KR20070068929A - 초전도한류기의 한류모듈 - Google Patents

초전도한류기의 한류모듈 Download PDF

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KR20070068929A
KR20070068929A KR1020050131026A KR20050131026A KR20070068929A KR 20070068929 A KR20070068929 A KR 20070068929A KR 1020050131026 A KR1020050131026 A KR 1020050131026A KR 20050131026 A KR20050131026 A KR 20050131026A KR 20070068929 A KR20070068929 A KR 20070068929A
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Abstract

본 발명은 테이프형태의 초전도소자를 이용하여 전력계통에서 발생되는 사고전류를 효과적으로 제어할 수 있는 초전도 저항형 한류기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 테이프형태의 초전도체가 채용된 초전도 저항형 한류모듈을 제공하여 사고전류 발생 시 초전도체의 저항 상승에 기인한 주울열 배출을 향상시켜 안정적인 초전도 저항형 한류기의 동작을 확보하며 고전압 절연을 높여 손실을 최소화하고 응답 및 냉각특성을 최적화 할 수 있는 초전도한류기의 한류모듈에 관한 것으로서, 본 발명은, 직렬 및 병렬 연결된 복수의 초전도소자를 포함하여 구성되는 초전도한류기로서, 상기 초전도소자 재질로 형성되며 권선(捲線)될 수 있도록 소정의 두께와 폭 및 길이로 구성된 테이프의 형상을 갖는 초전도선재와, 상기 초전도선재의 일면에 면접되어 상기 초전도선재와 함께 권선(捲線)될 수 있도록 상기 초전도선재의 폭과 길이에 대응되는 형상을 갖는 절연선재와, 상기 절연선재를 포함하여 권선된 상기 초전도선재가 인접되어 장착될 수 있도록 면판상(面板狀)의 형상을 가지며 냉매가 유동되는 제1 냉각채널을 갖는 보빈을 포함하며, 상기 절연선재는, 그 내부에 냉매가 유동되는 제2 냉각채널을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도한류기의 한류모듈을 제공한다.
초전도한류기, 보빈, 초전도 테이프, 냉각채널, 절연선재

Description

초전도한류기의 한류모듈{SUPERCONDUCTING FAULT CURRENT LIMITERS HAVING FAULT CURRENT MODULE USED SUPERCONDUCTIVE TAPE}
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초전도 테이프를 이용한 한류모듈을 갖는 초전도한류기를 도시한 것으로서,
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈의 전체적인 형상을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈을 구성하는 보빈의 외관을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈을 구성하는 초전도선재 및 절연선재가 권선된 형상을 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈의 구성을 도시한 분리 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈을 구성하는 초전도선재에 전류가 흐르는 형상을 도시한 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈을 도시한 것으로서,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈을 구성하는 초전도선재 및 절연선재가 권선된 형상을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈의 구성을 도시한 분리 사시도 및 결합 사시도이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100 : 보빈 110 : 제1 냉각채널
111 : 제1 냉매유로 112 : 제1 냉매유로 연결 홈
200 : 전류단자 300 : 제1 초전도선재
300a : 제2 초전도선재 400, 400a : 절연선재
410, 410a : 제2 냉각채널
본 발명은 테이프형태의 초전도소자를 이용하여 전력계통에서 발생되는 사고전류를 효과적으로 제어할 수 있는 초전도 저항형 한류기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 테이프형태의 초전도체가 채용된 초전도 저항형 한류모듈을 제공하여 사고전류 발생 시 초전도체의 저항 상승에 기인한 주울열 배출을 향상시켜 안정적인 초전도 저항형 한류기의 동작을 확보하며 고전압 절연을 높여 손실을 최소화하고 응답 및 냉각특성을 최적화 할 수 있는 초전도한류기의 한류모듈에 관한 것이다.
요즘 국내의 전력개통은 지속적으로 증가하는 전력부하로 인해 계통의 예상 사고전류는 점점 더 증가하는 추세이며 또한, 국내 계통의 경우에 상대적으로 국토가 협소하여 계통 선로의 길이가 상대적으로 짧으며 유지보수의 유연성을 위해 계통을 서로 연계하여 사용하고 있으므로 사고전류는 더욱 증가하는 추세에 있다.
따라서 국내 송전선로에 기 설치된 일부 차단기를 새로운 차단기로 교체하거나 선로를 분리해야 하는 상황이며, 이러한 문제를 해결하기 위해서 전력계통의 사고전류를 기 설치된 차단기의 차단용량 이하로 제감 혹은 제한할 수 있는 새로운 전력기기인 한류기가 제안되고 있다.
전력계통에서의 한류기의 역할은 계통사고로 인한 고장전류 발생시 부스바, 애자, 차단기 등에 가해지는 기계적, 열적, 전기적 스트레스를 제한하는 것으로서, 계통 고장전류의 지속적인 상승과 이에 부응하는 전력기기 개발이 난이함으로 인해 전술한 바와 같이 고장전류 제어가 가능한 한류소자에 대한 요구가 급증하고 있다.
하지만 실제적으로 계통에 적용 가능한 한류기술의 개발은 기술적 어려움과 상업화의 난점으로 인해 지연되어 왔으나, 고온 초전도체가 발견되면서 이 새로운 소자의 비선형적인 전압-전류 특성을 적용한 한류기의 개발 가능성이 대두되었고, 1987년부터 액체질소를 냉매로 사용하는 고온 초전도한류기 개발이 본격적으로 시작되었다.
그리고 전술한 초전도한류기에 사용되는 초전도소자는 근래에 들어 초전도권선을 이용한 저항형 초전도한류기로 발전하여 사용되고 있는데, 즉 자석형태의 권선을 하여 모듈화 한 후 이러한 모듈을 직·병렬로 연결하여 구성되는 형태로 발전되었는데, 전술한 모듈의 형태는 권선하는 방법에 따라 크게 솔레노이드(solenoid) 형태와 팬케이크(pancake)형태로 크게 구분되어 진다.
그리고 전술한 저항형 한류기 및 한류모듈은 초전도체의 특수성 때문에 냉각을 하여야 하는데, 즉 일정 온도 이하가 되어야 초전도체는 손실이 없는 상태로 남게 되며, 상기 한류기에 사용되는 초전도체인 경우 사고전류 발생 시 아주 큰 값을 갖는 전류가 흐르게 된다.
여기서 이 전류는 임계전류 이상이 되는 켄치(Quench)전류라고 불리며, 정상운전 시의 저항이 거의 무시되다가 순간적으로 큰 저항을 띄게 되어 주울 열(joule heat)을 발생 시키게 되는데, 이렇게 발생된 주울 열은 주변의 냉각매체에 의해 배출되어져 초전도 한류소자를 전기적/열적으로 변화가 없이 안정적으로 동작하게 만들어 준다.
종래의 초전도 자석 및 한류기 모듈용 더블 팬케이크 형태의 구성은 팬케이크형태로 권선되어진 초전도 소재의 중간에 절연체를 두어 바로 권선하여 이 모듈을 직렬로 연결하여 큰 자속밀도가 발생하도록 제작하였다.
또한 전류의 방향도 같은 방향이 되도록 하여 항상 초전도권선 모듈에 큰 외부 기계력이 작용하여 안정도에 걸림돌로 작용하였다. 운전중 국부적인 주울열 발생을 효과적으로 막기 위한 냉각채널이 존재하지 않고 단지 권선된 상부면과 하부면에서만 냉매가 열을 방출하고 내부는 전도에 의해서 냉각되도록 제작되었다.
그러나 전술한 바와 같이 팬케이크의 형태로 권선되어 제작된 초전도권선은 위쪽으로 여러 개의 모듈을 쌓아 서로의 끝부분을 연결시키고 전류의 방향이 같은 방향으로 흘러가도록 제작되었다.
또한 같은 방향의 전류에 의해 발생된 각 모듈의 자기장은 서로 중첩되어 내부에 일정 방향의 자계를 형성하게 되며, 무유도성 권선을 위해서는 각 모듈을 서로 다른 방향으로 접합하여 전류의 방향이 서로 반대가 되도록 위치시켰다.
이는 한 모듈에서 발생되는 같은 크기의 자기장을 반대방향이 되도록 하여 서로의 자계를 상쇄시키는 결과를 가지며, 유도성 성분이 줄어들어 내부의 자속은 없어져 무유도 권선이 된다.
상기와 같은 구조를 가지는 초전도 자석 및 한류기 모듈용 더블 팬케이크 형태의 구성은 팬케이크 형태의 권선을 위로쌓는 방식이며 냉각채널이 없이 권선 내부는 모두 전도에 의해 열을 방출시키도록 설계 되어 있고, 상기 초전도 테이프의 날카로운 양 끝 부분만이 냉매에 노출되어 열을 냉매로 방출하도록 하는 구조로 되어 있다.
그로 인하여 전술한 초전도 자석 및 한류기 모듈용 더블 팬케이크 형태의 구성은 사고전류에 의해 생겨난 열에너지를 원활히 방출하지 못한다는 문제점과 정상운전을 위한 회복특성이 저하된다는 문제점이 있다.
또한 정상상태 운전시의 기계적인 충격에 의한 안정도 확보를 위해 에폭시와 같은 열전도도가 떨어지는 물질을 표면에 함침 하여야 함으로 인해 전술한 바와 같은 열에너지의 방출을 더욱 어렵게 만든다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 테이프형태의 초전도체가 채용된 초전도 저항형 한류모듈을 제공하여 사고전류 발생 시 초전도체의 저항 상승에 기인한 주울열 배출을 향상시켜 안정적인 초전도 저항형 한류기의 동작을 확보하며 고전압 절연을 높여 손실을 최소화하고 응답 및 냉각특성을 최적화 할 수 있는 초전도한류기의 한류모듈을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 초전도한류기의 한류모듈은, 직렬 및 병렬 연결된 복수의 초전도소자를 포함하여 구성되는 초전도한류기로서, 상기 초전도소자 재질로 형성되며 권선(捲線)될 수 있도록 소정의 두께와 폭 및 길이로 구성된 테이프의 형상을 갖는 초전도선재와, 상기 초전도선재의 일면에 면접되어 상기 초전도선재와 함께 권선(捲線)될 수 있도록 상기 초전도선재의 폭과 길이에 대응되는 형상을 갖는 절연선재와, 상기 절연선재를 포함하여 권선된 상기 초전도선재가 인접되어 장착될 수 있도록 면판상(面板狀)의 형상을 가지며 냉매가 유동되는 제1 냉각채널을 갖는 보빈을 포함하며, 상기 절연선재는, 그 내부에 냉매가 유동되는 제2 냉각채널을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도한류기의 한류모듈을 제공한다.
상기와 같은 구성에 따르면, 테이프형태의 초전도체가 채용된 초전도 저항형 한류모듈을 제공하여 사고전류 발생 시 초전도체의 저항 상승에 기인한 주울열 배출을 향상시켜 안정적인 초전도 저항형 한류기의 동작을 확보하며 고전압 절연을 높여 손실을 최소화하고 응답 및 냉각특성을 최적화 할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초전도한류기의 무유도성 통전 전류경로를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초전도 테이프를 이용한 한류모듈을 갖는 초전도한류기를 도시한 것으로서, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈의 전체적인 형상을 도시한 사시도이다.
도 1에서 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈은 직렬 및 병렬 연결된 복수의 초전도소자를 포함하여 구성되는 초전도한류기로서, 상기 초전도소자 재질로 형성되며 권선(捲線)될 수 있도록 소정의 두께와 폭 및 길이로 구성된 테이프의 형상을 갖는 초전도선재(300, 300a)와, 상기 초전도선재(300, 300a)의 일면에 면접되어 상기 초전도선재(300, 300a)와 함께 권선(捲線)될 수 있도록 상기 초전도선재(300, 300a)의 폭과 길이에 대응되는 형상을 갖는 절연선재(400, 400a)와, 상기 절연선재(400, 400a)를 포함하여 권선된 상기 초전도선재(300, 300a)가 인접되어 장착될 수 있도록 면판상(面板狀)의 형상을 가지며 냉매가 유동되는 제1 냉각채널(110)을 갖는 보빈(100)을 포함하며, 상기 절연선재(400, 400a)는, 그 내부에 냉매가 유동되는 제2 냉각채널(410, 410a)을 갖는 것을 특징으로 하여 구성된다.
전술한 구성을 가지는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈을 구성하는 상기 보빈(100)과 상기 초전도선재(300, 300a) 및 상기 절연선재(400, 400a)의 구체적인 형상을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈을 구성하는 보빈(100)의 외관을 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈을 구성하는 초전도선재(300, 300a) 및 절연선재(400, 400a)가 권선된 형상을 도시한 측면도이다.
도 2에서 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기를 구성하는 상기 보빈(100)에는 전술한 바와 같이 발생되는 열을 외부로 방출할 수 있도록 냉매가 유동되는 제1 냉각채널(110)이 구비되어 있다.
여기서 상기 제1 냉각채널(110)은 상기 보빈(100)의 일면 및 타면 중 선택된 면이 상기 초전도선재(300, 300a)의 권선방향을 따라 복수개의 개수 및 소정의 깊이로 함몰 형성되는 제1 냉매유로(111)로 구성됨이 바람직하며, 그에 더하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈을 구성하는 상기 제1 냉각채널(110)은 상기 제1 냉매유로(111)가 형성된 면이 상기 보빈(100)의 내경방향을 따라 방사형으로 복수개의 개수로 함몰 형성되어 상기 각 제1 냉매유로(111)를 상호 연통시키는 제1 냉매유로 연결 홈(112)을 더 포함하여 구성됨이 바람직하다.
그리고 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기를 구성하며 상기 보빈(100)에 인접되어 권선되는 초전도선재(300, 300a)의 폭과 길이에 대응되는 형상을 갖는 절연선재(400, 400a)에는, 상기 보빈(100)에서와 마찬가지로 발생되는 열을 외부로 방출할 수 있도록 냉매가 유동되는 제2 냉각채널(410, 410a)이 구비되어 있다.
여기서 상기 절연선재(400, 400a)에 구비되는 상기 제2 냉각채널(410, 410a)은 상기 절연선재(400, 400a)의 일면 및 타면 중 선택된 면이 상기 절연선재(400, 400a)의 길이방향을 따라 소정의 패턴으로 복수개의 개수 및 소정의 깊이로 함몰 형성되는 제2 냉매유로(미도시)로 구성됨이 바람직하며, 그에 더하여 상기 제2 냉 각채널(410, 410a)은, 상기 각 제2 냉매유로(미도시)를 상호 연통시키는 제2 냉매유로 연결 홈(미도시)을 더 포함하여 구성됨이 바람직하다.
그리고 전술한 구성을 가지는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈을 구성하는 상기 보빈(100)은, 상기 보빈(100)의 일면 및 타면 중 선택된 면과 직교되는 방향으로 튜브의 형상으로 돌출 형성되어 그 돌출 형성된 외주면에 상기 절연선재(400, 400a) 및 상기 초전도선재(300, 300a)가 권선되는 전류단자(200)를 더 포함하여 구성되어, 상기 전류단자(200)에 상기 절연선재(400, 400a)와 함께 상기 초전도선재(300, 300a)가 권선됨이 바람직하다.
또한 상기 전류단자(200)는 전술한 바와 같이 상기 전류단자(200)에 권선되는 각각의 초전도선재(300, 300a)를 전기적으로 연결하기 위하여 구리 및 은 중 선택된 소재로 형성되는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈을 구성하는 상기 초전도선재(300, 300a)와 절연선재(400, 400a)는 상기 보빈(100)의 일면에 인접되도록 조립되는데, 상기 초전도선재(300, 300a)와 절연선재(400, 400a)가 상기 보빈(100)에 인접되도록 조립되는 형상을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈의 구성을 도시한 분리 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈을 구성하는 초전도선재에 전류가 흐르는 형상을 도시한 사시도이다.
도 4에서 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한 류모듈을 구성하는 상기 초전도선재(300, 300a)는, 상기 보빈(100)의 일면과 인접되며 상기 보빈(100)의 일면에 대하여 돌출 형성된 상기 전류단자(200)의 일측 외주면에 시계방향 또는 반시계방향으로 권선되는 제1 초전도선재(300, 300a)와, 상기 보빈의 타면과 인접되며 상기 보빈(100)의 타면에 대하여 돌출 형성된 상기 전류단자(200)의 타측 외주면에 상기 제1 초전도선재(300, 300a)가 권선된 방향과 반대되는 방향으로 권선되는 제2 초전도선재(300, 300a)로 구성된다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈을 구성하는 상기 초전도선재(300, 300a)는 상기 보빈(100)의 일면 및 타면 중 선택된 면과 직교되는 방향으로 돌출 형성된 전류단자(200)에 상호 반대되는 방향으로 권선되어 상기 보빈(100)의 일면과 타면에 인접되도록 배치되는 구조로 형성된다.
상기와 같은 구조를 가지는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈을 구성하는 상기 초전도선재(300, 300a)에 구비되는 각각의 냉각채널(110, 410, 410a)은 사고전류 발생 시에 발생되는 열에너지를 상기 한류모듈의 외부로 원활히 배출할 시킴으로 인해 전술한 바와 같은 구조를 가지는 각각의 냉각채널(110, 410, 410a)이 없는 경우에 비해 훨씬 열 방출 효율을 높여 줄 수 있는 구조를 제공한다.
또한 상기와 같은 권선방식은 초전도선재(300)의 권선 시 장력을 조절하기 용이하며 절연선재(400)에 냉각 채널과 절연을 위한 종이형태(crepe 또는 nomex)의 절연물이 동시에 권선되어 실질적인 제작이 용이한 구조를 가지데 되는데, 특히 전술한 바와 같이 상기 보빈(100)의 일면과 타면에 인접되도록 배치되며 상기 전류단 자(200)에 권선되어지는 상기 각각의 초전도선재(300, 300a)는 도 5에서 도시된 바와 같이 상기 초전도선재를 상호 마주보게 하여 권선하여 각각 다른 방향의 전류가 흐르도록 권선하는 방법으로 구성됨에 따라 상기 초전도선재(300, 300a)에 흐르는 전류의 방향을 달리함으로써 전류에 의해 생겨나는 셀프(Self)자계를 서로 상쇄시켜 정상상태 운전 시 발생하는 손실을 최소화 시킬 수 있는 구조를 제공한다.
또한 상기 각각의 냉각채널(110, 410, 410a)로 냉매의 유출입이 자유로워 정상운전 중 발생할지도 모르는 국부적 핫 스팟(hot spot)의 자연회복을 도와 안정도를 증대시키며, 사고전류 발생 시 충분한 냉각효과를 얻기 위해 냉매의 이동 통로를 제공하여 직접 열이 발생하는 초전도선재(300, 300a) 주변의 온도를 효과적으로 떨어뜨려 줄 수 있는 구조를 제공한다.
여기서 상기 각각의 냉각채널(110, 410, 410a)을 통하여 유동되는 상기 냉매(미도시)는 종래의 냉각시스템에 사용되어지는 액체냉매를 이용한 구조로 구성될 수도 있으나, 그와는 반대로 상기냉매를 액체냉매가 아닌 고체냉매를 이용한 이른바 드라이 쿨링 시스템(Dry cooling system)을 적용하여 더욱 효과적이며 안정적인 한류시스템으로 운행시킬 수 있음은 물론이다.
즉, 상기에서는 전술한 각각의 냉각채널(110, 410, 410a)에 액체재질의 냉매가 유동됨에 따라 사고전류 발생 시에 발생되는 열에너지를 상기 한류모듈의 외부로 원활히 배출할 시킨다고 하였으나, 전술한 액체재질의 냉매를 사용하지 않고 고체재질의 냉매를 사용하게 되면, 열전도율이 액체보다는 고제가 더욱 높은 열전도율을 가짐으로 인해 상기 사고전류 발생 시에 발생되는 열에너지를 한류모듈 외부 로 배출시킴에 있어 더욱 높은 열 배출 효과를 갖는 구조를 제공할 수 있다.
여기서 전술한 고체냉매는 질소, 아르곤, 네온 및 수소 중 어느 하나로 구성될 수 있으며, 상기와 같은 고체냉매를 상기 각각의 냉각채널(110, 410, 410a)에 배치하는 과정은 아래와 같다.
우선 전술한 질소, 아르곤, 네온 및 수소와 같은 물질은 상온에서는 액체의 상태로 존재하지만 외부의 온도를 내리게 되면 고체화되는데, 구체적으로 질소는 63k정도의 온도에서 고체화되며, 아르곤은 87k, 네온은 30k 그리고 수소는 20k에서 각각 고체화된다.
따라서 상기와 같은 성질을 이용하여 전술한 바와 같은 고체냉매로 사용될 수 있는 물질을 상기 각각의 냉각채널(110, 410, 410a)을 통하여 유동시키다가 전술한 바와 같은 온도로 낮추어주게 되면 전술한 물질은 고체화되어 상기 각각의 냉각채널(110, 410, 410a) 내에서 고체상태로 존재하게 된다.
그로 인하여 액체상태일 때 보다 고체상태일 때가 더욱 높은 열전도율을 가짐으로 인해 사고전류 발생 시에 발생되는 열에너지를 한류모듈 외부로 배출시킴에 있어 더욱 높은 열 배출 효과를 갖는 구조를 제공할 수 있다.
상기에서는 상기 고체냉매로 사용되는 물질로서 질소, 아르곤, 네온 및 수소를 예시하였으나, 전술한 바와 같은 방법으로 안정적으로 열전도율을 가지며 고체냉매로 사용될 수 있는 물질이라면 그 종류에 관계없이 고체냉매로서 사용될 수 있음은 물론이다.
그리고 상기에서는 초전도선재(300, 300a)가 상기 보빈(100)의 일면 및 타면 에 상호 반대되는 방향으로 마주보게 권선된다고 하였으나, 상기 셀프(Self)자계를 상쇄시킬 수 있는 구조이면 어떠한 형태로 권선될 수 있음은 물론이다.
전술한 바와 같이 셀프(Self)자계를 상쇄시킬 수 있도록 권선되는 초전도선재(300, 300a)를 포함하여 구성되는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈의 구성을 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈을 도시한 것으로서, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈을 구성하는 초전도선재 및 절연선재가 권선된 형상을 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈의 구성을 도시한 분리 사시도 및 결합 사시도이다.
도 6 및 도 7에서 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈에 구비되는 초전도선재(300, 300a)는, 상기 보빈(100)의 일면 및 타면 중 선택된 면과 인접되며 상기 보빈(100)의 일면 및 타면 중 선택된 면에 대하여 돌출 형성된 상기 전류단자(200)의 외주면에 시계방향 또는 반시계방향으로 권선되는 제1 초전도선재(300, 300a)와, 상기 제1 초전도선재(300, 300a)가 권선되는 방향과 반대되는 방향으로 상기 제1 초전도선재(300, 300a)가 권선되는 상기 전류단자(200)의 외주면에 상기 제1 초전도선재(300, 300a)와 동시에 권선되는 제2 초전도선재(300, 300a)로 구성된다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 초전도한류기의 한류모듈을 구성하는 상기 각각의 초전도선재(300, 300a)는, 상기 보빈(100)의 일면 및 타면 중 선택된 면과 직교되는 방향으로 돌출 형성된 전류단자(200)에 권선되어 상기 보빈(100)의 일면과 타면에 인접되도록 배치되는데, 여기서 상기 보빈(100)의 일면과 타면에 인접되도록 배치되며 상기 전류단자(200)에 권선되는 상기 각각의 초전도선재(300, 300a)는 도 5에서 도시된 바와 같이
상기 전류단자(200)의 외주면에 시계방향 또는 반시계방향으로 권선되는 제1 초전도선재(300, 300a)가 권선되는 방향과 반대되는 방향으로 상기 제2 초전도선재(300, 300a)가 상기 제1 초전도선재(300, 300a)가 권선되는 상기 전류단자(200)의 외주면에 상기 제1 초전도선재(300, 300a)와 동시에 권선됨으로 인해 상기 각각의 초전도선재(300, 300a)에 흐르는 전류에 의해 생기는 셀프(Self)자계를 상호 상쇄시켜 정상상태 운전 시 발생하는 손실을 최소화 시킬 수 있도록 상호 반대되는 방향으로 마주보게 하여 각각 다른 방향의 전류가 흐르도록 권선된다.
또한 전술한 바와 같이 구성되는 한류모듈을 구성하는 상기 각각의 초전도선재(300, 300a)의 각각의 층과 층 사이에는 저온 에폭시나 에프알피(FRP)와 같은 절연물질로 채워 전기적인 절연을 확보할 수도 있고, 특히 상기 각각의 초전도선재(300, 300a)가 권선되어 형성되는 전류 인입부와 전류 인출부에 최대 전계가 인가되므로 전기절연에 문제가 발생하지 않는 두께의 절연물과 연면절연거리를 유지하여 제작할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 초전도한류기의 한류모듈은, 테이프형태의 초전도체가 채용된 초전도 저항형 한류모듈을 제공하여 사고전류 발생 시 초전도체의 저항 상승에 기인한 주울열 배출을 향상시켜 안정적인 초전도 저항형 한류기의 동작을 확보하며 고전압 절연을 높여 손실을 최소화하고 응답 및 냉각특성을 최적화 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 직렬 및 병렬 연결된 복수의 초전도소자를 포함하여 구성되는 초전도한류기로서,
    상기 초전도소자 재질로 형성되며 권선(捲線)될 수 있도록 소정의 두께와 폭 및 길이로 구성된 테이프의 형상을 갖는 초전도선재와,
    상기 초전도선재의 일면에 면접되어 상기 초전도선재와 함께 권선(捲線)될 수 있도록 상기 초전도선재의 폭과 길이에 대응되는 형상을 갖는 절연선재와,
    상기 절연선재를 포함하여 권선된 상기 초전도선재가 인접되어 장착될 수 있도록 면판상(面板狀)의 형상을 가지며 냉매가 유동되는 제1 냉각채널을 갖는 보빈을 포함하며,
    상기 절연선재는,
    그 내부에 냉매가 유동되는 제2 냉각채널을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도한류기의 한류모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 냉각채널은,
    상기 보빈의 일면 및 타면 중 선택된 면이 상기 초전도선재의 권선방향을 따라 복수개의 개수 및 소정의 깊이로 함몰 형성되는 제1 냉매유로로 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도한류기의 한류모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 냉각채널은,
    상기 제1 냉매유로가 형성된 면이 상기 보빈의 내경방향을 따라 방사형으로 복수개의 개수로 함몰 형성되어 상기 각 제1 냉매유로를 상호 연통시키는 제1 냉매유로 연결 홈을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도한류기의 한류모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 냉각채널은,
    상기 절연선재의 일면 및 타면 중 선택된 면이 상기 절연선재의 길이방향을 따라 소정의 패턴으로 복수개의 개수 및 소정의 깊이로 함몰 형성되는 제2 냉매유로로 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도한류기의 한류모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 냉각채널은,
    상기 각 제2 냉매유로를 상호 연통시키는 제2 냉매유로 연결 홈을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도한류기의 한류모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 냉매는,
    고체냉매인 것을 특징으로 하는 초전도한류기의 한류모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고체냉매는,
    질소, 아르곤, 네온 및 수소 중 어느 하나의 물질을 고체화될 수 있는 온도로 하강시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도한류기의 한류모듈.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보빈은,
    상기 보빈의 일면 및 타면 중 선택된 면과 직교되는 방향으로 튜브의 형상으로 돌출 형성되어 그 돌출 형성된 외주면에 상기 절연선재 및 상기 초전도선재가 권선되는 전류단자를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도한류기의 한류모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전류단자는,
    구리 및 은 중 선택된 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도한류기의 한류모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 초전도선재는,
    상기 보빈의 일면과 인접되며 상기 보빈의 일면에 대하여 돌출 형성된 상기 전류단자의 일측 외주면에 시계방향 또는 반시계방향으로 권선되는 제1 초전도선재와,
    상기 보빈의 타면과 인접되며 상기 보빈의 타면에 대하여 돌출 형성된 상기 전류단자의 타측 외주면에 상기 제1 초전도선재가 권선된 방향과 반대되는 방향으로 권선되는 제2 초전도선재로 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도한류기의 한류모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 초전도선재는,
    상기 보빈의 일면 및 타면 중 선택된 면과 인접되며 상기 보빈의 일면 및 타면 중 선택된 면에 대하여 돌출 형성된 상기 전류단자의 외주면에 시계방향 또는 반시계방향으로 권선되는 제1 초전도선재와,
    상기 제1 초전도선재가 권선되는 방향과 반대되는 방향으로 상기 제1 초전도선재가 권선되는 상기 전류단자의 외주면에 상기 제1 초전도선재와 동시에 권선되는 제2 초전도선재로 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도테이프를 이용한 한류모듈.
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