KR20070112172A - 초전도 케이블 및 이 초전도 케이블을 이용한 직류 송전방법 - Google Patents

Abstract

복수의 케이블 코어를 이용하고 있더라도 꼬아 합친 구조를 형성하기 쉬운 초전도 케이블, 및 이 초전도 케이블을 이용한 직류 송전 방법을 제공한다. 초전도 케이블(1)은, 구성이 상이한 2종류의 케이블 코어(제 1 코어(2), 제 2 코어(3))를 꼬아 합쳐, 단열관(7) 내에 수납시킨 구성이다. 제 1 코어(2)는, 직류 송전에서 왕로 선로 또는 극의 송전에 이용되는 제 1 초전도층(2a)을 구비하고, 제 1 초전도층(2a) 이외의 초전도층을 갖고 있지 않다. 제 2 코어(3)는, 직류 송전에서 귀로 선로 또는 중성선으로 이용되는 제 2 초전도층(3a)을 구비하고, 제 2 초전도층(3a) 이외의 초전도층을 갖고 있지 않다. 제 2 초전도층(3a)은, 제 1 초전도층(2)의 외경보다 큰 내경을 갖는다.

Description

초전도 케이블 및 이 초전도 케이블을 이용한 직류 송전 방법{SUPERCONDUCTIVE CABLE AND DC POWER TRANSMISSION USING THE SUPERCONDUCTIVE CABLE}

본 발명은, 복수의 케이블 코어를 꼬아 합쳐 이루어지는 초전도 케이블, 및 이 초전도 케이블을 이용한 직류 송전 방법에 관한 것이다. 특히, 꼬아 합친 구조를 형성하기 쉬운 초전도 케이블에 관한 것이다.

종래로부터, 교류용 초전도 케이블로서, 3가닥의 케이블 코어를 꼬아 합쳐 구비하는 3심 일괄형 케이블이 알려져 있다. 도 7은 3심 일괄형의 3상 교류용 초전도 케이블의 단면도이다. 이 초전도 케이블(100)은, 단열관(101) 내에 3가닥의 케이블 코어(102)를 꼬아 합쳐 수납시킨 구성이다. 단열관(101)은, 외관(101a)과 내관(101b)으로 이루어지는 2중관의 사이에 단열재(도시하지 않음)가 배치되고, 또한 외관(101a)과 내관(101b)의 사이가 진공 흡입된 구성이다. 단열관(101)의 외주에는, 방식층(防食層)(104)을 구비한다. 각 케이블 코어(102)는, 중심으로부터 순서대로 포머(200), 초전도 도체층(201), 절연층(202), 초전도 실드층(203), 보호 층(204)을 구비하고, 내관(101b)과 각 케이블 코어(102)로 둘러싸이는 공간(103)이 액체질소 등의 냉매의 유로가 된다.

상기 초전도 케이블을 이용하여 교류 송전을 행하면, 인덕턴스에 의한 교류 손실이 발생하거나, 단락시의 전류가 크고, 이때의 손실에 의해 온도가 과도하게 상승할 우려가 있다. 이에 대하여, 교류 송전이 아닌, 초전도 케이블에 의한 직류 송전의 경우, 교류 손실이 없고, 단락 전류도 작게 할 수 있다. 직류용 초전도 케이블로서, 특허 문헌 1에서는, 초전도 도체와 절연층을 갖는 케이블 코어를 3가닥 꼬아 합친 초전도 케이블이 제안되어 있다. 이 초전도 케이블에서는, 각 코어에 초전도 도체와, 그 외주에 마련되는 절연층과, 이 절연층의 외주에 마련되는 초전도 선재로 이루어지는 귀로 도체를 구비하는 것을 이용하여, 초전도 도체를 왕로 선로(outward line), 귀로 도체를 귀로 선로(return line)로 이용함으로써 단극 송전을 행하고 있다.

(특허 문헌 1) 일본 공개 특허 공보 제 2003－249130호

(발명이 해결하고자 하는 과제)

상기 특허 문헌 1의 초전도 케이블에서는, 1가닥의 케이블로 단극 송전 및 쌍극 송전이라고 하는 직류 송전을 행할 수 있다. 또한, 이 초전도 케이블은, 복수의 케이블 코어를 꼬아 합친 구조를 하고 있으므로, 케이블 냉각시의 수축값(an allowance for contraction)을 갖게 할 수 있다. 그러나, 이 케이블에서는, 초전도 재료로 이루어지는 초전도 도체 및 귀로 도체를 구비하는 케이블 코어를 이용하므로, 각 코어의 초전도 재료의 사용량이 많아짐으로써, 코어의 굴곡 강성이 높아지는 경향이 있다. 이 때문에, 3가닥의 케이블 코어를 꼬아 합치기 어려워, 개선이 요구되고 있다. 또한, 도 7에 나타내는 교류용 초전도 케이블의 경우도, 초전도 재료로 이루어지는 초전도 도체 및 초전도 실드층을 구비하는 케이블 코어를 이용하므로, 코어를 꼬아 합치기 어렵다.

그래서, 본 발명의 주목적은, 복수의 케이블 코어를 이용하면서, 꼬아 합친 구조를 형성하기 쉬운 초전도 케이블을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 직류 송전에 적합한 초전도 케이블을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기 초전도 케이블을 이용한 직류 송전 방법을 제공하는 것에 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

본 발명은, 케이블 전체적으로 초전도 재료의 사용량을 적게 함으로써, 상기 목적을 달성한다.

(2종류의 구성이 상이한 케이블 코어를 꼬아 합친 타입 : 타입 1)

케이블 전체적으로 초전도 재료의 사용량을 적게 하는 수단으로서, 우선, 케이블 코어 1심당 초전도 재료의 사용량을 적게 하는 것을 제안한다.

본 발명은, 초전도층과 절연층을 갖는 복수의 케이블 코어를 꼬아 합쳐 이루어지는 초전도 케이블로서, 이하의 구성의 코어를 구비하는 것을 특징으로 한다.

제 1 코어 : 제 1 초전도층을 갖는다.

제 2 코어 : 제 2 초전도층을 갖는다. 이 제 2 초전도층은, 제 1 초전도층의 외경보다 큰 내경을 갖는다.

본 발명의 직류 송전 방법은, 상기 제 1 코어 및 제 2 코어를 구비하는 타입 1의 초전도 케이블을 이용한 송전 방법으로서 이하를 제안한다.

(단극 송전)

제 1 코어에 구비하는 제 1 초전도층을 왕로 선로로 이용하고, 제 2 코어에 구비하는 제 2 초전도층을 귀로 선로로 이용한다.

(쌍극 송전)

제 1 코어를 복수 구비하여 두고, 그 중 적어도 하나의 제 1 코어에 구비하는 제 1 초전도층을 정극 및 부극 중 어느 한 극의 송전에 이용하고, 나머지 제 1 코어에 구비하는 제 1 초전도층을 다른 극의 송전에 이용한다. 그리고, 제 2 코어에 구비하는 제 2 초전도층을 중성선으로서 이용한다.

상기 2종류의 상이한 케이블 코어를 구비하는 타입과 별도의 형태로서, 초전도 재료로 이루어지는 초전도층을 갖는 코어와, 초전도층을 갖고 있지 않은 부재를 꼬아 합친 구성을 제안한다.

(냉매관을 구비하는 타입 : 타입 2)

본 발명은, 복수의 케이블 코어를 꼬아 합쳐 이루어지는 초전도 케이블로서, 이 케이블은, 케이블 코어와 같은 직경인 냉매관과, 이하의 구성을 구비하는 2가닥의 케이블 코어를 꼬아 합쳐서 형성되는 것을 특징으로 한다.

케이블 코어 : 초전도 도체층과, 이 초전도 도체층의 외주에 마련되는 절연층과, 이 절연층의 외주에 마련되는 외부 초전도층을 구비한다.

또한, 본 발명의 직류 송전 방법은, 상기 2가닥의 코어와 냉매관을 꼬아 합쳐 이루어지는 타입 2의 초전도 케이블을 이용한 송전 방법으로서 이하를 제안한다.

(단극 송전)

양 코어에 구비하는 초전도 도체층을 왕로 선로로 이용하고, 양 코어에 구비하는 외부 초전도층을 귀로 선로로 이용한다.

(쌍극 송전)

한쪽의 코어에 구비하는 초전도 도체층을 정극 및 부극 중 어느 한 극의 송전에 이용하고, 다른 쪽의 코어에 구비하는 초전도 도체층을 다른 극의 송전에 이용한다. 그리고, 각 코어에 구비하는 외부 초전도층을 중성선으로서 이용한다.

상술한 도 7에 나타내는 교류 초전도 케이블이나, 특허 문헌 1의 직류 초전도 케이블에서는, 케이블 냉각시의 수축값을 확보하도록, 3심 코어의 꼬아 합친 구조로 하고 있다. 또한, 특허 문헌 1에서는, 단극 송전을 행하는데 있어서, 초전도 도체와 귀로 도체를 초전도 재료로써 형성한 코어를 이용하는 것을 제안하고 있다. 그러나, 초전도 케이블의 케이블 코어에서 초전도 재료를 많이 이용하면, 각 코어의 굴곡 강성이 높아져, 3가닥을 꼬아 합치는 것이 어렵게 된다. 그래서, 본 발명에서는, 케이블 코어 1심(1가닥)당 초전도 재료의 사용량을 저감하여, 꼬아 합치기 쉽게 하는 것을 제안한다. 구체적으로는, 외부 초전도층(직류 송전에서 귀로 도체로서 이용되는 층, 교류 송전에서 실드로서 이용되는 층)을 갖지 않고 초전도 도체층(직류 송전에서 왕로 도체로서 이용되는 층, 교류 송전에서 도체로서 이용되는 층)만을 갖는 코어(제 1 코어에 상당)와, 이 코어와는 반대로 상기 초전도 도체층을 갖지 않고 상기 외부 초전도층만을 갖는 코어(제 2 코어에 상당)를 이용한다. 혹은, 본 발명에서는, 3가닥의 코어 중 1가닥을, 초전도 재료를 전혀 사용하지 않는 부재로 함으로써, 꼬아 합치기 쉽게 하는 것을 제안한다. 구체적으로는, 1가닥의 케이블 코어 대신에 냉매관을 이용한다. 이하, 본 발명을 보다 자세히 설명한다.

(타입 1)

본 발명의 초전도 케이블은, 초전도층과 절연층을 갖는 제 1 코어 및 제 2 코어를 꼬아 합쳐 이루어지는 것으로 한다. 제 1 코어는, 초전도 재료로 구성되는 제 1 초전도층을 구비하고, 또한, 이 제 1 초전도층 외에 초전도 재료로 이루어지는 초전도층을 구비하고 있지 않는 것으로 한다. 제 2 코어는, 초전도 재료로 구성되는 제 2 초전도층을 구비하고, 또한, 이 제 2 초전도층 외에 초전도 재료로 이루어지는 초전도층을 구비하고 있지 않는 것으로 한다. 즉, 제 1 코어는, 코어의 중심부측에 초전도층을 갖고, 코어의 외주측에 초전도층을 갖지 않으며, 제 2 코어는, 코어의 외주측에 초전도층을 갖고, 코어의 내주측에 초전도층을 갖고 있지 않다. 그리고, 제 2 코어의 제 2 초전도층은, 제 1 초전도층의 외경보다 큰 내경을 갖도록 형성한다.

제 1 코어 및 제 2 코어의 초전도층은, 예컨대, Bi2223계 초전도 재료로 이루어지는 복수의 필라멘트가 은 시스(sheath) 등의 매트릭스 중에 배치된 테이프 형상 선재를 나선 형상으로 감음으로써 형성하면 좋고, 단층이든 다층이든 좋다. 다층으로 하는 경우, 층간 절연층을 마련하더라도 좋다. 층간 절연층은, 크래프트지(kraft paper) 등의 절연지나 PPLP(스미토모 전기 공업 주식회사 등록 상표) 등의 반합성 절연지를 감아 마련하는 것을 들 수 있다.

제 1 초전도층은, 상기 초전도 재료로 이루어지는 선재를 포머의 외주에 감아 형성한다. 포머는, 동이나 알루미늄 등의 금속 재료로써 형성한 중실체(solid body)라도 중공체(hollow body)라도 좋고, 예컨대, 복수의 동선을 꼬아 합친 구성인 것을 들 수 있다. 상기 동선은, 절연 피복된 것을 이용하더라도 좋다. 이 포머는, 제 1 초전도층의 형상 유지 부재로서 기능한다. 포머와 제 1 초전도층의 사이에 쿠션층을 개재시키더라도 좋다. 쿠션층은, 포머와 초전도 선재의 사이에서의 금속끼리의 직접 접촉을 회피하여, 초전도 선재의 손상을 방지한다. 특히, 포머를 꼰 선 구조로 한 경우, 쿠션층은 포머 표면을 보다 매끄러운 면으로 하는 기능도 갖는다. 쿠션층의 구체적 재질로서는, 절연지나 카본지를 적합하게 이용할 수 있다.

제 2 초전도층은, 상기 초전도 재료로 이루어지는 선재를 코어 부재의 외주에 감아 형성한다. 코어 부재는, 초전도 도체층 및 외부 초전도층의 양쪽을 구비하는 케이블 코어와 비교하여, 제 2 코어의 강성을 높이는 일이 없는 재료로써 형성하면 좋고, 절연 재료로써 형성하더라도 좋고, 도전성 재료(초전도 재료를 제외한)로써 형성하더라도 좋다. 예컨대, 후술하는 절연층의 형성 재료와 동일한 절연 재료로써 형성하더라도 좋고, 플라스틱을 이용하여도 좋고, 동선 등의 금속선을 꼬아 합쳐 형성하더라도 좋고, 플라스틱이나 꼰 금속 선의 외주에 절연 재료를 감은 구성으로 하여도 좋다.

상기 코어 부재로서, 냉매관을 이용하더라도 좋다. 이때, 제 1 코어 및 제 2 코어와 후술하는 단열관으로 둘러싸이는 공간(냉매 유로)을 냉매의 왕로로 하고, 코어 부재로 한 냉매관을 냉매의 귀로(return)로서 이용하는 것이 바람직하다. 제 2 코어의 내주측에 냉매관을 가짐으로써, 제 1 코어 및 제 2 코어와 단열관으로 둘러싸이는 공간이 냉매관의 존재에 의해 축소되는 일 없이, 단열관 내에 냉매의 왕로 및 귀로를 구비할 수 있다. 따라서, 제 2 코어 내에 냉매관을 구비하는 구성에서는, 단열관 내에 코어와 별개로 귀로용 냉매관을 구비하는 구성과 비교하여, 제 1 코어 및 제 2 코어와 단열관으로 둘러싸이는 공간을 충분히 확보할 수 있다. 즉, 충분한 냉매 왕로를 확보하여, 냉매 왕로에 냉매를 충분히 유통시킬 수 있다. 여기서, 왕로와 귀로로 만들 수 있는 냉매의 순환로에는, 냉매를 냉각하기 위한 냉동기나 냉매를 압송시키기 위한 펌프 등이 구비되고, 이들 기기에 의해 냉매가 적절한 온도로 순환되도록 순환로의 크기(냉각 구간)를 결정할 수 있다. 상기한 바와 같이 냉매 왕로에 냉매가 충분히 유통되는 구성의 경우, 냉매 유량이 많음으로써 침입열 등에 의한 냉매의 온도 상승이 보다 작고, 적절한 온도 상태에 있는 냉매를 장거리에 걸쳐 수송할 수 있으므로, 한 냉각 구간을 길게 할 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이 냉매가 유통하기 위한 충분한 공간을 확보할 수 있으므로, 냉매의 유통 압력을 저감할 수 있어, 압력 손실의 저감, 예컨대, 펌프의 구동 전력의 저감을 도모할 수 있다.

상기 냉매관은, 냉매 온도에 있어서도 강도에 우수한 금속 재료로 이루어지며, 꼬아 합칠 수 있는 것이 가능할 정도로 가요성을 갖는 것이 바람직하다. 예컨대, 금속관, 나선형 강철 테이프, 나선형 강철 테이프상에 금속선(동선 등)을 감아 붙인 중공(hollow) 형상인 것을 들 수 있다. 금속 코러게이트관은, 가요성이 우수하므로, 꼬아 합치기 쉽고, 또한, 케이블 냉각시에 수축하기 쉬워 바람직하다. 또, 냉매관으로서 금속 재료로 이루어지는 것을 이용하는 경우, 냉매관의 외주에는 절연 재료로써 절연층을 형성하고, 이 절연층상에 제 2 초전도층을 마련하도록 한다. 특히, 코러게이트관을 이용하는 경우, 이 절연층은, 제 2 초전도층을 형성하는 면이 매끄럽게 되도록 코러게이트관상에 마련하는 것이 바람직하다.

제 1 코어에서 제 1 초전도층의 외주에는, 절연층을 마련한다. 또한, 제 2 코어에서 제 2 초전도층의 외주에는, 절연층을 마련한다. 이들 절연층은, PPLP(등록 상표) 등의 반합성 절연지나 크래프트지 등의 절연지를 감아 형성하는 것을 들 수 있다. 제 1 코어에 마련하는 절연층은, 제 1 초전도층이 대지 전압에 대하여 절연되는데 필요한 절연 강도를 구비하도록 제 1 초전도층상에 마련한다. 제 2 코어에 마련하는 절연층은, 제 2 초전도층이 대지 전압에 대하여 절연되는데 필요한 절연 강도를 구비하도록 제 2 초전도층상에 마련한다.

본 발명의 초전도 케이블을 직류 송전에 이용하는 경우, 상기 절연층에는, 그 직경 방향(두께 방향)의 직류 전계 분포가 매끄러워지도록, 절연층의 내주측의 저항률이 낮고, 외주측의 저항률이 높아지도록 ρ 그레이딩을 실시하더라도 좋다. 이와 같이 ρ 그레이딩을 실시하여, 절연층의 두께 방향에서 단계적으로 저항률을 상이하게 함으로써, 절연층의 두께 방향 전체의 직류 전계 분포를 매끄럽게 할 수 있어, 절연층의 두께를 저감할 수 있다. 저항률을 상이하게 하는 층 수는, 특별히 상관없지만, 실용적으로는, 2, 3층 정도이다. 특히, 이들 각 층의 두께를 균등하게 하면, 직류 전계 분포를 매끄럽게 하는 것을 보다 효과적으로 행할 수 있다.

ρ 그레이딩을 실시하기 위해서는, 저항률(ρ)이 상이한 절연 재료를 이용하면 좋고, 예컨대, 크래프트지라고 하는 절연지를 이용하는 경우, 크래프트지의 밀도를 변화시키거나, 크래프트지에 디시안디아미드를 첨가하는 것 등에 의해, 저항률을 바꿀 수 있다. 절연지와 플라스틱 필름으로 이루어지는 복합지, 예컨대, PPLP(등록 상표)의 경우, 복합지 전체의 두께 T에 대한 플라스틱 필름의 두께 tp의 비율 k＝(tp／T)×100을 바꾸거나, 절연지의 밀도, 재질, 첨가물 등을 바꿈으로써, 저항률을 바꿀 수 있다. 비율 k의 값은, 예컨대, 40％∼90％ 정도의 범위가 바람직하다. 통상, 비율 k가 클수록 저항률 ρ가 커진다.

또한, 절연층은, 초전도층의 근방에, 다른 부분보다 유전률이 높은 고 ε층을 가지면, 직류 내전압 특성의 향상에 덧붙여, Imp. 내압 특성도 향상시킬 수 있다. 또, 유전률 ε(20℃)은 일반적인 크래프트지에서 3.2∼4.5 정도, 비율 k가 40％인 복합지에서 2.8 정도, 비율 k가 60％인 복합지에서 2.6 정도, 비율 k가 80％인 복합지에서 2.4 정도이다. 특히, 비율 k가 높고, 또한 기밀도도 높은 크래프트지를 이용한 복합지에 의해 절연층을 구성하면, 직류 내전압과 Imp. 내압의 양쪽에 우수하여 바람직하다.

상기 ρ 그레이딩에 덧붙여, 절연층은, 그 내주측일수록 유전률 ε이 높고, 외주측일수록 유전률 ε이 낮아지도록 구성하더라도 좋다. 이 ε 그레이딩도 절연층의 직경 방향 전역에 걸쳐 형성한다. 상술한 바와 같이 ρ 그레이딩을 실시함으로써 본 발명의 초전도 케이블은, 직류 특성에 우수한 케이블이 되며, 직류 송전에 바람직하다. 한편, 현행 송전 선로는, 대부분이 교류로 구성되어 있다. 금후, 송전 방식을 교류에서 직류로 이행하는 것을 생각한 경우, 직류 송전으로 이행하기 전에, 과도적으로 본 발명의 케이블을 이용하여 교류를 송전하는 케이스가 상정된다. 예컨대, 송전 선로의 일부의 케이블을 본 발명의 초전도 케이블로 교환했지만, 나머지 부분이 교류 송전용 케이블인 채로 있든지, 송전 선로의 교류 송전용 케이블을 본 발명의 초전도 케이블로 교환했지만, 케이블에 접속되는 송전 기기는 교류용인 채로 되어 있는 경우 등이다. 이 경우, 본 발명의 케이블에서 과도적으로 교류 송전을 행하고, 그 후, 최종적으로 직류 송전으로 이행되게 된다. 이 때문에, 본 발명의 케이블에서는, 직류 특성에 우수할 뿐만 아니라, 교류 특성도 고려한 설계로 하는 것이 바람직하다. 교류 특성도 고려한 경우, 내주측일수록 유전률 ε이 높고, 외주측일수록 유전률 ε이 낮은 절연층으로 함으로써, 서지(surge) 등의 임펄스 특성에 우수한 케이블을 구축할 수 있다. 그리고, 상기 과도기가 지나 직류 송전이 행해지게 된 경우에는, 과도기에 이용하고 있었던 본 발명의 케이블을 그대로 직류 케이블로서 이용할 수 있다. 즉, ρ 그레이딩에 덧붙여 ε 그레이딩을 실시한 본 발명의 케이블은, 교류 직류 양용의 케이블로서 적합하게 이용할 수 있다.

통상, 상술한 PPLP(등록 상표)는, 비율 k를 높게 하면 고 ρ 저 ε이 된다. 이 때문에, 절연층의 외주측일수록 비율 k가 높은 PPLP(등록 상표)를 이용하여 절연층을 구성하면, 외주측일수록 고 ρ가 되며, 동시에 외주측일수록 저 ε으로 할 수 있다.

한편, 크래프트지는, 일반적으로 기밀도를 높게 하면 고 ρ 고 ε이 된다. 이 때문에, 크래프트지만으로 외주측일수록 고 ρ이면서 외주측일수록 저 ε의 절연층을 구성하는 것은 어렵다. 그래서, 크래프트지를 이용하는 경우는, 복합지와 조합하여 절연층을 구성하는 것이 바람직하다. 예컨대, 절연층의 내주측에 크래프트지층을 형성하고, 그 외측에 PPLP층을 형성함으로써, 저항률 ρ는 크래프트지층＜PPLP층이 되며, 유전률 ε은 크래프트지층＞PPLP층이 되도록 하면 좋다.

그밖에, 제 1 초전도층과 절연층의 사이나, 절연층과 제 2 초전도층의 사이에 반도전층을 형성하더라도 좋다. 이러한 반도전층을 형성함으로써, 초전도층과 절연층의 사이에서의 밀착성을 높여, 부분 방전의 발생 등에 따르는 열화를 억제한다.

본 발명의 초전도 케이블은, 상기 구성을 구비하는 제 1 코어, 제 2 코어를 각각 1가닥씩 합계 2가닥 이상 꼬아 합친 다심 케이블로 한다. 제 1 코어의 수와 제 2 코어의 수는, 각각 같아도 좋고, 다르게 하더라도 좋지만, 제 1 코어의 제 1 초전도층에 사용한 초전도 재료의 양과, 제 2 코어의 제 2 초전도층에 사용한 초전도 재료의 양이 동등해지도록 각 코어의 수를 조정한다. 예컨대, 제 1 코어를 제 2 코어보다 많이 구비하는 경우, 제 2 코어 1심(1가닥)당 초전도 재료의 사용량을 제 1 코어 1심(1가닥)당 사용량보다 많게 하면 좋다. 본 발명의 케이블은, 상기한 바와 같이, 제 1 초전도층의 외경보다 제 2 초전도층의 내경이 커지도록 제 1 초전도층, 제 2 초전도층을 마련한다. 따라서, 제 1 코어의 수를 제 2 코어의 수보다 많게 하여, 동량의 초전도 재료를 사용하더라도, 제 2 코어의 제 2 초전도층의 두께를 과도히 두텁게 하지 않는다. 이 때문에, 제 2 코어의 굴곡 강성을 과도히 크게 하지 않는다. 단극 송전을 행하는 경우는, 제 1 코어, 제 2 코어의 각각을 적어도 1가닥씩 준비하여 꼬아 합쳐, 제 1 코어를 적어도 1심, 제 2 코어를 적어도 1심 구비하는 초전도 케이블을 이용한다. 단극 송전뿐만 아니라 쌍극 송전도 행하는 경우는, 적어도 제 1 코어 2가닥과 제 2 코어 1가닥을 꼬아 합쳐, 제 1 코어를 2심, 제 2 코어를 1심 구비하는 다심 초전도 케이블을 이용하여, 제 1 코어를 극의 송전에, 제 2 코어를 중성선으로서 이용하면 좋다. 또한, 이들 제 1 코어의 외경 및 제 2 코어의 외경은, 같은 직경으로 하여 두면 꼬아 합치기 쉽고 바람직하다.

상기 제 1 코어 및 제 2 코어를 구비하는 타입 1의 초전도 케이블은, 제 1 코어 및 제 2 코어를 꼬아 합친 것을 단열관 내에 수납하여 구성하면 좋다. 단열관은, 예컨대, 외관과 내관으로 이루어지는 이중 구조의 관 사이에 단열재를 배치하고, 내관과 외관은 진공 흡입하는 구성을 들 수 있다. 내관 내의 제 1 코어 및 제 2 코어의 외주면과 내관의 내주면으로 둘러싸이는 공간에는, 제 1 코어 및 제 2 코어를 냉각하는 액체질소 등의 냉매를 충전한다. 단열관의 외주에는, 폴리염화비닐 등의 수지로써 방식층 등을 마련하더라도 좋다. 이들 단열관에 관한 사항은, 후술하는 타입 2의 초전도 케이블에서도 마찬가지이다.

상기 타입 1의 초전도 케이블은, 복수의 코어를 꼬아 합친 구조이므로, 종래의 3심을 꼬아 합친 구조의 초전도 케이블과 마찬가지로, 케이블 냉각시의 수축값을 갖게 할 수 있다. 수축값을 마련하기 위해서는, 예컨대, 슬랙을 갖게 하여 코어를 꼬아 합치는 것을 들 수 있다. 슬랙을 갖게 하는 방법으로서는, 코어 사이에 스페이서를 배치하여 코어를 꼬아 합치고, 꼬아 합친 코어를 미리 형성된 단열관에 수납할 때, 혹은 꼬아 합친 코어의 외주에 단열관을 형성할 때, 스페이서를 제거하는 방법을 들 수 있다. 스페이서는, 예컨대, 5㎜ 정도 두께의 펠트 등을 들 수 있다. 스페이서의 두께는, 케이블 코어 직경에 따라 적절히 변경하면 좋다. 이들 수축값에 관한 사항은, 후술하는 타입 2의 초전도 케이블에서도 마찬가지이다.

상기 구성을 구비하는 타입 1의 초전도 케이블은, 제 1 코어의 제 1 초전도층을 왕로 선로로 이용하고, 제 2 코어의 제 2 초전도층을 귀로 선로로 이용함으로써, 단극 송전을 행할 수 있다.

또한, 상기 구성을 구비하는 타입 1의 초전도 케이블은, 복수의 제 1 코어를 구비하여 두고, 적어도 하나의 제 1 코어에 구비하는 제 1 초전도층을 정극 및 부극 중 어느 한 극의 송전에 이용하고, 나머지 제 1 코어에 구비하는 제 1 초전도층을 다른 극의 송전에 이용하고, 제 2 코어에 구비하는 제 2 초전도층을 중성선으로서 이용함으로써, 쌍극 송전을 행할 수 있다. 또한, 쌍극 송전을 행하고 있을 때, 한쪽의 극에 이상이 발생한 경우, 예컨대, 그 극의 제 1 초전도층이나 케이블에 접속되는 직교류 변환기 등에 이상이 발생하여, 한쪽의 극의 송전을 정지하는 경우, 이상이 발생하고 있지 않은 극의 제 1 코어와 제 2 코어를 이용하여, 단극 송전을 행할 수 있다. 이때, 제 1 코어의 제 1 초전도층을 왕로 선로, 제 2 코어의 제 2 초전도층을 귀로 선로로 하면 좋다.

또, 단극 송전, 쌍극 송전의 어느 쪽의 송전에서도, 제 2 초전도층은, 접지 전위로서 둔다. 쌍극 송전을 행하는 경우, 통상, 정극 전류와 부극 전류는, 거의 같은 크기이며 서로 상쇄하므로, 중성선으로서 기능하는 제 2 초전도층에는, 전압이 거의 걸리지 않는다. 그러나, 본 발명에서는, 정극과 부극에서 언밸런스가 발생했을 때의 언밸런스 전류를 흘리거나, 한쪽의 극에 이상이 발생하여 쌍극 송전에서 단극 송전으로 변경할 때, 송전 전류와 동등한 전류를 흘리므로(단극 송전의 귀로 선로로서 기능시킴), 제 2 초전도층을 접지 전위로 하여 둔다.

제 1 코어 및 제 2 코어를 구비하는 본 발명의 초전도 케이블은, 직류 송전뿐만 아니라, 상술한 바와 같이 ε 그레이딩을 실시한 절연층을 마련함으로써, 교류 송전에도 적합하게 이용할 수 있다. 교류 송전을 행하는 경우, 제 1 코어 및 제 2 코어는 실드로서 기능하는 도체 부분을 갖고 있지 않으므로, 이 초전도 케이블로써 고압 송전을 행하면, 누설 전계가 커질 우려가 있다. 따라서, 이 초전도 케이블로써 교류 송전을 행하는 경우는, 저압 송전으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 단상 교류 송전을 행하는 경우, 제 1 코어 및 제 2 코어를 각각 1가닥씩 꼬아 합쳐, 각 코어를 1심씩 구비하는 초전도 케이블을 이용하면 좋고, 양 코어의 초전도층을 상의 송전에 이용하더라도 좋고, 어느 한쪽의 코어의 초전도층을 상의 송전에 이용하고, 나머지 1심을 예비심으로 하여도 좋다. 이 초전도 케이블로써 단상 교류 송전 후에 직류 송전을 행하는 경우, 단극 송전에 이용할 수 있다. 한편, 3상 교류 송전을 행하는 경우, 제 1 코어 및 제 2 코어를 합계 3심 이상 구비한 초전도 케이블을 이용한다. 여분의 코어는, 예비심으로 하면 좋다. 이 초전도 케이블로써 3상 교류 송전 후에 직류 송전을 행하는 경우, 단극 송전, 쌍극 송전의 모두를 실행할 수 있다. 혹은, 3상 교류 송전을 행하는 경우, 제 1 코어 및 제 2 코어를 각각 1가닥씩 꼬아 합쳐, 각각 1심씩 구비하는 초전도 케이블을 2가닥 또는 3가닥 준비하여, 코어 수의 합계가 3심 이상이 되도록 하더라도 좋다. 2가닥의 케이블을 이용하는 경우, 코어 수의 합계는, 4심이 되므로, 1심을 예비심으로 하면 좋다. 3가닥의 케이블을 이용하는 경우, 각 케이블을 각각의 상의 송전에 이용하면 좋다. 즉, 2심의 코어로 1상의 송전을 행하면 좋다.

(타입 2)

타입 2의 본 발명의 초전도 케이블은, 2가닥의 케이블 코어와, 하나의 냉매관을 꼬아 합쳐 이루어지는 3심을 꼬아 합친 구조이다. 각 케이블 코어는, 중심으로부터 순서대로, 초전도 재료로 구성되는 초전도 도체층, 절연 재료로 구성되는 절연층, 초전도 재료로 이루어지는 외부 초전도층을 구비한다.

초전도 도체층은, 상기 제 1 코어의 제 1 초전도층이나 제 2 코어의 제 2 초전도층과 같이 Bi2223계 초전도 재료로 이루어지는 선재를 나선 형상으로 감음으로써 형성하는 것을 들 수 있다. 또한, 상기 제 1 코어의 제 1 초전도층이나 제 2 코어의 제 2 초전도층과 마찬가지로 초전도 도체층은, 단층이든 다층이든 좋다. 이 초전도 도체층은, 제 1 코어의 제 1 초전도층과 마찬가지로 포머의 외주에 형성한다.

절연층은, 상기 제 1 코어의 절연층과 마찬가지로 반합성 절연지나 크래프트지 등을 상기 초전도 도체층상에 감아 형성하는 것을 들 수 있다. 이 절연층은, 초전도 도체층과 대지 사이의 절연에 필요한 절연 강도를 구비하도록 한다. 또한, 이 절연층은, 상기 제 1 코어나 제 2 코어의 절연층과 마찬가지로, 내주측의 저항률이 낮고, 외주측의 저항률이 높아지도록 ρ 그레이딩을 실시하여, 절연층의 두께 방향 전체의 직류 전계 분포를 매끄럽게 하도록 하더라도 좋다. 또한, 이 절연층은, 상기 제 1 코어나 제 2 코어의 절연층과 마찬가지로, 초전도 도체층의 근방에, 다른 부분보다 유전률이 높은 고 ε층을 구비하더라도 좋다. 이러한 ρ 그레이딩이나 고 ε층을 구비함으로써, 직류 송전에 의해 적합한 초전도 케이블로 할 수 있다. 덧붙여, 이 절연층은, 상기 제 1 코어나 제 2 코어의 절연층과 마찬가지로, ρ 그레이딩과 함께, 내주측일수록 유전률 ε이 높고, 외주측일수록 유전률 ε이 낮아지도록 구성함으로써, 직류 송전 및 교류 송전의 양쪽에 의해 적합한 초전도 케이블로 할 수 있다.

외부 초전도층은, 초전도 도체층과 마찬가지로 초전도 재료로써, 절연층의 외주에 형성한다. 초전도 도체층의 형성에 이용한 것과 동일한 재료로써 형성하더라도 좋다. 이 외부 초전도층은, 접지 전위로 하여 둔다. 타입 2의 초전도 케이블을 이용하여 쌍극 송전을 행하는 경우, 통상, 정극 전류와 부극 전류는, 거의 같은 크기이며 서로 상쇄하므로, 중성선으로서 기능하는 외부 초전도층에는, 전압이 거의 걸리지 않는다. 그러나, 본 발명에서는, 정극과 부극에서 언밸런스가 발생했을 때의 언밸런스 전류를 흘리거나, 한쪽의 극에 이상이 발생하여 쌍극 송전에서 단극 송전으로 변경할 때, 송전 전류와 동등한 전류를 외부 도체층에 흘리므로(단극 송전의 귀로 선로로서 기능시킴), 외부 초전도층을 초전도 재료로써 형성한다. 외부 초전도층의 외주에는, 절연을 겸한 보호층을 마련하는 것이 바람직하다.

그밖에, 절연층의 내외주의 적어도 한쪽, 다시 말해, 초전도 도체층과 절연층의 사이나, 절연층과 외부 초전도층의 사이에 반도전층을 형성하더라도 좋다. 전자의 내부 반도전층, 후자의 외부 반도전층을 형성함으로써, 초전도 도체층과 절연층의 사이 혹은 절연층과 외부 초전도층의 사이에서의 밀착성을 높여, 부분 방전의 발생 등에 따르는 열화를 억제한다.

상기 2가닥의 케이블 코어와 꼬아 합치는 냉매관은, 양 코어 및 냉매관과 단열관으로 둘러싸이는 공간(냉매 유로)을 냉매의 왕로로 하는데 대하여, 냉매의 귀로(return)로서 이용한다. 이러한 냉매관은, 상기 제 2 코어에 구비하는 냉매관과 마찬가지로 냉매 온도에 있어서도 강도에 우수한 금속 재료로 이루어지며, 꼬아 합치는 것이 가능할 정도의 가요성을 갖는 것이 바람직하다. 특히, 냉매관은, 가요성에 우수한 형상인 것, 구체적으로는 금속 코러게이트관을 이용하는 것이 바람직하다. 코러게이트관은, 신축이 자유로우므로, 양 코어와 꼬아 합칠 때, 케이블 냉각시의 수축값이 되는 슬랙을 마련하지 않더라도, 관 자체의 신축성으로 열수축분의 흡수를 행할 수 있다. 즉, 냉매관으로서 코러게이트관을 이용하는 경우, 상기 슬랙을 마련하는 일 없이 코어와 꼬아 합치더라도, 케이블 냉각시의 수축에 대하여 충분히 대응할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 냉매 귀로로서 충분한 크기를 확보함과 함께, 2가닥의 케이블 코어와의 꼬아 합친 구조를 안정하게 형성할 수 있도록, 이 냉매관의 외경을 코어의 외경과 동등(같은 직경)하게 한다. 그리고, 이 타입 2의 초전도 케이블은, 상기 2가닥의 케이블 코어와 냉매관을 꼬아 합친 것을 상기 단열관 내에 수납하여 구성한다.

상기 냉매관으로서 금속제인 것을 이용하는 경우, 양 코어와 냉매관을 꼬아 합친 일체화물을 단열관(내관)에 수납할 때에 냉매관이 단열관과 접촉하여, 단열관이나 냉매관이 손상하거나, 금속 가루가 발생하여, 이 금속 가루가 냉매의 유통에 의해 케이블 단부에 흘러, 단부에서 전기적인 문제를 발생할 우려가 있다. 그래서, 냉매관의 외주에는, 단열관과의 접촉에 의한 문제를 방지할 수 있도록, 단열관과 접촉하지 않도록 하기 위한 보호층을 마련하더라도 좋다. 보호층은, 예컨대, 크래프트지를 감아 구성하는 것을 들 수 있다.

상기 구성을 구비하는 타입 2의 초전도 케이블은, 양 코어에 구비하는 초전도 도체층을 왕로 선로로 이용하고, 양 코어에 구비하는 외부 초전도층을 귀로 선로로 이용함으로써, 단극 송전을 행할 수 있다. 또한, 한쪽의 코어의 초전도 도체층을 정극 및 부극 중 어느 한 극의 송전에 이용하고, 다른 쪽의 코어의 초전도 도체층을 다른 극의 송전에 이용하고, 각 코어의 외부 초전도층을 중성선으로 이용함으로써, 쌍극 송전을 행할 수 있다. 또한, 쌍극 송전을 행하고 있을 때에 한쪽의 극에 이상이 발생한 경우, 예컨대, 그 극의 초전도 도체층이나 케이블에 접속되는 직교류 변환기 등에 이상이 발생하여, 한쪽의 극의 송전을 정지하는 경우, 이상이 발생하고 있지 않은 극의 코어를 이용하여, 단극 송전을 행할 수 있다. 이때, 이상이 발생하고 있지 않은 극의 코어의 초전도 도체층을 왕로 선로, 외부 초전도층을 귀로 선로로서 이용하면 좋다. 또, 단극 송전, 쌍극 송전의 어느 쪽의 송전의 경우도, 양 코어의 외부 초전도층은, 접지 전위로 하여 둔다.

또한, 타입 2의 본 발명의 초전도 케이블은, 직류 송전뿐만 아니라, 상술한 바와 같이 ε 그레이딩을 실시한 절연층을 마련함으로써, 교류 송전에도 적합하게 이용할 수 있다. 단상 교류 송전을 행하는 경우, 이 초전도 케이블을 1가닥 이용하고, 각 코어의 초전도 도체층을 상의 송전에, 각 코어의 외부 초전도층을 실드층으로서 이용하더라도 좋고, 1심의 코어의 초전도 도체층을 상의 송전에, 이 코어의 외부 초전도층을 실드층으로서 이용하고, 나머지 1심을 예비심으로 하여도 좋다. 한편, 3상 교류 송전을 행하는 경우, 이 초전도 케이블을 2가닥 또는 3가닥 준비하여, 코어 수의 합계가 3심 이상이 되도록 한다. 2가닥의 케이블을 이용하는 경우, 코어 수의 합계는, 4심이 되므로, 1심의 코어를 예비심으로 하고, 나머지 3심의 코어의 초전도 도체층을 각각의 상의 송전에 이용하고, 이들 초전도층의 외주에 마련된 외부 초전도층을 실드층으로서 이용하면 좋다. 3가닥의 케이블을 이용하는 경우, 각 케이블의 초전도 도체층을 각각의 상의 송전에 이용하고, 이들 초전도 도체층의 외주에 마련된 외부 초전도층을 실드층으로서 이용하면 좋다. 즉, 2심의 코어로 1상의 송전을 행하면 좋다.

(발명의 효과)

상기 구성을 구비하는 본 발명의 초전도 케이블은, 케이블 코어 1심당 초전도 재료의 사용량을 적게 하여 굴곡 강성을 작게 하거나, 초전도 재료를 이용하지 않는 부재(냉매관)를 이용하여 꼬아 합치기 쉽게 함으로써, 꼬아 합친 구조를 형성하기 쉽다고 하는 특유의 효과를 나타낸다.

특히, 상이한 2종류의 코어를 꼬아 합친 타입 1의 초전도 케이블에서, 냉매관을 내장하는 제 2 코어를 이용한 경우, 코어와 단열관으로 둘러싸이는 공간을 충분히 확보하면서, 냉매의 귀로를 가질 수 있다. 한편, 코어 2가닥과 냉매관을 꼬아 합친 타입 2의 초전도 케이블에서는, 1심의 코어 대신에 냉매관을 구비함으로써, 냉매의 귀로로서 최대 용적을 갖는 유로를 확보할 수 있다. 또한, 이 냉매관의 외주에 보호층을 마련함으로써, 냉매관이 단열관에 접촉하는 것을 방지하여, 이 접촉에 의한 냉매관이나 단열관의 손상이나 금속 가루의 생성 등을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 초전도 케이블에 구비하는 코어에서, ρ 그레이딩을 실시한 절연층으로 함으로써, 절연층의 두께 방향의 전체에 걸쳐 직류 전계 분포를 매끄럽게 하여, 직류 내전압 특성을 개선하고, 절연층의 두께를 감소할 수 있다. ρ 그레이딩에 덧붙여 도체로서 이용되는 초전도층의 근방이 고 ε이 되도록 절연층을 마련함으로써, 상술한 직류 내전압 특성의 향상에 덧붙여, Imp. 내압 특성도 향상할 수 있다. 특히, 절연층의 내주측일수록 고 ε으로 하고 외주측일수록 저 ε으로 함으로써, 본 발명의 초전도 케이블은, 교류의 전기 특성에도 우수한 케이블로 할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 초전도 케이블은, 직류 송전용, 교류 송전용의 각각에 적합하게 이용할 수 있을 뿐 아니라, 송전 방식을 교류와 직류의 사이에서 변경하는 과도기에서도 적합하게 이용할 수 있다.

도 1은 제 1 코어와 제 2 코어를 꼬아 합쳐 이루어지는 본 발명의 초전도 케이블을 이용하여 단극 송전용의 직류 송전 선로를 구축한 상태를 나타내는 개략 구성도,

도 2(a)는 제 1 코어와 제 2 코어를 꼬아 합쳐 이루어지는 본 발명의 초전도 케이블을 이용하여 쌍극 송전용의 직류 송전 선로를 구축한 상태를 나타내는 개략 구성도, 도 2(b)는 동 초전도 케이블에서, 한쪽의 제 1 코어의 제 1 초전도층 및 제 2 코어의 제 2 초전도층을 이용하여 단극 송전용의 직류 송전 선로를 구축한 상태를 나타내는 개략 구성도,

도 3은 제 1 코어와 제 2 코어를 꼬아 합쳐 이루어지는 본 발명의 초전도 케이블에서, 제 2 코어의 제 2 초전도층의 내측에 냉매관을 구비하는 예를 나타내는 단면 모식도,

도 4는 2가닥의 코어와 냉매관을 꼬아 합쳐 이루어지는 본 발명의 초전도 케이블을 이용하여 단극 송전용의 직류 송전 선로를 구축한 상태를 나타내는 개략 구성도,

도 5(a)는 2가닥의 코어와 냉매관을 꼬아 합쳐 이루어지는 본 발명의 초전도 케이블을 이용하여 쌍극 송전용의 직류 송전 선로를 구축한 상태를 나타내는 개략 구성도, 도 5(b)는 동 초전도 케이블에서, 한쪽의 코어의 초전도 도체층 및 외부 초전도층을 이용하여 단극 송전용의 직류 송전 선로를 구축한 상태를 나타내는 개략 구성도,

도 6은 2가닥의 코어와 냉매관을 꼬아 합쳐 이루어지는 본 발명의 초전도 케이블에서, 별도의 구성을 나타내는 단면 모식도이며, 냉매관의 외주에 보호층을 구비하는 예,

도 7은 3심 일괄형의 3상 교류용 초전도 케이블의 단면도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1, 40 : 초전도 케이블 2 : 제 1 코어

2a : 제 1 초전도층 3 : 제 2 코어

3a : 제 2 초전도층 4, 6, 9b : 절연층

5a : 포머 5b : 코어 부재

7 : 단열관 7a : 외관

7b : 내관 8 : 공간

9a : 냉매관

10a, 10b, 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b : 직교류 변환기

20∼25, 30∼35, 50∼57, 60∼67 : 리드

41 : 케이블 코어 42, 42a : 냉매관

42b : 보호층 43 : 포머

44: 초전도 도체층 45 : 절연층

46 : 외부 초전도층 47 : 보호층

100 : 3상 교류용 초전도 케이블 101 : 단열관

101a : 외관 101b : 내관

102 : 케이블 코어 103 : 공간

104 : 방식층 200 : 포머

201 : 초전도 도체층 202 : 절연층

203 : 초전도 실드층 204 : 보호층

이하, 본 발명의 실시예를 설명한다. 우선, 구성이 상이한 2종류의 코어를 꼬아 합친 타입 1의 본 발명의 초전도 케이블에 대하여 설명한다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 초전도 케이블을 이용하여 단극 송전용의 직류 송전 선로를 구축한 상태를 나타내는 개략 구성도이다. 이하, 도면에서 동일 부호는 동일물을 나타낸다. 이 초전도 케이블(1)은, 구성이 상이한 2종류의 케이블 코어(제 1 코어(2), 제 2 코어(3))를 꼬아 합쳐, 단열관(7) 내에 수납시킨 케이블이다. 구체적으로는, 제 1 코어(2)는, 절연층(4)의 내주측에 초전도 재료로 이루어지는 제 1 초전도층(2a)을 구비하고, 절연층(4)의 외주측에 초전도 재료로 이루어지는 층을 구비하고 있지 않다. 제 2 코어(3)는, 중심부측에 코어 부재(5b)를 구비하고, 이 코어 부재(5b)의 외주측에 초전도 재료로 이루어지는 제 2 초전도층(3a)을 구비하고, 코어 부재(5b)의 내주측에 초전도 재료로 이루어지는 층을 구비하고 있지 않다. 그리고, 제 2 초전도층(3a)의 내경을 제 1 초전도층(2a)의 외경보다 크게 하고 있다.

(제 1 코어(2))

본 예에서 제 1 초전도층(2a)은, Bi2223계 초전도 테이프선(Ag－Mn 시스선)을 이용하여, 포머(5a)의 외주에 이 테이프선을 다층으로 나선 형상으로 감아 구성했다. 포머(5a)는, 복수의 동선을 꼬아 합친 것을 이용하고, 포머(5a)와 제 1 초전도층(2a)의 사이에는, 절연지에 의해 쿠션층(도시하지 않음)을 형성했다. 제 1 초전도층(2a)의 외주에는, 절연층(4)을 마련하고 있다. 절연층(4)은, 제 1 초전도층(2a)과 대지 사이의 절연에 필요한 절연 강도를 갖도록, 반합성 절연지(PPLP : 스미토모 전기 공업 주식회사 등록 상표)를 감아 구성했다. 본 예에서는, 이러한 제 1 코어(2)를 2가닥 준비했다. 또한, 어느 쪽의 제 1 코어(2)도 같은 직경으로 했다.

(제 2 코어(3))

본 예에서 제 2 코어(3)는, 1가닥(1심)으로 하고, 그 외경이 상기 제 1 코어(2)의 외경과 같은 직경이 되도록 형성했다. 우선, 코어 부재(5b)를 형성했다. 본 예에서는 동선을 꼬아 합친 내측 코어 부재(도시하지 않음)의 외주에, 반합성 절연지(PPLP : 스미토모 전기 공업 주식회사 등록 상표)를 감아 코어 부재(5b)를 구성했다. 이 코어 부재(5b)의 외주에 제 2 초전도층(3a)을 마련하고 있다. 제 2 초전도층(3a)은, 상기 제 1 코어(2)의 제 1 초전도층(2a)과 동일한 초전도 재료(Bi2223계 초전도 테이프선(Ag－Mn 시스선))를 이용하여, 마찬가지로 다층으로 나선 형상으로 감아 구성했다. 제 2 초전도층(3a)의 형성에 이용한 테이프선의 양은, 상기 2가닥의 제 1 코어(2)의 제 1 초전도층(2a)을 구성하는데 이용한 테이프선의 양과 같은 양으로 했다. 그리고, 제 2 코어(3)에서 코어 부재(5b)의 크기를 조정하고, 제 1 코어(2)의 제 1 초전도층(2a)의 외경(절연층(4)의 내경)보다, 제 2 코어(3)의 제 2 초전도층(3a)의 내경(코어 부재(5b)의 외경)이 커지도록 했다. 이 때문에, 초전도 테이프선을 감아 붙이는 수(층 수)를 과도하게 많게 하는 일 없이 제 2 초전도층(3a)을 형성할 수 있어, 제 2 코어(3)의 굴곡 강성이 과도하게 커지는 일이 없었다. 그리고, 이 제 2 초전도층(3a)의 외주에 절연층(6)을 마련했다. 절연층(6)은, 제 2 초전도층(3a)과 대지 사이의 절연에 필요한 절연 강도를 갖도록, 크래프트지를 감아 형성했다.

(초전도 케이블(1))

초전도 케이블(1)은, 초전도 재료로 이루어지는 층으로서 제 1 초전도층(2a)만을 갖는 제 1 코어(2)와, 초전도 재료로 이루어지는 층으로서 제 2 초전도층(3a)만을 갖는 제 2 코어(3)를 꼬아 합쳐, 단열관(7)에 수납하여 구성하고 있다. 본 예에서 이들 3가닥의 코어(2), 코어(3)는, 냉매에 의해 냉각되어 열수축을 발생했을 때, 그 수축값을 갖도록 슬랙을 갖게 하여 꼬아 합쳤다. 구체적으로는, 제 1 코어(2) 사이, 제 1 코어(2)와 제 2 코어(3) 사이에 각각 스페이서(도시하지 않음) 를 개재시켜 꼬아 합쳐, 단열관(7)에 수납할 때(단열관(7)을 형성할 때)에 스페이서를 제거함으로써, 슬랙을 갖게 한 상태로 단열관(7)에 수납되도록 했다. 본 예에서 스페이서는, 단면 직사각형 형상의 5㎜ 두께의 펠트를 이용했다. 또한, 본 예에서 단열관(7)은, SUS 코러게이트관을 이용하여, 도 7에 나타내는 종래의 초전도 케이블과 마찬가지로, 외관(7a)과 내관(7b)으로 이루어지는 2중관의 사이에 단열재(도시하지 않음)를 다층으로 배치하고, 또한 2중관 내를 진공 흡입한 진공 다층 단열 구성으로 했다. 내관(7b)과 3심의 코어(2), 코어(3)로 둘러싸이는 공간(8)이 액체질소 등의 냉매의 유로가 된다. 단열관(7)의 외주에는, 폴리염화비닐로 방식층(도시하지 않음)을 형성했다.

상기 구성을 구비하는 본 발명의 초전도 케이블(1)은, 직류 송전, 구체적으로는 쌍극 송전, 단극 송전 중 어디라도 이용할 수 있다. 우선, 단극 송전을 행하는 경우를 설명한다. 단극 송전을 행하기 위해서는, 도 1에 나타내는 것 같은 송전 선로를 구축하면 좋다. 구체적으로는, 한쪽의 제 1 코어(2)에 구비하는 제 1 초전도층(2a)의 한쪽 단측에, 교류 계통(도시하지 않음)에 접속되는 직교류 변환기(10a)가 리드(20), 리드(21)를 거쳐 접속되고, 동 제 1 초전도층(2a)의 다른 단측에, 교류 계통(도시하지 않음)에 접속되는 직교류 변환기(10b)가 리드(22)를 거쳐 접속된다. 또한, 다른 쪽의 제 1 코어(2)에 구비하는 제 1 초전도층(2a)의 한쪽 단측에, 직교류 변환기(10a)가 리드(23), 리드(21)를 거쳐 접속되고, 동 제 1 초전도층(2a)의 다른 단측에, 직교류 변환기(10b)가 리드(22)를 거쳐 접속된다. 제 2 코어(3)에 구비하는 제 2 초전도층(3a)의 한쪽 단측에는, 직교류 변환기(10a) 가 리드(24)를 거쳐 접속되고, 동 제 2 초전도층(3a)의 다른 단측에, 직교류 변환기(10b)가 리드(25)를 거쳐 접속된다. 그리고, 리드(24)를 접지하고 있다. 이 접지에 의해, 제 2 초전도층(3a)은 접지 전위가 된다. 또, 본 예에서는 한쪽 끝을 접지로 했지만, 리드(25)도 접지하여 양쪽을 접지로 하여도 좋다. 리드(20∼25)는, 초전도층(2a, 3a)과 직교류 변환기(10a, 10b)를 전기적으로 접속하는 것이다.

상기 구성을 구비하는 직류 송전 선로에서는, 2심의 제 1 코어(2)에 구비하는 제 1 초전도층(2a)에 단극의 전류를 흘려 왕로 선로로서 이용하고, 제 2 코어(3)에 구비하는 제 2 초전도층(3a)에 귀로 전류를 흘려 귀로 선로로서 이용함으로써 단극 송전을 행할 수 있다. 또한, 이 초전도 케이블(1)은, 슬랙을 취하여 3가닥의 코어를 꼬아 합쳐져 있으므로, 이 슬랙에 의해, 냉각시, 코어의 열수축분을 흡수할 수 있다. 또한, 이 초전도 케이블(1)은, 초전도 재료로 이루어지는 층(초전도 도체 및 외부 초전도층)을 2층 구비하는 케이블 코어를 3가닥 꼬아 합친 종래의 초전도 케이블과 비교하여, 코어 1가닥당 초전도 재료의 사용량이 적다. 이 때문에, 코어의 굴곡 강성이 작고, 꼬아 합친 구조를 형성하기 쉽다.

(실시예 2)

다음으로, 쌍극 송전을 행하는 경우를 설명한다. 도 2(a)는 본 발명의 초전도 케이블을 이용하여 쌍극 송전용의 직류 송전 선로를 구축한 상태를 나타내는 개략 구성도, 도 2(b)는 2심의 제 1 코어 중 한쪽의 제 1 코어와 제 2 코어를 이용하여 단극 송전을 행하는 직류 송전 선로를 구축한 상태를 나타내는 개략 구성도이 다. 실시예 1에서 이용한 초전도 케이블(1)은, 쌍극 송전에도 이용할 수 있다. 쌍극 송전을 행하기 위해서는, 도 2(a)에 나타내는 것 같은 송전 선로를 구축하면 좋다. 구체적으로는, 2심의 제 1 코어 중 한쪽의 제 1 코어(2)(도 2(a)에서 상측의 제 1 코어(2))에 구비하는 제 1 초전도층(2a)의 한쪽 단측에, 교류 계통(도시하지 않음)에 접속되는 직교류 변환기(11a)가 리드(30)를 거쳐 접속되고, 동 제 1 초전도층(2a)의 다른 단측에, 교류 계통(도시하지 않음)에 접속되는 직교류 변환기(11b)가 리드(31)를 거쳐 접속된다. 다른 쪽의 제 1 코어(2)(도 2(a)에서 좌측의 제 1 코어(2))에 구비하는 제 1 초전도층(2a)의 한쪽 단측에, 교류 계통(도시하지 않음)에 접속되는 직교류 변환기(12a)가 리드(32)를 거쳐 접속되고, 동 제 1 초전도층(2a)의 다른 단측에, 교류 계통(도시하지 않음)에 접속되는 직교류 변환기(12b)가 리드(33)를 거쳐 접속된다. 제 2 코어(3)에 구비하는 제 2 초전도층(3a)의 한쪽 단측에 리드(34)를 거쳐 직교류 변환기(11a, 12a)가 접속되고, 동 제 2 초전도층(3a)의 다른 단측에, 리드(35)를 거쳐 직교류 변환기(11b, 12b)가 접속된다. 그리고, 리드(34)를 접지하고 있다. 이 접지에 의해, 제 2 초전도층(3a)은 접지 전위가 된다. 본 예에서는, 리드(34)만 접지하여 한쪽 접지로 했지만, 리드(35)도 접지하여 양쪽 접지로 하여도 좋다. 또, 리드(30∼35)는, 초전도층(2a, 3a)과 직교류 변환기(11a, 11b, 12a, 12b)를 전기적으로 접속하는 것이다.

상기 구성에 의해, 직교류 변환기(11b), 리드(31), 도 2(a)에서 상측의 제 1 코어(2)의 제 1 초전도층(2a), 리드(30), 직교류 변환기(11a), 리드(34), 제 2 코어(3)의 제 2 초전도층(3a), 리드(35)라고 하는 정극 회로가 구축된다. 또한, 직 교류 변환기(12b), 리드(33), 도 2(a)에서 좌측의 제 1 코어(2)의 제 1 초전도층(2a), 리드(32), 직교류 변환기(12a), 리드(34), 제 2 코어(3)의 제 2 초전도층(3a), 리드(35)라고 하는 부극 회로가 구축된다. 이들 정극 회로, 부극 회로에 의해 쌍극 송전을 행할 수 있다. 이때, 제 2 코어(3)의 제 2 초전도층(3a)은, 중성선으로서 이용됨과 함께, 정부극의 언밸런스 전류나 이상 전류를 흘리는데 이용된다. 또, 본 예에서는, 도 2(a)에서 상측의 제 1 코어(2)를 정극, 좌측의 제 1 코어(2)를 부극으로 이용했지만 물론 역이라도 좋다.

한편, 어느 한 극의 제 1 초전도층이나 직교류 변환기에 이상이 발생하여, 그 극의 송전을 정지했을 때, 이상을 발생하고 있지 않은 극의 제 1 초전도층을 이용하여 단극 송전을 행할 수 있다. 예컨대, 도 2(a)에서 좌측의 제 1 코어(2)나 직교류 변환기(12a, 12b) 등에 이상이 발생한 경우, 즉, 부극에 이상이 발생한 경우, 도 2(a)에서 좌측의 제 1 코어(2)를 이용한 송전을 정지한다. 이때, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 한쪽의 제 1 코어(2)(도 2에서 상측의 제 1 코어(2))를 이용한 단극 송전용의 송전 선로가 구축되어, 이 제 1 코어(2)의 제 1 초전도층(2a)을 왕로 선로, 제 2 코어(3)의 제 2 초전도층(3a)을 귀로 선로로 하여 단극 송전을 행할 수 있다. 또, 본 예에서는, 부극에 이상이 발생한 경우를 설명했지만, 정극에 이상이 발생한 경우도 마찬가지이다. 이때, 다른 쪽의 제 1 코어(2)(도 2에서 좌측의 제 1 코어(2))의 제 1 초전도층(2a)을 왕로 선로, 제 2 코어(3)의 제 2 초전도층(3a)을 귀로 선로로 하여 단극 송전을 행하면 좋다.

상기한 바와 같이 본 발명의 초전도 케이블은, 쌍극 송전 및 단극 송전의 양 쪽을 행할 수 있다.

상기한 바와 같이 직류 송전을 행하는 경우, 제 1 코어(1)의 절연층(4), 제 2 코어(2)의 절연층(6)에서 내주측의 저항률이 낮고, 외주측의 저항률이 높아지도록 ρ 그레이딩을 실시하면, 절연층의 두께 방향의 직류 전계 분포를 매끄럽게 할 수 있다. 저항률은, 비율 k가 상이한 PPLP(등록 상표)를 이용함으로써 변화시킬 수 있고, 비율 k가 커지면 저항률이 높아지는 경향이 있다. 또한, 절연층(4)에서 제 1 초전도층(2a)의 근방에 고 ε층을 마련하면, 직류 내전압 특성의 향상에 덧붙여, Imp. 내압 특성도 향상시킬 수 있다. 고 ε층은, 예컨대, 비율 k가 작은 PPLP(등록 상표)를 이용하여 형성하는 것을 들 수 있다. 이때, 고 ε층은, 저 ρ층으로도 된다. 또한, 상기 ρ 그레이딩에 덧붙여, 내주측일수록 유전률 ε이 높고, 외주측일수록 유전률 ε이 낮아지도록 절연층(4, 6)을 형성하면, 교류 특성에도 우수하다. 따라서, 상기 초전도 케이블(1)을 교류 송전에도 적합하게 이용할 수 있다. 예컨대, 이하와 같이 비율 k가 상이한 PPLP(등록 상표)를 이용하여, 저항률 및 유전률이 3단계로 상이하도록 절연층을 마련하는 것을 들 수 있다. 이하의 3층은, 내주측으로부터 순서대로 구비하면 좋다(X, Y는 상수).

저 ρ층 : 비율 k＝60％, 저항률 ρ(20℃)＝XΩㆍ㎝, 유전률 ε＝Y

중 ρ층 : 비율 k＝70％, 저항률 ρ(20℃)＝약 1.2XΩㆍ㎝, 유전률 ε＝약 0.95Y

고 ρ층 : 비율 k＝80％, 저항률 ρ(20℃)＝약 1.4XΩㆍ㎝, 유전률 ε＝약 0.9Y

초전도 케이블(1)을 이용하여 3상 교류 송전을 행하는 경우, 각 코어(2, 3)의 초전도층(2a, 3a)을 각각 상의 송전에 이용하면 좋다. 초전도 케이블(1)을 이용하여 단상 교류 송전을 행하는 경우, 각 코어(2, 3)의 초전도층(2a, 3a)을 같은 상의 송전에 이용하면 좋다. 또, 각 코어(2, 3)는 모두 실드로서 기능시키는 초전도층을 갖고 있지 않으므로, 초전도 케이블(1)을 이용하여 교류 송전을 행하는 경우, 저압 송전으로 하는 것이 바람직하다.

초전도 케이블(1)은, 상기 교류 송전을 행한 후, 상술한 단극 송전이나 쌍극 송전이라고 하는 직류 송전을 행하는 것도 가능하다. 이와 같이 ρ 그레이딩이나 ε 그레이딩을 실시한 절연층을 구비하는 본 발명의 초전도 케이블에서는, 직류 교류 양용 케이블로서 적합하게 이용할 수 있다. 이들 ρ 그레이딩, ε 그레이딩에 관한 사항은, 후술하는 실시예 3에 대해서도 마찬가지이다.

(실시예 3)

상기 실시예 1, 2에서는, 제 2 코어의 코어 부재로서, 꼬인 동선을 이용한 구성에 대하여 설명했지만, 코어 부재로서 냉매관을 이용하여도 좋다. 도 3은 제 2 코어의 제 2 초전도층의 내측에 냉매관을 구비하는 본 발명의 초전도 케이블의 단면 모식도이다. 본 예에 나타내는 제 2 코어(3)는, 기본적 구성은 실시예 1, 2에 나타낸 것과 마찬가지이며, 코어 부재(5b)의 내측 코어 부재로서 냉매관(9a)을 구비하는 점이 다르다. 이하, 이 점을 중심으로 설명한다.

본 예에서 냉매관(9a)은, SUS 코러게이트관을 이용하고 있으며, 이 냉매 관(9a)의 외주에 반합성 절연지를 감아 붙여 절연층(9b)을 형성했다. 특히 본 예에서는, 제 2 초전도층(3a)에 대하여 균일한 절연 두께를 갖도록, 코러게이트관의 요철을 평평하게 하도록 반합성 절연지를 감아 붙여, 절연층(9b)의 외주면이 매끄럽게 되도록 절연층(9b)을 마련했다. 절연층(9b)의 외주에는, 실시예 1과 같이 하여 제 2 초전도층(3a), 이어서 절연층(6)을 마련하고, 제 2 코어(3)의 외경이 제 1 코어(2)의 외경과 같은 직경이 되도록 했다.

상기 냉매관(9a)을 구비하는 제 2 코어(3)를 이용함으로써, 내관(7b)과 3심의 코어(2, 3)로 둘러싸이는 공간(8)을 액체질소 등의 냉매의 왕로로 하고, 냉매관(9a)을 냉매의 귀로(return)로서 이용할 수 있다. 특히, 냉매관(9a)을 제 2 코어(3) 내에 구비하므로, 냉매관(9a)을 제 2 코어(3)의 외부인 공간(8) 내에 마련하는 경우와 비교해서, 공간(8)의 체적을 감소시키는 일 없이, 냉매의 귀로를 구비할 수 있다. 또한, 본 예에서는, 냉매관(9a)으로서 가요성에 우수한 코러게이트관을 이용함으로써, 제 1 코어(2)와 꼬아 합치는 것을 행하기 쉽고, 또한, 케이블 냉각시에 냉매관(9a) 자체가 용이하게 수축할 수 있다. 이와 같이 제 2 초전도층(3a)의 내측에 마련하는 코어 부재(5b)는, 상이한 재료(본 예에서는 냉매관(9a)과 절연층(9b))로써 형성하더라도 좋다.

다음으로, 케이블 코어 2가닥과 냉매관을 꼬아 합친 타입 2의 본 발명의 초전도 케이블에 대하여 설명한다.

(실시예 4)

도 4는 본 발명의 초전도 케이블을 이용하여 단극 송전용의 직류 송전 선로를 구축한 상태를 나타내는 개략 구성도이다. 또, 도 4 및 후술하는 도 5에서 냉매 순환로는 생략하고 있다. 초전도 케이블(40)은, 초전도 재료로 이루어지는 초전도 도체층(44) 및 외부 초전도층(46)을 동축 형상으로 구비하는 2가닥의 케이블 코어(41)와, 1가닥의 냉매관(42)을 꼬아 합쳐, 단열관(7) 내에 수납시킨 케이블이다. 각 케이블 코어(41)는, 중심으로부터 순서대로 포머(43), 초전도 도체층(44), 절연층(45), 외부 초전도층(46), 보호층(47)을 구비한다.

(케이블 코어(41))

본 예에서 초전도 도체층(44) 및 외부 초전도층(46)은, Bi2223계 초전도 테이프선(Ag－Mn 시스선)으로써 형성했다. 초전도 도체층(44)은 포머(43)의 외주에, 외부 초전도층(46)은 절연층(45)의 외주에 각각, 상기 초전도 테이프선을 나선 형상으로 다층으로 감아 구성했다. 포머(43)는, 복수의 동선을 꼬아 합친 것을 이용하고, 포머(43)와 초전도 도체층(44)의 사이에는, 절연지에 의해 쿠션층(도시하지 않음)을 형성했다. 절연층(45)은, 초전도 도체층(44)의 외주에 반합성 절연지(PPLP : 스미토모 전기 공업 주식회사 등록 상표)를 감아 구성했다. 이 절연층(45)은, 초전도 도체층(44)과 대지 사이의 절연에 필요한 절연 강도를 갖도록 마련했다. 보호층(47)은, 외부 초전도층(46)의 외주에 크래프트지를 감아 마련했다. 이러한 케이블 코어(41)를 2가닥 준비했다. 또한, 어느 쪽의 코어(41)의 외경이라도 같은 직경이다.

(냉매관(42))

상기 2가닥의 케이블 코어(41)와 꼬아 합치는 냉매관(42)으로서, 본 예에서는, 코어(41)의 외경과 같은 직경의 외경을 갖는 SUS 코러게이트관을 이용했다.

(초전도 케이블(40))

초전도 케이블(40)은, 상기 초전도 도체층(44) 및 외부 초전도층(46)을 구비하는 2가닥의 케이블 코어(41)와 냉매관(42)을 꼬아 합쳐, 단열관(7) 내에 수납하여 구성하고 있다. 2가닥의 코어(41)는, 냉매에 의해 냉각되었을 때, 열수축에 필요한 수축값을 갖도록 슬랙을 갖게 하여 꼬아 합쳤다. 슬랙은, 실시예 1과 마찬가지로 코어(41) 사이에 스페이서(5㎜ 두께의 펠트)를 배치하여 꼬아 합쳐, 단열관(7)에 수납할 때에 스페이서를 제거함으로써 형성했다. 냉매관(42)은, 신축 가능한 코러게이트관을 이용하고 있으므로, 특별히 슬랙을 갖게 하는 일 없이 코어(41)와 꼬아 합쳐도, 충분한 수축값을 확보할 수 있다. 본 예에서 단열관(7)은, SUS 코러게이트관을 이용하고, 도 7에 나타내는 종래의 초전도 케이블과 마찬가지로, 외관(7a)과 내관(7b)으로 이루어지는 2중관의 사이에 단열재(도시하지 않음)를 다층으로 배치하고, 또한 2중관 내를 진공 흡입한 진공 다층 단열 구성으로 했다. 내관(7b)과 2심의 케이블 코어(41) 및 냉매관(42)으로 둘러싸이는 공간(8)이 액체질소 등의 냉매의 왕로가 되며, 냉매관(42)이 냉매의 귀로가 된다. 또한, 단열관(7)의 외주에는, 폴리염화비닐로 방식층(도시하지 않음)을 형성했다.

상기 구성을 구비하는 본 발명의 초전도 케이블(40)은, 직류 송전, 구체적으로는 쌍극 송전, 단극 송전 중 어디라도 이용할 수 있다. 우선, 단극 송전을 행하 는 경우를 설명한다. 단극 송전을 행하기 위해서는, 도 4에 나타내는 바와 같은 송전 선로를 구축하면 좋다. 구체적으로는, 도 4에서 우측의 코어(41)에 구비하는 초전도 도체층(44)의 한쪽 단측에, 교류 계통(도시하지 않음)에 접속되는 직교류 변환기(13a)가 리드(50), 리드(51)를 거쳐 접속되고, 동 초전도 도체층(44)의 다른 단측에, 교류 계통(도시하지 않음)에 접속되는 직교류 변환기(13b)가 리드(52)를 거쳐 접속된다. 도 4에서 좌측의 코어(41)에 구비하는 초전도 도체층(44)의 한쪽 단측에는, 마찬가지로 직교류 변환기(13a)가 리드(53), 리드(51)를 거쳐 접속되고, 동 초전도 도체층(44)의 다른 단측에, 직교류 변환기(13b)가 리드(52)를 거쳐 접속된다. 양 코어(41)의 외부 초전도층(46)은, 리드(54), 리드(55), 리드(56)를 거쳐 직교류 변환기(13a)에 접속되고, 리드(57)를 거쳐 직교류 변환기(13b)에 접속된다. 그리고, 본 예에서는, 리드(56)를 접지하고 있다. 이 접지에 의해, 외부 초전도층(46)은 접지 전위가 된다. 또, 본 예에서는 한쪽 접지로 했지만, 리드(57)도 접지하여 양쪽 접지로 하여도 좋다. 또한, 리드(50∼57)는, 초전도 도체층(44)이나 외부 초전도층(46)과 직교류 변환기(13a, 13b)를 전기적으로 접속하는 것이다.

상기 구성을 구비하는 직류 송전 선로에서는, 양 코어(41)에 구비하는 초전도 도체층(44)에 단극의 전류를 흘려 왕로 선로로서 이용하고, 양 코어(41)에 구비하는 외부 초전도층(46)에 귀로 전류를 흘려 귀로 선로로서 이용함으로써 단극 송전을 행할 수 있다. 또한, 이 초전도 케이블(40)은, 2가닥의 케이블 코어(41)에 슬랙을 갖게 하고 또한, 신축 가능한 코러게이트관으로 이루어지는 냉매관(42)을 꼬아 합쳐져 있으므로, 이 슬랙 및 신축 기능에 의해, 냉각시, 열수축분을 흡수할 수 있다. 또한, 이 초전도 케이블(40)은, 초전도 재료로 이루어지는 초전도 도체층 및 외부 초전도층을 구비하는 3가닥의 코어를 꼬아 합친 초전도 케이블과 비교하여, 1심의 코어 대신에 냉매관(42)을 구비한 구성이므로, 공간(8)의 체적을 감소시키는 일 없이 냉매의 귀로(return)를 가질 수 있다. 특히, 냉매관(42)의 외경이 케이블 코어(41)의 외경과 같은 직경이므로, 이 케이블(40)은, 최대 용적의 냉매 귀로를 가질 수 있다. 또한, 이 케이블(40)은, 3심으로 꼬아 합친 구조의 케이블의 케이블 직경과 같은 직경으로 할 수 있으므로, 케이블 직경을 크게 하지 않는다.

(실시예 5)

다음으로, 쌍극 송전을 행하는 경우를 설명한다. 도 5(a)는 본 발명의 초전도 케이블을 이용하여 쌍극 송전용의 직류 송전 선로를 구축한 상태를 나타내는 개략 구성도, 도 5(b)는 한쪽의 코어의 초전도 도체층 및 외부 초전도층을 이용하여 단극 송전을 행하는 직류 송전 선로를 구축한 상태를 나타내는 개략 구성도이다. 실시예 4에서 이용한 초전도 케이블(40)은, 쌍극 송전에도 이용할 수 있다. 쌍극 송전을 행하기 위해서는, 도 5(a)에 나타내는 바와 같은 송전 선로를 구축하면 좋다. 구체적으로는, 한쪽의 코어(41)(도 5(a)에서 우측의 코어(41))에 구비하는 초전도 도체층(44)의 한쪽 단측에, 교류 계통(도시하지 않음)에 접속되는 직교류 변환기(14a)가 리드(60)를 거쳐 접속되고, 동 초전도 도체층(44)의 다른 단측에, 교류 계통(도시하지 않음)에 접속되는 직교류 변환기(14b)가 리드(61)를 거쳐 접속된 다. 또한, 이 코어(41)에 구비하는 외부 초전도층(46)의 한쪽 단측에 직교류 변환기(14a)가 리드(62), 리드(63)를 거쳐 접속되고, 동 외부 초전도층(46)의 다른 단측에, 직교류 변환기(14b)가 리드(64)를 거쳐 접속된다. 다른 쪽의 코어(41)(도 5(a)에서 좌측의 코어(41))에 구비하는 초전도 도체층(44)의 한쪽 단측에, 교류 계통(도시하지 않음)에 접속되는 직교류 변환기(15a)가 리드(65)를 거쳐 접속되고, 동 초전도 도체층(44)의 다른 단측에, 교류 계통(도시하지 않음)에 접속되는 직교류 변환기(15b)가 리드(66)를 거쳐 접속된다. 또한, 이 코어(41)에 구비하는 외부 초전도층(46)의 한쪽 단측에 직교류 변환기(15a)가 리드(67), 리드(63)를 거쳐 접속되고, 동 외부 초전도층(46)의 다른 단측에, 직교류 변환기(15b)가 리드(64)를 거쳐 접속된다. 그리고, 리드(63)를 접지하고 있다. 이 접지에 의해, 양 코어(41)의 외부 초전도층(46)은 접지 전위가 된다. 본 예에서는, 리드(63)만 접지하여 한쪽 접지로 했지만, 리드(64)도 접지하여 양쪽 접지로 하여도 좋다. 또, 리드(60∼67)는, 초전도 도체층(44)이나 외부 초전도층(46)과 직교류 변환기(14a, 14b, 15a, 15b)를 전기적으로 접속하는 것이다.

상기 구성에 의해, 직교류 변환기(14b), 리드(61), 도 5(a)에서 우측의 코어(41)의 초전도 도체층(44), 리드(60), 직교류 변환기(14a), 리드(63), 리드(62), 우측의 코어(41)의 외부 초전도층(46), 리드(64)라고 하는 정극 회로가 구축된다. 또한, 직교류 변환기(15b), 리드(66), 도 5(a)에서 좌측의 코어(41)의 초전도 도체층(44), 리드(65), 직교류 변환기(15a), 리드(63), 리드(67), 좌측의 코어(41)의 외부 초전도층(46), 리드(64)라고 하는 부극 회로가 구축된다. 이들 정극 회로, 부극 회로에 의해 쌍극 송전을 행할 수 있다. 이때, 양 코어(41)의 외부 초전도층(46)은, 중성선으로서 이용됨과 함께, 정부극의 언밸런스 전류나 이상 전류를 흘리는데 이용된다. 또, 본 예에서는, 도 5(a)에서 우측의 코어를 정극, 좌측의 코어를 부극으로 이용했지만 물론 역이라도 좋다.

한편, 어느 한 극의 초전도 도체층이나 직교류 변환기에 이상이 발생하여, 그 극의 초전도 도체층에 의한 송전을 정지했을 때, 이상을 발생하고 있지 않은 극의 초전도 도체층 및 외부 초전도층을 이용하여 단극 송전을 행할 수 있다. 예컨대, 도 5(a)에서 좌측의 코어(41)나 직교류 변환기(15a, 15b) 등에 이상이 발생한 경우, 즉, 부극에 이상이 발생한 경우, 도 5(a)에서 좌측의 코어(41)를 이용한 송전을 정지한다. 이때, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 한쪽의 코어(41)(도 5에서 우측의 코어(41))를 이용한 단극 송전용의 송전 선로가 구축되어, 이 코어(41)의 초전도 도체층(44)을 왕로 선로, 외부 초전도층(46)을 귀로 선로로 하여 단극 송전을 행할 수 있다. 또, 본 예에서는, 부극에 이상이 발생한 경우를 설명했지만, 정극에 이상이 발생한 경우도 마찬가지이다. 이때, 다른 쪽의 코어(41)(도 5에서 좌측의 코어(41))의 초전도 도체층(44)을 왕로 선로, 외부 초전도층(46)을 귀로 선로로 하여 단극 송전을 행하면 좋다.

상기한 바와 같이 본 발명의 초전도 케이블은, 쌍극 송전 및 단극 송전의 양쪽을 행할 수 있다. 특히, 1가닥의 케이블에 구비하는 케이블 코어 수를 2심으로 하고, 1심을 냉매관으로 했으므로, 3심의 케이블 코어를 구비하는 구성과 비교하여, 케이블 전체적으로 초전도 재료의 사용량을 저감하고, 꼬아 합친 구조를 보다 간단히 형성할 수 있다.

상기한 바와 같이 직류 송전을 행하는 경우, 코어(41)의 절연층(45)도 상술한 실시예 2와 같이 ρ 그레이딩을 실시하여, 절연층의 두께 방향의 직류 전계 분포를 매끄럽게 하더라도 좋고, 절연층(45)에서 초전도 도체층(44)의 근방에 고 ε층을 마련하여, 직류 내전압 특성 및 Imp. 내압 특성을 향상시키더라도 좋다. 또한, 절연층(45)에서 상기 ρ 그레이딩에 덧붙여, 상술한 실시예 2와 같이 ε 그레이딩을 실시하여, 교류 특성에도 우수하도록 하여, 직류 송전뿐만 아니라, 초전도 케이블(40)을 교류 송전에도 적합하게 이용할 수 있도록 하더라도 좋다. 예컨대, 이하와 같이 비율 k가 상이한 PPLP(등록 상표)를 이용하여, 저항률 및 유전률이 3단계로 상이하도록 절연층을 마련하는 것을 들 수 있다. 이하의 3층은, 내주측으로부터 순서대로 구비하면 좋다(X, Y는 상수).

저 ρ층 : 비율 k＝60％, 저항률 ρ(20℃)＝XΩㆍ㎝, 유전률 ε＝Y

중 ρ층 : 비율 k＝70％, 저항률 ρ(20℃)＝약 1.2XΩㆍ㎝, 유전률 ε＝약 0.95Y

고 ρ층 : 비율 k＝80％, 저항률 ρ(20℃)＝약 1.4XΩㆍ㎝, 유전률 ε＝약 0.9Y

초전도 케이블(40)을 이용하여 3상 교류 송전을 행하는 경우, 초전도 케이블(40)을 2가닥 또는 3가닥을 준비하여 행하면 좋다. 2가닥의 케이블(40)을 이용하는 경우, 2가닥의 케이블(40)에 구비하는 4심의 코어(41) 중, 1심의 코어(41)를 예비심으로 하고, 나머지 3심의 코어(41)의 초전도 도체층(44)을 각각 상의 송전에 이용하고, 이들의 코어(41)의 외부 초전도층(46)을 실드층으로서 이용하면 좋다. 3가닥의 케이블(40)을 이용하는 경우, 각 케이블(40)을 각각 상의 송전에 이용한다. 즉, 각 케이블(40)에 구비하는 2심의 코어(41)로 1상의 송전을 행한다. 이때, 각 케이블(40)에 구비하는 2심의 코어(41)의 초전도 도체층(44)을 상의 송전에 이용하고, 이들 초전도 도체층(44)의 외주에 구비하는 외부 초전도층(46)을 실드층으로서 이용한다. 초전도 케이블(40)을 이용하여 단상 교류 송전을 행하는 경우, 초전도 케이블(1)을 1가닥 준비하고, 각 코어(41)의 초전도 도체층(44)을 같은 상의 송전에 이용하고, 이들 초전도 도체층(44)의 외주에 구비하는 외부 초전도층(46)을 실드층으로서 이용하면 좋다.

초전도 케이블(40)은, 상기 교류 송전을 행한 후, 상술한 단극 송전이나 쌍극 송전이라고 하는 직류 송전을 행하는 것도 가능하다. 이와 같이 ρ 그레이딩이나 ε 그레이딩을 실시한 절연층을 구비하는 본 발명의 초전도 케이블에서는, 직류 교류 양용 케이블로서 적합하게 이용할 수 있다. 이들 ρ 그레이딩, ε 그레이딩에 관한 사항은, 후술하는 실시예 6에 대해서도 마찬가지이다.

다음으로, 케이블 코어 2가닥과 냉매관을 꼬아 합쳐 이루어지는 본 발명의 초전도 케이블에서, 별도의 구성을 설명한다. 도 6은 냉매관의 외주에 보호층을 구비하는 예를 나타내는 단면 모식도이다.

(실시예 6)

실시예 4, 5에 나타내는 구조에서는, 2가닥의 케이블 코어(41)와 냉매관(42) 을 꼬아 합쳐 단열관(도 4, 5 참조)에 삽입할 때, 냉매관(42)의 외주면과 단열관(내관)의 내주면이 접촉하여, 금속 가루가 발생하거나, 냉매관(42)이나 단열관이 손상할 우려가 있다. 그래서, 도 6에 나타내는 바와 같이 냉매관(42a)의 외주에, 냉매관(42a)과 단열관의 접촉을 방지하는 보호층(42b)을 마련하더라도 좋다. 본 예에서 보호층(42b)은, 크래프트지를 감아 형성했다. 또한, 본 예에서는, 보호층(42b)을 마련한 상태로 케이블 코어(41)의 외경과 같은 직경이 되도록 냉매관(42a)의 직경을 선택했다. 이 구성에 의해, 냉매관(42a)과 단열관이 접촉하는 일이 없고, 접촉에 의한 불량을 방지할 수 있다.

본 발명의 초전도 케이블은, 전력 송전을 행하는 선로에 이용하는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명의 초전도 케이블은, 직류의 전력 수송 수단 외에, 송전 방식을 교류에서 직류로 이행하는 과도기에서, 교류를 송전하는 것에도 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 직류 송전 방법은, 상기 본 발명의 초전도 케이블을 이용하여 직류 송전을 행할 때에 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (21)

1. 초전도층과 절연층을 갖는 케이블 코어를 복수 꼬아 합쳐 이루어지는 초전도 케이블로서,

   제 1 초전도층을 갖는 제 1 코어와,

   상기 제 1 초전도층의 외경보다 큰 내경인 제 2 초전도층을 갖는 제 2 코어

   를 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
2. 제 1 항에 있어서,

   제 2 코어는, 제 2 초전도층의 내측에 냉매관을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
3. 제 2 항에 있어서,

   냉매관은, 금속관, 나선형 강철 테이프, 금속 코러게이트(corrugated)관 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
4. 제 1 항에 있어서,

   제 1 코어 2가닥과 제 2 코어 1가닥을 꼬아 합쳐 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
5. 제 1 항에 있어서,

   제 1 코어의 외경과 제 2 코어의 외경은 동일한 직경인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
6. 제 1 항에 있어서,

   코어가 꼬인 구조는, 케이블 냉각시의 수축값(an allowance for contraction)을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
7. 제 1 항에 있어서,

   절연층은, 그 직경 방향의 직류 전계 분포가 매끄러워지도록, 절연층의 내주측의 저항률이 낮고, 외주측의 저항률이 높아지도록 ρ 그레이딩이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
8. 제 7 항에 있어서,

   절연층은, 초전도층의 근방에, 다른 부분보다 유전률이 높은 고 ε층을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
9. 제 7 항에 있어서,

   절연층은, 그 내주측일수록 유전률 ε이 높고, 외주측일수록 유전률 ε이 낮 게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 초전도 케이블을 이용한 직류 송전 방법으로서,

    제 1 코어에 구비하는 제 1 초전도층을 왕로 선로로 이용하고,

    제 2 코어에 구비하는 제 2 초전도층을 귀로 선로로 이용하여 단극 송전을 행하는 것

    을 특징으로 하는 직류 송전 방법.
11. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 초전도 케이블을 이용한 직류 송전 방법으로서,

    초전도 케이블은, 제 1 코어를 복수 구비하고,

    적어도 하나의 제 1 코어에 구비하는 제 1 초전도층을 정극 및 부극 중 어느 한 극의 송전에 이용하고,

    나머지 제 1 코어에 구비하는 제 1 초전도층을 다른 극의 송전에 이용하고,

    제 2 코어에 구비하는 제 2 초전도층을 중성선으로 하여 쌍극 송전을 행하는 것

    을 특징으로 하는 직류 송전 방법.
12. 복수의 케이블 코어를 꼬아 합쳐 이루어지는 초전도 케이블로서,

    이 케이블은, 케이블 코어 2가닥과 냉매관을 꼬아 합쳐 형성되고,

    상기 케이블 코어는,

    초전도 도체층과,

    상기 초전도 도체층의 외주에 마련되는 절연층과,

    상기 절연층의 외주에 마련되는 외부 초전도층

    을 구비하고,

    상기 냉매관은, 케이블 코어와 같은 직경인 것

    을 특징으로 하는 초전도 케이블.
13. 제 12 항에 있어서,

    2심 코어가 꼬인 구조는, 케이블 냉각시의 수축값을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
14. 제 12 항에 있어서,

    냉매관은, 케이블 냉각시에 수축 가능한 신축성을 갖고, 케이블 냉각시에 수축하기 위한 슬랙(slack)을 갖게 하지 않고, 2가닥의 코어와 꼬아 합쳐져 있는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
15. 제 14 항에 있어서,

    냉매관은, 금속 코러게이트관인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
16. 제 12 항에 있어서,

    냉매관의 외주에 보호층을 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
17. 제 12 항에 있어서,

    절연층은, 그 직경 방향의 직류 전계 분포가 매끄러워지도록, 절연층의 내주측의 저항률이 낮고, 외주측의 저항률이 높아지도록 ρ 그레이딩이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
18. 제 17 항에 있어서,

    절연층은, 초전도 도체층의 근방에, 다른 부분보다 유전률이 높은 고 ε층을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
19. 제 17 항에 있어서,

    절연층은, 그 내주측일수록 유전률 ε이 높고, 외주측일수록 유전률 ε이 낮게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블.
20. 청구항 12 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 기재된 초전도 케이블을 이용한 직류 송전 방법으로서,

    양 코어에 구비하는 초전도 도체층을 왕로 선로로 이용하고,

    양 코어에 구비하는 외부 초전도층을 귀로 선로로 이용하여 단극 송전을 행하는 것

    을 특징으로 하는 직류 송전 방법.
21. 청구항 12 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 기재된 초전도 케이블을 이용한 직류 송전 방법으로서,

    한쪽의 코어에 구비하는 초전도 도체층을 정극 및 부극 중 어느 한 극의 송전에 이용하고,

    다른 쪽의 코어에 구비하는 초전도 도체층을 다른 극의 송전에 이용하고,

    각 코어에 구비하는 외부 초전도층을 중성선으로 하여 쌍극 송전을 행하는 것

    을 특징으로 하는 직류 송전 방법.

Images