KR102256564B1

KR102256564B1 - 두 개의 초전도성 케이블의 도전성 연결 방법

Info

Publication number: KR102256564B1
Application number: KR1020140094607A
Authority: KR
Inventors: 마크 슈테믈레; 프랑크 슈미트
Original assignee: 넥쌍
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2021-05-27
Also published as: US9418777B2; RU2575919C2; CN104347189A; CN110085368A; JP2015026614A; US20150031547A1; KR20150013067A; EP2830160A1; JP6261466B2; RU2014128788A

Abstract

본 발명은 두 개의 케이블이, 각각 서로에 대하여 동심으로 배열되어 있고 각각 유전체로 감싸져 있는 적어도 두 개의 초전도성 도체(2, 4) 및 외측의 유전체에 제공된 전기 작용하는 실드(6)를 구비하는, 두 개의 초전도성 케이블(1, 2)의 도전성 연결 방법에 관한 것이다. 연결된 도체와 실드는 두 개의 케이블(1, 2)의 단부에서 우선 감싸져 있는 층으로부터 노출되고, 이어서 서로 도전성으로 연결된다. 상기 두 개의 케이블(1, 2)의 단부는, 상기 케이블의 자유 단부가 반대 방향을 가리키고 또한 상기 케이블의 도체가 적어도 거의 동일한 높이로 나란히 놓이도록, 서로 평행하게 나란히 배열되어 있다. 상기 두 개의 케이블(1, 2)은 상대적으로 서로 고정되어 있다. 상기 두 개의 케이블의 각각 두 개의 도체는 상기 케이블의 축 방향에 대해 횡 방향으로 뻗어 있는 전기 접촉 소자(10, 11, 12)를 통해 서로 도전성으로 연결된다. 상기 두 개의 케이블(1, 2)의 실드(6)는 분리된 접촉 소자(13, 14, 15)를 통해 연결되고, 이와 같이 실시된 상기 두 개의 케이블 단부는 전기 에너지를 위한 전달 경로를 구축할 때 함께 저온 유지 장치의 하우징(16)에 배열되며, 상기 저온 유지 장치는 상기 전달 경로 작동시 절연 특성을 갖는 유동적인 냉각제가 관통하는 것을 특징으로 한다.

Description

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

본 발명은 두 개의 초전도성 케이블을 도전성으로 연결하기 위한 방법에 관한 것으로서, 두 개의 초전도성 케이블은, 각각 서로에 대하여 동심으로 배열되어 있으면서 각각 유전체(dielectric)로 감싸져 있는 적어도 두 개의 초전도성 도체 및 외측의 유전체에 제공된 전기적으로 작용하는 실드(shield)를 구비하고, 연결될 도체와 실드는 두 개의 케이블 단부에서 우선 감싸져 있는 층으로부터 노출되고, 이어서 서로 도전성으로 연결된다(EP 1 552 536 B1).

이미 오래전부터 초전도성 케이블은 매우 다른 실시 형태로 공지되어 왔다. 이것은 기본적으로 두 개의 초전도성 케이블의 배선(electrical connection))을 위한 기술에도 적용된다. 종래의 케이블에 대한 초전도성 케이블의 본질적인 차이는 상기 케이블의 전기 도체는 충분히 낮은 온도에서 직류 저항이 0이 되어 초전도성 상태로 변하는 재료로 구성된다는 것이다. 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 초전도성 케이블로 전기 에너지를 전달하기 위한 전달 경로(transmission path)가 작동할 경우, 상기 케이블은 선행기술에서 저온 유지 장치에 배열되어 있으며, 상기 전달 경로가 작동할 경우 삽입된 초전도성 재료에 적합한 냉각제, 바람직하게는 전술한 냉각제 가운데 하나의 냉각제가 상기 튜브를 통해 전달된다. 전기 에너지 전달 경로에는 두 개 또는 그 이상의 소정의 길이를 갖는 초전도성 케이블은 도전성으로 서로 연결되어야 한다. 이것은, 감싸져 있는 층으로부터 두 개의 케이블의 도체 및 실드가 우선적으로 노출되어야 한다는 것을 의미한다. 두 개의 케이블에서 각각 두 개의 도체가 도전성으로 연결되고 난 후, 선행 기술에서 제거된 층이 다시 제공되며, 상기 제거된 층은 일반적으로 유전체이다. 이것은 예를 들어 절연 재료로 구성된 밴드가 두 개의 도체를 포함하여 전체 연결 지점에 감김으로써 제조된다. 이어서, 상기 연결 지점 위에 놓여 있는 도체 및 실드도 마찬가지로 도전성으로 연결될 수 있고, 동일한 방법으로 절연될 수 있다. 이것은 단지 하나의 도체 및 실드를 구비한 케이블의 경우 많은 비용과 많은 시간을 필요로 하며, 또한 전문가의 투입을 필요로 한다. 예를 들어, 전술한 EP 1 552 536 B1에 공지되어 있는 것처럼 서로에 대하여 동심으로 배열되어 있는 두 개 또는 세 개의 도체를 구비한 케이블의 경우, 비용 발생은 극단적으로 높고, 다시 제조된 절연체 또는 절연체들의 벽 두께는 적어도 원래의 벽 두께보다 두껍지 않다. 단지, 상기 연결 지점을 감싸고 있는 저온 유지 장치의 치수는 상기 연결 지점이 전달 경로 작동, 특히 저온 유지 장치로 인한 냉각제 운반에 장애가 되지 않을 정도로 작게 유지될 수 있다.

본 발명의 목적은, 절감된 비용으로 서로 동심으로 배열된 적어도 두 개의 도체를 구비한 두 개의 초전도성 케이블을 도전성으로 연결시키는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적은,

- 두 개의 케이블의 단부는, 케이블의 자유 단부가 반대 방향을 가리키고 케이블의 도체가 적어도 거의 동일한 높이로 나란히 놓이도록, 서로 평행하게 나란히 배열되며,

- 두 개의 케이블의 단부는 상대적으로 서로 고정되며,

- 두 개의 케이블의 각각 두 개의 도체는 케이블의 축 방향에 대해 횡 방향으로 뻗어 있는 전기 접촉 소자를 통해 서로 도전성으로 연결되며,

- 두 개의 케이블의 실드는 분리된 접촉 소자를 통해 도전성으로 연결되고,

- 이와 같이 실시된 두 개의 케이블 단부는 전기 에너지를 위한 전달 경로를 구축할 때 함께 저온 유지 장치의 하우징에 배열되며, 전달 경로의 작동시 절연 특성을 갖는 유동적인 냉각제가 관통함으로써 해결된다.

다음에서는 "초전도성 도체"라는 표현 대신 편의상 "도체"라는 표현이 사용된다.

이러한 방법의 본질적인 장점은 상기 도체 -도체의 수량과 무관하게- 및 실드의 도전성 연결 이후 각각의 도체의 연결 지점에 절연 층이 제공되지 않는다는 것이다. 이로 인해, 상기 두 개의 케이블을 연결하기 위해 발생하는 비용은 일반적으로 절감된다. 이것은 절연 재료의 절약뿐만 아니라, 전기 기사의 작업 시간도 단축할 수 있게 한다.

이러한 장점은 연결될 케이블이 서로 동심으로 배열된 세 개의 도체를 구비할 경우 강력한 효력이 발생한다. 지금까지 도달된 기술에서는 상기 두 개의 케이블에 있는 두 개의 도체가 도전성으로 연결되고 난 후, 유전체 위에 놓여 있는 각각 두 개의 도체가 연결되기 전에 우선적으로 이러한 도체를 위한 절연 층 또는 유전체가 다시 제조되어야 했다.

상기 방법 및 대응하는 시스템에서 중요한 것은 상기 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 도체에 조립되고, 상기 케이블 단부 이동시 손상될 수 없다는 사실이다.

단부를 구비하는 상기 두 개의 초전도성 케이블이 반대 방향을 가리키기 때문에 서로 동심으로 배열된 두 개의 도체를 구비한 케이블의 경우 또 다른 케이블의 외부 도체와 함께 각각의 도체의 개별 내부 도체가 제공된다. 따라서, 상기 접촉 소자를 통해 각각의 내부 도체와 외부 도체는 서로 도전성으로 연결된다. 이로 인해, 개별 도체의 임피던스(impedance)가 균등하게 되고, 이에 대응하여 전체 케이블 구간의 전달 양상이 개선된다. 이것은 특히 바람직하게는 이러한 방법에 대응하여 두 개 이상이 연결된 케이블 단면을 구비한 전달 경로를 나타낼 수 있다. 이러한 장점은 서로 동심으로 배열된 세 개의 도체를 구비한 초전도성 케이블에도 해당하며, 그 이유는 여기서 각각의 내부 도체는 각각 다른 케이블의 외부 도체와 도전성으로 연결되기 때문이다. 상기 두 개의 케이블의 각각의 중간 도체는 항상 서로 연결된다.

본 발명에 따른 방법은 기본적으로 상기 저온 유지 장치의 외부에서 실시될 수 있다. 그러나, 특히 바람직하게는 상기 두 개의 케이블이 각각 상기 케이블을 감싸고 있는 저온 유지 장치에 배열되고, 상기 도체 및 실드가 노출되고 난 후에 상기 저온 유지 장치로서 실시된 하우징에 삽입되는 경우이다. 이때, 상기 두 개의 케이블은 접촉 소자가 제공되기 전에 상기 하우징에서 우선 기계적으로 서로 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 방법과 상기 방법으로 제조된 시스템은 실시 예로서 아래의 도면을 참고하여 상세하게 설명된다.

본 발명에 의하면, 절감된 비용으로, 서로 동심으로 배열된 적어도 두 개의 도체를 구비한 두 개의 초전도성 케이블을 도전성으로 연결시킬 수 있다.

도 1은 서로 동심으로 배열된 두 개의 도체를 구비한 초전도성 케이블의 단면을 도시하고 있고,
도 2는 도 1에 따라 단계적으로 배치된 케이블 구성의 층을 갖는 두 케이블의 단부가 반대 방향으로 배치되어 있는 것을 도시하고 있고,
도 3은 서로 동심으로 배열된 세 개의 초전도성 도체를 구비한 두 개의 케이블의 연결 지점을 개략적으로 도시하고 있으며, 상기 연결 지점은 저온 유지 장치에 배열되어 있다.

본 발명에 따른 방법을 이용하여 두 개의 초전도성 케이블의 도전성 연결을 용이하게 할 수 있고, 상기 두 개의 초전도성 케이블은 서로 동심으로 배열된 적어도 두 개의 도체를 구비한다. 이에 대응하는 케이블은 도 1 및 도 2에서 설명된다. 서로 동심으로 배열된 세 개의 도체를 구비한 두 개의 초전도성 케이블의 시스템은 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 상기 두 개의 케이블은 본 발명에 따른 방법에 따라 서로 도전성으로 연결된다.

도 1 및 도 2에 따른 케이블은 "포머(former)"라고 부르는 캐리어(1)를 구비하며, 캐리어를 중심으로 주변에 도체(2)가 배열되어 있다. 도체(2)는 유전체(3)로 감싸져 있으며, 유전체(3)를 중심으로 둘러싸면서 그리고 도체(2)에 대해 동심으로 도체(4)가 제공되어 있다. 도체(4)는 유전체(5)에 의해 감싸져 있으며, 유전체 위에는 전기 작용하는 실드(6)가 제공된다.

도 1 및 도 2에 따른 두 개의 초전도성 케이블을 도전성으로 연결하기 위해, 케이블의 도체(2, 4) 및 경우에 따라 실드(6)는 케이블을 감싸고 있는 층으로부터 노출되며, 이것은 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 두 개의 케이블은 케이블의 도체가 적어도 거의 동일한 높이에 놓이도록 반대 방향을 가리키며 서로 평행하게 배열되어 있다. 두 개의 케이블은 이러한 위치에서 서로 상대적으로 고정된다. 이어서, 두 개의 케이블의 도체(2)는 케이블의 축 방향에 대해 횡 방향으로 뻗어 있는 접촉 소자를 통해 각각 다른 케이블의 도체(4)와 서로 도전성으로 연결되며, 이것은 도 2에서 파선으로 표시되어 있다. 두 개의 케이블의 실드(6)는, 분리되어 있는 접촉 소자와 도전성으로 연결된다.

본 발명에 따른 방법은 도 3에 따라 아래와 같이 설명된다:

도 3에는 두 개의 초전도성 케이블(7, 8)의 단부가 개략적으로 도시되어 있으며, 케이블은 도체(2, 4)와 함께 세 번째 도체(9)를 구비하며, 도체(9)는 상기 두 개의 도체(2, 4)에 대해 동심으로 유전체(5) 위에 배열되어 있고, 마찬가지로 도시되어 있지 않은 유전체에 의해 감싸져 있으며, 유전체 위에는 각각의 실드(6)가 놓여 있다. 두 개의 케이블(7, 8)의 단부는 반대 방향을 가리키고 있다. 단부는 서로 평행하게 뻗어 있고, 상대적으로 서로 기계적으로 고정되어 있다. 케이블의 도체(2, 4, 9)는 적어도 거의 동일한 높이이다.

도 3에 도시된 위치에서 상기 케이블(7, 8)의 도체(2)는 접촉 소자(10 또는 11)를 통해 각각 다른 케이블의 도체(9)와 도전성으로 연결되며, 접촉 소자는 두 개의 케이블(7, 8)의 축 방향에 대해 횡 방향으로 뻗어 있다. 두 개의 케이블(7, 8)의 두 개의 도체(4)는 접촉 소자(12)를 통해 서로 도전성으로 연결될 수 있으며, 접촉 소자는 마찬가지로 두 개의 케이블(7, 8)의 축 방향에 대해 횡 방향으로 뻗어 있다.

두 개의 케이블(7, 8)의 두 개의 실드(6) 위에 접촉 소자(13, 14)가 제공되어 있으며, 접촉 소자(13, 14)는 접촉 소자(10, 11, 12)와 무관하고, 세 개의 접촉 소자(10, 11, 12)와 간격을 두면서 연결 요소(15)를 통해 서로 도전성으로 연결된다.

기계적으로 고정되어 있고 서로 도전성으로 연결된 케이블 단부는 전기 에너지 전달 경로 구축을 위해, 도 3에 개략적으로 저온 유지 장치로서 구현된 하우징에 삽입될 수 있다. 전달 경로의 작동시, 삽입된 냉각제, 예를 들어 액체 질소가 하우징(16)을 관통한다. 냉각제는 동시에 상기 두 개의 케이블(7, 8) 또는 상기 케이블의 도체(2, 4, 9) 및 실드(6)를 위한 절연체이므로 -전술한 것처럼- 절연 재료를 제공하는 것을 생략할 수 있다.

바람직한 실시 형태에서, 각각의 케이블(7, 8)은 우선 저온 유지 장치에 배열되며, 케이블의 도체 및 실드가 전술한 의미에서 노출될 수 있도록 저온 유지 장치로부터 각각의 케이블이 바깥쪽으로 돌출된다. 대응하는 저온 유지 장치(17, 18)의 단부는 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 저온 유지 장치는, 저온 유지 장치로서 구현된 하우징(16)과 연결되어 있다. 두 개의 케이블(7, 8)의 단부를 하우징(16)에 삽입할 때, 케이블의 단부는 하우징에 있는 고정 소자를 통해 기계적으로 서로 고정될 수 있다.

연결 요소(15)를 구비한 전기 접촉 소자(10, 11, 12)는 상기 하우징(16) 내부에서 조립될 수 있다. 이를 위해, 대응하는 하우징(16)은 우선 개방되어 있다. 이어서 폐쇄된다.

Claims

각각 서로에 대해 동심으로 배열되어 있으면서 각각 유전체로 감싸져 있는 적어도 두 개의 초전도성 도체; 및 외측의 유전체에 제공되어 전기적으로 작용하는 실드;를 구비하는 두 개의 초전도성 케이블을, 도전성으로 연결하기 위한 방법으로서, 연결될 도체와 실드를 두 개의 케이블의 단부에서 감싸져 있는 층으로부터 노출시키고, 이어서 서로 도전성으로 연결시키는, 두 개의 초전도성 케이블을 도전성으로 연결하기 위한 방법에 있어서,
- 상기 두 개의 케이블(7, 8)의 단부는, 상기 케이블의 자유 단부가 반대 방향을 가리키며 상기 케이블의 도체(2, 4, 9)가 동일한 높이로 나란히 놓이도록, 서로 평행하게 나란히 배열되고,
- 상기 두 개의 케이블(7, 8)의 단부는 상대적으로 서로 고정되고,
- 상기 두 개의 케이블(7, 8)의 두 개의 도체는, 상기 케이블의 축 방향에 대해 횡 방향으로 뻗어 있는 전기 접촉 소자(10, 11, 12)를 통해 도전성으로 연결되고,
- 상기 두 개의 케이블(7, 8)의 실드(6)는, 분리된 접촉 소자(13, 14, 15)를 통해 도전성으로 연결되고,
- 상기 두 개의 케이블의 단부는 전기 에너지를 위한 전달 경로를 구축할 때 함께 저온 유지 장치의 하우징(16)에 배열되고, 상기 전달 경로의 작동시 절연 특성을 갖는 유동적인 냉각제가 관통하는 것을 특징으로 하는 두 개의 초전도성 케이블을 도전성으로 연결하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
- 상기 두 개의 케이블(7, 8)은 각각, 케이블의 단부가 저온 유지 장치로부터 바깥쪽으로 돌출하고 하우징(16) 안쪽으로 돌출하도록, 상기 하우징(16)과 연결된 저온 유지 장치(17, 18)에 제공되며,
- 상기 두 개의 케이블의 단부는 개방되어 있는 하우징(16)에 기계적으로 서로 연결되며,
- 상기 하우징(16)의 내부에 있는 접촉 소자(10 내지 14)가 상기 두 개의 케이블(7, 8)의 노출된 도체(2, 4, 9) 및 실드(6)에 제공되며,
- 상기 두 개의 케이블(1, 2)의 실드(6) 사이가 도전성으로 연결되고,
- 이어서, 상기 하우징(16)이 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 두 개의 초전도성 케이블을 도전성으로 연결하기 위한 방법.
제2항에 따른 방법에 의해 제조된 시스템으로서,
- 저온 유지 장치로서 실시된 하우징(16)에는 두 개의 초전도성 케이블(7, 8)의 단부가 배열되어 있고, 상기 케이블의 도체(2, 4, 9) 및 상기 케이블의 단부에 있는 실드(6)는 감싸져 있는 층으로부터 노출되며,
- 상기 두 개의 케이블(7, 8)의 도체(2, 4, 9)는 상기 케이블의 축 방향에 대해 횡 방향으로 뻗어 있는 전기 접촉 소자(10, 11, 12)를 통해 서로 도전성으로 연결되며,
- 상기 두 개의 케이블(7, 8)의 실드(6)는 분리된 접촉 소자(13, 14, 15)를 통해 도전성으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.