KR20120092077A - 코팅 도전체를 가진 복합체 - Google Patents

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KR20120092077A
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temperature superconductor
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시몬 크라머
마쿠스 브루다우
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넥쌍
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
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Abstract

본 발명은 적어도 둘 이상의 코팅 도전체(2)와 전기 절연 물질(3)을 포함하는 고온 초전도체 복합체(1)에 관한 것으로, 여기서 상기 적어도 둘 이상의 코팅 도전체(2)는, 상기 전기 절연 물질(3) 상에 배열되거나 상기 전기 절연 물질(3) 내에 내장되며, 상기 고온 초전도체 복합체(1)는 한류기와 같은 고온 초전도체 기기들의 제조시 표준화된 그리고 모듈화된 미리 제조된 부품으로서 적합하다.

Description

코팅 도전체를 가진 복합체{Composite with coated conductor}
본 발명은 고온 초전도체(hts) 코팅 도전체 분야에 관한 것이다. 특히 본 발명은 미리 제조되는 예로써 한류기(fault current limiter) 내의 hts 부품으로 적합한 코팅 도전체를 가진 복합체(composite)에 관한 것이다.
"2세대 초전도체(second generation superconductor)"로도 지칭되는 코팅 도전체는 전형적으로, 예를 들어 케이블 및 와이어(wire) 제조에서 요구되는 긴 길이를 갖는다.
코팅 도전체는 기판, 초전도체층 및 그 기판과 hts-층 사이에 있는 적어도 하나의 버퍼층으로 구성된다. 버퍼층(들)은 사용되는 물질들의 여러 상이한 특성들을 보상하는 기능을 한다. 예를 들어, 버퍼층(들)은 상기 hts-층 쪽으로 확산될 수 있는 구성 요소들에 의해 hts-층이 오염되는 것을 방지할 수 있다. 필요에 따라 하나 이상의 추가적인 층들이 구비될 수 있다. 예를 들어, 금속 보호층(metal protection layer)이 상기 hts-층 상에 증착될 수 있다.
초전도체 물질은 그것을 통해 흐르는 전류가 특정 임계값(임계 전류 Ic) 이하가 되면 특정 온도(임계 온도 Tc) 및 외부 자기장(임계 자기장 Hc) 이하에서 작동될 때 저항이 0이 되는 특징을 갖는다.
상기 임계 전류, 임계 온도 및 임계 자기장은 해당 초전도체 물질에 따라 특정적이다. 하지만, 이들 파라미터 중 어느 하나가 초과되면, 그 초전도체 물질은 갑자기 그의 초전도 성질들을 상실하고 "통상적인(normal)" 저항처럼 거동하는데, 이를 물질 퀀치(material quenche)라 한다.
30K의 온도를 넘는 Tc를 가진 초전도체를 일반적으로 고온 초전도체(high-temperature superconductor)라고 지칭한다. 특히 바람직한 고온 초전도체는 액체 질소의 끓는점(77 K 또는 -196℃)보다 더 큰 Tc를 갖는 것이며, 이는 저렴하며 쉽게 구할 수 있는 냉매인 액체 질소로 냉각이 가능하다.
77 K를 넘는 임계 온도를 갖는 고온 초전도체의 예로는 희귀토 금속(Y를 포함하는 RE), Bi, Tl, Hg에 기초한 것들과 같은 세라믹 옥사이드 고온 초전도체로서 알려진 것들이다.
비록 그에 한정되는 것은 아니지만, 코팅 도전체 제조에서 현재 REBa2Cu3O7 -x 라는 공식의 희귀토 바륨 커프레이트-타입 초전도체가 통상적으로 사용되고 있으며, 여기서 x는 특정 초전도체 물질에 대하여 적절한 범위에 있는 산소 함량을 나타낸다. RE는 적어도 하나의 희귀토 원소, 특히 Y 또는 원소들 Y, La, Lu, Sc, Sm, Nd 또는 Yb 중 둘 이상의 조합을 의미한다. 이것의 바람직한 구성원은 기호 YBCO-123에 의해 공지된 것이며, 여기서 숫자 조합 123은 원소 Y, Ba 및 Cu의 화학량론 비(stoichiometric ratio)를 상징한다.
코팅 도전체는 높은 그리고 중간 전압 파워 전송 케이블, 와이어 제품, 트랜스포머, 자석(예로써 자기 공명 촬영을 위한 것), 초전도성 와인딩(winding)을 가진 동기 전동기(synchronous motor) 및 한류기(fault current limiter)와 같은 다양한 전기 제품에 대한 유망한 후보이다.
예를 들어, 초전도체 한류기는 고전압 네트워크에서의 오류 전류(fault current)를 공칭 전류(nominal current)에 가까운 낮은 전류로 자동 제한하는 기기이다. 그러한 기기는 고전압 네트워크의 쇼트 회로 전력(short circuit power)을 급격히 감소시켜 쇼트 회로 전력을 증가시킴 없이 네트워크를 상호 연결할 수 있게 하고 또한 안전 마진(safety margin)을 감소시킬 수 있게 하는 이점이 있고, 따라서 그 네트워크에 연결된 다른 기계들이 보다 낮은 쇼트 회로 전력에 대해 설계 가능하여 보다 가볍고 보다 저렴하게 제조될 수 있다.
초전도체 한류기는 공칭 전력 부하(nominal power load)에서 임계 온도 이하로 작동될 때 사실상 전기 저항을 갖지 않는 초전도체 물질의 성질을 사용한다. 하지만, (공칭 전류를 넘는) 임계 전류가 초과되면, 그 물질은 갑자기 그것의 초전도 성질들을 상실하고 "통상의" 저항처럼 거동한다. 이러한 상대적으로 높은 저항은 전류를 미리 규정된 값으로 제한한다.
US 2008/0194411 A1은 별도의 독립형 한류기를 통합할 필요 없이 한류기로서 동시에 작용할 수 있는 다수의 hts 와이어를 포함하는 hts 케이블을 개시한다.
상기 hts 와이어는 코팅 도전체로 구성되며, 상기 코팅 도전체는 버퍼된 기판(buffered substrate) 상에 적층된 hts 층을 포함한다. 또한, 적어도 하나의 전기적 도전성 안정화 층(stabilizing layer)이 상기 적어도 하나의 안정기 층(stabilizer layer) 및 상기 기판 사이에 샌드위치된 hts 층과 함께 제공된다.
모든 층 구조는 낮은 도전성의 "절연체(insulator)" 층 내에 밀폐되며, 상기 절연체층은 바람직하게는 약한 전기 절연성 물질이다.
상기 hts 와이어의 열 용량 및 전기 저항성을 최적 수준으로 조절하기 위해, 상기 안정기 층의 두께 및 저항성을 적절히 선택함으로써 바람직한 오류 전류 제한 특성들이 얻어진다.
하지만, 특정 케이블 제품에 대한 요구를 충족하도록 설계된 그러한 와이어는 한류기와 같은 기기를 다양한 구조 및 작동 조건들에 대하여 표준화 및 간단한 조절을 가능하게 하는 모듈식 부품으로서는 적합하지 않다.
또한, 상이한 전기 제품들 및 전선망들(power grid)에 적합하며 다양한 제품들의 특정 요건들에 쉽게 적응할 수 있는 독립형 한류기와 같은 한류기에 대한 필요성이 있다.
독립형 기기로서 적합한 한류기와 같은 많은 제품들에서, 길이가 긴 코팅 도전체가 요구되며 그 코팅 도전체의 와인딩(winding)이 필요하다. 하지만, 예로써 한류기에 대해 실제적으로 유용한 스위칭 모듈을 얻기 위해 길이가 긴 코팅 도전체를 와인딩하는 것에는 많은 문제점들이 존재한다.
상기 와인딩은 공간 절약적 수용이 가능하도록 공간적으로 컴팩트해야 한다. 하지만, 코팅 도전체에 사용되는 초전도체 및 버퍼층과 같은 세라믹 물질에 내재된 취성(brittleness)으로 인해, 그 물질들은 기계적 응력에 의한 손상을 받을 수 있다. 이는 벤딩 반경(bending radius)의 가능 범위가 지나치게 작지 않아야 한다는 제한이 있게 된다는 것을 의미한다. 현재, 전형적인 벤딩 반경은 20 내지 50 mm의 범위에 있다.
초전도체 부품들의 효율적 냉각이 필요하다. 이를 위해, 바람직하게는 코팅 도전체가 냉매와 직접적으로 접촉되어야 한다. 예를 들어, 한류기에서 오류 전류가 일어나 초전도체가 저항성이 될 때, 초전도체는 퀀치(quench) 동안 300 K 또는 그 이상의 온도까지 가열된다. 따라서 한류기가 재사용될 수 있기 위해서 작동 온도로 빠르게 냉각시키는 것이 필요하다.
한류기가 10 kV 내지 100 kV 이상의 범위에 해당하는 고전압에서 전형적으로 사용된다는 점을 고려하면, 매우 긴 길이의 코팅 도전체가 필요하다. 한편, 전기 제품에 상호 연결되는 독립형 기기로 사용되는 한류기는 공간을 줄이기 위해 가능한 작아야 한다. 따라서, 크라이오스탯(cryostat) 하우징 전체를 가능한 작게 하기 위해 길이가 긴 코팅 도전체를 크라이스탯 하우징 내에 최소 공간 요건들에 부합되게 배치할 필요가 있다.
코팅 도전체가 특히 한류기로 유용하게 사용되기에 적합하기 위해서는 충족해야 할 몇 가지 상충하는 요건들이 있다:
한편으로는, 공간 절약적 관점에서 코팅 도전체 상의 컴팩트한 와인딩이 요구된다. 그러나, 테이프의 기계적 손상을 방지하기 위해 벤딩 반경이 적절히 선택되어야 한다. 냉각 관점에서 설계는 퀀치 이후 작동 온도로 빠르게 재냉각될 수 있도록 냉매가 고온 초전도체 층과 직접 접촉할 수 있는 것이어야 한다.
절연 내력(dielectric strength) 관점에서 설계는 부분 방전 및 섬광을 방지하기 위해 높은 전위차가 있는 지점들 사이에 충분한 거리가 있어야 한다. 특정 전기 제품들의 특정 작동 조건들에 대해 용이하고 비용 효율적인 적응성 관점에서, 다양한 구조 및 작동 조건들에 대하여 표준화 및 간편한 조절을 위해 코팅 도전체 부품의 모듈식 설계가 요구된다.
상기 hts 물질은 가능한 작은 인덕턴스를 지닌 구조를 가져야 한다. 인덕턴스는 hts 부품 상에 기계적 응력을 가하는 큰 로렌츠 힘(Lorentz force)을 유발하는 장(field)을 생성한다. 더욱이, 장(field)의 증가는 hts 물질의 전류 수송 용량(current carrying capacity)의 상당한 감소를 초래한다.
본 발명에 따라 전술한 문제점들 및 다른 문제점들은, 둘 이상의 개별 코팅 도전체가 전기 절연 물질 상에 적용되며 상기 둘 이상의 개별 코팅 도전체가 전기적으로 병렬 및/또는 직렬 연결된 복합체(composite)에 의해 해결된다.
추가적 관점에 따라 본 발명은 둘 이상의 코팅 도전체가 전기 절연 물질 내에 내장되며, 상기 둘 이상의 개별 코팅 도전체가 전기적으로 병렬 및/또는 직렬 연결된 복합체를 제공한다.
또 다른 관점에 따라 상기 전기 절연 물질은 바람직하게는 프리프레그(prepreg)이다.
본 발명은 적어도 2개의 개별 코팅 도전체가 전기 절연 물질 위에 배열되거나 또는 전기 절연 물질 내에 내장된 복합체를 제공한다.
전형적으로, 코팅 도전체는 길이가 긴 테이프 형상 물품이며, 여기서 길이가 길다는 것은 종방향 연장이 폭 또는 직경을 크게 초과하는 것을 의미한다. 따라서, 후속 설명에서 "코팅 도전체 테이프(coated conductor tape)" 또는 "테이프-형상 코팅 도전체(tape-shaped coated conductor)" 라는 용어가 사용된다.
테이프-형상 코팅 도전체는 실질적으로 직사각형이거나 실질적으로 둥근(round) 단면 형상을 가질 수 있다. "실질적으로 직사각형(essentially rectangular)" 또는 "실질적으로 둥근(essentially round)"은 그 단면 형상이 이상적인 직사각형 또는 둥근 형상을 벗어나 예를 들면 사다리꼴 또는 타원형이 될 수 있음을 의미한다. 상기 기판이 그 양측면에서 hts-층 및 버퍼 층(들)으로 코팅된 코팅 도전체를 사용하는 것이 또한 가능하다. 또한, 실질적으로 둥근 코팅 도전체의 경우, 전형적으로 상기 층들 및 상기 기판은 상기 기판 위에서 동축으로 배열된다.
코팅 도전체, 그의 구조 및 제조 방법은 종래에 잘 알려져 있다.
본 발명에 따라 둘 이상의 테이프-형상 코팅 도전체가 상기 절연 물질 위에 또는 내부에 배열될 수 있다. 상기 절연 물질 위에 또는 내부에 배열된 코팅 도전체 각각은 전기적으로 병렬 및/또는 직렬 연결될 수 있다.
본 발명의 복합체는 미리 제조될 수 있고 모듈식 구성 및 표준화 구성을 가능하게 할 수 있는 코팅 도전체 부품을 제공한다. 예를 들어, 복합체에서 M 개의 테이프-형상 코팅 도전체들이 절연 물질 상에 배열되어 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 그 결과, 전기적으로 직렬 연결되는 복합체들의 개수를 변경함으로써 코팅 도전체의 유용한 길이가 쉽게 다양화될 수 있다. 한류기에 대한 작동 파라미터들에 따라, 코팅 도전체의 바람직한 길이를 얻기 위해, 필요한 L개의 그와 같은 개별 복합체들이 크라이오스탯 내에 배치되어 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.
개별 코팅 도전체들 및/또는 복합체들을 전기적으로 병렬 연결함으로써, 코팅 도전체의 전류-수송 단면적이 향상될 수 있다.
개별 복합체의 코팅 도전체들의 개수는 필요에 따라 그리고 개별 복합체의 특정 크기에 따라 변경될 수 있다.
본 발명의 복합체는 미리 제조된 모듈식 제품을 제공하며, 이는 한류기와 같은 hts 기기 내에 쉽게 장착될 수 있다.
코팅 도전체를 지지하거나 내장하는 절연 물질은 적합한 어떤 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 직사각형, 다각형, 둥근, 또는 타원형의 표면적을 가진 형상 등이 가능하다. 그것의 예로는 플레이트, 스트립 또는 디스크가 있다.
상기 전기 절연 물질은 hts 한류기 및 케이블과 같은 고온 초전도체 기기 제조시 통상 사용되는 어떤 물질일 수 있다.
하지만, 공지된 제품들과 달리 본 발명에 따르면 상기 절연 물질은 한류기 부품과 같은 미리 제조되는 물품에서 사용되며, 이는 한류기와 같은 hts 기기에 장착되기 용이하다.
그러한 절연 물질의 예로는 내한성 플라스틱(cold resistant plastic), 에폭시 레진(epoxy resin) 등이 있다.
바람직한 실시예에 따르면 상기 전기 절연 물질은 프리프레그(prepreg)이다. 프리프레그 또한 잘 알려져 있다. 본 발명의 경우 상업적으로 입수 가능한 것이라면 어떠한 프리프레그도 사용 가능하다.
프리프레그는 중다듬질된(semi-finished) 물품이며, 비경화 레진(non-hardened resin)을 함유한 섬유-강화 플라스틱(fiber-reinforced plastic)으로 구성된다. 프리프레그 위에 또는 그 안에 코팅 도전체를 배치시킨 후, 적합한 온도 예로써 100 ℃로 가열함으로써 경화(hardening)가 수행된다.
사용 가능한 프리프레그의 예는 에폭시, 폴리에스테르 또는 페놀 레진이 함유된 유리, 아라미드(aramide), 탄소 또는 흑연 섬유들이다.
적절한 초전도 성능을 위해 코팅 도전체의 고온 초전도체 층은 전류가 결정영역들(crystallites)을 가로질러 이동될 수 있도록 높은 수준의 결정학적 배향(crystallographic orientation)을 가져야 한다. 상기 층의 개별 결정영역들은 단지 최소값 만큼 서로에 대해 틸트(tilt)되어야 하는데, 그렇지 않으면 초전도 성질이 심각하게 손상되기 때문이다.
현재, 바람직한 높은 결정 배향을 달성하기 위한 두 가지 주요 접근방법이 존재한다. 제1 접근방법에 따르면, 이온 빔 보조 증착(IBAD: ion beam assisted deposition) 및 경사 기판 증착(ISD: inclined substrate deposition)과 같은 직접적인 물리적 코팅 공정들에 의해, 다결정질의 임의 배향 기판(polycrystalline, randomly oriented substrate) 상에 고-텍스처링 버퍼층(highly textured buffer layer)이 증착된다. 상기 고-텍스처링 버퍼층은 상기 버퍼층 상에 성장된 초전도체층 상에 바람직한 텍스처(texture)를 전달하는 기능을 한다.
제2 접근방법에 따르면, 기계적 작업에 의해, 예를 들어 RABiTS(rolling assisted biaxial texturing of substrates)에 의해 얻어질 수 있는 고-텍스처링 기판이 사용된다. 여기서 기판의 텍스처는 버퍼층에 전달되며, 이후, 그 위에 증착된 초전도체 층에 전달된다. 기판으로 적합한 금속들의 예는 구리, 니켈, 은, 철 및 이들의 합금들이다.
적합한 버퍼층 물질은 란탄-지르코네이트(lanthanum-zirconate), 세륨 옥사이드(cerium oxide), 이트륨-안정화 지르코니아(YSZ: yttrium-stabilized zirconia), 가돌리늄-지르코네이트(gadolinium-zirconate), 이트륨 옥사이드(yttrium oxide), 란탄-알루미네이트(lanthanum-aluminate)와 같은 희귀토 알루미네이트(rare earth aluminates), 스트론튬 타이터네이트(strontium titanate), 니켈 옥사이드(nickel oxide), 마그네슘 옥사이드(magnesium oxide), 일반식 RE2A2O7으로 표현되는 옥사이드들 및 다른 많은 것들이며, 상기 일반식에서 RE는 위에서 정의된 바와 같고 A는 Zr과 Hf에서 선택되는 것이며 La2Zr2O7(LZO, lanthanum-zirconate)가 대표적이다.
바람직하게는, 상기 고온 초전도체는 비스무스-베이스(bismuth-based), 탈륨-베이스(thallium-based), 희귀토 금속 베이스(rare earth metal based), 및 수은-베이스( mercury-based) 초전도체 세라믹 옥사이드들이다.
이들의 전형적인 예들은 Bi-Ae-Cu-Oy, (Bi, Pb)-Ae-Cu-Oy, Re-Ae-Cu-Oy, Tl-Ae-Cu-Oy 또는 Hg-Ae-Cu-Oy 기반의(based) 세라믹 옥사이드 초전도체들을 포함하며, 여기서 y는 특정 초전도체 물질에 대하여 초전도 성질을 갖기에 적합한 범위에 있는 상대적 산소 함량을 나타낸다.
위 식에서 Ae는 적어도 하나의 알칼리 토양 원소 특히 Ba, Ca 및/또는 Sr을 의미한다. RE는 REBa2Cu3O7 -x 물질과 관련하여 위에서와 같이 정의된 바와 같다. 바람직하게는 고온 초전도체 세라믹 옥사이드는 RE-Ae-Cu3-O7 -x 유형이며, 여기서 Re, Ae 및 x는 위에서 정의된 바와 같다.
보다 바람직하게는 고온 초전도체 세라믹 옥사이드는 RE,Ba2Cu3O7 -x 유형이며 여기서 RE 및 x는 위에서 정의된 바와 같다. 보다 바람직하게는 고온 초전도체 세라믹 옥사이드는 YBCO-123 유형이다.
코팅 도전체용 hts 층 및 버퍼 층을 얻기 위한 다중 증착 공정들이 공지되어 있다.
hts 층 및 버퍼 층들(예로써 앞서 언급된 것들)에 대해 적합한 증착의 예들은 펄스 레이저 증착(pulsed laser deposition), 열적 동시증발(thermal co-evaporation), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition), 금속 유기 증착(metal organic deposition)과 같은 화학 용액 증착(chemical solution deposition), 졸 겔 방법(sol gel methods) 및 이외의 다른 방법이 있다.
첨부된 도면들을 참조하여 본 발명이 보다 구체적으로 설명될 것이다. 이들 도면들은 단지 예시적인 것이며 본 발명을 제한하려는 의도가 있는 것은 아니다.
도 1은 본 발명 복합체의 제1 실시예의 종방향 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명 복합체의 제2 실시예의 종방향 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명 복합체의 추가 실시예로서 전기적으로 병렬 연결된 복수의 테이프-형상 코팅 도전체를 가진 실시예를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 실시예의 추가 구조로서 테이프-형상 코팅 도전체가 전기적으로 직렬 연결된 구조를 도시한다.
도 5는 본 발명 복합체 구조의 일 예를 도시한다.
도 6은 크라이오스탯의 횡단면 평면도로서 본 발명의 복합체가 그 안에 배열된 모습을 도시한다.
도 7은 도 4에 도시된 크라이오스탯의 종방향 단면도를 도시한다.
도 1의 실시예에는 본 발명의 복합체(1)의 테이프-형상 코팅 도전체(2)를 통한 종방향 단면도가 도시되며, 여기서 테이프-형상 코팅 도전체(2)는 전기적 절연 물질로 제조된 지지체(3)("절연 지지체"로도 지칭됨)에 부착된다. 테이프-형상 코팅 도전체(2)를 주변과 전기적으로 연결하기 위해 테이프-형상 코팅 도전체(2)의 각 단부에는 전기 접촉부(4)가 제공된다.
도 1에 도시된 실시예에서 테이프-형상 코팅 도전체(2)는 절연 지지체(3)의 종방향 연장부 전체에 걸쳐 연장된다.
하지만, 절연 지지체(3) 전체에 걸쳐 코팅 도전체 테이프(2)가 전체적으로 연장되는 것에 특별히 제한되지 않는다. 필요에 따라 코팅 도전체 테이프(2)는 보다 짧을 수 있다. 즉, 코팅 도전체 테이프(2)는 절연 지지체(3)의 종방향 또는 측방향 연장부의 일부분에 걸쳐 단지 연장될 수 있다.
필요하다면, 코팅 도전체(2)를 전기 절연 물질(3)에 부착하기 위해 접착제(초전도체 적용들에 대해 공지된 것)가 사용될 수 있다.
전기 접촉부(4)는 적합한 어떤 물질로 제조될 수 있으며, 예로써 금속 또는 초전도 물질로 제조될 수 있다. 적합한 물질은 종래에 잘 알려져 있다. 전형적인 금속은 금, 은, 구리 및 이들의 합금과 같은 귀한 금속들이다. 비용을 고려하여 구리가 통상적으로 널리 사용된다.
이러한 실시예에서 코팅 도전체는 "자유(free)" 평면 즉, 절연 물질로 덮여지지 않은 평면을 갖는다. 그와 같은 자유 평면은 냉매와 직접 접촉 가능하므로 냉각을 위해 특히 적합하다.
본 발명의 복합체(1)의 추가 실시예의 종방향 단면이 도 2에 도시되어 있다. 이러한 실시예에서 테이프-형상 코팅 도전체 테이프(2)는 전기 절연 물질(3) 안에 내장되며 복합체(1)의 코팅 도전체 테이프(2)를 외부와 전기적으로 연결하기 위해 코팅 도전체 테이프(2)의 각 단부에는 전기 접촉부(4)가 구비된다.
도 2에 도시된 실시예에서는 코팅 도전체 테이프(2)의 상측면에 두 개의 접촉부(4)가 구비된다.
하지만, 코팅 도전체 테이프(2)의 하측면에 두 개의 접촉부(4)를 구비하거나, 상측면에 하나 하측면에 하나 구비하는 것도 가능하며, 접촉부들(4)의 어떤 배치도 적합하다.
도 3은 본 발명의 복합체(1)의 추가 실시예의 평면도를 도시한다.
도 3에 도시된 실시예에서는 복수의 테이프-형상 코팅 도전체(2)가 전기 절연 지지체(3) 상에 나란히 그리고 병렬적으로 배열된다. 코팅 도전체 테이프들(2)의 각 단부에 전기 접촉부(4)가 구비되며, 여기서 전기 접촉부(4)는 각각의 코팅 도전체 테이프(2)를 전기적으로 병렬로 연결하기 위해 모든 코팅 도전체 테이프(2)의 각 측면의 모든 단부에 걸쳐 연장된다.
도 4에서는 도 3에서와 같이 절연 지지체(3) 상에 코팅 도전체 테이프(2)가 있는 동일한 구조의 복합체(1)에 대한 평면도가 도시된다. 하지만, 이 실시예에서는 각각의 코팅 도전체 테이프(2)가 전기적으로 직렬로 연결된다. 직렬 연결을 위해 전기 접촉부(4)는 인접한 코팅 도전체 테이프(2)의 인접 단부에 교대로 연결되어 구불구불한 모양(meander)을 형성한다. 입구(7) 및 출구(8)에서 단일의 코팅 도전체 테이프(2)의 자유 단부에는 그 복합체를 외부와 연결하기 위한 추가적인 전기 접촉부가 구비된다.
복합체는 전체적으로 도 4에 도시된 바와 같이 실린더 형상을 가질 수 있으며 그 실린더의 상측 및 하측 단부에는 전기 접촉부(4)가 구비된다.
코팅 도전체 테이프(미도시)는 실린더의 외측 또는 내측 표면에 또는 양 표면 상에 구비될 수 있다. 테이프-형상 코팅 도전체들은 수직으로 또는 수평으로 배열될 수 있다. 테이프-형상 코팅 도전체들을 실린더형 절연 물질 내에 배열하는 것 즉, 내장하는 것 또한 가능하다.
그러한 본 발명의 복합체(1)의 구조는 한류기(fault current limiter)를 위한 일 부품으로서 적합하게 사용될 수 있다.
예로써 초전도체 한류기의 크라이오스탯의 냉간 보어(cold bore)도 전형적으로 실린더 형태를 갖기 때문에, 도 5의 복합체 구조가 크라이오스탯 내에 용이하게 장착될 수 있다.
크라이오스탯 내에는 그러한 실린더형 복합체가 둘 이상 장착될 수 있다. 예를 들어, 감소하는 직경의 실린더형 복합체를 가진 동축 구조가 가능하다.
본 발명의 복합체(1)의 추가적인 구조가 도 6에 도시되어 있다. 디스크 형상 절연 지지체(3)와, 그 디스크 형상 절연 지지체(2)의 평면 상에 병렬로 그리고 나란히 배열된 복수의 코팅 도전체 테이프를 구비한 복합체(1)가 도시되어 있다.
디스크 형상 복합체(1)는 크라이오스탯(6)의 냉간 보어 내에 배치될 수 있다. 둥근(round) 디스크 형상 복합체(1)는 전형적으로 역시 둥근 단면 영역을 갖는 크라이오스탯(6)의 내부에 용이하게 장착될 수 있다.
도 6에 도시된 실시예에서 복수의 코팅 도전체 테이프(2)는 코팅 도전체 테이프(2)의 각각의 단부 측면에 구비되어 그 각각의 측면에서 코팅 도전체 테이프(2)의 모든 단부를 덮는 전기 접촉부(4)를 통해 전기적으로 병렬로 연결된다.
전기 접촉부(4)는 각각 복합체(1) 상의 코팅 도전체 테이프(2)를 외부와 전기적으로 연결하기 위해 전기 연결부(5)에 연결된다.
예를 들어, 전기 연결부(5)를 통해 복합체(1)는 크라이오스탯 내에 추가적으로 장착된 추가 복합체(1)에 전기적으로 연결될 수 있다.
크라이오스탯(6) 내에 배열된 복수의 복합체(1)의 구조에 대한 종방향 단면도가 도 7에 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시예에서는 복수의 복합체 플레이트(1)가 크라이오스탯(6) 내에 위아래로 장착되어 복합체 플레이트(1)로 구성된 적층물을 형성한다.
크라이오스탯 내에 복수의 복합체(1)를 수직 방향으로 장착하는 것 또한 가능하다.
전류 흐름의 방향을 변화시키는 것을 가능하게 하는 구조를 제공함으로써 인덕턴스의 감소가 가능하게 된다. 도 4에 도시된 것이 그러한 구조의 예가 되며, 이때 인접한 코팅 도전체(2)들 내에서 전류 흐름의 방향은 서로 반대가 된다.
연속 배열된 복합체들(1)에서 전류의 흐름 방향이 서로 반대가 되는 방식으로 둘 이상의 복합체를 전기적으로 직렬 연결하는 것 또한 가능하다.
필요에 따라 복합체(2)는 유용한 전류 경로(current path)의 길이를 향상시키기 위해 복합체(2)가 전기적으로 직렬 연결될 수 있다; 보다 높은 공칭 전류(nominal current)의 허용과 유용한 전류 수용 단면 증가를 위해 복합체는 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 또한 병렬 및 직렬의 전기적 연결의 조합이 가능하다.
상부 및 하부 표면을 가진 플레이트와 같은 지지체(3)를 고려하면, 그 지지체(3)의 적어도 일 면 상에 하나 이상의 도전체 테이프(2)가 배열될 수 있다.
지지체(3)의 적어도 일 표면 상에 배열된 코팅 도전체 테이프(2)는 병렬 및/또는 직렬로 전기적으로 연결될 수 있다.
바람직하게는, 지지체(3)의 일 표면 상에 배열된 코팅 도전체 테이프(2)는 나란히 그리고 병렬로 배열된다.
필요에 따라, 테이프-형상 코팅 도전체와 전기 절연 물질 층 사이에는 접착 프로모터(adhesion promotor)가 구비될 수 있다. 그러한 접착 프로모터는 전기 절연 물질(3)과 코팅 도전체(2)의 다른 열 팽창을 보상하는 기능을 한다.
본 발명의 복합체(1)는 초전도 제품(applications)을 위한 사전-제조된 모듈로 적합하게 사용될 수 있으며, 복합체에 대한 높은 정도의 표준화 제조(standardisized production) 뿐만 아니라 모듈화 구조(modular configuration)를 가능하게 한다. 복합체의 개수 및/또는 개별 복합체(1)의 코팅 도전체의 개수를 변경함으로써 크기(scaling) 증대 또는 감소가 용이하게 가능해진다. 더욱이, 본 발명의 복합체의 모듈화된 그리고 표준화된 설계는 크라이오스탯과 같이 제한적인 공간을 가진 수용기 내에서 컴팩트하며 공간절약적인 레이아웃을 가능하게 한다.
초전도 물품의 작동 조건들에 따라 적합한 개수의 미리 제조된 복합체가 사용될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 복합체는 한류기, 특히 저항 한류기(resistive fault current limiter)를 위한 스위칭 모듈과 같은 미리 제조된 모듈식 부품으로서 적합하게 사용될 수 있다.
상기 복합체는 한류기의 크라이오스탯 내에 용이하게 장착되며 특정 전기 제품의 공칭 전류 및 공칭 전압에 대한 한류기의 간편한 적용을 가능하게 한다. 여기서 특정 전기 제품의 예로는 높은 고장 전류(fault current)에 대한 한류기에 의해 보호되어야 하는 전력 네트워크(power network)를 들 수 있다.
본 발명의 복합체는 전기 제품들의 다양한 작동 조건에 용이하게 적응할 수 있어야 하는 hts 기기의 제조시 유리하게 사용될 수 있으며, 그러한 제조의 예로는 여러 전압 레벨에서 사용되는 표준 한류기의 제조를 들 수 있다.
1 : 복합체
2 : 코팅 도전체
3 : 전기 절연 물질
4 : 전기 접촉부
5 : 전기 연결부
6 : 크라이오스탯

Claims (13)

  1. 둘 이상의 코팅 도전체(2)와 전기 절연 물질(3)을 포함하는 고온 초전도체 복합체(1)로서, 상기 둘 이상의 코팅 도전체(2)는 상기 전기 절연 물질(3) 상에 배열되거나 상기 전기 절연 물질(3) 내에 내장되며, 전기적으로 직렬 및/또는 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 복합체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기 절연 물질(3)은 실질적으로 직사각형이거나 둥근 표면 영역이 있는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 복합체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전기 절연 물질(3)은 플레이트 또는 디스크 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 복합체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 절연 물질(3)은 프리프레그(prepreg)인 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 복합체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고온 초전도체 복합체(1)는 고온 기기 제조에서 사용되기 위해 미리 제조된 부품인 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 복합체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고온 초전도체 복합체(1)는 고온 초전도체 한류기를 위한 스위칭 모듈인 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 복합체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복합체(1)는 실린더 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 복합체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 미리 제조된 복합체(1)를 포함하는 고온 초전도체 한류기.
  9. 제8항에 있어서,
    적어도 2개의 실린더 형상의 고온 초전도체 복합체(1)를 포함하며, 각각의 실린더 형상의 고온 초전도체 복합체(1)는 직경이 다르며 서로 동축으로 배열된 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 한류기.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    적어도 2개의 고온 초전도체 복합체(1)를 포함하며, 각각의 고온 초전도체 복합체(1)는 전기 연결부(5)를 통해 전기적으로 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 한류기.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 2개의 고온 초전도체 복합체(1)를 포함하며, 상기 고온 초전도체 복합체는 전기 연결부(5)를 통해 전기적으로 병렬 연결되는 고온 초전도체 한류기.
  12. 고온 초전도체 기기 제조시 미리 제조된 부품으로서 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 고온 초전도체 복합체(1)의 용도.
  13. 고온 초전도체 한류기에서의 스위칭 모듈로서 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 고온 초전도체 복합체(1)의 용도.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783918C1 (ru) * 2021-10-20 2022-11-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Способ измерения критических параметров гибких образцов сверхпроводника и устройство для его осуществления

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114496461B (zh) * 2022-04-15 2022-07-05 中国科学院合肥物质科学研究院 一种具有复合型高温超导电流引线的高温超导组件
EP4369544A1 (en) * 2022-11-10 2024-05-15 NeutronStar Systems UG Superconducting harness

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19929277A1 (de) * 1999-06-25 2000-12-28 Abb Research Ltd Hochtemperatursupraleiteranordnung
DE10003725C5 (de) * 2000-01-28 2004-12-30 Siemens Ag Resistive Strombegrenzungseinrichtung mit Hoch-Tc-Supraleitermaterial sowie Verfahren zur Herstellung und Verwendung der Einrichtung
EP1220337A1 (de) * 2000-12-27 2002-07-03 Abb Research Ltd. Supraleitender Strombegrenzer
US7365271B2 (en) * 2003-12-31 2008-04-29 Superpower, Inc. Superconducting articles, and methods for forming and using same
KR101441139B1 (ko) * 2005-07-29 2014-09-17 아메리칸 수퍼컨덕터 코포레이션 고온 초전도 와이어 및 코일
US7627356B2 (en) * 2006-07-14 2009-12-01 Superpower, Inc. Multifilament AC tolerant conductor with striated stabilizer and devices incorporating the same
US20080194411A1 (en) * 2007-02-09 2008-08-14 Folts Douglas C HTS Wire

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783918C1 (ru) * 2021-10-20 2022-11-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Способ измерения критических параметров гибких образцов сверхпроводника и устройство для его осуществления

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