KR20100089790A

KR20100089790A - 전력 공급 케이블로서의 2상 초전도성 케이블의 사용 방법

Info

Publication number: KR20100089790A
Application number: KR1020100010073A
Authority: KR
Inventors: 라이너 소이카; 마크 슈템레
Original assignee: 넥쌍
Priority date: 2009-02-04
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2010-08-12
Also published as: CN101853717A; US20100285967A1; EP2221833A1; US8401601B2; JP2010212231A

Abstract

본 발명은 전력 공급 케이블로서의 2상 초전도성 케이블의 사용방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 2상 초전도성 케이블의 사용방법은, 전동 열차의 2상 에너지 송전망에서 전력 공급 케이블로서의 2상 초전도성 케이블(SK)의 사용방법으로서, 상기 2상 초전도성 케이블은 동축으로 서로 마주하여 배열되어 있으며 내부 유전체(2)에 의해 서로 분리되어 있는 두 개의 상전도체(1, 3)를 구비하고 있고, 상기 2상 초전도성 케이블은 크라이오스태트(KR) 내에 배열되고, 상기 크라이오스태트는 동축으로 서로 일정한 간격을 유지하여 뻗어 있는 두 개의 관(8,9) 및 상기 두 개의 관 사이에 위치되는 진공 절연체(10)로 구성되고, 상기 크라이오스태트는 상기 케이블(SK)과 함께 냉각제를 관통시키기 위한 빈 공간(FR)을 에워 싸고 있으며, 상기 케이블(SK)의 외부 상전도체(3) 위에는 외부 유전체(4, 11)가 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

전력 공급 케이블로서의 2상 초전도성 케이블의 사용 방법 {USE OF TWO-PHASE SUPERCONDUCTIVE CABLE AS A CABLE FOR SUPPLYING THE ELETRIC POWER}

본 발명은 전력 공급 케이블로서의 2상 초전도성 케이블의 사용 방법에 관한 것이다.

교류 및 직류에 적합한 이러한 초전도성 케이블이 국제공개공보 WO 2008/148390 A1에 개시되어 있다.

초전도성 케이블의 배열 및 공급 시스템은 널리 공지되어 있고 수년 전부터 전 세계적으로 사용되고 있다. 이때 중요한 것은 2 개의 케이블을 구비한 동력 전달 요소가 사용되는 고전압 직류 동력전달(HGUE)을 위한 배열이다. 이러한 동력 전달 요소의 일례로서 긴 구간을 연결할 때 사용되는 해저 케이블이 있다. 그와 같은 배열은 예를 들어 전동 열차의 전력 공급을 위한 2상 교류 회로 망에도 사용된다. 2상 공급 시스템의 두 개의 상(phase)은 서로 분리되어 마스트(mast)에 걸려 있다. 잘 알려진 기존의 2상 공급 시스템의 경우 전력 손실 및 원하지 않는 전위차가 발생한다.

2상 전기 케이블을 사용하여 전력 소비자에게 전력을 공급해 주는 배열은 전술한 국제공개공보 WO 2008/148390 A1에 개시되어 있으며 전기 케이블은 초전도성 케이블로서 동축으로 서로 마주하고 있고 내부 절연체로 인해 분리되어 하나로 통합된 두 개의 상전도체(phase conductor)를 구비하고 있다.

본 발명의 목적은 2상 공급 시스템에서 케이블이 적은 전력 손실 및 적은 전위차로 사용될 수 있도록 하는 초전도성 케이블을 배열하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적은 청구항 제1항에 개시되어 있는 전반적인 특징부에 의해 달성된다.

본 발명의 케이블은 2상 교류 시스템에서 전력 손실이 매우 적고 직류 시스템에서 전력 손실이 거의 없이 전력을 공급한다. 이때 초전도성 케이블이 사용되며 상기 케이블은 단 두 개의 초전도성 상전도체를 구비하고 있고, 이러한 케이블은 잘 알려져 있는 기존의 단일 전도체 기술 및 교류 영역에서 사용되는 3개 전도체 기술과는 차이가 있다. 특히 2상 공급 시스템은 단 하나의 부품, 즉 크라이오스태트(cryostat)가 장착되어 있는 상기 케이블에 의해 매우 용이하게 설치될 수 있으며 크라이오스태트 내에 하나의 유닛으로 결합된 두 개의 초전도 상을 가지는 초전도성 케이블이 배열되어 있다. 특히 상기 초전도성 케이블은 전동 열차의 전력 공급을 위한 2상 에너지 송전망을 구축할 때 그 장점이 드러난다. 그와 같은 송전망에서 상전압은 독일을 예로 들면 110 kV 이다. 교류를 많이 사용하는 유럽의 국가에서 전동 열차는 16,7 Hz의 주파수로 작동되기 때문에 이러한 유럽의 국가에서의 전동 열차는 일반적인 에너지 공급을 위해 사용되는 50 Hz의 다상 교류 회로 망에 비해 3배 감소된 교류 전력 손실이 추가로 발생한다.

케이블의 두 개의 동축 상전도체 - 직류뿐 아니라 2상 교류의 경우에도 마찬가지로 - 는 180°의 위상 차로 작동되기 때문에 전자기장이 상쇄되고 따라서 배열 및 크라이오스태트 이외에 전자기장이 존재하지 않는다.

현재의 기술적 수준에서 초전도성 케이블은 합성 재료로부터 전기 전도체를 획득하며 합성 재료는 충분히 낮은 온도에서 초전도체 상태로 변환되는 세라믹 재료를 함유하고 있다. 이에 상응하여 만들어진 전도체의 직류 저항은 특정 전류의 강도가 넘어서지 않는 한 충분한 냉각 상태에서 0을 유지한다. 적합한 세라믹 재료의 일 예는 ReBCO (희토류-바륨-구리-산화물), 특히 YBCO (이트륨-바륨-구리-산화물) 또는 BSCCO (비스무트-스트론튬-칼슘-구리-산화물)이다. 그와 같은 재료를 초전도성 상태로 만들기 위한 충분히 낮은 온도는 67 K 내지 110 K이다. 적합한 냉각제의 일 예는 질소, 헬륨, 네온 및 수소 또는 이러한 재료들의 혼합물이다.

본 발명은 2상 공급 시스템에서 케이블이 적은 전력 손실 및 적은 전위차로 사용될 수 있도록 하는 초전도성 케이블 배열을 제공하는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 케이블을 둘러싸고 있는 크라이오스태트를 장착한 두 개의 케이블을 통해 사용될 수 있는 본 발명에 따른 서로 다른 실시예의 횡단면도이다.

이하에서는, 도면을 참고하여 본원 발명의 실시예에 대하여 기술하기로 한다.

도 1은 차가운 유전체를 구비하고 크라이오스태트(KR)에 배열된 초전도성 케이블(SK)을 나타내고 있다. 상기 케이블(SK)은 내부 상전도체(1)와 상기 내부 전도체를 둘러 싸고 있는 내부 유전체(2) 및 상기 내부 유전체를 둘러 싸고 있는 외부 상전도체(3)로 구성되며 상기 외부 상전도체(3) 위에는 외부 유전체(4)가 배열된다. 상기 두 상전도체(1, 3)는 바람직하게는 YBCO 또는 BSCCO로 구성될 수 있다. 상기 두 상전도체는 두 상전도체에 인접해 있는, 예를 들어 구리로 구성된 일반 전도체(normal conductor)로 고정될 수 있다. 이때 내부 일반 전도체(5)는 상전도체(1)의 내부에 인접하여 놓이는 반면에 외부 일반 전도체(6)는 외부 상전도체(3)의 외부에 인접하여 놓인다. 상기 내부 상전도체(1)는 원형 지지부(7)에 도포되어 있고 - 필요한 경우 상기 내부 상전도체와 상기 지지부 사이에 내부 일반 전도체(5)가 삽입되며 - 상기 지지부(7)는 바람직하게는 도면 설명에 따라 관(pipe)일 수 있다. 배열할 때 냉각제는 상기 관을 통해 전달될 수 있다. 또한 상기 지지부(7)는 속이 찬(solid) 코일로 구현될 수도 있다.

상기 크라이오스태트(KR)는 두 개의 금속관(8, 9)으로 구성되며 상기 금속관들은 동심으로 서로 간격을 두고 배열된다. 상기 두 개의 금속관(8, 9) 사이에 진공 절연체(10)가 위치하고 있다. 상기 두 개의 금속관(8, 9)은 바람직하게는 특수강으로 구성되며 관의 종방향에 대해 횡방향으로 주름 모양을 형성할 수 있다. 상기 크라이오스태트(KR)는 냉각제를 관통시키기 위한 빈 공간(FR)을 둘러싸고 있다.

도 2의 실시예에서는, 초전도성 케이블(SK)은 냉온 유전체(cold and warm dielectric)를 장착한 케이블이다. 상기 케이블의 구성은 도 1에 따른 케이블(SK)의 구성에 대응되지만, 외부 상전도체(3)를 둘러싸고 있는 외부 절연체(4)는 존재하지 않는다. 상기 실시예에 따른 케이블(SK) 및 전체 배열의 경우 크라이오스태트(KR)는 외부 유전체(11)로 둘러싸여 있으며 그 위에 절연재로 구성된 외피(12)로 덮여 있다.

Claims

동축으로 서로 마주하여 배열되며 내부 유전체(2)에 의해 서로 분리되어 있는 두 개의 상전도체(1, 3)를 구비하고, 크라이오스태트(KR) 내에 배열되는 2상 초전도성 케이블(SK)로서, 상기 크라이오스태트는 동축으로 서로 일정한 간격을 유지하여 뻗어 있는 두 개의 관(8, 9) 및 상기 두 개의 관 사이에 위치되는 진공 절연체(10)로 구성되고, 상기 크라이오스태트는 상기 케이블(SK)과 함께 냉각제를 관통시키기 위한 빈 공간(FR)을 둘러싸며, 상기 케이블(SK)의 외부 상전도체(3) 위에는 외부 유전체(4, 11)가 부착되는 2상 초전도성 케이블을, 전동 열차의 2상 에너지 송전망에서 전력 공급 케이블로 사용하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 외부 유전체(4)는 상기 외부 상전도체(3)에 배열되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 외부 유전체(11)는 상기 크라이오스태트(KR)의 외부에 배열되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 두 개의 상전도체(1, 3)는 각각 두 개의 상전도체에 배열되어 있는 일반 전도체(5, 6)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.