(1, 2)의 연결 지점으로부터 직각으로 구부러진다.

아래의 상세한 설명에서 도 2에 따른 실시 형태는 도 4에서 정확하게 설명되며, 상기 도 4는 두 개의 초전도성 케이블(1, 2)의 단부를 도시하고 있고, 상기 두 개의 케이블 단부는 서로 평행하게 뻗어 있으며 기계적으로 서로 연결되어 있다. 이것은 두 개의 케이블 사이에서, 교차선으로 표시된 연결부(3)를 통해 도시되고 있다.

도 5에 도시된 실시 예에 따라, 상기 두 개의 케이블(1, 2)에서 각각의 케이블은 지지체(4)에 배열된 초전도체(5)를 구비하며, 상기 지지체는 당업계에서 "포머(former)"로 불린다. 상기 도체(5)는 유전체(6)(절연체)에 의해 감싸져 있으며, 상기 유전체 위에 전기적으로 작용하는 실드(7)가 제공되어 있다. 두 개의 케이블(1, 2)의 도체(5) 및 상기 케이블의 실드(7)는 상기 케이블 단부에서 상기 케이블을 감싸고 있는 층, 즉 유전체(6)로부터 노출된다. 상기 두 개의 케이블(1, 2)의 단부는 동일한 방향을 가리킨다. 상기 두 개의 케이블 단부는 나란하게 거의 "동일한 형태로" 배치된다. 이를 위해, 상기 케이블(1)은 상기 케이블의 단부 영역에서 180˚로 구부러져 있다. 상기 케이블의 단부로 인해 전달 경로에서 상기 케이블 경로의 반대 방향으로 구부러진다. 도 4에서 도시되어 있듯이 상기 두 개의 케이블(1, 2)의 외부 층은 실드(7)이다.

상기 두 개의 케이블(1, 2)의 도체(5)는 전기 접촉 소자(8)를 통해 서로 도전성으로 연결되며, 상기 접촉 소자는 상기 두 개의 케이블(1, 2)의 축 방향에 대해 횡 방향으로 뻗어 있다. 동일한 방식으로 상기 두 개의 케이블의 실드(7)는 상기 전기 접촉 소자(9)를 통해 서로 도전성으로 연결된다. 상기 접촉 소자(8, 9)는 바람직하게는 상기 케이블의 자유 단부로부터 도체(5) 및 실드(7) 방향으로 슬라이딩 될 수 있다.

기계적으로, 그리고 전기적으로 서로 연결된 케이블 단부는 전기 에너지를 전달하기 위한 전달 경로 구축을 위해, 도 4에서 일점쇄선으로 표시되어 있고 저온 유지 장치로서 실시된 하우징(10)에 삽입, 예를 들어 안쪽으로 슬라이딩 될 수 있다. 상기 전달 경로 작동시, 삽입된 냉각제, 예를 들어 액체 질소가 상기 하우징(10)을 관통한다. 상기 냉각제는 동시에 두 개의 케이블(1, 2) 또는 상기 케이블의 도체(5) 및 실드(7)를 위한 절연 매체이므로 - 전술한 바와 같이 - 절연 재료의 제공은 포기될 수 있다.

바람직한 실시 형태에서, 상기 케이블(1, 2) 각각은 우선 저온 유지 장치에 배열되며, 상기 각각의 케이블은 상기 케이블의 도체 및 실드가 전술한 의미에서 노출될 수 있도록 상기 저온 유지 장치로부터 돌출해 있다. 대응하는 저온 유지 장치(11, 12)의 단부는 도 6에 표시되어 있다. 상기 단부는 저온 유지 장치로서 실시된 하우징(10)과 연결되어 있다. 상기 하우징(10)에 상기 두 개의 케이블(1, 2)의 단부를 삽입할 때, 이러한 실시 형태에서 상기 단부는 상기 하우징에 위치한 고정 소자를 통해 서로 기계적으로 연결될 수 있다.

상기 전기 접촉 소자(8, 9)는 상기 하우징(10)의 내부에서 도체(5) 및 실드(7) 방향으로 제공, 특히 슬라이딩될 수 있으며, 이에 대응하여 형성된 하우징(10)은 이를 위해 우선 전면부(13)를 개방된 상태로 유지한다. 이어서, 상기 하우징(10)의 전면부(13)는 폐쇄된다.

상기 케이블(1)의 구부러진 단부와 함께, 상기 케이블을 감싸고 있는 저온 유지 장치(11)는, 예를 들어 도 4에서 점선으로 표시된 프레임(14, 15)으로 표시된 두 개의 보정 유닛을 서로 대칭하는 형태로 상기 저온 유지 장치(11)에 장착할 수 있도록 하고, 상기 보정 유닛은 상기 케이블(1)을 냉각할 때와 다시 가열할 때 발생할 수 있는 저온 유지 장치(11)의 길이 변화를 보정 하기 위해 적합하다. 적합한 보정 유닛은 예컨대 벨로우즈(bellows)가 있다.

Claims (7)

1. 각각 유전체(6)로 둘러싸인 초전도성 도체(5) 및 상기 유전체 위에 배열되어 전기 작용하는 실드(7)를 구비하는 두 개의 초전도성 케이블(1, 2)을 도전성으로 연결하는 방법으로서, 상기 두 개의 초전도성 케이블(1, 2)의 단부에서 연결 가능한 도체와 실드가, 둘러싸인 층으로부터 노출된 후, 서로 도전성으로 연결되는 방법에 있어서,
   - 초전도성 케이블의 자유 단부가 동일한 방향을 가리키도록, 두 개의 초전도성 케이블(1, 2)의 단부가 나란히 서로 평행하게 배열되며,
   - 상기 두 개의 초전도성 케이블(1, 2)의 단부가 서로 고정되고,
   - 상기 두 개의 초전도성 케이블(1, 2)의 도체(5)가, 케이블의 축방향에 대해 횡방향으로 뻗어 있는 전기 접촉 소자(8)를 통해 서로 도전성으로 연결되고, 각각의 도체의 연결 지점에는 어떠한 절연 층도 적용되지 않으며,
   - 이와 같이 처리된 상기 두 개의 초전도성 케이블의 단부가, 전기 에너지 전달 경로 구축시에, 전달 경로 작동시 절연 특성을 갖는 유동적인 냉각제가 통과되는 저온 유지 장치의 하우징(10)에 함께 배열되며,
   상기 방법은,
   - 상기 두 개의 초전도성 케이블의 실드(7)도, 케이블의 축방향에 대해 횡 방향으로 뻗어 있는 전기 접촉 소자(9)를 통해 서로 도전성으로 연결되며,
   - 각각의 초전도성 케이블(1, 2)은 먼저 상기 하우징(10)에 연결된 저온 유지 장치(11, 12)에 장착되어, 각각의 케이블 단부가 연관된 저온 유지 장치로부터 하우징(10) 내로 돌출되며,
   - 상기 두 개의 초전도성 케이블의 단부는 아직 개방되어 있는 하우징(10) 안에서 서로 기계적으로 연결되며,
   - 상기 전기 접촉 소자(8, 9)는 상기 하우징(10) 안에서 상기 두 개의 초전도성 케이블(1, 2)의 노출된 도체(5) 및 실드(7) 상에 장착되고,
   - 마지막으로 상기 하우징(10)이 폐쇄되는 것을 특징으로 하는, 두 개의 초전도성 케이블을 도전성으로 연결하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 두 개의 초전도성 케이블(1, 2) 중 어느 하나의 케이블의 단부는, 다른 하나의 케이블의 단부에 대해 평행하게 배열되도록 구부러져 있는 것을 특징으로 하는, 두 개의 초전도성 케이블을 도전성으로 연결하는 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 어느 하나의 케이블의 단부는 90˚로 구부러져 있는 것을 특징으로 하는, 두 개의 초전도성 케이블을 도전성으로 연결하는 방법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 어느 하나의 케이블의 단부는 180˚로 뒤로 구부러져 있는 것을 특징으로 하는, 두 개의 초전도성 케이블을 도전성으로 연결하는 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 두 개의 초전도성 케이블(1, 2)의 단부는 각각 90˚로 구부러져 있는 것을 특징으로 하는, 두 개의 초전도성 케이블을 도전성으로 연결하는 방법.
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