KR20140013989A - 세 개의 초전도성 상 도체를 구비한 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 세 개의 초전도성 상 도체를 포함하며, 상기 상 도체는 냉각제를 가이드 하는 하나 이상의 저온 유지 장치에 배열되고, 상기 저온 유지 장치는 단열체를 구비하는 하나 이상의 튜브로 구성되며, 상기 상 도체는 초전도성 도체 및 유전체와 상기 유전체를 감싸고 있는 도전성 실드(shield)로 구성되는, 시스템을 제공하는 것이다. 세 개의 상 도체(1, 2, 3) 각각의 실드(S1, S2, S3)는, 길이방향으로 차례로 배열된 부분 실드를 가진 세 개의 부분(A1, A2, A3), 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분의 세 개 또는 3의 정수배를 형성하기 위하여, 두 지점 또는 각각 두 개의 이격된 지점들에 의하여 완전히 분리되어 있다. 각각의 상 도체의 제1 부분의 부분 실드는 두 개의 또 다른 상 도체의 제2 부분 및 계속해서 뻗어 있는 제3 부분의 부분 실드와 일렬로 도전성 연결된다.

Description

세 개의 초전도성 상 도체를 구비한 시스템{SYSTEM WITH THREE SUPERCONDUCTING PHASE CONDUCTORS}

본 발명은 세 개의 초전도성 상 도체를 갖는 시스템에 관한 것으로, 상기 상 도체는 냉각제를 가이드 하는 하나 이상의 저온 유지 장치에 배열되고, 상기 저온 유지 장치는 단열체를 구비하는 하나 이상의 튜브로 구성되며, 상기 상 도체는 초전도성 도체 및 유전체와 상기 유전체를 감싸고 있는 도전성 실드(shield)로 구성된다(US 7,238,887 B2).

초전도성 케이블 또는 대응하는 상 도체는 충분히 낮은 온도에서 초전도성 상태로 전환되는 재료로 구성된 전기 도체를 구비한다. 대응하여 구성된 도체의 직류 저항은 정해진 전류 강도, 치명적인 전류 강도가 초과 되지 않을 경우, 충분히 냉각된 상태에서 0이다. CD(Cold Dielectric) 및 WD(Warm Dielectric)를 갖는 초전도성 케이블이 공지되어 있다.

CD(Cold Dielectric)를 갖는 초전도성 케이블의 경우, 초전도체는 절연 재료로 구성된 코팅으로 구성된 유전체에 의해 둘러싸여 있다. 유전체를 위해 예를 들어 폴리프로폴렌으로 구성된 밴드가 사용될 수 있으며, 이 밴드는 페이퍼로 적층 되어 있다. 예를 들어, 그러한 케이블은 초전도성 도체 및 동심으로 배열된 초전도성 실드(shield)로 구성되며, 상기 도체 및 실드는 유전체를 통해 서로 분리되어 있고 간격을 유지하고 있다. 대응하는 케이블은 작동할 때 냉각제, 예를 들어 액화 질소를 가이드 하는 저온 유지 장치에 의해 둘러싸여 있으며, 상기 저온 유지 장치는 예를 들어 단열체로 서로 단열된 두 개의 동심 튜브로 구성된다. 상기 냉각제는 케이블의 유전체를 관통하고, 이로 인해 동시에 유전체를 위한 방수제 역할을 한다.

WD(Warm Dielectric)를 구비한 초전도성 케이블의 경우, 단지 초전도성 도체만 냉각제에 의해 관류된 저온 유지 장치에 직접적으로 배열되어 있다. 유전체 및 일반적인 도전성 재료, 예를 들어 구리로 구성된 실드는 저온 유지 장치의 외부에 배열된다.

전술한 US 7,238,887 B2는 세 개의 초전도성 상 도체를 구비한 시스템을 개시하고 있으며, 이 시스템은 서로 단열된 두 개의 동심 튜브로 구성된 저온 유지 장치에 배열되어 있다. 각각의 상 도체는 초전도성 도체, 이 초전도성 도체를 감싸고 있는 유전체 및 유전체 위에 제공된 초전도성 실드 또는 귀로 도체로 구성된다. 시스템 작동시, 세 개의 상 도체는 저온 유지 장치를 관류하는 냉각제에 배치된다. 이러한 배열의 구성은 CD(Cold Dielectric)를 구비한 전술한 케이블에 대응한다.

본 발명의 목적은 한 편으로는 전술한 시스템을 용이하게 형성하는 것이고, 다른 한편으로는 시스템에 사용된 상 도체의 송전 손실을 감소시키는 것이다.

본 발명의 상기 목적은,

- 세 개의 상 도체 각각의 실드는, 길이방향으로 차례로 배열된 부분 실드를 가진 세 개의 부분, 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분의 세 개 또는 3의 정수배를 형성하기 위하여, 두 지점 또는 각각 두 개의 이격된 지점들에 의하여 완전히 분리되며,

- 각각의 상 도체의 제1 부분의 부분 실드는 두 개의 또 다른 상 도체의 제2 부분 및 계속해서 뻗어 있는 제3 부분의 부분 실드와 일렬로 도전성 연결됨으로써 해결된다.

본 발명에 따른 세 개의 상 도체의 서로 다른 부분의 실드를 연결하는 것은 "순환 교차(cyclic cross)"로도 표현될 수 있다. 부분 실드의 이러한 순환 교차는 "CD(Cold Dielectric)"의 원리에 따라 구성된 상 도체를 갖는 시스템 작동시 상 도체의 실드를 위해 전반적으로 초전도성 재료에 비해 저렴하고, 일반 도전성 재료, 예를 들어 구리가 사용될 수 있는 장점을 갖는다. 부분 실드의 순환 교차로 인해 상 도체에 전류가 유도되지 않으므로, 상 도체의 송전 손실이 감소 된다. 또한, 이는 "WD(Warm Dielectric)"의 원리에 따라 구성된 상 도체 시스템에도 사용될 수 있다. 전술한 것에 대응하여, 상 도체의 구성과 무관한 이러한 시스템으로 높은 전력이 전달될 수 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조한 실시예를 통하여 상세히 설명한다.

도 1은 초 전도성 상 도체를 갖는 시스템을 개략적으로 도시한 도면,
도 2 및 도 3은 상이하게 구성의 상 도체의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 시스템에 사용되기 위한 상 도체의 개략적 측면도,
도 5는 상 도체 실드의 연결을 위한 순환도면을 도시하고 있다.

도 1은 초 전도성 상 도체(1, 2, 3)를 구비한 시스템을 개략적으로 도시한 것으로, 상기 상 도체들은 저온 유지 장치(KR) 내에 함께 배열되어 있다. 상기 저온 유지 장치(KR)는 도시된 실시예에서 동심으로 서로 간격을 두고 배열되어 있는 금속으로 구성된 두 개의 튜브(4, 5)로 구성되며, 상기 튜브 사이에는 단열체(6), 바람직하게는 진공 단열체가 배열되어 있다. 상기 튜브(4, 5)는 바람직하게는 스테인리스강으로 구성된다. 상기 튜브는 튜브의 종 방향에 대해 횡 방향으로 주름질 수 있다. 상기 튜브(4, 5)는 유리 섬유로 보강될 수 있는 충분히 안정적인 플라스틱으로도 구성될 수 있다. 이것은 소위 "GFK-튜브"이다. 상기 저온 유지 장치(KR)는 중공(HR)을 감싸고 있으며, 상기 중공에는 세 개의 상 도체(1, 2 및 3)가 배열되어 있고 상기 중공을 통해 시스템 작동시 냉각제, 예를 들어 액화 질소가 전달된다. 상기 저온 유지 장치(KR)는 효과적으로 단열체를 감싸고 있는 하나 이상의 튜브를 구비해야 한다.

상기 상 도체(1, 2, 3)는 도 2에 도시된 바와 같이 초전도체(7)를 포함하며, 상기 초전도체의 구성은 여러 실시예에서 초전도체를 감싸는 유전체(8) 및 그 위에 배치된 실드(9)로 공지되어있다. 이는 CD(Cold Dielectric)를 구비한 상 도체이다.

상기 세 개의 상 도체(1, 2, 3)는 서로 분리되어 각각 해당 저온 유지 장치에 수용될 수 있다. 특히, 도 3에 도시된 바와 같이 단일 도체 케이블(sindle-conductor cabel)로서 분리된 저온 유지 장치에 배열되는 WD(Warm Dielectric)를 구비한 초 전도성 상 도체가 해당한다. 여기서 상기 초전도체(7)는 약간 두껍게 표시된 원형으로 암시된 저온 유지 장치(KR)에 배열되어 있으며, 상기 저온 유지 장치는 유전체(8)에 의해 둘러싸여 있으며, 상기 유전체 위에는 실드(9)가 놓여 있다. 상기 저온 유지 장치(KR)는 바람직하게는 도 2에 따른 저온 유지 장치(KR)와 마찬가지로 구성된다.

본 발명에 따른 시스템 작동을 위한 상 도체(1, 2, 3) 준비를 위해 상기 상 도체의 실드는 적어도 미리 정해지 두 지점에서 완전히 분리되어 있다. 이것은 예를 들어 도 4에서 상 도체 중 하나의 상 도체에서 설명되고 있다. 상 도체의 실드가 분리된 지점의 수량은 상 도체의 길이에 따라 좌우된다. 실드의 분리를 통해 각각의 상 도체를 위해 바람직하게는 동일한 길이의 세 개 또는 "3"의 정수 배수의 부분이 생긴다.

도 4에 도시된 상 도체의 실드는 각 지점(10, 11)에서 분리를 통해 세 개의 부분(A, A2, A3)으로 분할되며, 각 부분은 부분 실드에 의해 둘러싸여 있다. 상기 상 도체의 도체 및 그 도체를 감싸고 있는 유전체는 고정된 상태로 존재해야 한다. 이러한 사전 처리는 모든 세 개의 상도체(1, 2, 3)에 적용된다. 시스템의 작동을 위하여, 상 도체의 분리된 실드는 도 5에 도시된 바와 같이 연속적인 순환 교차로 연결된다.

상기 세 개의 상 도체(1, 2, 3)는 각각 - 전술한 것처럼 - 대응하는 부분 실드(S1, S2, S3)에 의해 둘러싸인 세 개의 부분(A1, A2, A3)을 가진다. 상기 부분 실드는 도 5와 같이 라인 뒤에 기재된 숫자를 통해 각각의 상 도체에 배치되어 있다. 상기 부분 실드의 초전도체는 도 5에서 L1, L2 및 L3로 표시되어 있다. 상기 부분 실드(S1/1)는 상 도체(1)의 첫 번째 부분의 부분 실드인 반면, 부분 실드(S2/3)는 상 도체(3)의 두 번째 부분에 해당한다. 이러한 표기를 고려하여, 상기 상 도체(1, 2 및 3)의 부분 실드는 아래와 같이 연결된다.

상 도체(1)의 부분 실드(S1/1)는 상 도체(2)의 부분 실드(S2/2) 및 상 도체(3)의 계속해서 뻗어 있는 부분 실드(S3/3)와 도전성 연결된다. 이와 유사하게, 두 번째 상 도체(2)의 부분 실드(S1/2)는 우선 상 도체(3)의 부분 실드(S2/3)와 연결되고, 상 도체(1)의 계속해서 뻗어 있는 부분 실드(S3/1)와 연결된다. 마찬가지로 상 도체(3)의 부분 실드(S1/3)는 우선 상 도체(1)의 부분 실드(S2/1)와 연결되고, 상 도체(2)의 계속해서 뻗어 있는 부분 실드(S3/1)와 연결된다. 이로 인해, 상 도체 부분의 각각의 부분 실드는 단지 두 개의 또 다른 상 도체의 또 다른 부분의 각각의 부분 실드와 연결된다. 대응하는 조합은 "순환 교차"의 표기에 대응하여 도 5에 교차 라인으로 표시되어 있다.

상기 상 도체(1, 2, 3)는 - 전술한 것처럼 - 본 실시예에서는 "CD(Cold Dielectric)"를 가지고 저온 유지 장치(KR)에 배치되지만, WD(Warm Dielectric)를 갖는 상 도체는 마찬가지로 세 개의 분리된 저온 유지 장치에 배치될 수 있다. 세 개의 저온 유지 장치를 갖는 변형된 형태의 경우, 저온 유지 장치는 실드의 분리 지점에서 필요에 따라 분리될 수 있으며, 이로써 부분 실드가 상기한 실시예에 대응하여 도전성 연결될 수 있다. 이때 저온 유지 장치의 해당 부분은 다시 서로 도전성 연결, 예를 들어 GFK-튜브와 도전성 연결되어서는 안 된다.

세 개의 상 도체(1, 2, 3)가 하나의 저온 유지 장치(KR)에 배치될 경우, 부분 실드의 순환 교차는 바람직하게는 연결 슬리브가 관통된다.

Claims (3)

1. 세 개의 초전도성 상 도체를 포함하며, 상기 상 도체는 냉각제를 가이드 하는 하나 이상의 저온 유지 장치에 배열되고, 상기 저온 유지 장치는 단열체를 구비하는 하나 이상의 튜브로 구성되며, 상기 상 도체는 초전도성 도체 및 유전체와 상기 유전체를 감싸고 있는 도전성 실드(shield)로 구성되는, 시스템에 있어서,
   - 세 개의 상 도체(1, 2, 3) 각각의 실드(S1, S2, S3)는, 길이방향으로 차례로 배열된 부분 실드를 가진 세 개의 부분(A1, A2, A3), 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분의 세 개 또는 3의 정수배를 형성하기 위하여, 두 지점 또는 각각 두 개의 이격된 지점들에 의하여 완전히 분리되며,
   - 각각의 상 도체의 제1 부분의 부분 실드는 두 개의 또 다른 상 도체의 제2 부분 및 계속해서 뻗어 있는 제3 부분의 부분 실드와 일렬로 도전성 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 세 개의 상 도체(1, 2, 3)는 CD(Cold Dielectric)를 가지고 공동 저온 유지 장치(KR)에 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   각각의 상 도체(1, 2, 3)는 개별 저온 유지 장치에 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
   

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