KR20010032358A - Magnetic energy storage - Google Patents

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KR20010032358A
KR20010032358A KR1020007005594A KR20007005594A KR20010032358A KR 20010032358 A KR20010032358 A KR 20010032358A KR 1020007005594 A KR1020007005594 A KR 1020007005594A KR 20007005594 A KR20007005594 A KR 20007005594A KR 20010032358 A KR20010032358 A KR 20010032358A
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Abstract

본 발명은 전원과 직렬로 연결되며 전기적 절연된 초전도 케이블 (12) 로부터 휘어진 코일 (1) 을 포함하는 SMES 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an SMES device comprising a coil (1) bent from an electrically insulated superconducting cable (12) connected in series with a power source.

본 발명은 또한 SMES 장치를 포함하는 고전압 시스템에 관한 것으로서, SMES 장치는 컨덕터 수단을 중심으로 둘러싸여 배열된 전기 절연 시스템에 의해 고전압에 대하여 절연된 초전도 컨덕터 수단을 구비한다.The present invention also relates to a high voltage system comprising an SMES device, wherein the SMES device comprises superconducting conductor means insulated against high voltage by an electrical insulation system arranged around the conductor means.

Description

자기에너지 저장장치{MAGNETIC ENERGY STORAGE}Magnetic energy storage device {MAGNETIC ENERGY STORAGE}

기술분야Technical Field

본 발명은, 전압원, 즉, dc 전압원과 직렬로 연결되며, 사용시에 임계온도 (Tc) 이하인 극저온에서 유지되고 전기적 절연체에 의해 둘러싸인 초전도 수단을 갖는 초전도 케이블로부터 휘어진 코일, 및 그 코일을 단락회로로 하기 위한 스위치 수단을 포함하는 종류의 초전도 자기에너지 저장장치 (SMES) 에 관한 것이다. 본 발명은, 주로 고온 초전도 케이블에 관한 것이지만, 자기에너지 저장장치에 있는 높은 자계때문에 저온 초전도 케이블에 또한 적용될 수 있다.The present invention relates to a voltage source, i.e. a coil bent from a superconducting cable connected in series with a dc voltage source and having a superconducting means, which is kept at cryogenic temperatures below the critical temperature (Tc) in use and surrounded by an electrical insulator, and the coil in a short circuit. A superconducting magnetic energy storage device (SMES) of the kind comprising switch means for The present invention mainly relates to high temperature superconducting cables, but may also be applied to low temperature superconducting cables because of the high magnetic fields present in magnetic energy storage devices.

발명의 배경Background of the Invention

초전도 자기에너지 저장장치 (SMES) 의 개념은 공지되어 있다. SMES 의 원리는, 에너지가 인덕턴스 (L) 를 갖는 코일내에 자기 에너지로서 저장되며 저장되는 에너지량이 1/2 L·I2(여기서 I 는 dc 전류) 이라는 것이다.The concept of superconducting magnetic energy storage (SMES) is known. The principle of the SMES is that energy is stored as magnetic energy in a coil with inductance L and the amount of energy stored is 1/2 L · I 2 , where I is a dc current.

코일의 인덕턴스 (L) 은 공지된 다음의 식으로 주어진다.The inductance L of the coil is given by the following equation known.

L = (μoμxN2A) ÷l,L = (μ o μ x N 2 A) ÷ l,

여기서 μo= 4πx 10-7As/Vm 이고, μx는 솔레노이드 자기 회로내의 물질의 투과율이며 (즉, 자속밀도 (B) 가 충분히 낮다면, 배향 박판 강철에 대하여 약 10000이상이며, 공기에 대하여 1), N 은 권선수이고, A 는 단면적이며 l 은 코일의 길이이다.Where μ o = 4πx 10 -7 As / Vm, μ x is the transmittance of the material in the solenoidal magnetic circuit (ie, if the magnetic flux density (B) is sufficiently low, it is about 10000 or more for oriented sheet steel, and for air) 1), N is the number of turns, A is the cross-sectional area and l is the length of the coil.

SMES 장치내에 저장되는 자기에너지 (E) E = 1/2 L·I2이므로, 전류 및 인덕턴스가 최대로 되어야 한다는 것은 명백하다. 최대 전류는 소정의 온도, 자계, 및 전류 밀도에서 초전도 특성에 의해 정해진다.Since the magnetic energy (E) E = 1/2 L · I 2 stored in the SMES device, it is clear that the current and inductance should be maximized. The maximum current is determined by the superconducting properties at a given temperature, magnetic field, and current density.

인덕턴스는 높은 투과율을 갖는 자기 회로내의 자기 물질을 이용함으로써 최대로 되어야 한다. 불행히도, 높은 자속밀도에서 높은 투과율을 갖는 것으로서 알려진 물질은 없다. 약 2 테슬러의 B 에서, 최고의 물질이 포화상태로 된더라도, 코어 손실 (히스테리시스 및 에디) 이 포화 영여게서 급격히 증가한다. 물질의 자계 모멘트가 완전히 정렬된다면, 철에 있어서 2.12 테슬러의 최대 자속밀도로 되는 것이 이론적으로 가능하다. 초전도체의 높은 전류 때문에, 자속밀도도 또한 높고, 사실 5 T 이상의 밀도는 흔한 것이다. 따라서 자기 물질은 자기 회로내에 포함되지 않아야 하며, 적어도 높은 B 영역내에 포함되지 않아야 한다. 일반적으로, μx는 1 과 같다.Inductance should be maximized by using magnetic materials in magnetic circuits with high transmittance. Unfortunately, no material is known to have high transmission at high magnetic flux densities. At about 2 Tesla B, core loss (hysteresis and eddy) increases sharply at saturation even if the best material is saturated. If the magnetic moment of the material is perfectly aligned, it is theoretically possible to achieve a maximum magnetic flux density of 2.12 Tesla for iron. Because of the high current in the superconductor, the magnetic flux density is also high, in fact densities above 5 T are common. Therefore, the magnetic material should not be included in the magnetic circuit and at least not in the high B region. In general, μ x is equal to 1.

권선 (N) 를 높게 함으로써 인덕턴스가 또한 증가될 수 있다. 솔레노이드가 감겨져 있다면, 단위 길이당 권선 수인 권선 밀도는 컨덕터의 단면적 및 그 절연성에 의해 결정된다.By increasing the winding N, the inductance can also be increased. If the solenoid is wound, the winding density, the number of turns per unit length, is determined by the cross-sectional area of the conductor and its insulation.

단면적 대 길이의 비율은 인덕턴스에 대하여 또한 중요한 인자이다. 그목적은 넓은 단면적 및 짧은 코일 길이를 얻는 것이다. 따라서 높은 인덕턴스를 얻기 위한 바람직한 코일로서 팬케이크 또는 디스크 권선이 종종 설계된다.The ratio of cross-sectional area to length is also an important factor for inductance. The purpose is to obtain a wide cross section and a short coil length. Therefore, pancake or disk windings are often designed as the preferred coil for obtaining high inductance.

SMES 장치는 에너지를 저장하는 경쟁 시스템과 비교할 때 높은 효율 및 높은 에너지 밀도를 갖는다. SMES 장치는 저장 또는 방출 요구에 대하여 빠른 응답을 할 수 있다. 또한 SMES 장치는 부하 레벨링을 위해 사용될 수 있을 뿐만 아니라 부하 팔로잉, 역 스피닝, 일시 안정화 및 동기 공명 댐핑을 위해 사용될 수도 있다. SMES 장치는 에너지 절약을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 보다 넓은 자유를 갖는 전력 시스템 동작을 제공할 수도 있다.SMES devices have high efficiency and high energy density compared to competing systems that store energy. SMES devices can respond quickly to storage or release requests. SMES devices can also be used for load leveling as well as for load following, reverse spinning, transient stabilization and synchronous resonance damping. SMES devices may not only provide energy savings, but may also provide power system operation with greater freedom.

보통, SMES 장치는 약 1MW 까지 에너지를 저장하도록 제작되지만, 보다 높은 에너지 저장 용량이 필요하다. 보다 넓은 SMES 장치를 위한 현재의 해결책으로는 설비를 보다 크게 만드는 방법과 상이한 전송 시스템에 연결된 다중 피더를 사용하는 방법이 있다.Normally, SMES devices are built to store energy up to about 1 MW, but higher energy storage capacities are required. Current solutions for wider SMES devices include making the facility larger and using multiple feeders connected to different transmission systems.

종래의 SMES 장치는 저전압에서 높은 전류원으로 동작한다. ac 전력 시스템에서 사용될 때 ac-dc 변환기는 SMES 장치에서 전력을 변환하는데 사용될 수 있다. 전력 네트워크에 연결된 SMES 장치의 동작은 트랜스포머를 포함할 것이다.Conventional SMES devices operate with high current sources at low voltages. When used in ac power systems, ac-dc converters can be used to convert power in SMES devices. Operation of the SMES device connected to the power network will include a transformer.

SMES 장치는 보통 코일로 제작된다. 저장 용량을 최대화하기 위해, 인덕턴스는 가능한 높아야 한다. 따라서, 초전도체는, 예를 들어 1997년 6월 No 2, Vol 7 의 응용 초전도성에 대한 IEEE transactions 의 ″Design and construction of the 4T background coil for the navy SMES cable test apparatus″ 에 설명된 바와같이 SMES 를 위한 4T 백그라운드 코일인, 팬케이크 형으로 휘어진다. SMES 장치는 보통 약 1000A 의 전류와 약 500V 까지의 전압으로 연결된다.SMES devices are usually made of coils. In order to maximize storage capacity, the inductance should be as high as possible. Thus, the superconductor can be used for SMES as described, for example, in ″ Design and construction of the 4T background coil for the navy SMES cable test apparatus ″ of IEEE transactions on applied superconductivity, June 2, 1997. It is bent into pancake type, 4T background coil. SMES devices are usually connected with a current of about 1000A and a voltage of up to about 500V.

30MW 용의 큰 SMES 장치는, 1997년 6월 No 2, Vol 7 의 응용 초전도성에 대한 IEEE transactions 의 ″Quench protection and Stagnant Normal Zones in a Large Cryostable SMES″ 에서 설명되어 있으며 여러 개의 이중 팬케이크 구조로부터 조립되는 코일을 포함한다. 이러한 SMES 장치 응용에는 높은 전력 방출이 필요하며 동작 전압은 3.4kV 까지 되도록 요구된다.Large SMES devices for 30 MW are described in IEEE transactions ″ Quench protection and Stagnant Normal Zones in a Large Cryostable SMES ″ in June 1997, No. 2, Vol 7, for application superconductivity and are assembled from multiple double pancake structures. It includes a coil. These SMES device applications require high power dissipation and an operating voltage of up to 3.4kV.

자기 에너지를 저장하는 또다른 방법은 솔레노이드로서 컨덕터를 직접 권선함으로써 행해질 수 있다. 테스트 코일의 예는 1997년 6월 No 2 Vol 7 의 응용 초전도성에 대한 IEEE transactions 의 ″Design, manufacturing and cold test of superconducting coil and its cryostat for SMES applications″ 에 설명되어 있으며, 여기서 솔레노이드는 4500 권선, 30 개 층 및 반경 120mm 의 내부 권선의 NbTi 컨덕터로 구성된다.Another method of storing magnetic energy can be done by winding the conductor directly as a solenoid. An example of a test coil is described in IEEE transactions ″ Design, manufacturing and cold test of superconducting coil and its cryostat for SMES applications ″ in June 2, 1997, No 2 Vol 7, where the solenoid is 4500 winding, 30 It consists of NbTi conductors with two layers and an internal winding of 120 mm radius.

발명의 개요Summary of the Invention

본 발명의 목적은 SMES 장치를 포함하는 높은 전압 시스템을 구비하는 것이며, 여기서 SMES 장치의 초전도 컨덕터는 고전압에 대하여 절연되어 있으며 절연체는 컨덕터 주위로 동심을 갖는다.It is an object of the present invention to have a high voltage system comprising an SMES device, wherein the superconducting conductors of the SMES device are insulated against high voltage and the insulator is concentric around the conductor.

본 발명의 한 태양에 따라, 상기 전기 절연체는 상기 초전도 수단에 전기적으로 연결된 반도체 물질로 된 내부층, 제어 전기 포텐셜 즉, 접지 포텐셜에서 길이방향을 따라 반도체 물질로 된 외부층, 및 상기 내부층과 외부층 사이에 위치하는 고체 전기 절연 물질로 된 중간층을 포함하는 것을 특징으로 하는 SMES 장치가 제공된다.According to one aspect of the invention, the electrical insulator comprises an inner layer of semiconductor material electrically connected to the superconducting means, an outer layer of semiconductor material along a longitudinal direction at a control electrical potential, ie, ground potential, and the inner layer; An SMES device is provided comprising an intermediate layer of solid electrical insulating material located between the outer layers.

이러한 명세에서, ″반도체 물질″ 이라는 용어는 전기적 컨덕터보다 상당히 낮은 전도성을 갖지만 전기 절연체인 낮은 전도성을 갖지 않는 물질을 의미한다. ″반도체 물질″ 은 1 - 105Ω·cm 의 체적저항을, 바람직하게는 1 - 103Ω·cm 의 체적저항을, 보다 바람직하게는 10 - 500 Ω·cm 의 체적저항을, 가장 바람직하게는 10 - 100 Ω·cm 의 체적저항을, 특히 20 Ω·cm 의 체적저항을 가져야 한다.In this specification, the term " semiconductor material " means a material that has a significantly lower conductivity than an electrical conductor but does not have a low conductivity that is an electrical insulator. "Semiconductor material" means a volume resistivity of 1-10 5 Pa.cm, preferably a volume resistivity of 1-10 3 Pa.cm, more preferably a volume resistivity of 10-500 Pa.cm, and most preferably Must have a volume resistivity of 10-100 Ωcm, especially 20 Ωcm.

본 발명은 고온 초전도성에 한정되지 않는다. 자기 에너지 저장장치의 높은 자계 때문에, 이용되는 저온 초전도체 종류에 의존하여, 1 - 15 K 사이의 극저온 동작을 필요로 할지라도, 저온 초전도체가 여전히 필요하다. 공지된 예는 NbTi, Nb3Sn, 및 Nb3Al 와 같은 니오브 계이다. 다른 예는 V3Ga 및 Nb3Ge 이다. 가장 흔히 사용되는 초전도체는 4.2K 에서 약 9T (또는 1.8K 에서 11T) 까지의 자계 밀도에서 이용될 수 있는 NbTi 이다. 보다 높은 자계 밀도를 위해서는, NbTi 가 사용될 수 없으며 Nb3Sn 으로 대체된다.The present invention is not limited to high temperature superconductivity. Due to the high magnetic field of the magnetic energy storage device, even if cryogenic operation between 1-15 K is required, depending on the type of low temperature superconductor used, low temperature superconductors are still needed. Known examples are niobium systems such as NbTi, Nb 3 Sn, and Nb 3 Al. Another example is V 3 Ga and Nb 3 Ge. The most commonly used superconductor is NbTi, which is available at magnetic field densities from 4.2K to about 9T (or 1.8K to 11T). For higher magnetic density, NbTi cannot be used and is replaced by Nb 3 Sn.

본 발명에 따른 SMES 장치는 종래의 케이블 제조 원리에 따라 제조될 수 있는 케이블형 컨덕터로 만들어진다. 절연체는 1kV 범위 및 고전압 dc 전류 전송을 위해 사용되는 전압까지의 고전압을 견딜 수 있는 것과 같은 것이다.The SMES device according to the invention is made of a cable type conductor which can be manufactured according to conventional cable manufacturing principles. Insulators are such as capable of withstanding high voltages up to the 1 kV range and the voltage used for high voltage dc current transmission.

본 발명에서는 SMES 장치를 포함하는 고전압 시스템이 가능하다. SMES 장치는 고전압 네트워크에 연결될 수 있다. 이것은 부하 팔로잉이 분산 네트워크 또는 전송에서 실행될 수 있으며 오늘날의 SMES 자치의 경우에서처럼 보다 낮은 전압에서의 특정 사용을 위해서만이 아니라는 것을 의미한다. 이것은 예를 들어, 주야 체제 또는 동서 체제의 고전압 네트워크에서 부하 변화를 원만하게 하도록 에너지를 저장하는 SMES 를 사용하는 가능성을 높인다. 또한, 고전압의 SMES 장치는 많은 양의 에너지를 단시간에 시스템으로 주입할 수 있고, 즉, 많은 양의 실 전력을 주입하는 것이며, 시스템 제어를 양호하게 할 수 있다.In the present invention, a high voltage system including an SMES device is possible. The SMES device may be connected to a high voltage network. This means that load following can be implemented in distributed networks or transmissions and is not only for specific use at lower voltages as in the case of today's SMES autonomy. This increases the likelihood of using SMES to store energy to smooth load changes, for example in high voltage networks in day and night regimes. In addition, the high-voltage SMES device can inject a large amount of energy into the system in a short time, that is, inject a large amount of real power, and can improve system control.

본 발명은 전압 강하를 변환할 필요없이 800kV 까지 및 그 이상의 고전압에 직접 연결될 수 있는 SMES 시스템을 포함하는 고전압 시스템을 가능하게 한다. 이것은 고전압을 견딜 수 있는 절연 시스템으로 초전도 수단을 절연시킴으로써 얻어질 수 있다. 이러한 절연 시스템은 예를 들어 고전압 dc 전송 시스템으로부터 공지되어 있다.The present invention enables high voltage systems including SMES systems that can be directly connected to high voltages up to and above 800 kV without the need to convert voltage drops. This can be achieved by isolating superconducting means with an insulating system that can withstand high voltages. Such isolation systems are known for example from high voltage dc transfer systems.

본 발명의 특정 장점은, SMES 장치가 고전압에서 동작하기에, 전류가 주어진 전력 밀도에 대하여 감소될 수 있다는 것이다. 따라서, 예를 들어, 20kV 에서 동작하는 종래의 SMES 장치에 비하여, 유사하게 본 발명에 따라 전력공급을 받는 SMES 장치는 약 150kV 에서 동작할 수 있고 약 7.5 배의 전류가 감소하게 된다. 케이블의 자력이 젼류 x 자속 밀도 (B) 에 비례하기에, 자력은 약 7.5배 로 효율적으로 감소된다. 게다가, 저장되는 반도체 양은, 이 예에서, 약 7.5 배로 될 것이다. 유사하게, 냉각 손실은 감소될 것이다. 이러한 모든 인자는 SMES 장치의 경제적인 장점을 향상시킨다.A particular advantage of the present invention is that since the SMES device operates at high voltages, current can be reduced for a given power density. Thus, for example, compared to conventional SMES devices operating at 20 kV, similarly powered SMES devices according to the present invention can operate at about 150 kV and the current is reduced by about 7.5 times. Since the magnetic force of the cable is proportional to the current x magnetic flux density (B), the magnetic force is effectively reduced by about 7.5 times. In addition, the amount of semiconductor stored will be about 7.5 times in this example. Similarly, cooling losses will be reduced. All these factors enhance the economic advantages of SMES devices.

고전압에서 동작하는 SMES 장치의 또다른 장점은 충전 및 방전이 급속히 될 수 있다는 것이다. 보통은, 보다 큰 SMES 장치에서 충전하는데 시간이 많이 소요되며, SMES 장치를 고전압에 연결할 수 있기에 충전 시간이 매우 감소될 수 있다. SMES 장치로부터 전송될 수 있는 전력은 SMES 장치에 대한 전압을 증가시킴으로써 또한 증가된다.Another advantage of SMES devices operating at high voltages is that charging and discharging can be rapid. Usually, it takes a long time to charge in a larger SMES device, and the charging time can be greatly reduced since the SMES device can be connected to a high voltage. The power that can be transmitted from the SMES device is also increased by increasing the voltage for the SMES device.

또다른 장점은, SMES 장치가 핵 발전소와 같은 큰 전력 발생 유닛에 근접하여 설치될 수 있다는 것이다. 핵 발전소의 급속한 클로우즈 다운 (close-down) 때, 네트워크에는 많은 피로가 존재한다. 이것은, 상응하는 전력을 시스템으로 주입할 수 있고 이후 전력의 느린 램프 다운 (ramp down) 을 가능하게 하는 고전압 SMES 장치에 의해 효과적으로 완화될 수 있다.Another advantage is that the SMES device can be installed in close proximity to large power generating units such as nuclear power plants. There is a lot of fatigue in the network during the rapid close-down of a nuclear power plant. This can be effectively mitigated by a high voltage SMES device that can inject corresponding power into the system and then allow for a slow ramp down of the power.

고전압 SMES 장치의 또다른 장점은 SMES 장치로 및 SMES 장치로부터 전력을 전송하기 위한 트랜스포머가 제공될 필요가 없다는 것이다. SMES 장치는 중간 스텝 업 트랜스포머없이 전송 또는 분산 네트워크에 직접 연결될 수 있다. 시스템에서 트랜스포머를 제거함으로써 시스템의 보다 높은 효율이 발생한다. SMES 시스템의 성능은 SMES 장치를 전력 네트워크에 직접 연결함으로써 그리고 시스템의 구성요소 개수를 감소시킴으로써 생성되는 증가된 효율에 의해 크게 향상될 것이다.Another advantage of the high voltage SMES device is that there is no need to provide a transformer for transferring power to and from the SMES device. The SMES device can be connected directly to a transmission or distributed network without intermediate step up transformers. By removing the transformer from the system, higher efficiency of the system occurs. The performance of the SMES system will be greatly improved by the increased efficiency generated by connecting the SMES device directly to the power network and by reducing the number of components in the system.

또다른 장점은 초전도 케이블 외부에 전계가 없는 방식으로 SMES 장치가 전기적으로 절연되어 있다는 것이다. 이것은 케이브를 유지하는 기계적 구조 설계를 용이하게 한다. 문제점이 적은 기계적 안정성을 갖고 SMES 장치를 스케일 업하는 것이 가능하다.Another advantage is that the SMES device is electrically isolated in such a way that there is no electric field outside the superconducting cable. This facilitates the design of the mechanical structure holding the cave. It is possible to scale up SMES devices with less mechanical stability.

고전압 절연체를 갖는 SMES 장치의 또다른 장점은, 전기 시스템에서 보통 발생하는 방전이 절연 시스템에 의해 방지되며 냉각 매체에서 버블 형성 위험이 따라서 감소된다는 것이다.Another advantage of SMES devices with high voltage insulators is that discharges that normally occur in electrical systems are prevented by the insulation system and the risk of bubble formation in the cooling medium is thus reduced.

코일을 고전압 dc 원, 즉, 고전압 ac-dc 변환기에 직접 연결함으로써, 코일의 충전 및 방전이 간략화된다. 특히, ac 전력 전송 시스템에서, ac-dc 변환기에 연결하기에 앞서 ac 전압 강하를 할 필요가 없어진다. 초전도 외부층을 제어 전기 포텐셜, 즉 길이를 따라 이격된 간격으로 그라운드 또는 접지 포텐셜에서 유지함으로써, 초전도 수단에 의해 발생하는 전계는 전기 절연체내에 포함된다.By connecting the coil directly to a high voltage dc source, ie a high voltage ac-dc converter, the charging and discharging of the coil is simplified. In particular, in ac power transfer systems, there is no need for an ac voltage drop before connecting to an ac-dc converter. By keeping the superconducting outer layer at the control electrical potential, ie at ground or ground potential at spaced intervals along the length, the electric field generated by the superconducting means is contained in the electrical insulator.

종래의 코일 및 스위치 수단은 임계 온도 (Tc) 이하의 초전도 수단의 온도를 유지하기 위한 극저온체내엣 매입된다. 대체하여, 초전도 수단은 극저온 유체, 즉, 액화 질소에 의해 내부적으로 냉각될 수도 있고 외부에서 열적으로 절연될 수도 있다. 예를 들어, 초전도 수단과 둘러싸는 전기 절연체 간에 열적 절연체가 편리하게 제공될 수도 있다. 몇몇 경우에, 전기 절연체는 또한 열적 절연체로서 기능한다.Conventional coil and switch means are embedded in the cryogenic body to maintain the temperature of the superconducting means below the threshold temperature Tc. Alternatively, the superconducting means may be internally cooled by the cryogenic fluid, ie liquefied nitrogen and may be thermally insulated from the outside. For example, a thermal insulator may be conveniently provided between the superconducting means and the surrounding electrical insulator. In some cases, the electrical insulator also functions as a thermal insulator.

결함이 거의 없이 제조될 수 있는 중간 층을 위한 물질만을 사용함으로써 그리고 중간층에 유사한 열적 특성을 갖는 이격된 반도체 물질로 된 내부 및 외부층을 제공함으로써, 절연체 내에 열적 및 전기적 부하가 감소된다. 특히, 절연 중간층 및 반도체 내부 및 외부층은 적어도 동일한 열적 팽창 (α) 계수를 가져야 하며 따라서 층이 열 또는 냉각을 받게 될 때 상이한 열적 팽창에 의한 결함이 발생하지 않을 것이다. 이상적으로, 전기적 절연체는 실질적으로 단일 구성이다. 절연층은 가깝게 기계적 접촉을 할 수도 있지만 함께 결합되는 것이 바람직하다. 바람직하게, 예를 들어, 방사상으로 인접하는 층은 초전도 수단 주위에 함께 돌출될 것이다. 초전도 케이블은 일반적인 주위 온도에서 유연성이 있으며 따라서 극저온에서 동작하기에 앞서 원하는 권선 형태로 휘어질 수 있다.By using only the material for the intermediate layer, which can be produced with few defects, and by providing an inner and outer layer of spaced semiconducting material with similar thermal properties to the intermediate layer, thermal and electrical loads in the insulator are reduced. In particular, the insulating interlayer and the semiconductor inner and outer layers should have at least the same coefficient of thermal expansion (α) so that no defects due to different thermal expansion will occur when the layer is subjected to heat or cooling. Ideally, the electrical insulator is substantially unitary in construction. The insulating layer may be in close mechanical contact but is preferably bonded together. Preferably, for example, radially adjacent layers will project together around the superconducting means. Superconducting cables are flexible at normal ambient temperatures and can therefore be bent into the desired winding form prior to operation at cryogenic temperatures.

편리하게, 전기적 절연 중간층은, 저 또는 고밀도 폴리에틸렌 (LDPE 또는 HDPE), 폴리플로필렌 (PP), 폴리부틸렌 (PB), 폴리메틸펜텐 (PMP), 에틸렌 (에틸) 아크릴 공중합체와 같은 고체 열소성 물질, 상호결합 폴리에틸렌 (XLPE) 과 같은 상호 결합 물질, 또는 에틸렌 프로필렌 고무 (EPR) 또는 실리콘 고무와 같은 고무 절연체를 포함한다. 반도체 내부 및 외부층은, 내부에 매입된 카본 블랙, 검댕 또는 금속 입자와 같이, 중간층과 유사하지만 전도 입자를 갖는 물질을 포함할 수도 있다. 일반적으로, EPR 과 같은 특정한 절연 물질이 카본 입자를 포함하지 않거나, 또는 일부 포함할 때 유사한 기계적 특성을 갖는다는 것이 발견되었다.Conveniently, the electrically insulating interlayer can be a solid thermal material such as low or high density polyethylene (LDPE or HDPE), polyflopropylene (PP), polybutylene (PB), polymethylpentene (PMP), ethylene (ethyl) acrylic copolymer Plastic materials, interlocking materials such as interlinked polyethylene (XLPE), or rubber insulators such as ethylene propylene rubber (EPR) or silicone rubber. The semiconductor inner and outer layers may include materials similar to the interlayer but with conductive particles, such as carbon black, soot or metal particles embedded therein. In general, it has been found that certain insulating materials, such as EPR, do not contain, or contain some, carbon particles and have similar mechanical properties.

반도체 내부 및 외부층의 스크린은 절연 중간층의 내부 및 외부위에 등전위면을 형성하여 동심의 반도체 및 절연층의 경우에 전계가 실질적으로 방사상이며 중간층내부에 한정된다. 특히, 반도체 내부층은 자신이 둘러싸는 초전도 수단과 동일한 포텐셜로 전기적 접촉을 하도록 배열된다. 반도체 외부층은 유도 전압에 의한 손실을 방지하도록 스크린으로서 작용하게 설계된다. 유도 전압은 외부층의 저항을 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 반도체 층의 두께가 일정한 최소 두께 이하로 감소될 수 없기에, 저항은 보다 높은 저항을 갖는 층을 위한 물질을 선택할 때에만 감소될 수 있다. 그러나, 반도체 외부층의 저항이 너무 크다면 제어되는 접지 포텐셜에서 인접하는 이격 점간의 전압 전위는 절연 및 반도체층의 연속적인 부식을 갖는 코로나 방전이 발생할만큼 충분히 높게 될 것이다. 따라서 반도체 외부층은 낮은 저항을 갖는 컨덕터 및 높은 유도 손실 간의 중간물이지만 제어 전기 포텐셜, 특히 접지 또는 그라운드 포텐셜에 에 쉽게 접속되며, 길이를 따라 제어 전기 포텐셜에 접속될 필요가 있는, 낮은 유도 전압 손실 및 높은 저항을 갖는 절연체이다. 반도체 외부층의 저항율 (ρS) 은 ρmin〈 ρS〈 ρmax범위내에 있어야 하며, 여기서 ρmin는 에디 전류에 의한 허용가능한 전력 손실 및 자속으로 유도된 전압에 의한 저항 손실에 의해 결정되고, ρmax는 코로나 또는 글로우 방전이 없는 상황에 의해 결정된다.The screens of the semiconductor inner and outer layers form equipotential surfaces on the inside and outside of the insulating interlayer so that in the case of concentric semiconductors and insulating layers the electric field is substantially radial and confined within the intermediate layer. In particular, the semiconductor inner layer is arranged to make electrical contact with the same potential as the superconducting means it encloses. The semiconductor outer layer is designed to act as a screen to prevent losses due to induced voltages. The induced voltage can be reduced by increasing the resistance of the outer layer. Since the thickness of the semiconductor layer cannot be reduced below a certain minimum thickness, the resistance can only be reduced when selecting a material for the layer with the higher resistance. However, if the resistance of the semiconductor outer layer is too large, the voltage potential between adjacent separation points at the controlled ground potential will be high enough to cause corona discharge with insulation and continuous corrosion of the semiconductor layer. The semiconductor outer layer is thus an intermediate between the low resistance conductor and the high induction loss, but is easily connected to the control electrical potential, in particular the ground or ground potential, and low induction voltage loss, which needs to be connected to the control electrical potential along the length. And insulators having high resistance. The resistivity (ρ S ) of the semiconductor outer layer must be in the range ρ minSmax , where ρ min is determined by the allowable power loss by the eddy current and the resistance loss by the voltage induced by the magnetic flux, ρ max is determined by the absence of corona or glow discharge.

길이를 따라 이격된 간격으로 반도체 외부층이 접지된다면, 또는 다른 일부 제어 전기 포텐셜에 접속된다면, 반도체 외부층을 둘러싸기 위한 외부 금속 실드 및 보호 외장이 필요없다. 따라서 케이블의 직경은 감소되어 정해진 크기의 권선에 대하여 보다 많이 감을 수 있다.If the semiconductor outer layer is grounded at spaced intervals along its length, or connected to some other control electrical potential, no external metal shield and protective sheath to enclose the semiconductor outer layer is needed. The diameter of the cable can thus be reduced so that more can be wound for windings of a given size.

전기 절연체는 초전도 수단에 대하여 돌출될 수 있고 또는 겹쳐질 수 있다. 이것은 반도체 층 및 전기적 절연층을 모두 포함한다. 예를 들어, 절연체는, 카본 블랙 또는 금속 입자와 같은 전도 입자가 매입되어 있는 PP, PET, LDPE, 또는 HDPE 인 중합 박막으로 된 외부 반도체 층과 함께 전체 합성 막으로 형성될 수 있다.The electrical insulator can protrude or overlap with respect to the superconducting means. This includes both semiconductor layers and electrically insulating layers. For example, the insulator may be formed of a whole synthetic film together with an outer semiconductor layer of a polymerized thin film of PP, PET, LDPE, or HDPE in which conductive particles such as carbon black or metal particles are embedded.

겹치는 개념으로 볼 때, 박막은 소위 파센 미니마 (Paschen minima) 보다 작은 버트 갭 (butt gap) 을 충분히 가질 것이며, 따라서 액체 주입이 불필요하다. 휘어진 건식 다중층 박막 절연체는 또한 뛰어난 열적 특성을 지니며 전기 컨덕터로서 초전도관과 함께 결합될 수 있고, 액체 질소와 같은 냉각제가 그 관을 통해 펌핑되도록 한다.From the overlapping concept, the thin film will have a butt gap smaller than the so-called Paschen minima, so no liquid injection is necessary. The curved dry multilayer thin film insulators also have excellent thermal properties and can be combined with superconducting tubes as electrical conductors, allowing coolant such as liquid nitrogen to be pumped through the tubes.

전기 절연체의 또다른 예는 종래의 셀룰로스계 케이블과 유사하며, 여기서 얇은 셀룰로스계 또는 합성 종이 또는 엮지 않은 물질이 컨덕터 주위에 휘어여 감긴다. 이 경우 반도체 층은 매입된 전도 입자를 가지며 절연 물질 섬유로 제조된 셀룰로스 종이 또는 엮지 않은 물질로 만들어질 수 있다. 절연층은 동일한 계의 물질로부터 만들어질 수 있고 또는 다른 물질이 사용될 수 있다.Another example of an electrical insulator is similar to conventional cellulose-based cables, where thin cellulose-based or synthetic paper or non-woven material is bent around the conductor. In this case the semiconductor layer may be made of cellulose paper or an unwoven material made of insulating material fibers with embedded conductive particles. The insulating layer can be made from materials of the same system or other materials can be used.

또다른 예는 박판으로서 또는 중첩함으로써 막과 섬유 절연물질을 결합하여 얻어진다. 이러한 절연 시스템의 예는 소위 조이 폴리프로필렌 박판 (PPLP) 에 이용가능하지만, 막과 섬유부의 다른 여러 개의 결합도 가능하다. 이러한 시스템에서, 미네랄 오일 또는 액체 질소와 같은 다양한 주입이 사용될 수 있다.Another example is obtained by combining a film and a fiber insulating material as a thin plate or by overlapping. Examples of such insulation systems are available for so-called Joy Polypropylene Thin Plates (PPLP), but several other combinations of membrane and fiber portions are also possible. In such a system, various infusions such as mineral oil or liquid nitrogen can be used.

초전도 수단은 저온 반도체를 포함할 수도 있지만, 예를 들어, 내부 튜브에 나선형으로 감겨진 HTS 전선 또는 테이프를 위한 고온 초전도 (HTS) 물질을 포함하는 것이 가장 바람직하다. HTS 테이프는 실버 외장 BSCCO-2212 또는 BSCC0-2223 을 포함하고 (여기서 수치는 [Bi, Pb]2Sr2Ca2Cu3OX분자에서 각 원소의 원자 수를 나타낸다) 이후 이러한 HTS 는 ″BSCCO 테이프″ 로 언급된다. BSCCO 테이프는 산화 반도체의 미세한 필라멘트를 은 또는 산화은 행렬로 파우더 인 튜브 (PIT) 신장, 압연, 소결, 및 압연 공정에 의해 봉입함으로써 만들어진다. 대체하여 테이프는 표면 코팅 공정에 의해 형성될 수도 있다. 어느 경우에서든지, 최종 공정 단계로서 산화물이 용융되고 다시 고체화된다. TiBaCaCuO (TBCCO-1223) 및 YBaCuO (YBCO-123) 와 같은 다른 HTS 테이프는 다양한 표면 코팅 또는 표면 증착 기술로서 만들어진다. 이상적으로, HTS 전선은 65K 인 동작 온도에서 Jc ~ 105Acm-2이상의 전류 밀도를 가져야 한다. 엔지니어링 전류 밀도 Je ≥ 104Acm-2되도록 행렬에서 HTS 의 충전 인자는 높을 필요가 있다. Jc 는 테슬러 범위로 인가되는 계에서 급격히 감소되지 않아야 한다. 나선형으로 감긴 HTS 테이프는 냉각 유체, 바람직하게는 액체 질소에 의해 HTS 의 임계 온도 (Tc) 이하로 냉각되고, 내부 지지 튜브를 통과한다.The superconducting means may comprise a low temperature semiconductor, but most preferably comprises a high temperature superconducting (HTS) material, for example for an HTS wire or tape wound spirally in an inner tube. The HTS tape includes a silver sheath BSCCO-2212 or BSCC0-2223 (where the numbers represent the number of atoms of each element in the [Bi, Pb] 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O X molecule). Is referred to as ″. BSCCO tapes are made by encapsulating fine filaments of semiconductor oxides in powder or tube (PIT) stretching, rolling, sintering, and rolling processes in a silver or silver oxide matrix. Alternatively, the tape may be formed by a surface coating process. In either case, as the final process step, the oxide is melted and solidified again. Other HTS tapes such as TiBaCaCuO (TBCCO-1223) and YBaCuO (YBCO-123) are made with various surface coating or surface deposition techniques. Ideally, the HTS wire should have a current density of at least Jc-10 5 Acm -2 at an operating temperature of 65K. The filling factor of the HTS needs to be high in the matrix so that the engineering current density Je ≧ 10 4 Acm −2 . Jc should not be drastically reduced in systems applied to the Tesla range. The spirally wound HTS tape is cooled to below the critical temperature Tc of the HTS by a cooling fluid, preferably liquid nitrogen, and passes through the inner support tube.

극저온층은 냉각된 HTS 테이프를 전기 절연물로부터 열적으로 절연시키기 위해 나선형으로 감긴 HTS 테이프 주위에 배열될 수도 있다. 대체하여, 극저온체는 소비될 수도 있다. 후자의 경우에, 전기 절연물은 초전도 수단에 직접 부착될 수도 있다. 대체하여, 초전도 수단 및 둘러싸는 절연물 간에 공간이 제공될 수도 있고, 그 공간은 비어있는 공간이거나 크게 압착될 수 있는 발포물과 같은 압착가능한 물질로 채워진 공간이다. 공간은 극저온으로부터의 가열/극저온으로의 냉각동안 절연 시스템에서 확장/수축력을 감소시킨다. 공간이 압착가능한 물질로 채워져 있다면, 후자의 경우는 반도체 내부층 및 초전도 수단 간의 전기 접촉을 보장하도록 반도체 성질로 만들어질 수 있다.The cryogenic layer may be arranged around the spirally wound HTS tape to thermally insulate the cooled HTS tape from the electrical insulator. Alternatively, cryogenic bodies may be consumed. In the latter case, the electrical insulation may be attached directly to the superconducting means. Alternatively, a space may be provided between the superconducting means and the surrounding insulation, which is an empty space or a space filled with a compressible material, such as a foam that can be greatly compressed. The space reduces the expansion / contraction force in the insulation system during heating from cryogenic / cooling to cryogenic. If the space is filled with a compressible material, the latter case can be made of semiconductor properties to ensure electrical contact between the semiconductor inner layer and the superconducting means.

다른 설계로 된 초전도 수단이 가능하며, 본 발명은 트랜스포머 권선에 관한 것으로서, 상기한 종류의 둘러싸는 전기 절연체를 갖는 어떠한 적절한 설계로 된 초전도 케이블로부터 형성된다. 예를 들어, 다른 종류의 초전도 수단은, 내부 냉각 HTS 물질뿐만 아니라 외부 냉각 HTS 물질 또는 내외부 냉각 HTS 물질을 포함할 수도 있다. 후자인 HTS 케이블의 경우에, 극저온 절연체에 의해 분리되고 액체 질소에 의해 냉각되는 2개의 동심 HTS 컨덕터가 사용되어 전기를 전송한다. 외부 컨덕터는 귀환 경로로서 작용하고 두 가지 모든 HTS 컨덕터는 필요한 전류를 전달하기 위해 HTS 테이프의 한 개 이상의 층으로 형성될 수도 있다. 내부 컨덕터는 액체 질소가 통과하는 관형 지지대에 감겨진 HTS 테이프를 포함할 수도 있다. 외부 컨덕터는 액체 질소에 의해 외부적으로 냉각되고 전체 조립체는 열적 절연 극저온체에 의해 둘러싸일 수도 있다.Other designs of superconducting means are possible, and the present invention relates to transformer windings, which are formed from any suitable design of superconducting cables having the above-mentioned enclosing electrical insulators. For example, other types of superconducting means may include externally cooled HTS material or internally and externally cooled HTS material as well as internally cooled HTS material. In the latter HTS cable, two concentric HTS conductors, separated by cryogenic insulators and cooled by liquid nitrogen, are used to transfer electricity. The outer conductor acts as a return path and both HTS conductors may be formed from one or more layers of HTS tape to deliver the required current. The inner conductor may comprise an HTS tape wound around a tubular support through which liquid nitrogen passes. The outer conductor is externally cooled by liquid nitrogen and the entire assembly may be surrounded by a thermally insulating cryogenic body.

본 발명의 또다른 태양에 따라, 상기 한 태양에 따른 SMES 장치가 고 전압원, 바람직하게는 고전압 dc 원에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a power transfer system characterized in that the SMES device according to the above aspect is connected to a high voltage source, preferably a high voltage dc source.

SMES 장치는 케이블, 바람직하게는 고 인덕턴스를 갖는 케이블 형태일 수도 있다. 케이블의 전기적 절연체는, 종래에 인덕턴스를 보상하기 위해 반대 방향으로 층을 감은 것 대신에, 모든 층이 동일한 방향으로 감겨져 있는 여러 개의 층을 갖는 컨덕터 테이프 또는 전선으로 만들어질 수도 있다. 돌출된 절연 시스템을 갖는 이러한 케이블은 전송 라인, 예를 들어 바이폴라 dc 시스템의 한 라인내에 직접 통합될 수 있다.The SMES device may be in the form of a cable, preferably a cable with high inductance. The electrical insulator of the cable may be made of conductor tape or wire having several layers, in which all layers are wound in the same direction, instead of winding the layers in opposite directions to compensate for inductance. Such cables with protruding insulation systems can be integrated directly into a transmission line, for example one line of a bipolar dc system.

고 인덕턴스를 갖는 솔레노이드를 형성하기 위해 이러한 케이블을 사용하는 것도 가능하다.It is also possible to use such cables to form solenoids with high inductance.

상기한 본 발명은 또한 종래의 저온 초전도 물질 및 액체 헬륨과 같은 냉각제와 함께 사용될 수 있다.The invention described above may also be used with conventional low temperature superconducting materials and coolants such as liquid helium.

ac 원을 갖는 본 발명을 또한 사용할 수 있다. ac SMES 장치에서 손실은 더 커지지만, 시스템에 대하여 그 손실이 허용가능한 정도로 설계된다면, 본 발명의 원리가 적용가능하다.The present invention having an ac source can also be used. The loss is greater in an ac SMES device, but if the loss is designed to an acceptable level for the system, the principles of the present invention are applicable.

도면의 간단한 설명Brief description of the drawings

본 발명의 실시예는, 예를 들어, 첨부된 도면과 함께 설명될 것이다.Embodiments of the invention will be described, for example, in conjunction with the accompanying drawings.

도 1 은 본 발명에 따른 SMES 장치의 회로도이다.1 is a circuit diagram of an SMES device according to the present invention.

도 2 는 도 1 의 SMES 장치의 코일이 감겨진 고온 초전도 케이블의 일실시예의 일부를 통해 확대된 개략적인 단면도이다.FIG. 2 is a schematic cross-sectional view through part of one embodiment of a coiled high temperature superconducting cable of the SMES device of FIG.

도 3 은 도 1 의 SMES 장치의 코일이 감겨질 수 있는고온 초전도 케이블의 일실시예의 일부를 통해 확대된 개략적인 단면도이다.3 is an enlarged schematic cross sectional view through a portion of one embodiment of a high temperature superconducting cable in which a coil of the SMES device of FIG. 1 may be wound;

도 4 는 고전압 dc 네트워크를 통해 함께 연결되며 dc 쪽에서 SMES 장치를통합하는 2개의 고전압 ac 네트워크의 개략적인 도이다.4 is a schematic diagram of two high voltage ac networks connected together via a high voltage dc network and incorporating an SMES device on the dc side.

도 5 는 고전압 dc 네트워크에 통합된 SMES 장치의 개략적인 도이다.5 is a schematic diagram of an SMES device integrated into a high voltage dc network.

도 6 은 전압원 컨버터를 갖고 고전압 바이폴러 dc 링크와 결합된 2개의 변환국의 개략적인 도이다.6 is a schematic diagram of two conversion stations having a voltage source converter and combined with a high voltage bipolar dc link.

도 1 은 높은 dc 전압원 (2), 즉, ac 전력 전송 라인에 연결된 고전압 ac-dc 변환기의 dc 측에 연결되어 있는 고온 (Tc) 초전도 (HTS) 케이블 (12) 로 형성된 인덕턴스 (L) 를 갖는 코일 (1) 을 도시한다. 스위치 (3) 는 높은 dc 전압원 (2) 과 병렬로 연결되고 코일 (1) 을 단락회로로 만들도록 동작가능하다.1 has an inductance L formed of a high dc voltage source 2, ie a high temperature (Tc) superconducting (HTS) cable 12 connected to the dc side of a high voltage ac-dc converter connected to an ac power transmission line. The coil 1 is shown. The switch 3 is connected in parallel with the high dc voltage source 2 and is operable to short the coil 1.

코일 (1) 이 dc 전압원 (2) 에 연결될 때, dc 전류 (I) 가 흐르며 코일을 충전한다. 초전도 케이블의 높은 전류 밀도 및 실질적으로 제로인 저항 때문에, 스위치 (3) 를 닫음으로써 에너지는 쉽게 저장되며 코일을 단락회로로 만든다. 코일의 에너지는 1/2 ·L·I2값을 갖는 자기 에너지로서 저장된다. 따라서 코일 (1) 은 전기 에너지를 저장할 수 있고 최대 소모시마다 빠른 속도로 전력을 제공할 수 있다.When coil 1 is connected to dc voltage source 2, dc current I flows and charges the coil. Because of the high current density and the substantially zero resistance of the superconducting cable, by closing the switch 3 the energy is easily stored and makes the coil short circuited. The energy of the coil is stored as magnetic energy having a 1/2 · L · I 2 value. The coil 1 can thus store electrical energy and can provide power at a high rate at maximum consumption.

코일 (1) 로 형성된 초전도 케이블 (12) 은, BSCCO 테이프 등의 가늘고 긴 HTS 물질이 나선형으로 감겨져 있는, 구리 또는 구리-니켈 합금과 같은 매우 저항성이 높은 금속의 내부 관형 지지대 (13) 를 포함하여 지지대 (13) 주위에 초전도층 (14) 이 형성된다. 초전도층 외부에 배열된 극저온체 (15) 는 2개의 이격된 유연성있는 주름모양의 금속 튜브 (16, 17) 를 포함한다. 튜브 (16 및 17) 간의 간격은 진공으로 유지되며 열적 초절연체 (18) 를 포함한다. 액체 질소, 또는 냉각 유체는 지지대 (13) 를 따라 통과하여 둘러싼 초전도층 (14) 을 임계 초전도 온도 (Tc) 이하로 냉각한다. 관형 지지대 (13), 초전도층 (14) 및 극저온체 (15) 는 케이블 (12) 의 초전도 수단을 구성한다.The superconducting cable 12 formed of the coil 1 comprises an inner tubular support 13 of a very resistant metal, such as copper or a copper-nickel alloy, in which an elongated HTS material such as BSCCO tape is spirally wound. A superconducting layer 14 is formed around the support 13. The cryogenic body 15 arranged outside the superconducting layer comprises two spaced apart flexible corrugated metal tubes 16, 17. The spacing between the tubes 16 and 17 is maintained in vacuum and includes a thermal super insulator 18. The liquid nitrogen, or cooling fluid, passes along the support 13 to cool the superconducting layer 14 that surrounds it below the critical superconducting temperature Tc. The tubular support 13, the superconducting layer 14 and the cryogenic body 15 constitute the superconducting means of the cable 12.

플라스틱 물질로 된 고체 전기 절연체는 초전도 수단 외부에 배열된다. 전기 절연체는, 내부 반도체 층 (20), 외부 반도체 층 (21), 및 그 사이에 있는 절연층 (22) 을 포함한다. 층 (20 - 22) 은 바람직하게 단일 구성을 제공하는 열가소성 물질을 포함한다. 층은 서로 가깝게 기계적 접촉을 할 수도 있지만 그 계면에서 서로 연결되는 것이 바람직하다. 이러한 열가소성 물질은 유사한 열팽창 계수를 가지며 내부 초전도 수단 주위에 함께 돌출되는 것이 바람직하다. 전기 절연체는 0.2kV/mm 이하의 전계 스트레스를 갖는다.Solid electrical insulators of plastic material are arranged outside the superconducting means. The electrical insulator includes an inner semiconductor layer 20, an outer semiconductor layer 21, and an insulating layer 22 therebetween. Layers 20-22 preferably comprise a thermoplastic that provides a single configuration. The layers may be in close mechanical contact with one another but are preferably connected to one another at their interfaces. Such thermoplastics preferably have similar coefficients of thermal expansion and preferably protrude together around the internal superconducting means. The electrical insulator has a field stress of 0.2 kV / mm or less.

예를 들어, 고체 절연층 (22) 은 상호결합 폴리에틸렌 (XLPE) 을 포함한다. 그러나, 대체하여, 고체 절연층은 다른 상호결합 물질, 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE), 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 폴리프로필렌 (PP), 폴리메틸펜텐 (PMP), 에틸렌 (에틸) 아크릴레이트 공중합체, 또는 에틸렌 프로필렌 고무 (EPR), 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머 (EPDM) 또는 실리콘 고무와 같은 고무 절연체를 포함할 수도 있다. 내부 및 외부층 (20, 21) 의 반도체 물질은, 예를 들어, 고체 절연층 (22) 과 동일한 물질의 베이스 폴리머 및 높은 전기 전도 입자, 즉 베이스 폴리머 내에 매입된 카본 블랙 또는 금속 입자를 포함할 수도 있다. 반도체 층의 체적 저항, 특히 약 20 ohm·cm 은 베이스 폴리머에 추가되는 카본 블랙의 비율 및 종류를 변경함으로써 요구되는 바와 같이 조절될 수도 있다. 다음에 따르는 것은 카본 블랙의 양 및 상이한 종류를 사용하여 저항이 변경될 수 있음을 나타낸다.For example, the solid insulating layer 22 comprises interlinked polyethylene (XLPE). Alternatively, however, the solid insulating layer may be composed of other interconnecting materials, low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP), ethylene (ethyl) acrylate copolymer, or ethylene Rubber insulators such as propylene rubber (EPR), ethylene-propylene-diene-monomer (EPDM) or silicone rubber. The semiconductor material of the inner and outer layers 20, 21 may comprise, for example, a base polymer of the same material as the solid insulating layer 22 and high electrically conductive particles, ie carbon black or metal particles embedded in the base polymer. It may be. The volume resistance of the semiconductor layer, in particular about 20 ohmcm, may be adjusted as required by changing the proportion and type of carbon black added to the base polymer. The following indicates that the resistance can be changed using different amounts of carbon black.

베이스 중합체Base polymer 카본 블랙형Carbon black type 카본 블랙 양(%)Carbon black amount (%) 체적 저항 (Ωcm)Volume resistivity (Ωcm) 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체/아질산염 고무Ethylene Vinyl Acetate Copolymer / Nitrite Rubber EC 카본 블랙EC carbon black -15-15 350-400350-400 P-카본 블랙P-carbon black -37-37 70-1070-10 외부 전도 카본 블랙타입 IExternal Conductive Carbon Black Type I -35-35 40-5040-50 외부 전도 카본 블랙타입 IIExternal Conductive Carbon Black Type II -33-33 30-6030-60 부틸 결합 폴리에틸렌Butyl Bonded Polyethylene -25-25 7-107-10 에틸렌 부틸 아크릴레이트 공중합체Ethylene Butyl Acrylate Copolymer 아세틸렌 카본 블랙Acetylene carbon black -35-35 40-5040-50 P 카본 블랙P carbon black -38-38 5-105-10 에틸렌 프로펜 고무Ethylene propene rubber 외부 전도 카본 블랙External conductive carbon black -35-35 200-400200-400

외부 반도체 층 (21) 은 길이를 따라 이격된 영역에서 원하는 제어 전기 포텐셜, 즉, 접지 포텐셜에 연결되고, 인접하여 제어되는 포텐셜 또는 접지점의 특정 이격부는 층 (21) 의 저항에 의존한다.The outer semiconductor layer 21 is connected to the desired control electrical potential, ie the ground potential, in the spaced space along the length, and the specific spacing of the adjacently controlled potential or ground point depends on the resistance of the layer 21.

반도체 층 (21) 은 정전계로서 작용하며 외부층의 전기 포텐셜, 즉 접지 포텐셜을 제어함으로써, 초전도 케이블의 전계가 반도체층 (20, 21) 간의 고체 절연체 사이에 유지되는 것이 보장된다. 층 (21) 에서 유도 전압에 의한 손실은 층 (21) 의 저항을 증가시킴으로써 감소된다. 그러나, 층 (21) 은 소정의 최소 두께 이상, 즉, 0.8mm 이상이어야 하기에, 비교적 높은 저항을 갖는 층의 물질을 선택함으로써 저항은 증가만 될 수 있다. 그러나, 저항은 매우 높게 증가될 수 없기에, 2개의 인접하는 접지점 간에 있는 층 (21) 의 전압은 코로나 방전이 발생하는 관련된 위험과 더불어 매우 높은 것이다.The semiconductor layer 21 acts as an electrostatic field and by controlling the electrical potential of the outer layer, ie the ground potential, it is ensured that the electric field of the superconducting cable is held between the solid insulators between the semiconductor layers 20, 21. The loss by induced voltage in layer 21 is reduced by increasing the resistance of layer 21. However, since the layer 21 should be more than a predetermined minimum thickness, that is, more than 0.8 mm, the resistance can only be increased by selecting the material of the layer having a relatively high resistance. However, since the resistance cannot be increased very high, the voltage of the layer 21 between two adjacent ground points is very high, with the associated risk of generating a corona discharge.

HTS 케이블 (12) 을 내부적으로 극저온 냉각하는 대신에, 코일 (1) 을 초전도 수단의 임계 온도 이하의 온도로 유지하기 위해 코일 (1) 및 스위치 (3) 가 (도 1 에서 점선으로 대략적으로 도시된) 극저온체 (6) 내에 매입될 수도 있다. 이 경우, 열적 절연 극저온체 (15) 는 도 2 에 관련하여 설명된 HTS 케이블에 포함될 필요가 없다. 도 3 은 극저온체 (15) 를 갖지 않는 케이블의 전형적인 설계를 도시한다. 이 경우 층 (20 - 22) 에 의해 제공되는 전기 절연체는 관형 지지대 (13) 에 감겨진 초전도층 (14) 에 대하여 직접 돌출된다. 도시되진 않았지만, 전기 절연체 및 층 (14) 의 상이한 열팽창/축소에 응하도록 전기 절연체 및 층 (14) 간에 원형 갭이 제공될 수도 있다. 이러한 원형 갭은 빈 공간일 수 있고 또는 크게 압축가능한 발포형 물질과 같은 압축가능한 물질로 채워질 수 있다. 이러한 원형 갭이 제공된다면, 반도체 내부층 (20) 은 초전도층 (14) 과 전기 접촉되어 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 압축가능한 발포형 물질이 원형 갭내에 포함된다면, 발포형 물질은 반도체로 만들어질 수도 있다.Instead of cryogenically cooling the HTS cable 12 internally, the coil 1 and the switch 3 are shown (approximately in dashed lines in FIG. 1) to keep the coil 1 at a temperature below the critical temperature of the superconducting means. May be embedded in the cryogenic body 6. In this case, the thermally insulating cryogenic body 15 need not be included in the HTS cable described with reference to FIG. 2. 3 shows a typical design of a cable without cryogenic body 15. In this case the electrical insulator provided by the layers 20-22 protrudes directly against the superconducting layer 14 wound on the tubular support 13. Although not shown, a circular gap may be provided between the electrical insulator and the layer 14 to accommodate different thermal expansion / contraction of the electrical insulator and the layer 14. This circular gap may be empty or filled with a compressible material, such as a highly compressible foam material. If such a circular gap is provided, the semiconductor inner layer 20 is preferably arranged in electrical contact with the superconducting layer 14. For example, if the compressible foamable material is included in a circular gap, the foamable material may be made of a semiconductor.

도 4 는 2개의 고전압 ac 네트워크를 포함하는 고전압 시스템을 도시한다. N1 및 N2, T1Y 및 T2Y 는 Y/Y 커플링인 변환기 트랜스포머이며 T1D 및 T2D 는 Y/D 커플링인 변환기 트랜스포머이다. SCR11, SCR12, SCR21, SCR22 는 직렬 연결된 6펄스 라인- 전환 브리지-연결 변환기이다. 변환기 (SCR11 및 SCR12) 는 초전도 자기 에너지 저장장치 (SMES) 형태인 에너지 저장장치를 포함하는 dc 링크 (DCL) 를 통해 변환기 (SCR21 및 SCR22) 에 연결된다.4 shows a high voltage system including two high voltage ac networks. N1 and N2, T1Y and T2Y are transducer transformers with Y / Y coupling and T1D and T2D are transducer transformers with Y / D coupling. SCR11, SCR12, SCR21 and SCR22 are 6 pulse line-switched bridge-connected converters connected in series. The converters SCR11 and SCR12 are connected to the converters SCR21 and SCR22 via a dc link (DCL) comprising an energy storage device in the form of a superconducting magnetic energy storage device (SMES).

변환기 (SCR11, SCR12) 에 대한 전압은 U1 이고 변환기 (SCR21, SCR22) 에 대한 전압은 U2 이다. U1 및 U2 는 각각의 변환기와 연결된 (도시되지 않은) 제어 설비에 의해 종래의 방법대로 각각 제어된다. 전류 (Id) 는 dc 링크 (DCL) 및 장치 (SMES) 를 통해 흐른다.The voltages for converters SCR11 and SCR12 are U1 and the voltages for converters SCR21 and SCR22 are U2. U1 and U2 are each controlled in a conventional manner by a control facility (not shown) connected with each transducer. Current I d flows through the dc link DCL and the device SMES.

도 4 에 도시된 시스템에서, U1 - U2 = L * dI/dt 이고, 이것은 장치 (SMES) 의 충전 및 방전이 변환기의 제어 각에 의해 제어될 수 있다는 것을 의미한다. 한 개 또는 두 개의 변환기가 SMES 를 충전 또는 방전시킬 수 있다. U1 = U2 로 제어함으로써, SMES 의 에너지 양이 영향을 받지 않을 수 있다.In the system shown in FIG. 4, U1-U2 = L * dI / dt, which means that the charging and discharging of the device SMES can be controlled by the control angle of the converter. One or two transducers can charge or discharge the SMES. By controlling U1 = U2, the amount of energy in the SMES may not be affected.

도 5 는 도 4 에와 동일한 기본적인 고전압 시스템을 도시한다. 도 5 에서, 초전도 자기 에너지 저장장치 (SMES) 는 ac 네트워크 (N1) 용 저장장치로서 사용되고, 스위치 (S1) 가 닫히고 스위치 (S2) 가 열린 상태에서 변환기 (SCR11, SCR12) 를 통해 충전된다. 장치 (SMES) 의 충전동안, 코일을 통한 전류가 측정될 수 있고 공칭값에 이를 때까지 충전이 계속된다. SMES 가 충분히 충전될 때, S1 은 열리고 S2 는 닫힌다. 네트워크 (N1) 를 피드하기 위해, 예를 들어, 네트워크에서 전력 손실이 있는 경우에, S1 은 닫히고 S2 는 열린다.FIG. 5 shows the same basic high voltage system as in FIG. 4. In FIG. 5, the superconducting magnetic energy storage device SMES is used as a storage device for the ac network N1, and is charged through the converters SCR11 and SCR12 with the switch S1 closed and the switch S2 open. During the charging of the device SMES, the current through the coil can be measured and charging continues until the nominal value is reached. When the SMES is fully charged, S1 is open and S2 is closed. To feed the network N1, for example, if there is a power loss in the network, S1 is closed and S2 is open.

도 5 의 시스템에서, 초전도 자기 에너지 저장장치 (SMES) 는 dc 링크를 갖는 고전압 dc 전송 시스템의 일부이다. 네트워크 (N2) 에 전력을 인가할 때 폴 (pole) 제어 장치 (PCM) 가 필요하다.In the system of FIG. 5, the superconducting magnetic energy storage device (SMES) is part of a high voltage dc transmission system with a dc link. A pole control device (PCM) is required when applying power to the network N2.

도 6 은, 이중 케이블 (TC) 형태로 dc 링크를 통해 연결된 2개의 전압 제어 변환기 (VSC1, VSC2) 를 갖는 고전압 시스템을 도시한다. 커패시턴스 (C11, C12) 및 커패시터 (C21, C22) 가 접속점에서 각각 그라운드에 연결되어 있다는 점에서 dc 링크는 바이폴러이다. 초전도 자기에너지 저장장치 (SMES) 는 변환기 (VSC1) 의 한 폴에서 배열된다. 바이폴러 dc 링크의 일부와 같이 케이블 형태로 초전도 자기에너지 저장장치를 배열하는 것이 또한 가능하다.6 shows a high voltage system with two voltage controlled converters VSC1, VSC2 connected via a dc link in the form of a double cable (TC). The dc link is bipolar in that the capacitances C11 and C12 and the capacitors C21 and C22 are respectively connected to ground at the connection point. Superconducting magnetic energy storage (SMES) is arranged in one pole of the converter (VSC1). It is also possible to arrange the superconducting magnetic energy storage device in the form of a cable such as part of a bipolar dc link.

본 발명이 dc 전압원과 직렬 연결되는 코일을 갖는 SMES 장치에 관하여 설명되었지만, 본 발명은 코일 ac 전압원에 연결하는 것도 가능하다.Although the invention has been described with reference to a SMES device having a coil connected in series with a dc voltage source, the invention is also possible to connect to a coil ac voltage source.

본 명세서에서 사용되는 ″고전압″ 이라는 용어는 800kV 이상을 의미한다. SMES 장치는 이러한 고전압 네트워크에 연결될 수도 있으며 즉 1000MVA 까지의 높은 전력에 연결될 수도 있다. 고전압에서, 부분적인 방전, 즉, PD 에는 알려져 있는 절연 시스템에 대하여 심각한 문제점을 갖고 있다. 캐버티 또는 공 (pore) 이 절연체 내에 존재한다면, 내부 코로나 방전이 발생할 수도 있으며 이때 절연물은 점진적으로 열화되어 결국 절연체의 파손까지 이르게 된다. 본 발명에 따른 SMES 장치의 초전도 수단의 전기절연체에서의 전기 부하는, 전기 절연체의 내부가 초전도 수단과 실질적으로 동일한 전기 포텐셜에 있다는 점과 절연체의 외부가 제어 포텐셜에 있다는 점에 의해 감소된다. 따라서, 전계는 내부 및 외부 간의 절연체의 전기 절연부의 두께에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포된다. 유사한 열적 특성 및 층 또는 일부에 결함이 거의 없는 전기 절연체용 물질을 구비함으로써, PD 가능성이 감소된다.The term ″ high voltage ″ as used herein refers to 800 kV or more. The SMES device may be connected to such a high voltage network, i.e., to a high power of up to 1000 MVA. At high voltages, there is a serious problem with partial discharge, i.e., isolation systems known to PD. If a cavity or pore is present in the insulator, an internal corona discharge may occur, at which time the insulation gradually degrades, eventually leading to breakage of the insulator. The electrical load in the electrical insulator of the superconducting means of the SMES device according to the invention is reduced by the fact that the interior of the electrical insulator is at substantially the same electrical potential as the superconducting means and that the outside of the insulator is in control potential. Thus, the electric field is distributed substantially uniformly over the thickness of the electrical insulation of the insulator between the inside and the outside. By having similar thermal properties and materials for electrical insulators with few defects in layers or portions, the PD potential is reduced.

본 발명의 또다른 장점은, SMES 장치가 고전압에서 동작하기에, 전류는 주어진 전력 밀도에 대하여 감소될 수 있다. 따라서 20kV 에서 동작하는 종래의 SMES 장치에 대하여, 본 발명에 따라 유사하게 전력을 공급받는 SMES 장치는 약 150kV 에서 동작할 수 있어 전류가 약 7.5배 감소하게 된다. 케이블의 자기력이 전류 * 자속 밀도 (B) 에 비례하기에, 자기력은 약 7.5배로 효과적으로 감소된다. 게다가, 절약된 반도체 양은, 이 예에서, 약 7.5 배에 이를 것이다. 유사하게, 냉각 손실이 필히 감소될 것이다. 이러한 모든 인자는 SMES 장치의 경제적인 매력을 향상시킨다.Another advantage of the present invention is that since the SMES device operates at high voltages, the current can be reduced for a given power density. Thus, for a conventional SMES device operating at 20 kV, a similarly powered SMES device according to the present invention can operate at about 150 kV, resulting in a 7.5 times reduction in current. Since the magnetic force of the cable is proportional to the current * magnetic flux density (B), the magnetic force is effectively reduced by about 7.5 times. In addition, the amount of semiconductor saved would, in this example, be about 7.5 times. Similarly, cooling losses will necessarily be reduced. All these factors enhance the economic appeal of SMES devices.

본 발명은 고온 초전도성에 한정된 것이 아니다. 자기 에너지 저장장치에서의 높은 자계 때문에, 1 - 15K 간에 동작하는 극저온체를 요구하지만, 이용되는 저온 초전도체의 종류에 의존하는 저온 초전도체가 여전히 매력있다. 공지된 예로는 NbTi, Nb3Sn 및 Nb3Al 과 같은 니오브가 있다. 다른 예로는 V3Ga 및 Nb3Ge 가 있다. 가장 흔히 사용되는 초전도체는 4.2K 에서 약 9T (또는 1.8K 에서 11T) 까지의 자계 밀도에 이용될 수 있는 NbTi 이다. 보다 높은 자계 밀도에 대하여, NbTi 는 사용될 수 없고 Nb3Sn 으로 대체된다.The present invention is not limited to high temperature superconductivity. Because of the high magnetic field in magnetic energy storage devices, cryogenics that operate between 1-15K are required, but low temperature superconductors, which depend on the type of low temperature superconductor used, are still attractive. Known examples are niobiums such as NbTi, Nb 3 Sn and Nb 3 Al. Other examples are V 3 Ga and Nb 3 Ge. The most commonly used superconductor is NbTi, which is available for magnetic field densities from 4.2K to about 9T (or 1.8K to 11T). For higher magnetic field densities, NbTi cannot be used and is replaced by Nb 3 Sn.

Claims (36)

전원 (2), 즉 dc 전원과 직렬로 연결되며, 사용시에 임계온도 이하인 극저온 온도로 유지되며 전기 절연체 (20 - 22) 에 의해 둘러싸인 초전도 수단을 갖는 초전도 케이블 (12) 으로부터 휘어진 코일 (1) ; 및A coil (1) bent from a superconducting cable (12) connected in series with a power source (ie, a dc power source), the superconducting means having a superconducting means surrounded by an electrical insulator (20-22) and maintained at a cryogenic temperature below the critical temperature in use; And 상기 코일 (1) 을 단락 회로로 하기 위한 스위치 수단 (3) 을 포함하는 SMES 장치에 있어서,In the SMES apparatus comprising a switch means (3) for making the coil (1) a short circuit, 상기 전기 절연체는, 상기 초전도 수단에 전기적으로 연결된 반도체 물질로 구성된 내부층 (20);The electrical insulator comprises: an inner layer 20 composed of a semiconductor material electrically connected to the superconducting means; 전기 제어 포텐셜에서 길이 방향으로 따라 반도체 물질로 구성된 외부층 (21); 및An outer layer 21 composed of a semiconductor material along the longitudinal direction at the electrically controlled potential; And 상기 내부 및 외부층 (20 및 22) 간에 위치한 전기적 절연 고체 물질로 구성된 중간층 (22) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 SMES 장치.SMES device, characterized in that it comprises an intermediate layer (22) consisting of an electrically insulating solid material located between the inner and outer layers (20 and 22). 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 상기 코일 (1) 과 상기 스위치 수단 (3) 이 매입되어 있는 저온 유지장치 (6) 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SMES 장치.2. The SMES device according to claim 1, wherein the device further comprises a cryostat (6) in which the coil (1) and the switch means (3) are embedded. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 초전도 수단은 고온 초전도 (HTS) 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 SMES 장치.The SMES device of claim 1 or 2, wherein the superconducting means comprises high temperature superconducting (HTS) means. 제 3 항에 있어서, 상기 고온 초전도 (HTS) 수단은,The method of claim 3, wherein the high temperature superconducting (HTS) means, 고온 초전도 (HTS) 물질로 된 한 개 이상의 층 (14);One or more layers 14 of high temperature superconducting (HTS) material; HTS 로 된 상기 층 (14) 을 HTS 물질의 임계 온도 (Tc) 이하인 극저온으로 냉각시키는 냉각 수단 (13); 및Cooling means (13) for cooling said layer (14) of HTS to cryogenic temperatures that are below the critical temperature (Tc) of HTS material; And HTS 물질로 된 상기 층 (14) 과 상기 냉각 수단 (13) 을 둘러싸는 열적 절연 수단 (15) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 SMES 장치.And a thermal insulation means (15) surrounding said layer (14) of said HTS material and said cooling means (13). 제 4 항에 있어서, 상기 냉각 수단 (13) 은 극저온 냉각 유체가 통과하는 지지 튜브 (13) 를 포함하며 HTS 물질로 된 상기 한 개 이상의 층 (14) 은 상기 지지 튜브 (13) 위에 나선형층으로 휘어진 컨덕터 또는 HTS 테이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 SMES 장치.5. The cooling means (13) according to claim 4, wherein said cooling means (13) comprises a support tube (13) through which cryogenic cooling fluid passes and said at least one layer (14) of HTS material is formed in a spiral layer over said support tube (13). SMES device comprising a curved conductor or HTS tape. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 열적 절연 수단 (15) 은 진공상태이며 열적 절연체 (18) 를 포함하는 환형 공간을 갖는 것을 특징으로 하는 SMES 장치.6. SMES device according to claim 4 or 5, characterized in that the thermal insulation means (15) is in a vacuum and has an annular space comprising a thermal insulator (18). 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 외부층 (21) 의 저항은 1 내지 1000 ohm·cm 인 것을 특징으로 하는 SMES 장치.The SMES device according to any one of claims 1 to 6, wherein the resistance of the semiconductor outer layer (21) is 1 to 1000 ohm cm. 제 6 항에 있어서, 상기 외부층 (21) 의 저항은 10 내지 500 ohm·cm 이고, 바람직하게는 10 내지 100 ohm·cm 인 것을 특징으로 하는 SMES 장치.The SMES device according to claim 6, wherein the resistance of the outer layer (21) is 10 to 500 ohm cm, preferably 10 to 100 ohm cm. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 반도체 외부층 (21) 의 축 유닛길이 당 저항은 5 내지 50,000 ohm·m-1인 것을 특징으로 하는 SMES 장치.9. The SMES apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the resistance per axis unit length of the semiconductor outer layer (21) is 5 to 50,000 ohm · m −1 . 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 반도체 외부층 (21) 의 축 유닛길이 당 저항은 500 내지 250,000 ohm·m-1이고, 바람직하게는 2,500 내지 5,000 ohm·m-1인 것을 특징으로 하는 SMES 장치.9. The resistance according to any one of claims 1 to 8, wherein the resistance per axis unit length of the semiconductor outer layer 21 is 500 to 250,000 ohm · m −1 , preferably 2,500 to 5,000 ohm · m −1 . SMES device made. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 외부층 (21) 은 전기 제어 포텐셜로 길이를 따라 이격된 영역에서 컨덕터 수단에 의해 접하며, 인접하는 접촉 영역은 충분히 가까이 있어 상기 인접하는 접촉 영역간의 중간점이 전기적 절연 수단내에서 코로나가 방전되기에 불충분한 것을 특징으로 하는 SMES 장치.The semiconductor outer layer (21) is contacted by conductor means in areas spaced along its length with an electrically controlled potential, and adjacent contact areas are sufficiently close so that the adjacent contact is made. SMES device, characterized in that the intermediate point between the areas is insufficient to discharge the corona in the electrical insulation means. 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 제어 포텐셜은 접지 포텐셜이거나 접지 포텐셜에 가까운 것을 특징으로 하는 SMES 장치.12. The SMES device of claim 1, wherein the electrical control potential is at or close to a ground potential. 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 중간층 (22) 은 상기 내부 및 외부층 (20, 21) 각각과 근접하여 기계적 접촉을 하고 있는 것을 특징으로 하는 SMES 장치.13. The SMES apparatus according to any one of claims 1 to 12, wherein the intermediate layer (22) is in mechanical contact with each of the inner and outer layers (20, 21) in close proximity. 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 중간층 (22) 은 상기 내부 및 외부층 (20, 21) 각각에 연결되는 것을 특징으로 하는 SMES 장치.SMES device according to any of the preceding claims, characterized in that the intermediate layer (22) is connected to each of the inner and outer layers (20, 21). 제 1 항 내지 제 14 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 중간층 (22) 과 반도체 내부 및 외부층 (20, 21) 간의 부착성 세기 는 상기 중간층의 물질의 진성 세기와 동일한 크기 차수인 것을 특징으로 하는 SMES 장치.15. The SMES according to any one of claims 1 to 14, wherein the adhesion strength between the intermediate layer 22 and the semiconductor inner and outer layers 20, 21 is of the same order of magnitude as the intrinsic strength of the material of the intermediate layer. Device. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 층 (20 - 22) 은 돌출되어 서로 연결된 것을 특징으로 하는 SMES 장치.SMES device according to claim 14 or 15, characterized in that the layers (20-22) are protruded and connected to one another. 제 16 항에 있어서, 상기 반도체 물질의 내부 및 외부층 (20, 21) 및 상기 절연 중간층 (22) 은 다중층 돌출 다이를 통해 초전도 수단에 대하여 함께 적용되는 것을 특징으로 하는 SMES 장치.18. The SMES apparatus according to claim 16, wherein the inner and outer layers (20, 21) and the insulating interlayers (22) of the semiconductor material are applied together for superconducting means through a multilayer protruding die. 제 1 항 내지 제 17 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부층 (20) 은 도전성 입자가 속에 분산되어 있는 제 1 플라스틱 물질을 포함하고, 상기 외부층 (21) 은 도전성 입자가 속에 분산되어 있는 제 2 플라스틱 물질을 포함하며, 상기 중간층 (22) 은 제 3 플라스틱 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 SMES 장치.18. The inner layer 20 according to any one of claims 1 to 17, wherein the inner layer 20 comprises a first plastic material in which conductive particles are dispersed, and the outer layer 21 is made of an agent in which the conductive particles are dispersed. SMES device, characterized in that it comprises two plastic materials, said intermediate layer (22) comprising a third plastic material. 제 18 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 플라스틱 물질 각각은 에틸렌 부틸 아크릴레이트 공중합체 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔-단위체 고무 (EPDM) 또는 에틸렌-프로필렌 공중합체 (EPR), LDPE, HDPE, PP, PB, PMB XLPE, EPR 또는 실리콘 고무를 포함하는 것을 특징으로 하는 SMES 장치.19. The method of claim 18, wherein each of the first, second, and third plastic materials is ethylene butyl acrylate copolymer rubber, ethylene-propylene-diene-unit rubber (EPDM) or ethylene-propylene copolymer (EPR), LDPE SMES device comprising, HDPE, PP, PB, PMB XLPE, EPR or silicone rubber. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 플라스틱 물질은 적어도 거의 동일한 열적 팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 SMES 장치.20. The SMES device of claim 18 or 19, wherein the first, second, and third plastic materials have at least about the same thermal expansion coefficient. 제 18 항 내지 제 20 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 플라스틱 물질은 동일한 물질인 것을 특징으로 하는 SMES 장치.21. The SMES device of any of claims 18-20, wherein the first, second and third plastic materials are the same material. 제 1 항 내지 제 21 항중 어느 한 항에 따른 SMES 장치를 포함하는 전력 전송 시스템은 고 전압원에 연결된 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템.22. A power transmission system comprising a SMES device according to any of the preceding claims, wherein the power transmission system is connected to a high voltage source. SMES 장치는 초전도 수단을 중심으로 둘러싸며 배열된 전기 절연 시스템에 의해 고전압에 대하여 절연된 초전도 컨덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 시스템.The SMES device comprises a superconducting conductor insulated against high voltage by an electrical insulation system arranged around the superconducting means. 제 23 항에 있어서, 상기 고전압 시스템은 고전압 네트워크를 포함하고 상기 SMES 장치는 중간 변환기 없이 상기 고전압 네트워크에 집적 연결된 것을 특징으로 하는 고전압 시스템.24. The high voltage system of claim 23, wherein the high voltage system comprises a high voltage network and the SMES device is integrated into the high voltage network without an intermediate converter. 제 24 항에 있어서, 상기 네트워크는 고전압 dc 네트워크인 것을 특징으로 하는 고전압 시스템.25. The high voltage system of claim 24 wherein the network is a high voltage dc network. 제 25 항에 있어서, 상기 dc 네트워크의 전압은 10kv 를 넘는 것을 특징으로 하는 고전압 시스템.27. The high voltage system of claim 25 wherein the voltage of the dc network is greater than 10 kv. 제 24 항에 있어서, 상기 SMES 장치는 변환기를 통해 고전압 ac 네트워크에 결합된 것을 특징으로 하는 고전압 시스템.25. The high voltage system of claim 24 wherein the SMES device is coupled to a high voltage ac network through a converter. 제 25 항에 있어서, 상기 dc 네트워크와 상기 SMES 장치를 통해 연결된 여러 개의 ac 네트워크를 포함하고, 상기 dc 네트워크는 상기 ac 네트워크에 연결되어 상기 SMES 장치가 상기 ac 네트워크에 ac 전력을 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 고전압 시스템.27. The system of claim 25, comprising a plurality of ac networks connected through the dc network and the SMES device, wherein the dc network is connected to the ac network so that the SMES device can provide ac power to the ac network. High voltage system. 제 23 항 내지 제 28 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 SMES 장치는 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 시스템.29. The high voltage system of any one of claims 23 to 28 wherein the SMES device comprises a coil. 제 23 항 내지 제 28 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 SMES 장치는 감기지 않은 케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 시스템.29. A high voltage system as claimed in any of claims 23 to 28, wherein the SMES device comprises an unwound cable. 제 27 항에 종속될 때 제 27 항 내지 제 29 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 SMES 장치는 바이폴라 dc 링크의 일부인 것을 특징으로 하는 고전압 시스템.30. The high voltage system of claim 27, wherein the SMES device is part of a bipolar dc link. 제 23 항 내지 제 31 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 시스템은 상기 컨덕터 수단 주위에 돌출되고, 상기 컨덕터 수단과 전기적으로 접촉하며 반도체 특성을 갖는 내부층을 형성하는 제 1 집적부, 상기 절연체주위에 외부층을 형성하며 반도체 특성을 갖는 2 집적부, 및 상기 제 1 과 제 2 집적부 간에 제 3 절연 집적부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 시스템.32. A first integrated part as claimed in any one of claims 23 to 31, wherein the insulation system protrudes around the conductor means, is in electrical contact with the conductor means and forms an inner layer having semiconductor properties, around the insulator. A second integrated portion having an outer layer and having semiconductor characteristics, and a third insulating integrated portion between the first and second integrated portions. 제 23 항 내지 제 31 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 시스템은, 상기 컨덕터 수단 주위에서 반도체 특성을 가지며 상기 컨덕터 수단과 도전 접촉하는 내부와 중첩된 층내에서 휘어진 전체 합성막, 전기 절연 중간부 및 반도체 특성을 갖고 상기 중간부를 둘러싸는 외부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 시스템.32. The insulation system according to any one of claims 23 to 31, wherein the insulation system has a semiconducting property around the conductor means and is bent in a layer overlapped with an interior in conductive contact with the conductor means, an electrical insulation intermediate portion and And a exterior having semiconductor characteristics and surrounding the intermediate portion. 제 23 항 내지 제 31 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 시스템은, 반도체 특성을 갖고 상기 컨덕터 수단과 도전 접촉하는 내부를 가지며 합성막으로 겹쳐지거나 성막되는 한 개 이상의 셀룰로스계이며 합성지 또는 휘어지지 않는 섬유물질, 도전접촉하는 중간부 및 반도체 특성을 갖고 상기 중간부주위의 외부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 시스템.32. The insulation system according to any one of claims 23 to 31, wherein the insulation system is one or more cellulose based, semiconductive or uncurved, having semiconductor properties, having an interior in conductive contact with the conductor means, and overlapping or depositing with a synthetic film. A high voltage system comprising a fiber material, an intermediate portion in conductive contact, and a semiconductor characteristic, the outer portion surrounding the intermediate portion. 제 32 항 내지 제 34 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 초전도 컨덕터를 냉각하는 냉각 매체는 상기 컨덕터 수단내에서 흐르도록 배열되는 것을 특징으로 하는 고전압 시스템.35. A high voltage system according to any of claims 32 to 34, wherein a cooling medium for cooling said superconducting conductors is arranged to flow in said conductor means. 제 32 항 내지 제 34 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 초전도 컨덕터를 냉각하는 냉각 매체는 상기 컨덕터 수단 외부에서 흐르도록 배열되는 것을 특징으로 하는 고전압 시스템.35. The high voltage system of any of claims 32 to 34, wherein a cooling medium for cooling said superconducting conductors is arranged to flow outside said conductor means.
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