KR20110100603A - 초전도성 직류 전기 케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 격리된 도체(7, 8)를 구비한 초전도성 직류 전기-케이블에 관한 것이며, 상기 케이블은 냉각제를 운반하기 위해 적합한 저온 유지 장치(KR)에 배열되어 있고, 상기 저온 유지 장치는 주변이 폐쇄된 단열 특성을 갖는 층으로 둘러싸여 있는 적어도 하나 이상의 금속 파이프로 구성된다. 상기 저온 유지 장치(KR)에는 절연 재료로 구성된 스트링 형태의 지지체(4)가 배열되어 있으며, 상기 지지체는 지름에 대해 서로 반대 방향으로 위치한 바깥쪽으로 개방된 적어도 두 개의 그루브(5, 6)를 구비하고, 상기 그루브에는 도체(7, 8)가 개별적으로 배열되어 있다. 상기 개별 도체(7, 8)는 다수의 초전도성 요소로 구성된다.

Description

초전도성 직류 전기 케이블{SUPERCONDUCTION ELECTRIC DC-CABLE}

본 발명은 청구항 1항의 전제부에 따른 초전도성 직류 전기 케이블에 관한 것이다.

상기 케이블은 WO 2008/148390 A1에 개시되어 있다.

현재 기술 수준에서 초전도성 케이블은 충분히 낮은 온도에서 초전도성 상태로 변하는 세라믹 재료와 같은 복합 재료로 구성된 전기 도체를 포함한다. 상기 재료로 구성된 도체의 직류 저항은 정해진 전류 강도가 초과 되지 않을 경우, 충분히 냉각된 상태에서 0이다. 예를 들어 적합한 세라믹 재료는 제1세대 재료로서 BSCCO(비스무트-스트론튬-칼슘-구리-산화물) 또는 제2세대 재료로서 ReBCO(희토류-바륨-구리-산화물), 특히 YBCO(이트륨-바륨-구리-산화물)가 있다. 상기 재료를 초전도성 상태로 변화시키기 위한 충분히 낮은 온도는 예를 들어 67K 내지 90K이다. 적합한 냉각제로는 예를 들어 질소, 헬륨, 네온 및 수소 또는 상기 물질의 혼합물이 있다.

서두에서 언급한 것처럼 직류-케이블(이하, "케이블"이라 함)은 예를 들어 선박에 전력을 공급하는 전력 공급 케이블로서 또는 송전망 내의 접합부 사이의 연결 케이블 및 서로 다른 송전망 사이의 연결 케이블로서 사용될 수 있다. 이때, 예를 들어 고전압 직류 송전(HGUE)이 중요하며, 이러한 고전압 직류 송전은 해저 케이블과 같이 긴 구간을 연결(bridging)하기 위해 사용될 수 있다. 초전도성 교류 케이블에 비해 상기 초전도성 직류-케이블은 교류 전력 손실이 발생하지 않는 장점을 갖는다. 또한, 직류-케이블은 충전 전류(charging current)로 충전되지 않고, 원치 않은 유도 전압 강하가 발생하지 않는다.

전술한 WO 2008/148390 A1로부터 전력을 소비하는 소비자에게 전력을 공급하기 위한 2상 전기 케이블이 유추될 수 있다. 이는 2상 도체를 구비한 초전도성 케이블로서, 상기 2상 도체는 서로 동 축으로 분리 및 내부 절연체를 통해 서로 분리되어 하나의 단위로 구성되어 있다. 케이블은 저온 유지 장치에 배열되어 있는데, 이 저온 유지 장치는 동심으로 된 두 개의 파이프로 구성되며, 파이프 사이에 진공 절연체가 배열되어 있다. 상 도체를 초전도성 상태로 만들기 위한 냉각제는 상기 저온 유지 장치를 통해 전달된다. 초전도성 상 도체를 냉각시키기 위한 상기 절연체는 단열체(thermal isulation)이므로, 상기 케이블의 냉각은 문제가 있다.

본 발명의 목적은 구성이 단순하면서도 초전도성 도체의 우수한 냉각이 가능한 전술한 유형의 케이블을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적은 청구항 1항의 특징부에 의해 해결된다.

상기 케이블은 단순하고, 콤팩트하게 구성된다. 각각의 도체는 지지체의 외부 영역에 있는 다수의 초전도성 요소(element)로 구성되기 때문에, 초전도성 요소 및 개별 도체는 저온 유지 장치에 의해 전달된 냉각제에 의해 직접적으로 냉각된다. 초전도성 요소의 수량은 용이하게 변경될 수 있기 때문에, 케이블은 간단한 방법으로 초전도성 재료에 대응하는 유동적 필요에 따라 서로 다른 전류의 강도에 맞게 조절될 수 있다. 케이블의 구성은 그루브의 상이한 수량을 통해 모듈 방식으로 변경될 수 있으며, 상기 모듈에는 각각 다수의 초전도성 요소가 제공된다. 그루브의 증가한 수량은 항상 "2"의 배수이다. 케이블의 외부 자장은 도체의 공간적 근접을 통해 감소 된다. 케이블은 전체적으로 저온 유지 장치를 통해 단열 된다.

바람직한 실시 형태에서 상기 그루브는 지지체의 둘레에서 지지체의 종 방향으로 나선형 형태로 뻗어 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 저온 유지 장치에 배열된 본 발명에 따른 케이블을 도시하고 있고,
도 2는 도 1의 케이블의 다른 실시예를 도시하고 있고,
도 3 및 4는 도 1 또는 도 2에 따른 케이블의 구체적인 부분을 확대해서 도시하고 있다.

도 1 및 2는 각각 두 개의 도체를 구비한 본 발명에 따른 초전도성 케이블을 도시하고 있다. 또한, "2"의 배수의 다수의 도체를 구비할 수도 있다.

도 1에 따른 실시예에는 저온 유지 장치(KR)가 도시되어 있고, 상기 저온 유지 장치는 서로 동 축으로 배열된 두 개의 금속 파이프(1 및 2)로 구성되며, 상기 파이프 사이에는 진공 절연체(3)가 배열된다. 저온 유지 장치에 의해 둘러싸인 공간이 외부의 열 침투에 대해 효과적으로 보호되기만 한다면, 상기 저온 유지 장치(KR)는 다른 구성으로 형성될 수도 있다. 저온 유지 장치(KR)에 절연 재료로 구성된 스트링(string) 형태의 지지체(4)가 케이블의 부품으로서 배열되어 있고, 상기 지지체는 저온 유지 장치(KR)의 내부 파이프(2)에 대해 냉각제를 관통시키기 위한 자유 공간(FR)을 빈 상태로 둔다. 지지체(4)의 절연 재료는 작동시 사용된 냉각제의 낮은 온도에서 불변해야 한다. 상기 실시예에 따른 대응하는 온도는 예를 들어 67K내지 90K이다. 적합한 절연 재료는 예를 들어 폴리테트라플루오린에틸렌이다.

지지체(4)는 횡단면에서 원형으로 도시되어 있다. 그러나, 다른 기하학적 횡단면 형태, 예를 들어 다각형일 수도 있다. 지지체(4)에는 바깥쪽으로 개방된 두 개의 그루브(5, 6)가 배열되어 있으며, 상기 그루브는 지름에 대해 서로 반대 방향으로 위치해 있다. 상기 그루브는 바람직하게는 지지체(4) 둘레에서 나선형 모양으로 뻗어 있다.

상기 지지체(4)의 그루브(5, 6)에 초전도성 케이블의 상 도체로서 초전도성 재료로 구성된 전기 도체(7, 8)가 배열되어 있다. 전기 도체의 구성은 도 3 및 4에 더 상세하게 도시되어 있다. 지지체(4) 주변, 바람직하게는 지지체의 전체 축 방향으로 절연 재료로 구성된 나선형 고정 테이프(9)가 배열되어 있으며, 나선형 고정 테이프로 인해 그루브(5, 6)로부터 도체(7, 8)가 빠져나오는 것이 방지된다. 추가로, 절연 재료로 구성된 잠금 요소(10, 11)가 상기 그루브(5, 6)에 있는 도체(7, 8)에 방사상 방향으로 위에 배열될 수도 있으며, 상기 잠금 요소는 필요할 경우 나선형 고정 테이프(9)로 감쌀 수 있다. 나선형 고정 테이프(9) 및 잠금 요소(10, 11)는 바람직하게는 지지체(4)와 동일한 재료로 구성된다.

상기 지지체(4)는 도 1에서 많은 스트링으로 도시되어 있다. 그러나, 지지체는 도 2에 따라 파이프로 형성될 수도 있으며, 상기 파이프로 인해 케이블 작동시 자유 공간(FR)에 전달된 냉각제가 마찬가지로, 그리고 추가로 관통될 수 있다. 도 2에 따른 그 밖의 지지체(4)의 구성은 도 1에 따른 지지체의 구성에 대응한다.

상기 케이블의 도체(7, 8)는 도 3 및 4에서 알 수 있는 것처럼 매우 작은 횡단면 치수를 갖는 다수의 초전도성 요소로 각각 구성된다.

상기 도체(7, 8)의 초전도성 요소(12)는 도 3에 따라 평평한 선으로 실시될 수 있으며, 이러한 평평한 선은 배치(batch)에서 겹겹이 쌓여 배열되어 있다. 상기 초전도성 요소는 상기 배치의 주변을 감싸고 있는 밴드를 통해 느슨하게 고정될 수 있다. 이것은 둥근 철사로 구성된 단위가 초전도성 요소(12)로 사용된 것을 도시하고 있는 도 4에 따른 도체(7, 8)의 실시 형태의 경우에도 마찬가지로 적용된다.

전술한 실시예는 - 이미 언급한 것처럼 - 두 개의 초전도성 도체(7, 8) 이상의 도체를 구비한 케이블의 경우에도 해당 되며, 상기 도체의 수량은 각각 "2"의 배수이다.

Claims (7)

1. 주변이 폐쇄된 단열 특성을 갖는 층으로 둘러싸여 있는 적어도 하나의 금속 파이프로 구성되며, 작동시 냉각제를 운반하기 위해 적합한 저온 유지 장치에 배열될 수 있는 서로 격리된 적어도 두 개의 도체를 구비한 초전도성 직류 전기-케이블에 있어서,
   - 상기 직류 전기-케이블은 절연 재료로 구성된 스트링 형태의 지지체(4)를 구비하고, 상기 지지체는 지름에 대해 서로 반대 방향으로 위치한 바깥쪽으로 개방된 적어도 두 개의 그루브(5, 6)를 구비하며, 상기 그루브에는 각각 도체(7, 8)가 배열되고,
   - 상기 각 도체(7, 8)는 다수의 초전도성 요소(12)로 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도성 직류 전기-케이블.
2. 제1항에 있어서,
   상기 초전도성 요소(12)는 평평한 선으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도성 직류 전기-케이블.
3. 제1항에 있어서,
   상기 초전도성 요소(12)는 둥근 철사로 되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도성 직류 전기-케이블.
4. 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 도체(7, 8)를 구비한 지지체(4) 둘레에 절연 재료로 구성된 나선형 고정 테이프(9)가 감겨 있는 것을 특징으로 하는 초전도성 직류 전기-케이블.
5. 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 그루브(5, 6)는 상기 도체(7, 8) 위에 방사상 방향으로 놓여 있고 절연 재료로 구성된 잠금 요소를 통해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 초전도성 직류 전기-케이블.
6. 제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지체(4)는 많은 스트링(string)으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도성 직류 전기-케이블.
7. 제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지체(4)는 파이프인 것을 특징으로 하는 초전도성 직류 전기-케이블.

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