KR20140107188A - 초전도 케이블, 초전도 케이블 선로, 초전도 케이블의 부설 방법, 및 초전도 케이블 선로의 운전 방법 - Google Patents

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료스케 후쿠다
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스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

초전도 케이블(1000)은, 초전도 도체층과, 이 초전도 도체층을 초전도 상태로 냉각하는 냉매(130c)의 유로를 구비한다. 이 케이블(1000)은, 초전도 도체층과 절연층을 구비하는 코어(110)와, 냉매 유로를 구성함과 아울러, 초전도 도체층을 냉각하도록 코어(110)에 병렬로 배열되는 냉매관(130)과, 코어(110) 및 냉매관(130)의 수납관(150)을 구비한다.

Description

초전도 케이블, 초전도 케이블 선로, 초전도 케이블의 부설 방법, 및 초전도 케이블 선로의 운전 방법{SUPERCONDUCTING CABLE, SUPERCONDUCTING CABLE LINE, METHOD FOR INSTALLING SUPERCONDUCTING CABLE, METHOD FOR OPERATING SUPERCONDUCTING CABLE LINE}
본 발명은, 초전도 케이블, 초전도 케이블 선로, 초전도 케이블의 부설 방법, 초전도 케이블 선로의 운전 방법에 관한 것이다. 특히, 장거리, 혹은 초장거리의 송전 선로를 구축하는 것에 적합한 초전도 케이블에 관한 것이다.
일반적으로, 초전도 케이블은, 포머(former)의 외주에 초전도 도체층 및 절연층을 형성한 케이블 코어와, 케이블 코어를 내부에 수납하는 케이블 단열관을 구비하고, 케이블 코어를 액체 질소 등의 냉매로 극저온으로 냉각한 상태에서 사용된다(예컨대, 일본 특허 공개 2011-28936호 공보(특허 문헌 1) 참조).
이와 같은 초전도 케이블로서, 도 26에 나타내는 바와 같이, 복수의 케이블 코어(110)를 하나의 케이블 단열관(120) 내에 수납한 초전도 케이블(100)이 알려져 있다.
대표적인 케이블 코어(110)는, 중심으로부터 차례로, 포머(111), 내측 초전도 도체층(112), 내부 반도전층(도시하지 않음), 케이블 절연층(113), 외부 반도전층(도시하지 않음), 외측 초전도 도체층(114), 상전도층(115), 보호층(116)을 갖고 있다. 한편, 케이블 단열관(120)은, 내관(121)과 외관(122)을 구비하고, 두 관(121, 122)의 사이가 진공 흡인되고, 그 진공 공간에 슈퍼 인슐레이션 등의 단열재(123)가 배치되어 있다. 또한, 외관(122)의 외주에는 방식층(124)이 형성되어 있다. 각 케이블 코어(110)와 단열관(120)의 사이의 공간은, 냉매의 유로로서 이용된다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2011-28936호 공보
그러나, 상기 초전도 케이블은, 이하에 말하는 그 제조상, 구성상, 부설상의 이유에 의해, 장거리의 선로를 구축하는 것이 어렵다.
(1) 통상, 초전도 케이블은, 코어를 단열관 내에 수납한 상태에서 드럼에 감아 공장으로부터 출하하고, 그것을 부설 현장에 반송하여 부설하고 있다. 그 때문에, 초전도 케이블의 지름이 굵고, 반송 가능한 최대 사이즈의 드럼을 이용하더라도, 하나의 드럼에 감을 수 있는 초전도 케이블의 길이에는 제약이 있다. 또한, 코어와 단열관을 조합한 상태에서 공장으로부터 출하할 필요가 있기 대문에, 긴 초전도 케이블을 제조하는 것은 곤란하다.
(2) 장거리의 선로를 구축하기 위해서는, 선로의 전체 길이에 걸쳐 냉매를 원활하게 유통시킬 필요가 있다. 냉매 유로는 내관과 코어의 사이의 공간에 형성되어 있고, 특히 3개의 코어가 통합된 초전도 케이블의 경우, 그 단면 형상이 복잡하다. 또한, 부설 경로에는 케이블의 굴곡 부분이 존재하고, 내관 내의 코어의 위치가 케이블의 굴곡 부분 근방에서는 내관의 중심으로부터 치우치기 때문에, 3개의 코어가 통합된 초전도 케이블은 물론, 1개의 코어의 초전도 케이블이더라도 냉매 유로의 단면 형상은 케이블의 길이 방향에서 균일하지 않다. 그 때문에, 종래의 초전도 케이블의 구성에서는, 선로가 장거리가 될수록 냉매를 원활하게 유통시키는 것이 곤란하게 된다.
(3) 단열관은 케이블의 부설 현장에서 진공 흡인할 필요가 있다. 그러나, 통상, 200m 정도의 단열관의 진공 흡인에는 1개월 정도를 요하기 때문에, 선로가 장거리가 되면, 부설 작업상, 진공 흡인에 요하는 수고나 기간이 큰 제약이 된다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적의 하나는, 종래의 초전도 케이블에 비하여 보다 장거리의 송전이 가능한 초전도 케이블과, 그 케이블로 구축한 선로를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 본 발명의 초전도 케이블의 부설 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 본 발명의 초전도 케이블 선로의 운전 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명자는, 초전도 케이블에 이용되는 냉매를 장거리에 걸쳐 원활하게 유통시키기 위해, 냉매 유로의 단면 형상을 그 유로의 길이 방향에 걸쳐 가능한 한 균일하게 구성하는 것을 검토했다. 그 결과, 단열관과 코어의 사이의 공간을 냉매 유로로서 이용하는 것이 아닌, 단열관과도 코어와도 독립된 냉매 유통용 관로를 별도로 이용하는 것에 착상하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 본 발명은, 다음에 말하는 구성의 초전도 케이블을 기본 구성으로 하고, 그 초전도 케이블의 부설 방법, 초전도 케이블을 이용한 선로, 초전도 케이블 선로의 운전 방법을 규정한다.
[초전도 케이블]
본 발명의 초전도 케이블은, 초전도 도체층과, 이 초전도 도체층을 초전도 상태로 냉각하는 냉매의 유로를 구비한다. 이 케이블은, 상기 초전도 도체층과 절연층을 구비하는 코어와, 상기 냉매 유로를 구성함과 아울러, 상기 초전도 도체층을 냉각하도록 코어에 병렬로 배열되는 냉매관과, 상기 코어 및 냉매관의 수납관을 구비한다.
이 구성에 의하면, 수납관과는 독립된 냉매관을 코어에 병렬로 배열함으로써, 냉매관의 단면 형상을 선택함으로써 냉매 유로의 단면 형상을 결정할 수 있다. 그 때문에, 냉매관으로서, 그 길이 방향에 걸쳐 거의 균일한 단면 형상의 관로를 선택함으로써 냉매를 원활하게 유통시킬 수 있고, 긴 초전도 케이블을 구성할 수 있다.
종래의 초전도 케이블에서는, 냉매 유로 중에 코어가 배치되어 있었지만, 본 발명의 초전도 케이블에서는, 기본적으로 냉매 유로를 코어와 독립시키고 있다. 그 때문에, 냉매 유로의 단위 구간 길이에 관계없이 코어의 길이를 결정할 수 있고, 긴 코어를 제조함으로써, 긴 초전도 케이블을 얻을 수 있다. 이 초전도 케이블을 제조하는 방법에 대해서는 후술한다. 또, 냉매 유로의 단위 구간 길이는, 냉각 스테이션으로부터 냉매관에 공급된 냉매가 동일한 냉각 스테이션 또는 다른 냉각 스테이션에 도달하기까지의 거리이다. 전자의 경우, 냉각 단위 길이는, 순환되는 냉매 유로의 왕복로(forward-and-return path)가 되고, 후자의 경우, 냉각 단위 길이는, 냉매 유로의 왕로(forward path) 또는 복로(return path)가 된다. 긴 초전도 케이블을 이용하여 선로를 구축하면, 냉매 유로의 단위 구간 길이도 길게 할 수 있기 때문에, 냉매의 냉각과 압송을 행하는 냉각 스테이션의 수도 선로 전체 길이에 걸쳐 삭감할 수 있다.
본 발명의 초전도 케이블의 한 형태로서, 상기 냉매관은, 상기 코어의 외주를 둘러싸도록 복수가 꼬여 이루어지는 것을 들 수 있다.
이 구성에 의하면, 복수의 냉매관이 코어를 둘러쌈으로써, 효율적으로 코어를 냉각할 수 있다. 특히, 복수의 냉매관을 코어의 외주에 꼬는 것에 의해, 코어의 원주 방향 및 길이 방향의 전역에 걸쳐, 거의 균등하게 코어를 냉각할 수 있다. 또한, 복수의 냉매관 내의 냉매의 상태를, 코어의 길이 방향의 어느 단면에 있어서도 거의 균일하게 할 수 있다. 이것은, 냉매관의 코어에 대한 편재를 막을 수 있기 때문이다.
본 발명의 초전도 케이블의 한 형태로서, 상기 복수의 냉매관에 둘러싸이는 상기 코어가 복수인 것을 들 수 있다.
이 구성에 의하면, 하나의 수납관 내에 복수의 코어를 수납함으로써, 초대용량의 송전을 확보하거나, 복수 회선의 송전을 용이하게 실현할 수 있다. 그것에 의해, 일부의 회선이 불통이 되더라도, 다른 회선으로 송전을 확보하거나, 부설 초기에는 일부의 코어를 이용하여 송전을 행하고, 사후에 나머지의 코어의 적어도 일부를 이용하여 용량 증대를 도모할 수 있다. 특히, 복수의 코어를 복수의 냉매관으로 둘러싸는 것에 의해 일괄하여 냉각할 수 있고, 복수의 코어(복수 회선)의 냉각에 이용하는 냉각 스테이션(냉동기나 펌프를 포함한다)을 공유할 수 있다.
본 발명의 초전도 케이블의 한 형태로서, 상기 코어와, 그 코어의 외주를 둘러싸도록 꼬인 복수의 냉매관의 조합을 복합 코어 유닛으로 하고, 그 복합 코어 유닛을 상기 수납관 내에 복수 구비하는 것을 들 수 있다.
이 구성에 의하면, 하나의 수납관 내에 복수의 복합 코어 유닛을 수납함으로써, 초대용량의 송전을 확보하거나, 복수 회선의 송전을 용이하게 실현할 수 있다. 그것에 의해, 일부의 회선이 불통이 되더라도, 다른 회선으로 송전을 확보하거나, 부설 초기에는 일부의 코어를 이용하여 송전을 행하고, 사후에 나머지의 코어의 적어도 일부를 이용하여 용량 증대를 도모할 수 있다. 특히, 복합 코어 유닛마다의 단위로, 그 유닛을 구성하는 코어 또는 코어 그룹을 냉각할 수 있기 때문에, 어느 하나의 코어(코어 그룹)의 냉각 스테이션에 결함이 생기더라도, 다른 코어(코어 그룹)의 냉각에 지장이 생기지 않는다.
본 발명의 초전도 케이블의 한 형태로서, 상기 코어와, 그 코어의 외주를 둘러싸도록 꼬인 복수의 상기 냉매관의 조합을 복합 코어 유닛으로 하고, 그 복합 코어 유닛의 외주를 둘러싸도록 배열되는 복수의 추가 냉매관을 구비하는 것을 들 수 있다.
이 구성에 의하면, 복합 코어 유닛을 구성하는 냉매관에 더하여, 추가 냉매관을 더 구비함으로써, 보다 한층 충분히 코어를 냉각할 수 있다. 그 때문에, 초장거리의초전도 케이블 선로에 있어서, 냉매를 냉각ㆍ순환시키기 위한 냉각 스테이션의 설치 간격이 길어지더라도, 코어의 전체 길이에 걸쳐 충분한 냉각을 할 수 있다. 특히, 후술하는 바와 같이, 수납관 내를 진공으로 하지 않고 단열재를 충전하는 경우에도, 코어를 충분히 냉각하는 것이 가능하다. 또한, 복합 코어 유닛을 구성하는 어느 하나의 냉매관, 또는 어느 하나의 추가 냉매관에 결함이 생기더라도, 다른 추가 냉매관을 이용하여 코어의 냉각이 가능하고, 장거리이더라도 신뢰성이 높은 초전도 케이블 선로를 구축할 수 있다. 또한, 각 추가 냉매관의 냉매의 온도나 유량을 바꾸는 것, 혹은 냉매가 유통되는 추가 냉매관의 수를 바꾸는 것에 의해, 코어의 냉각 정도를 조정하기 쉽고, 송전 용량을 조정하는 것도 가능하다.
본 발명의 초전도 케이블의 한 형태로서, 상기 복수의 냉매관을, 그 꼬인 상태가 어긋나지 않도록 결속하는 결속대(bundling band)를 구비하는 것을 들 수 있다.
이 구성에 의하면, 결속대에 의해 냉매관의 꼬인 상태가 유지되기 때문에, 확실히 코어를 냉각할 수 있다.
결속대를 구비하는 본 발명의 초전도 케이블의 한 형태로서, 상기 복수의 냉매관은 코어에 대하여 SZ 꼬기(SZ-twisted) 되어 있고, 상기 결속대는, 하기 적어도 하나의 결속 구조를 구비하는 것을 들 수 있다.
(A) 상기 결속대가, 복수의 냉매관 중, 어느 냉매관 C1의 내주측으로부터 다른 냉매관 C2의 외주측을 지나, 또 다른 냉매관 C3의 내주측에 이르는 부분을 갖도록 냉매관을 결속하는 결속 구조.
(B) 상기 결속대가, 복수의 냉매관의 외주를 결속하는 주 결속대(main bundling band)와, 어느 냉매관 C1의 내주측으로부터 그 냉매관 C1과 그것에 인접하는 냉매관 C2의 사이에 걸치는 주 결속대의 외주측에 걸리고, 또한 상기 냉매관 C2의 내주측에 이르는 부분을 갖는 부 결속대(sub-bundling band)를 구비하는 결속 구조.
(C) 상기 결속대가, SZ 꼬기 된 냉매관의 꼬임 방향이 반전되는 반전부 중, 냉매관이 볼록하게 구부러지는 볼록 반전부와, 이 볼록 반전부에 인접되어 냉매관이 오목하게 구부러지는 오목 반전부를, 서로 코어의 원주 방향의 역방향으로, 또한 각 반전부에 있어서의 냉매관의 구부러짐의 외측으로 꼬이도록 결속하는 결속 구조.
냉매관이 SZ 꼬기 되어 있는 경우, 복수의 냉매관은, S 꼬임 부분과 Z 꼬임 부분이 반전부를 거쳐서 번갈아 반복되는 꼬임 구조이기 때문에, 냉매관의 꼬임이 풀리기 쉽고, 이 꼬임이 풀리는 것에 따라 코어를 충분히 냉각할 수 없을 우려가 있다. 상기 (A)~(C)의 적어도 하나의 결속 구조를 구비함으로써, SZ 꼬기 된 복수의 냉매관의 꼬임 상태의 어긋남을 억제하여, 코어를 확실히 냉각할 수 있다.
결속대를 구비하는 본 발명의 초전도 케이블의 한 형태로서, 상기 냉매관을 결속대의 외주측으로부터 코어측으로 누르는 프레스 와인딩(pressed winding)을 구비하는 것을 들 수 있다.
결속대는, 특히 냉매관이 SZ 꼬기 되어 있는 경우에, 그 꼬인 상태를 유지하는 것에 기여하지만, SZ 꼬기가 풀리지 않더라도, 냉매관이 코어로부터 떨어지거나, 복수의 냉매관의 포락선 원(envelope circle)을 설계 원지름 및 설계 형상으로 유지할 수 없는 일이 있다. 상기 프레스 와인딩을 이용함으로써, 이들 결함을 억제할 수 있다.
본 발명의 초전도 케이블의 한 형태로서, 상기 냉매관은, 스트레이트관(straight tube) 또는 코러게이트관(corrugated tube)인 것을 들 수 있다.
이 구성에 의하면, 냉매관을 스트레이트관으로 함으로써, 냉매 유로를 전체 길이에 걸쳐 균일한 단면 형상으로 할 수 있다. 그것에 따라, 길이 방향의 단면 형상이 균일하지 않은 냉매 유로에 비하여, 긴 초전도 케이블이더라도 원활하게 냉매를 유통시키거나, 보다 작은 출력의 펌프로 냉매를 유통시키거나 할 수 있다. 한편, 냉매관을 코러게이트관으로 함으로써, 그 길이 방향에 걸쳐 거의 균일한 단면 형상을 확보하면서, 냉매관에 유연성을 갖게 할 수 있다.
본 발명의 초전도 케이블의 한 형태로서, 상기 코어는 복수가 꼬여 구성되고, 이 꼬임은 냉각시의 각 코어의 수축을 흡수할 수 있도록 느슨한 부분이 마련되어 있는 것을 들 수 있다.
이 구성에 의하면, 복수의 코어가 느슨한 부분을 갖고 꼬여 있는 것에 의해, 코어를 냉각했을 때의 수축을 느슨한 부분이 있는 꼬임을 조임으로써 흡수할 수 있어, 초전도 케이블에 과도한 장력이 작용하는 것을 회피할 수 있다.
본 발명의 초전도 케이블의 한 형태로서, 상기 수납관의 내부가 진공으로 형성되어 있는 것을 들 수 있다.
이 구성에 의하면, 수납관 내를 진공으로 구성함으로써, 냉매관 및 코어를 수납관의 외부로부터 효과적으로 단열할 수 있다.
본 발명의 초전도 케이블의 한 형태로서, 상기 수납관의 내부에 충전되는 단열재를 구비하는 것을 들 수 있다.
이 구성에 의하면, 수납관 내에 단열재를 충전함으로써, 수납관 내를 진공 흡인할 필요가 없고, 부설 작업성이 우수한 초전도 케이블로 할 수 있다.
본 발명의 초전도 케이블의 한 형태로서, 상기 코어를 수납하고, 상기 복수의 냉매관의 내측에 배치되는 내측 수납관을 구비하는 것을 들 수 있다.
이 구성에 의하면, 내측 수납관에 의해, 그 내부에 수납되는 코어를 기계적으로 보호할 수 있다. 특히, 내측 수납관의 단면을 원형으로 함으로써, 3개의 코어를 꼰 코어의 경우이더라도, 원통면을 갖는 내측 수납관의 외측에 냉매관을 배치할 수 있기 때문에, 냉매관의 배치를 행하기 쉽다.
상기 내측 수납관을 구비하는 본 발명의 초전도 케이블의 한 형태로서, 상기 내측 수납관은, 그 내측 수납관과 상기 코어의 사이의 공간에 충전되는 보조 냉매의 유로를 형성하는 것을 들 수 있다.
이 구성에 의하면, 내측 수납관 내에 보조 냉매를 충전시킴으로써, 직접 코어를 냉매와 접촉시켜, 보다 효율적으로 코어를 냉각할 수 있음과 아울러, 코어의 절연 특성을 향상시킬 수 있다. 이 형태의 초전도 케이블에서는, 냉매관 내에 흐르는 냉매를 이용하여 내측 수납관 내의 보조 냉매를 냉각하고, 그 보조 냉매를 통해서 코어를 냉각할 수 있다. 다시 말해, 코어의 냉각은, 기본적으로 냉매관 내의 냉매에 의해 행해지기 때문에, 보조 냉매는, 냉매관 내의 냉매보다 소량이더라도 좋고, 냉매관 내의 냉매보다 느린 유속이더라도 상관없다. 특히, 코어의 냉각 상태를 감시할 수 있을 정도로 소량의 보조 냉매를 유통시키는 것이라도 좋다. 따라서, 초전도 케이블이 길더라도, 통상, 보조 냉매를 유통시키기 위한 부하는 작다. 특히, 직류 초전도 케이블과 같이, 코어에서의 발열이 실질적으로 없는 경우 등은, 보조 냉매는 유통되고 있지 않더라도 좋은 경우가 있다. 혹은, 냉매관에서의 냉매의 순환에 관하여 다양한 예측하지 못한 사태가 생겨 코어의 냉각 능력을 올릴 필요가 있는 경우는, 그것에 따라서 보조 냉매의 유량을 올리더라도 좋다.
본 발명의 초전도 케이블의 한 형태로서, 직류 송전용인 것을 들 수 있다.
직류 송전용 케이블이라면, 송전에 따른 발열이 코어에 실질적으로 생기지 않기 때문에, 코어가 직접 냉매에 침지되지 않는 구성이더라도, 코어 외부의 냉매관 내에 흐르는 냉매에 의해, 효과적으로 코어를 냉각할 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 초전도 케이블은, 직류 송전 용도에 특히 적합하다. 물론, 본 발명의 초전도 케이블은, 교류 송전용으로 이용할 수도 있다. 그 경우, 교류 손실에 따른 발열도 충분히 냉각할 수 있도록, 냉매의 유속을 빠르게 하거나, 혹은 냉매관의 단면적을 크게 하는 등 하여, 단위 시간당 냉매 유량을 많게 하거나, 냉매관과 코어의 접촉 부분에 높은 열전도성의 재료를 개재하거나, 냉매관의 단면 형상을 코어의 외주면에 면접촉하는 형상으로 하거나 하는 것이 바람직하다.
[초전도 케이블의 부설 방법]
본 발명의 초전도 케이블의 부설 방법은, 이하의 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
드럼 준비 공정 : 초전도 도체층과 절연층을 구비하는 코어, 또는 1개 이상의 코어를 수납하는 내측 수납관을 감은 제 1 드럼과, 상기 초전도 도체층을 냉각하는 냉매의 유로를 구성하는 냉매관을 감은 제 2 드럼을 준비한다.
꼬임 공정 : 상기 제 1 드럼으로부터 코어 또는 내측 수납관을 풀어내고, 상기 제 2 드럼으로부터 냉매관을 풀어내고, 이들을 집속하여, 상기 코어 또는 내측 수납관의 외주에 상기 냉매관을 꼰다.
수납관 부설 공정 : 수납관을 부설 경로에 부설한다.
끌어넣기 공정 : 꼬인 코어와 냉매관의 복합 코어 유닛을, 부설 경로에 부설된 상기 수납관에 끌어넣어 수납한다.
이 방법에 의하면, 코어와 수납관을 별도로 준비하여, 부설 현장에서 조합할 수 있다. 그 때문에, 공장으로부터 코어와 수납관을 별도의 상태에서 출하하면 되고, 양자를 독립하여 제조할 수 있는 것으로부터 긴 초전도 케이블 선로를 구축하기 쉽다. 코어가 복수 있는 경우, 복수의 코어의 꼬인 본체 또는 내측 수납관의 외주에 냉매관을 꼬면 된다. 복수의 코어를 구비하는 경우이더라도, 각 코어마다 드럼에 감아 공장으로부터 부설 현장에 반송하거나, 미리 공장에서 꼰 복수의 코어를 부설 현장에 반송할 수 있어, 3개의 코어가 통합된 초전도 케이블에 비하면, 하나의 드럼으로 보다 긴 코어를 부설 현장에 반송할 수 있다. 또한, 공장에서 코어를 꼬지 않더라도 좋고, 부설 현장에서 코어를 꼴 수 있기 때문에, 공장에서 긴 1개의 코어를 제작하고, 이것을 적절한 길이로 절단하여 복수의 코어로 하고 나서 부설 현장에 반송하거나, 공장에서 제작한 1개의 긴 코어를 부설 현장까지 반송하고, 부설 현장에서 소정의 길이로 절단하여 복수의 코어를 얻는 것도 가능하게 된다.
본 발명의 초전도 케이블의 부설 방법의 한 형태로서, 상기 수납관의 설치측이 되는 내주면에, 나중에 복합 코어 유닛을 끌어넣었을 때에, 상기 복합 코어 유닛을 수납관과 실질적으로 동축에 지지하는 부분 단열층을 마련하여 두고, 상기 수납관에 복합 코어 유닛을 수납한 후, 상기 수납관 내의 나머지의 공간에 단열재를 충전하는 공정을 구비하는 것을 들 수 있다.
이 방법에 의하면, 수납관과 그 내부에 수납하는 복합 코어 유닛의 축조정을 용이하게 행할 수 있다. 수납관을 부설 경로에 부설할 때, 수납관의 상하는 정해진다. 그 때문에, 수납관의 내주면에 있어서의 원주 방향의 일부에 부분 단열층을 마련하여 두고, 그 부분 단열층이 마련된 쪽이 아래쪽이 되도록 수납관을 부설하면 된다. 이 부분 단열층의 두께는, 그 부분 단열층의 위에 복합 코어 유닛을 얹었을 때, 복합 코어 유닛의 중심이 수납관의 중심이 되는 두께를 선택하여 두면 된다. 혹은, 초전도 케이블의 단열 효과를 나타내는 열저항이, 수납관 내에서 방사 방향으로 균등하게 되는 열저항의 중심 위치를 구하여, 그 위치에 복합 코어 유닛의 중심이 배치되도록 그 단열층의 두께를 정하면 된다. 이와 같은 부분 단열층의 위에 복합 코어 유닛을 끌어넣음으로써, 수납관과 복합 코어 유닛을 용이하게 축조정할 수 있다. 그 후, 수납관과 복합 코어 유닛의 나머지의 공간에 단열재를 충전함으로써, 복합 코어 유닛을 수납관에 축조정한 상태에서, 복합 코어 유닛의 전체 둘레에 걸쳐 단열성을 균등하게 확보할 수 있다.
[초전도 케이블 선로]
본 발명의 초전도 케이블 선로는, 상술한 본 발명의 초전도 케이블을 구비하고, 이하의 적어도 하나의 구성을 더 구비한다.
《구분 기구》
이 초전도 케이블 선로는, 초전도 케이블의 도중에 구분 기구를 구비한다. 이 구분 기구는, 분할 부재와, 한쪽 인출부와, 다른 쪽 인출부와, 연결 냉매관을 구비한다. 분할 부재는, 상기 수납관의 내부를, 그 길이 방향의 한쪽의 공간과 다른 쪽의 공간으로 분할한다. 한쪽 인출부는, 한쪽의 공간 내의 냉매관을 수납관의 외부로 인출한다. 다른 쪽 인출부는, 다른 쪽의 공간 내의 냉매관을 수납관의 외부로 인출한다. 연결 냉매관은, 양 인출부를 연결한다.
이 구성에 의하면, 초전도 케이블 선로의 구축 후, 냉매관에 냉매를 초기 도입할 때, 이 구분 기구에 의해 분할된 공간 내의 냉매관의 각각에 냉매를 공급할 수 있다. 예컨대, 구분 기구의 연결 냉매관을 양 인출부로부터 제거하여 둔다. 그 상태에서, 각 인출부로부터 한쪽의 공간과 다른 쪽의 공간 내에 배치된 냉매관의 각각에 냉매를 공급한다. 냉매관 내에 냉매가 충전되면, 양 인출부에 연결 냉매관을 부착하여, 양 인출부를 연통시킨다. 그것에 의해, 한쪽의 공간 내의 연통관과 다른 쪽의 공간 내의 연통관으로 구성되는 일련의 냉매관에 냉매를 유통시킬 수 있다.
이와 같은 구분 기구를 이용하면, 한쪽의 공간 내의 냉매관과 다른 쪽의 공간 내의 냉매관을 결합하여 일련의 냉매 유통 구간으로 한 경우, 이 냉매 유통 구간의 도중으로부터 냉매를 도입할 수 있게 된다. 이 구분 기구로부터 냉매의 도입을 개시하면, 구분 기구에 근접하는 쪽으로부터 냉각이 시작되고, 구분 기구로부터 이격된 쪽일수록 냉각이 늦게 개시된다. 다시 말해, 구분 기구를 이용하면, 상기 냉매 유통 구간의 한쪽 단부로부터 다른 쪽 단부를 향해 냉매를 도입하는 경우에 비하여, 냉매 도입측의 단부로부터 그 반대측의 단부까지의 냉매 유로가 짧기 때문에, 냉매 도입측의 초전도 케이블에 작용하는 수축 응력의 적산을 완화할 수 있다. 따라서, 초전도 케이블에 과도한 장력이 작용하는 것을 회피할 수 있다. 특히, 이 냉매 유통 구간의 중간에 구분 기구를 마련하면, 구분 기구를 경계로 하는 양 공간 내의 냉매관이 동일한 길이가 되고, 각 공간 내의 냉매관의 수축 정도의 차이를 한층 작게 또한 균등하게 하기 쉽다. 따라서, 1개의 코어의 초전도 케이블을 채용하고, 그 냉각에 의한 수축을, 초전도 케이블 선로 양단에 설치되는 양 단말을 가동식으로 하여 흡수하는 경우에는, 1개의 코어의 수축을 흡수하는 양 단말의 가동량을 거의 균일하게 할 수 있으므로 바람직하다.
더구나, 각 냉매관은, 길이 방향에 걸쳐 거의 균일한 단면 형상인 것을 선택할 수 있기 때문에, 냉각에 따른 냉매관에 수축이 생기더라도, 한쪽의 공간 내의 냉매관과 다른 쪽의 공간 내의 냉매관에서 수축의 정도에 차이가 생기기 어렵다. 이 수축의 정도가 생기기 어려운 것은, 초전도 케이블의 부설 경로에 굴곡 부분이 있고, 그 존재 부분이나 굴곡 형태가 구분 기구를 경계로 하는 양측에서 다른 경우에도, 냉매 유로의 단면 형상이 수납관 내에서의 코어의 배치에 의존하지 않기 때문에, 종래의 초전도 케이블 선로에 비하면, 충분히 우위라고 할 수 있다.
상기 구분 기구를 구비하는 본 발명의 초전도 케이블 선로의 한 형태로서, 상기 수납관의 내부가 진공으로 형성된 형태를 들 수 있다. 이 형태는, 상기 수납관의 외부로부터 한쪽의 공간에 연통하는 한쪽 배기관과, 상기 수납관의 외부로부터 다른 쪽의 공간에 연통하는 다른 쪽 배기관과, 양 배기관을 연결하는 연통관을 구비한다.
이 구성에 의하면, 구분 기구로부터 수납관의 내부를 진공 흡인할 수 있다. 예컨대, 구분 기구의 연통관을 양 배기관으로부터 제거하여 둔다. 그 상태에서, 각 배기관으로부터 한쪽의 공간과 다른 쪽의 공간 내를 진공 흡인한다. 각 공간 내가 진공 흡인되면, 양 배기관에 연통관을 부착하여, 양 배기관을 연통시킨다. 그것에 의해, 한쪽의 공간 내와 다른 쪽의 공간 내가 연통된 일련의 진공 공간을 형성할 수 있다.
이 경우, 한쪽의 공간과 다른 쪽의 공간을 결합하여 일련의 진공 구간으로 한 경우, 이 진공 구간의 도중으로부터 진공 흡인할 수 있게 된다. 다시 말해, 구분 기구를 이용하면, 상기 진공 구간의 전체 길이를 어느 한쪽의 단부로부터 진공 흡인하는 경우에 비하여, 분할판을 경계로 하는 각 공간마다의 진공 흡인이 가능하기 때문에, 보다 소형의 진공 펌프를 이용하거나, 보다 단기간에 진공 흡인을 행할 수 있다. 또한, 이상 사태 발생시에, 그 위치를 특정하거나, 이상을 수복하거나 하는 것에도, 초전도 케이블 선로를 구분할 수 있는 것은 바람직한 것이다.
《냉각 스테이션 : 개별 왕복로》
이 초전도 케이블 선로는, 본 발명의 초전도 케이블과, 이 케이블을 냉각하기 위한 냉매를 그 케이블을 따라 유통시키는 복수의 냉각 스테이션을 구비한다. 상기 초전도 케이블이 구비하는 냉매관은, 냉매 왕로(coolant forward path)가 되는 냉매관 αg와, 이 냉매관 αg에 병렬로 배열되어 냉매 복로(coolant return path)가 되는 냉매관 αr과, 다른 냉매 왕로가 되는 냉매관 βg와, 이 냉매관 βg에 병렬로 배열되어 다른 냉매 복로가 되는 냉매관 βr을 갖는다. 상기 냉각 스테이션은, 냉매관 αg 및 냉매관 αr의 양 단부에 연결되는 냉각 스테이션 A1, A2와, 냉매관 βg 및 냉매관 βr의 양 단부에 연결되는 냉각 스테이션 B1, B2를 구비한다. 그리고, 상기 냉매관 αg, αr의 배치 구간과, 냉매관 βg, βr의 배치 구간이 초전도 케이블의 길이 방향으로 어긋나도록, 냉각 스테이션 A1, A2 및 냉각 스테이션 B1, B2가 마련되어 있다.
이 구성에 의하면, 코어와 냉매관이 독립하여 병렬로 배열되어 있기 때문에, 종단 접속부 사이의 코어의 길이나, 중간 접속부 사이의 코어의 길이에 관계없이, 냉매관의 배치 구간을 결정할 수 있다. 또한, 왕로를 구성하는 냉매관 αg와 복로를 구성하는 냉매관 αr로의 냉매의 공급을 개별 냉각 스테이션에 의해 행하고, 왕로를 구성하는 냉매관 βg와 복로를 구성하는 냉매관 βr로의 냉매의 공급에 대해서도 동일하게 함으로써, 냉각 스테이션 A1, A2 사이 및 냉각 스테이션 B1, B2 사이의 거리를 장거리로 하기 쉽다. 특히, 냉매관 αg, αr의 배치 구간과, 냉매관 βg, βr의 배치 구간이 초전도 케이블의 길이 방향으로 어긋나도록, 냉각 스테이션 A1, A2 및 냉각 스테이션 B1, B2를 마련함으로써, 일부의 냉각 스테이션이 동작 불능이 된 경우에더, 나머지의 냉각 스테이션을 이용하여, 코어의 전체 길이에 걸친 냉각을 행할 수 있다. 이 점에 대해서는, 초전도 케이블 선로의 운전 방법으로서 후술한다. 또, 냉매관 αg, αr, βg, βr의 각각은, 적어도 하나 있으면 되고, 단수라도 복수라도 상관없다.
《냉각 스테이션 : 일련의 왕복로》
이 초전도 케이블 선로는, 본 발명의 초전도 케이블과, 이 케이블을 냉각하기 위한 냉매를 그 케이블을 따라 유통시키는 복수의 냉각 스테이션을 구비한다. 상기 초전도 케이블이 구비하는 냉매관은, 상기 수납관 내에서 일련의 왕복 유로를 형성하는 냉매관 αgr과, 상기 수납관 내에서 다른 일련의 왕복 유로를 형성하는 냉매관 βgr을 갖는다. 상기 냉각 스테이션은, 상기 냉매관 αgr에 있어서의 냉매의 공급단과 복귀단에 연결되는 냉각 스테이션 X1과, 상기 냉매관 βgr에 있어서의 냉매의 공급단과 복귀단에 연결되는 냉각 스테이션 Y1을 구비한다. 그리고, 상기 냉매관 αgr의 배치 구간과, 냉매관 βgr의 배치 구간이 초전도 케이블의 길이 방향으로 어긋나도록, 냉각 스테이션 X1, Y1이 마련되어 있다.
이 구성에 의하면, 코어와 냉매관이 독립하여 병렬로 배열되어 있기 때문에, 종단 접속부 사이의 코어의 길이나, 중간 접속부 사이의 코어의 길이에 관계없이, 냉매관의 배치 구간을 결정할 수 있다. 또한, 냉매관 αgr과 냉매관 βgr은, 일련의 왕복 유로를 형성하기 때문에, 냉매를 보내는 펌프 1대로 일련의 왕복 유로에 흐르는 냉매량을 항상 자동적으로 균일하게 유지하는 것이 가능하게 되고, 펌프의 수를 줄이면서 냉매의 유통 제어를 용이하게 할 수 있다. 특히, αgr의 배치 구간과 냉매관 βgr의 배치 구간이 초전도 케이블의 길이 방향으로 어긋나도록, 냉각 스테이션 X1, Y1, 일부의 냉각 스테이션이 동작 불능이 된 경우에도, 나머지의 냉각 스테이션을 이용하여, 코어의 전체 길이에 걸친 냉각을 행할 수 있다. 이 점에 대해서는, 초전도 케이블 선로의 운전 방법으로서 후술한다. 또, 냉매관 αgr, βgr의 각각은, 적어도 하나 있으면 되고, 단수라도 복수라도 상관없다.
《전력 추출부》
이 초전도 케이블 선로는, 본 발명의 초전도 케이블과, 이 케이블을 냉각하기 위한 냉매를 그 케이블을 따라 유통시키는 복수의 냉각 스테이션을 구비한다. 그 초전도 케이블의 초전도 도체층은, 상기 절연층의 내측에 배치되는 내측 도체층과, 상기 절연층의 외측에 배치되는 외측 도체층을 구비한다. 또한, 상기 초전도 케이블의 도중에, 상기 냉각 스테이션에 전력을 공급하는 전력 추출부를 구비한다. 이 전력 추출부는, 초전도 내측 인출 도체와, 초전도 외측 인출 도체와, 단자 박스와, 한쪽의 상전도 리드와, 다른 쪽의 상전도 리드를 구비한다. 초전도 내측 인출 도체는, 상기 코어로부터 인출된 내측 도체층에 연결된다. 초전도 외측 인출 도체는, 상기 코어로부터 인출된 외측 도체층에 연결된다. 단자 박스는, 이들 양 인출 도체를 냉각하는 냉매가 충전된다. 한쪽의 상전도 리드는, 상기 초전도 내측 인출 도체에 연결되어, 상기 단자 박스로부터 상온측에 전로(electric path)를 형성한다. 다른 쪽의 상전도 리드는, 상기 초전도 외측 인출 도체에 연결되어, 상기 단자 박스로부터 상온측에 전로를 형성한다. 상기 냉각 스테이션은, 상기 초전도 케이블로부터 양 상전도 리드를 통한 전력 공급에 의해 냉매를 냉각하고, 각 냉매관에 냉매를 공급하도록 구성되어 있다.
이 구성에 의하면, 전력 추출부를 통해, 코어에 송전되는 전력의 일부를 수납관의 외부로 추출함으로써, 그 추출한 전력을 냉각 스테이션 등의 초전도 케이블 선로를 구성하는 부속 기기를 구동하기 위해 이용할 수 있다. 특히, 초전도 케이블 선로가 사막이나 황야 등에 부설되어, 냉각 스테이션의 구동 전력을 초전도 케이블 선로의 가까이로부터 공급할 수 없는 경우이더라도, 상기 부속 기기의 구동이 가능하다.
《보조 냉매용 냉각 스테이션》
이 초전도 케이블 선로는, 상술한 보조 냉매가 유통되는 내측 수납관을 구비하는 본 발명의 초전도 케이블을 갖는다. 또한, 이 선로는, 상기 내측 수납관의 내부에 충전되는 보조 냉매를, 상기 냉매관의 내부에 흐르는 냉매보다 늦게 유통시키는 보조 냉매용 냉각 스테이션을 구비한다. 이 보조 냉매용 냉각 스테이션은, 냉매관에 냉매(주 냉매)를 공급하는 냉각 스테이션(주 냉각 스테이션)과 겸용하더라도 좋다.
이 구성에 의하면, 보조 냉매용 냉각 스테이션에 의해, 내측 수납관 내에 보조 냉매를 유통시킴으로써, 효율적으로 코어를 냉각할 수 있다. 그 보조 냉매용 냉각 스테이션은, 상기 냉매관의 내부에 흐르는 냉매보다 늦게 보조 냉매를 유통할 수 있으면 되기 때문에, 상기 냉매를 유통시키기 위한 냉각 스테이션보다 소규모인 것으로 할 수 있다. 또한, 보조 냉매용 냉각 스테이션의 간격을, (주) 냉매를 유통시키는 (주) 냉각 스테이션의 간격보다 길게 할 수 있다.
《냉각 조정용 단열재 : 평탄 부설형》
이 초전도 케이블 선로는, 본 발명의 초전도 케이블과, 이 케이블을 냉각하기 위한 냉매를 그 케이블을 따라 유통시키는 복수의 냉각 스테이션을 구비한다. 이 초전도 케이블이 구비하는 상기 냉매관은, 냉매 왕로가 되는 냉매관 αg와, 이 냉매관 αg에 병렬로 배열되어 냉매 복로가 되는 냉매관 αr을 갖는다. 상기 냉각 스테이션은, 냉매관 αg 및 냉매관 αr의 양 단부에 연결되는 냉각 스테이션 A1, A2를 갖는다. 그리고, 상기 냉매관 αg 중 냉각 스테이션 A1에 연결되는 냉매의 공급단측과, 상기 냉매관 αr 중 냉각 스테이션 A2에 연결되는 냉매의 공급단측의 각각에, 각 냉매관 αg, αr을 덮는 냉각 조정 단열재를 구비한다.
이 구성에 의하면, 냉매관에 냉매를 도입할 때, 초전도 케이블의 전체 길이에 걸쳐 거의 균일하게 냉각을 행할 수 있다. 초전도 케이블의 냉각은, 상술한 바와 같이, 냉매의 도입측으로부터 시작되고, 그 도입측으로부터 이격될수록 늦다. 냉매관 αg, αr 중, 이 냉매의 도입측에 상당하는 부분에 냉각 조정 단열재를 마련함으로써, 냉매의 도입측의 냉각을 완화하고, 해당 도입측과 그 반대쪽의 냉각 정도를 균일화할 수 있다. 즉, 단말 기기로부터의 응력의 영향을 받는 케이블 단말로부터 냉각을 개시하는 것보다, 케이블의 중앙부로부터 냉각을 개시하여, 냉각이 진행됨에 따라 서서히 중앙부로부터 단말부에 냉각 수축 응력을 발생시켜 가는 것이, 케이블의 냉각에 의한 수축 응력의 균일성과 그것에 의한 케이블의 건전성의 확보를 위해서는 바람직한 것이다. 이 초전도 케이블 선로는, 부설 경로가 거의 평탄한 경우에 적합하게 이용할 수 있다.
《냉각 조정용 단열재 : 경사 부설형》
이 초전도 케이블 선로는, 본 발명의 초전도 케이블과, 이 케이블을 냉각하기 위한 냉매를 그 케이블을 따라 유통시키는 복수의 냉각 스테이션을 구비한다. 이 초전도 케이블이 구비하는 상기 냉매관은, 냉매 왕로가 되는 냉매관 αg와, 이 냉매관 αg에 병렬로 배열되어 냉매 복로가 되는 냉매관 αr을 갖는다. 상기 냉각 스테이션은, 냉매관 αg 및 냉매관 αr의 양 단부에 연결됨과 아울러, 낮은 위치에 배치되는 냉각 스테이션 A1과, 높은 위치에 배치되는 냉각 스테이션 A2를 갖는다. 그리고, 상기 냉매관 αg 중 낮은 위치의 냉각 스테이션 A1에 연결되는 냉매의 공급단측과, 상기 냉매관 αr 중 낮은 위치의 냉각 스테이션 A1에 연결되는 냉매의 복귀단측의 각각에, 각 냉매관 αg, αr을 덮는 냉각 조정 단열재를 구비한다.
이 구성에 의하면, 초전도 케이블의 부설 경로에 고저차가 있고, 한쪽의 냉각 스테이션이 낮은 위치에, 다른 쪽의 냉각 스테이션이 높은 위치에 설치되어 있는 경우이더라도, 냉매관에 냉매를 도입할 때, 초전도 케이블의 전체 길이에 걸쳐 냉각 수축 응력을 거의 균일하게 제어할 수 있다. 양 냉각 스테이션의 설치 부분에 고저차가 있는 경우, 중력이 케이블에 미치므로, 중력에 의한 응력과 초기 냉각에서 발생하는 냉각 수축 응력이 합산되어 케이블의 하부 방향으로의 응력이 커지고, 심지어 케이블 또는 케이블 코어가 낮은 위치측으로 이동하게 된다. 이 구성에 의해, 케이블의 높은 위치측으로부터 초기 냉각을 빨리 진행시키면, 중력에 의한 응력의 가산에 따른 하부 방향으로의 응력 집중을 완화시키는 것이 가능하게 된다. 다시 말해, 고저차가 있는 부설 경로에 부설되는 초전도 케이블의 초기 냉각에 의해 발생하는 응력을 제어하여, 케이블 전체 길이에 있어서의 냉각 응력의 균일성을 보다 잘 달성하는 길이 열리게 된다.
《슬러시 질소》
이 초전도 케이블 선로는, 본 발명의 초전도 케이블과, 이 케이블을 냉각하기 위한 냉매를 그 케이블을 따라 유통시키는 복수의 냉각 스테이션을 구비한다. 상기 초전도 케이블은, 상기 본 발명의 초전도 케이블이고, 상기 냉매관에 유통되는 냉매가 슬러시 질소이다.
냉매에 슬러시 질소를 이용함으로써, 보다 냉각 구간 길이를 길게 하거나, 통전 용량을 증가시킬 수 있다.
《냉각 판정 수단》
이 초전도 케이블 선로는, 본 발명의 초전도 케이블을 구비하고, 신호 송출 수단, 신호 수신 수단 및 냉각 판정 수단을 구비한다. 신호 송출 수단은, 초전도 케이블 선로의 한쪽 단부로부터 상기 초전도 도체층에 전기 신호를 입력시킨다. 신호 수신 수단은, 초전도 케이블의 다른 쪽 단부에서 그 출력 신호를 수신한다. 냉각 판정 수단은, 상기 신호 수신 수단에서 수신된 출력 신호의 상태에 따라, 상기 초전도 도체층이 상기 선로의 전체 길이에 걸쳐 초전도 상태가 되는 온도까지 도달했는지 여부를 판정한다.
초전도 도체층은, 일반적으로, 충분히 냉각되어 있지 않으면, 전기 저항이 커서 거의 절연체이고, 충분히 냉각되면, 실질적으로 저항이 0인 초전도 상태가 된다. 그 때문에, 이 초전도 도체층에 전기 신호를 입력했을 때, 초전도 케이블 선로의 전체 길이에 걸쳐 초전도 도체층의 냉각이 충분히 되어 있지 않으면, 출력 신호를 선로의 다른 쪽 단부에서 검출할 수 없다. 한편, 선로의 전체 길이에 걸쳐 초전도 도체층의 냉각이 충분히 되어 있으면, 출력 신호를 선로의 다른 쪽 단부에서 검출할 수 있다. 그 때문에, 냉각 판정 수단을 이용함으로써, 예컨대 출력 신호의 레벨(출력 신호의 수신의 유무)에 따라 초전도 도체층이 상기 선로의 전체 길이에 걸쳐 초전도 상태가 되는 온도까지 도달했는지 여부를 판정할 수 있다. 특히, 장거리의 초전도 케이블 선로의 경우, 그 전체 길이에 걸쳐 초전도 도체층의 냉각이 충분히 행해져 있는지 여부를 확실히 검지하는 것은, 매우 중요하다.
《사고점 특정 수단》
이 초전도 케이블 선로는, 본 발명의 초전도 케이블 및 상기 신호 송출 수단을 구비하고, 반사 신호 수신 수단과 사고점 특정 수단을 더 구비한다. 이 초전도 케이블 선로의 도중에 있어서, 초전도 도체층의 냉각이 국소적으로 불충분한 부분을 사고점으로 한다. 반사 신호 수신 수단은, 상기 사고점에 있어서의 상기 전기 신호의 반사 신호를 초전도 케이블 선로의 한쪽 단부에서 수신한다. 사고점 특정 수단은, 상기 전기 신호 및 반사 신호의 전송 속도와, 상기 신호 송출 수단에서 전기 신호를 입력하고 나서 상기 반사 신호 수신 수단에서 반사 신호를 수신하기까지의 시간으로부터 사고점의 위치를 연산한다.
초전도 케이블 선로의 도중에 사고점이 존재하는 경우, 그 사고점에서는 초전도 도체층이 초전도 상태로 되지 않고, 저항을 갖는 거의 절연체로 되어 있다. 그 때문에, 이 사고점은 임피던스의 부정합 부분으로 볼 수 있고, 선로의 한쪽 단부로부터 입력한 전기 신호는 사고점에서 반사되어, 그 전기 신호의 입력단인 선로의 한쪽 단부에 반사 신호로서 전달된다. 이 반사 신호를 반사 신호 수신 수단에서 수신하고, 상기 신호 송출 수단에서 전기 신호를 입력하고 나서 상기 반사 신호 수신 수단에서 반사 신호를 수신하기까지의 시간을 계측하면, 상기 전기 신호 및 반사 신호의 전송 속도는 알려져 있기 때문에, 사고점의 위치를 연산할 수 있다. 특히, 장거리의 초전도 케이블 선로의 경우, 사고점이 어디에 존재하는지를 확실히 검지하는 것은, 매우 중요하다.
[초전도 케이블 선로의 운전 방법]
본 발명의 초전도 케이블 선로의 운전 방법은, 상기 「냉각 스테이션 : 개별 왕복로」 또는 「냉각 스테이션 : 일련의 왕복로」 중 하나의 구성의 초전도 케이블 선로를 운전하는 방법이다. 그 각각은 다음과 같다.
《개별 왕복로》
이 초전도 케이블 선로의 운전 방법은, 「냉각 스테이션 : 개별 왕복로」의 구성의 초전도 케이블 선로를 운전하는 방법이다. 이 초전도 케이블 선로는, 냉각 스테이션 A1, A2 및 냉매관 αg, αr의 냉각 구간과, 냉각 스테이션 B1, B2 및 냉매관 βg, βr의 냉각 구간의 각각이 초전도 케이블의 길이 방향으로 복수의 세트가 마련되어 있다. 상기 냉각 스테이션 A1, A2 및 냉각 스테이션 B1, B2 중 어느 하나가 동작 불능인 경우, 그 동작 불능인 냉각 스테이션에 대응하는 냉각 구간을, 동작 가능한 냉각 스테이션으로서, 서로 인접하는 냉각 구간의 냉각을 분담하는 복수의 냉각 스테이션을 이용하여 냉각한다.
이 운전 방법에 의하면, 냉매관 αg, αr의 배치 구간과, 냉매관 βg, βr의 배치 구간이 초전도 케이블의 길이 방향으로 어긋나도록, 냉각 스테이션 A1, A2 및 냉각 스테이션 B1, B2가 마련되어 있기 때문에, 일부의 냉각 스테이션이 동작 불능이 되더라도, 그 동작 불능의 냉각 스테이션에 대응하는 냉각 구간(냉각 불능 구간)은, 다른 동작 가능한 냉각 스테이션의 냉각 구간과 중복되고 있다. 그 때문에, 이 동작 가능한 냉각 스테이션을 이용함으로써, 냉각 불능 구간을 냉각할 수 있다. 따라서, 일부의 냉각 스테이션이 동작 불능이 되더라도 초전도 케이블 선로의 전체 길이를 냉각할 수 있어, 보다 신뢰성이 높은 선로로 할 수 있다. 여기서, 보조 냉매가 유통되는 내측 수납관을 구비하는 본 발명의 초전도 케이블의 경우에는, 상술한 바와 같이 일부의 냉각 스테이션의 동작이 불능이 된 경우에는, 이 냉각 불능 구간의 냉각을, 보조 냉매의 유통량을 증가시킴으로서 대응하는 것도 유효하다.
《일련의 왕복로》
이 초전도 케이블 선로의 운전 방법은, 「냉각 스테이션 : 일련의 왕복로」의 구성의 초전도 케이블 선로를 운전하는 방법이다. 이 초전도 케이블 선로는, 상기 냉각 스테이션 X1 및 복수 또는 단수의 냉매관 αgr의 냉각 구간과, 냉각 스테이션 Y1 및 복수 또는 단수의 냉매관 βgr의 냉각 구간의 각각이 초전도 케이블의 길이 방향으로 복수의 세트 마련되어 있다. 냉각 스테이션 X1 및 냉각 스테이션 Y1 중 어느 하나가 동작 불능인 경우, 그 동작 불능의 냉각 스테이션에 대응하는 냉각 구간을, 동작 가능한 냉각 스테이션으로서, 서로 인접하는 냉각 구간의 냉각을 분담하는 복수의 냉각 스테이션을 이용하여 냉각한다.
이 운전 방법에 의하면, 냉매관 αgr의 배치 구간과, 냉매관 βgr의 배치 구간이 초전도 케이블의 길이 방향으로 어긋나도록, 냉각 스테이션 X1, Y1이 마련되어 있기 때문에, 일부의 냉각 스테이션이 동작 불능이 되더라도, 그 동작 불능의 냉각 스테이션에 대응하는 냉각 구간(냉각 불능 구간)은, 다른 동작 가능한 냉각 스테이션의 냉각 구간과 중복되고 있다. 그 때문에, 이 동작 가능한 냉각 스테이션을 이용함으로써, 냉각 불능 구간을 냉각할 수 있다. 따라서, 일부의 냉각 스테이션이 동작 불능이 되더라도 초전도 케이블 선로의 전체 길이를 냉각할 수 있어, 보다 신뢰성이 높은 선로로 할 수 있다. 여기서, 보조 냉매가 유통되는 내측 수납관을 구비하는 본 발명의 초전도 케이블의 경우에는, 상술한 바와 같이 일부의 냉각 스테이션의 동작이 불능이 된 경우에는, 이 냉각 불능 구간의 냉각을, 보조 냉매의 유통량을 증가시킴으로써 대응하는 것도 유효하다.
본 발명의 초전도 케이블은, 코어와 냉매관을 독립시킴으로써, 장거리에 걸친 냉매의 유통을 원활하게 할 수 있다. 또한, 코어와 냉매관을 독립시킴으로서, 코어 및 냉매관의 제조를 용이하게 하고, 그 각각의 제조 단위 길이를 길게 하는 것에 의해, 제조 비용을 크게 저감할 수 있다.
본 발명의 초전도 케이블 선로는, 본 발명의 초전도 케이블을 이용함으로써, 장거리의 송전 선로를 구축할 수 있다.
본 발명의 초전도 케이블의 부설 방법은, 본 발명의 초전도 케이블을 용이하게 부설할 수 있다.
본 발명의 초전도 케이블의 운전 방법은, 일부의 냉각 스테이션이 동작 불능이더라도, 나머지의 냉각 스테이션을 이용함으로써 초전도 케이블의 전체 길이에 걸친 충분한 냉각을 유지할 수 있다.
도 1은 실시형태 1에 따른 본 발명의 초전도 케이블의 기본 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 실시형태 1에 따른 본 발명의 초전도 케이블의 기본 구성을 나타내는 개략 사시도이다.
도 3은 실시형태 1의 초전도 케이블의 코어의 부분 단면도이다.
도 4는 실시형태 1의 초전도 케이블의 냉각 존의 설명도이다.
도 5는 수납관 내를 진공으로 한 실시형태 1의 본 발명의 전도 케이블을 나타내고, 냉매관이 4개인 경우의 단면도이다.
도 6은 수납관 내를 진공으로 한 실시형태 1의 본 발명의 초전도 케이블을 나타내고, 냉매관이 3개인 경우의 단면도이다.
도 7은 수납관 내에 단열재를 충전한 실시형태 1의 본 발명의 초전도 케이블을 나타내고, 냉매관이 4개인 경우의 단면도이다.
도 8은 수납관 내에 단열재를 충전한 실시형태 1의 본 발명의 초전도 케이블을 나타내고, 냉매관이 3개인 경우의 단면도이다.
도 9는 실시형태 3에 따른 본 발명의 초전도 케이블의 부설 방법의 평면 설명도이다.
도 10은 실시형태 3에 따른 본 발명의 초전도 케이블의 부설 방법의 정면 설명도이다.
도 11은 실시형태 4에 따른 본 발명의 초전도 케이블 선로의 개략 구성도이다.
도 12는 실시형태 5에 따른 본 발명의 초전도 케이블 선로의 개략 구성도이다.
도 13은 실시형태 6에 따른 본 발명의 초전도 케이블 선로의 구분 기구를 나타내는 개략 구성도이다.
도 14는 실시형태 7에 따른 본 발명의 초전도 케이블 선로의 전력 추출부를 나타내는 개략 구성도이다.
도 15는 실시형태 8에 따른 본 발명의 초전도 케이블 선로의 개략 구성도이다.
도 16은 실시형태 9에 따른 본 발명의 초전도 케이블 선로의 개략 구성도이다.
도 17은 실시형태 10에 따른 본 발명의 초전도 케이블 선로의 개략 구성도이다.
도 18은 실시형태 11에 따른 본 발명의 초전도 케이블 선로의 개략 구성도이다.
도 19는 실시형태 12에 따른 본 발명의 초전도 케이블 선로의 개략 구성도이다.
도 20은 실시형태 13에 따른 본 발명의 초전도 케이블 선로의 개략 구성도이다.
도 21은 실시형태 14에 따른 본 발명의 초전도 케이블 선로의 개략 구성도이다.
도 22는 실시형태 14에 따른 본 발명의 초전도 케이블 선로의 변형예의 개략 구성도이다.
도 23은 실시형태 15에 따른 본 발명의 초전도 케이블 선로의 개략 구성도이다.
도 24는 실시형태 16 및 실시형태 17에 따른 본 발명의 초전도 케이블 선로에 있어서의 결속대의 부착 상태 설명도이다.
도 25는 실시형태 18에 따른 본 발명의 초전도 케이블 선로에 있어서의 결속대의 부착 상태 설명도이다.
도 26은 종래의 초전도 케이블의 구성을 나타내는 사시도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태를 설명한다. 우선, 본 발명의 초전도 케이블에 대하여 설명하고, 순차적으로, 그 케이블의 부설 방법, 그 케이블을 이용한 선로를 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 부호는, 동일 부재 또는 상당 부재를 나타내고 있다.
[실시형태 1 : 초전도 케이블]
{개요}
본 발명의 초전도 케이블의 기본 구성을 도 1~도 4에 근거하여 설명하고, 변형예를 도 5~도 8에 근거하여 설명한다. 이 초전도 케이블(1000)은, 복합 코어 유닛(100c)과, 그 유닛(100c)을 수납하는 수납관(150)을 구비한다. 복합 코어 유닛(100c)은, 코어(110)와 냉매관(130)을 조합한 것으로, 필요에 따라 내측 수납관(170)도 포함한다. 코어(110)의 냉각은 냉매관(130) 내에 흐르는 냉매(130c)에 의해 행한다. 이 케이블(1000)의 보다 구체적인 구성을 이하에 설명한다.
{구성}
(코어)
코어(110)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 그 내측으로부터 차례로 포머(111), 내측 초전도 도체층(112), 절연층(113), 외측 초전도 도체층(114) 및 보호층(116)을 구비한다. 이 중, 내측 초전도 도체층(112)과 외측 초전도 도체층(114)이 초전도 도체층을 구성하고 있다.
《포머》
포머(111)는, 후술하는 내측 초전도 도체층(112)을 유지함과 아울러, 이상 전류의 분류로로서 기능한다. 포머(111)는, 복수의 소선을 꼰 연선(twisted wire) 구조의 것이나, 금속 파이프나 나선대를 이용한 중공(hollow) 구조의 것이 있다. 전자의 경우, 특히 교류 용도의 경우에는 소선에는 절연 피복을 갖는 동선(cooper wire) 등의 피복 금속선을 적합하게 이용할 수 있지만, 특히 직류 용도의 경우에는 나동선(bare copper wire) 등의 금속선도 이용할 수 있다. 후자의 경우, 스테인리스관이나 알루미늄(합금)관 등을 적합하게 이용할 수 있고, 그 내부를 냉매의 유로로 할 수도 있다. 알루미늄(합금)관의 경우, 유연성이 우수하기 때문에, 스트레이트 파이프의 이용도 기대된다. 포머(111)는, 이상 전류의 분류로로서 이용되는 일이 있지만, 그 이상 전류가 작은 경우는 절연 재료를 포머(111)에 적용하는 경우가 있다. 본 예에서는, 피복 또는 비피복 (나)금속선을 꼰 연선 구조의 포머(111)를 나타내고 있다. 포머(111)와 내측 초전도 도체층(112)의 사이에 쿠션층(도시하지 않음)을 마련하더라도 좋다.
《내측 초전도 도체층》
내측 초전도 도체층(112)은, 송전로를 구성한다. 내측 초전도 도체층(112)으로서는, 예컨대, 산화물 초전도체를 구비하는 테이프 형상 선재를 적합하게 이용할 수 있다. 테이프 형상 선재는, 예컨대, Bi2223계 초전도 테이프선이나, RE123계 박막 선재를 이용할 수 있다. Bi2223계 초전도 테이프선으로서는, Ag-Mn이나 Ag 등의 안정화 금속 중에 Bi2223계 산화물 초전도체로 이루어지는 필라멘트가 배치된 시스선(sheath wire)을 들 수 있다. RE123계 박막 선재로서는, 금속 기판에 Y, Ho, Nd, Sm, Gd 등의 희토류 원소 RE의 산화물 초전도상(superconducting phase)이 성막된 적층 선재를 들 수 있다. 내측 초전도 도체층(112)은, 상기 테이프 형상 선재를 나선 형상으로 감아 형성한 단층 구조, 또는 다층 구조인 것을 들 수 있다. 도 1~도 4에서는 간략화하여 나타내고 있지만, 다층 구조의 내측 초전도 도체층(112)으로 하고 있다.
《절연층》
절연층(113)은, 내측 초전도 도체층(112)에서의 사용 전압에 대하여 요구되는 절연을 확보하기 위한 층이다. 이 절연층(113)에는, 상전도 케이블에서 실적이 있고 전기 절연 강도가 우수한 재료, 예컨대 절연지와 플라스틱층의 복합 테이프나, 크래프트지를 적합하게 이용할 수 있다. 복합 테이프로서는, PPLP(스미토모 전기 공업 주식회사의 등록상표)를 들 수 있다. 이와 같은 적층 테이프 절연의 경우에는, 그 극간에 절연성 액체가 함침된 복합 절연체를 이용할 수 있다. 그 경우의 절연성 액체의 구체적인 예로서는, 냉매와 겸용되는 액체 질소를 들 수 있다. 액체 질소는, 내측 수납관(170)(도 1 및 도 2) 내에 충전함으로써 코어(110)에 함침되어, 절연층(113)을 절연성 액체와 테이프재의 복합 절연체로 한다. 코어(110)가 냉매(130c)에 함침되지 않는 경우, 절연층(113)에는 절연성 액체가 불필요한 CV 케이블 등에서 실적이 있는 가교 폴리에틸렌의 압출층 등을 이용할 수 있다. 코어(110)가 보조 냉매에 침지되는 경우, 상기 복합 테이프나 크래프트지 등의 절연지를 절연층에 적합하게 이용할 수 있다. 이 절연층(113)과 내측 초전도 도체층(112)의 사이 및 절연층(113)과 외측 초전도 도체층(114)의 사이에는, 일반적으로, 안정적인 전기 특성을 얻기에 유효한 반도전층(도시하지 않음)이 마련된다.
《외측 초전도 도체층》
외측 초전도 도체층(114)은, 직류 케이블의 경우, 단극 송전에서는, 내측 초전도 도체층(112)과 외측 초전도 도체층(114)으로 전류의 왕로(forward path)와 귀로(return path)를 구성하는 왕로 도체층 또는 귀로 도체층으로서 이용할 수 있다. 쌍극 송전에서는, 예컨대 2가닥의 초전도 케이블을 이용하고, 각 초전도 케이블의 각 내측 초전도 도체층(112)을 왕로 도체층 및 귀로 도체층으로 하고, 각 외측 초전도 도체층(114)을 중성선으로서 이용할 수 있다. 교류 케이블의 경우, 외측 초전도 도체층(114)은, 자기 실드로서 이용할 수 있다. 이 외측 초전도 도체층(114)도 내측 초전도 도체층(112)과 동일한 초전도 선재에 의해 구성된다. 외측 초전도 도체층(114)은, 통상 마련되지만 필수는 아니고, 필요에 따라 마련하면 된다.
특히, 직류 송전에 있어서, 내측 초전도 도체층을 전류의 왕로, 외측 초전도 도체층을 전류의 귀로로 하는 경우, 각 도체층의 단면적으로부터 정해지는 통전 용량을 양 도체층에서 동등하게 하여, 왕로 전류와 동등한 귀로 전류를 외측 초전도 도체층에 흐르게 하도록 하는 것이 중요하다.
귀로 도체를 다른 케이블로 구성하거나, 귀로 도체를 이용하지 않고서, 대지를 통하여 귀로 전류를 전원측으로 되돌린 경우, 왕로 전류에 의한 자계와 귀로 전류에 의한 자계가 서로 상쇄되지 않는 공간을 발생시키기 때문에, 초전도 케이블에 인덕턴스 LL을 발생시켜 버린다. 이 인덕턴스 LL은, 초전도 케이블의 길이에 비례하여 커지고, 긴 초전도 케이블의 경우, 거대한 인덕턴스 LL이 된다. 통전 전류 i가 변화하면, 이 인덕턴스 LL과 통전 전류의 단위 시간당 변화율(di/dt)의 곱에 의해 구해지는 과도 전압 Δv가 케이블에 발생한다(다음 식 참조).
Δv=LL(di/dt)
이 과도 전압 Δv의 값에 따라서는, 기기의 손상을 발생시키거나, 계속하여 필요한 전류까지 변화시키는 제어를 할 수 없게 될 우려가 있다.
그 점에서, 절연층의 외측에서 전위가 0인 부분에 밀착하여 외측 초전도 도체층을 배치하고, 그 통전 용량(단면적)을 내측 초전도 도체층의 통전 용량(단면적)과 동등하게 한 외측 초전도 도체층을 귀로 도체로서 이용하면, 초전도 케이블의 외측에 직류 자계가 실질적으로 생기지 않도록 할 수 있다. 이것은, 내측 초전도 도체층과 외측 초전도 도체층에 180° 위상이 다른 동량의 전류가 흐르는 것에 의해, 역방향에서 동일한 강도의 자계끼리 상쇄되기 때문이다. 그것에 따라, 케이블의 인덕턴스 LL을 실질적으로 0으로 하는 것이 가능하게 되고, 유도에 의한 과도 전압 Δv도 실질적으로 0으로 할 수 있다. 따라서, 초전도 케이블의 회로의 스위치를 온ㆍ오프하거나, 통전 전류를 변화시키는 송전의 과도 상태의 제어도 충분히 용이하게 행할 수 있다.
《보호층》
보호층(116)은, 외측 초전도 도체층(114)의 외주를 덮고, 외측 초전도 도체층(114)을 보호함과 아울러, 수납관(150)과의 절연을 확보한다. 이 보호층(116)은, 크래프트지 등을 감음으로써 형성할 수 있다. 이 보호층(116)의 내측에, 도 26의 초전도 케이블과 마찬가지로, 상전도층(도시 생략)을 마련하더라도 좋다. 이 상전도층은 이상 전류의 유로로서 이용할 수 있다.
《기다》
코어(110)의 수는, 1개의 코어이더라도 복수의 코어이더라도 상관없다. 도 1 및 도 2에서는 꼰 3개의 코어를 나타내고 있다. 코어(110)를 복수 이용하는 경우, 교류 케이블 코어이면, 3상 교류 케이블의 코어로서 이용할 수 있고, 직류 케이블의 코어이면 복수의 코어를 병렬 접속하여 전기적으로 일체의 코어로 하거나, 1개의 코어를 사고시의 대용 코어로 할 수도 있다. 또한, 다른 케이스로서는, 어느 하나의 코어(110)를 송전로의 왕로, 다른 코어(110)를 귀로로 하거나, 어느 하나의 코어(110)를 중성선으로서 이용하거나 할 수도 있다.
복수의 코어(110)를 꼬는 경우, 그 꼬임에는 코어(110)를 냉각했을 때의 수축을 흡수할 수 있는 정도의 느슨한 부분을 갖게 하여 두는 것이 바람직하다. 초전도 케이블의 부설 후의 냉각 작업에 의해 케이블 코어에 수축력이 발생하더라도 상기 느슨한 부분에 의해 이 수축력에 대응하는 수축량이 흡수되므로, 어떠란 길이의 코어이더라도, 그 케이블 전체가 수축하는 일이 없다. 이것은, 특히 장거리 케이블 선로의 경우, (1) 케이블 선로의 길이에 비례한 수축량이 그 양단에 나타나는 일이 없고, (2) 케이블 선로에 중간 접속부를 마련하는 경우, 이 접속부가 냉각 개시에 의해 수축 방향으로 이동하여 버리는 일을 막을 수 있다. 이것에 의해, 초전도 케이블의 냉각 작업시 및 운전시에, 코어(110)에는 어느 부분이더라도 과도한 장력이 작용하는 것을 억제할 수 있다.
1개의 코어의 경우, 후술하는 내측 수납관(170) 내에서 코어(110)를 사행시키는 것에 의해, 코어(110)를 냉각했을 때의 수축을 흡수할 수 있을 정도의 느슨한 부분을 갖게 하여 두는 것이, 특히 장거리 초전도 케이블 선로의 경우, 필수가 된다.
(냉매관)
냉매관(130) 내에는 냉매가 유통되고, 상기 코어(110)의 초전도 도체층을 초전도 상태로 유지할 수 있도록 냉각한다. 이 냉매관(130)은, 스트레이트 파이프나 코러게이트 파이프를 적합하게 이용할 수 있다. 스트레이트 파이프는 작은 압력 손실로 냉매를 원활하게 유통시키기 쉽고, 코러게이트 파이프는 스트레이트 파이프에 비하면 약간 압력 손실이 커지지만, 유연성이 우수하다. 냉매관(130)의 단면 형상은, 그 길이 방향에 걸쳐 거의 균일한 단면 형상인 것이 바람직하다. 냉매(130c)를 장거리에 걸쳐 원활하게 유통시키기 때문이다. 단면 형상의 구체적인 예로서는 원형을 들 수 있다. 원형이면, 냉매관의 외주에 그 냉매관(130)과 동축 형상으로 등온 영역을 형성할 수 있다.
냉매관(130)의 코어(110)에 대한 배치 형태나 수로서는, 냉매관(130)이 코어(110)를 따라 배치되어 있고, 이 냉매관 내에 흐르는 냉매에 의해 코어(110)가 필요한 온도까지 냉각되는 조건을 만족하는 한, 어떠한 형태 혹은 수이더라도 좋다. 예컨대, 코어(110)의 외주에 필요 내경을 갖는 냉매관(130)을 필요한 수 꼬거나, 코어(110)에 냉매관(130)을 세로로 배치하는 것을 들 수 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 코어(110)의 외주에 냉매관(130)을 한 방향으로 꼬면, 코어(110)를 그 전체 둘레에 걸쳐 균일하게 냉각하기 쉽다. 특히, 3개의 코어(110)가 꼬여 있는 경우, 각 코어(110)의 꼬인 홈에 맞도록 냉매관(130)을 배치하면, 냉매관(130)과 코어(110)의 접촉 영역을 증대시켜, 보다 효율적으로 코어(110)를 냉각할 수 있다. 냉매관(130)의 내경과 수와, 케이블 코어(110) 또는 내측 수납관(170)의 외측으로의 냉매관(130)의 배치의 조밀도(稠密度)는, 냉각 구간 길이와 냉매 유량과 냉매관(130)을 수납하는 수납관(150)의 외경을 어떻게 설계하는지에 따라, 코어(110)를 충분히 냉각할 수 있도록 정하면 된다.
냉매관(130)은 코어(110)의 외주에 세로로 배치하더라도 좋고, 미리 공장에서 냉매관(130)을 코어(110)의 외주에 꼬더라도 좋다. 꼬는 경우, 코어(110)의 전체 길이에 걸쳐 한 방향의 나선 형상으로 감는 S 꼬기(S-twist) 또는 Z 꼬기(Z-twist)를 이용할 수 있다. 어떤 경우에도, 권선 피치는 케이블의 구간 길이나 냉매의 유통 조건 등에 따라 결정하면 된다. 예컨대, 권선 피치를 코어(110)(복수의 코어의 경우는 코어 그룹의 외접원) 또는 내측 수납관(170)이 존재하는 경우는 내측 수납관(170)의 외경의 5배~20배 정도로 하는 것을 들 수 있다. 냉매관(130)의 코어(110)로의 꼬임 형태로서는, SZ 꼬기도 이용할 수 있다. 냉매관(130)을 한 방향의 S 꼬기 또는 Z 꼬기 하는 경우, 코어(110)와 냉매관(130)의 집합기(assembly)는 복잡하고 대형이 된다. 이것은, 냉매관(130)의 감김 보빈(take-up bobbin)을 집합기로 한 방향으로 계속 회전시킬 필요가 있는 것에 더하여, 긴 냉매관(130)을 이용하기 위해서는, 감김 보빈도 대형화되기 때문이다. 한편, 소형의 집합기를 이용한 것에서는, 집합기에 장비할 수 있는 냉매관(130)이나 코어(110)의 길이가 제약되어, 코어(110)에 냉매관(130)을 꼰 긴 복합 코어 유닛(100c)(내측 수납관(170)이 있는 경우는, 그 수납관(170)도 포함한다)을 제작하는 것이 어렵다. 이것에 비하여, 냉매관(130)을 SZ 꼬기 하면, 각 냉매관(130)은 한 방향으로 예컨대 0.3턴 정도로부터 수 턴 정도까지 감고, 계속하여 역방향으로 대략 같은 턴 감고, 감은 직후에 SZ 꼬기가 되돌아가지 않도록 테이프를 가로로 감아서 이 꼬임을 고정하고, 이후 이것을 반복하면 되기 때문에, 감김 보빈 자체를 회전시킬 필요가 없다. 그 때문에, 긴 냉매관(130)과 코어(110)를 개별적으로 대형의 드럼에 감고, 부설 현장으로 운반하고, 그대로 각 드럼을 정치하고, 그후에 각 드럼으로부터 냉매관(130)과 코어(110)를 풀어냄으로써, 긴 복합 코어 유닛(100c)을 제작할 수 있다. 이 방법을 이용한 초전도 케이블의 부설 방법에 대해서는 후술한다.
코어(110)와 각 냉매관(130)의 사이에는, 약간의 갭 또는 쿠션재(도시 생략)를 마련하는 것이 바람직하다. 이 갭이나 쿠션재에 의해, 냉매관(130)의 열수축에 따른 감김 직경의 축소를 흡수할 수 있다. 이 쿠션재는, 코어의 외주나 냉매관의 외주에 형성할 수 있다.
냉매관(130)의 수는, 코어(110)를 전체 둘레에 걸쳐 충분히 냉각할 수 있는 것을 필요 조건으로 하고, 냉각 구간 길이와 수납관의 외경을 요구 조건으로 하여, 최적 설계하여 적절한 수를 선택할 수 있다. 일반적으로, 복수의 냉매관(130)을 이용하고, 각 냉매관(130)을 코어(110)의 외주(복수의 코어이면, 그들 코어 그룹의 외주)에 균등하게 배치하는 것이 적합하다. 도 1 및 도 2에서는 4개의 냉매관(130)을 나타내고 있다. 사실, 코어를 수납하는 내측 냉매관과, 그 내측 냉매관의 외주에 동축으로 배치된 외측 냉매관을 구비하는 1개의 이중 냉매관을 이용하더라도 좋다. 그 경우, 내측 냉매관과 외측 냉매관의 사이의 공간을 냉매 유로로 한다.
냉매관(130)의 재질로서는, 강철, 스테인리스나 알루미늄(합금) 등을 적합하게 이용할 수 있다. 또한 이들 금속관의 외주에 플라스틱 등으로 이루어지는 보호 외피(도시 생략)를 마련하더라도 좋다. 보호 외피를 단열성이 우수한 재료로 구성하면, 이 보호 외피를 후술하는 단열재의 일부로서 기능시킬 수 있다. 냉매관(130)의 지름은, 그 수나 냉각 구간 길이의 요구 조건 하에 케이블 코어(110)가 충분히 냉각되기에 필요한 냉매 유로의 단면적을 확보할 수 있는 치수를 적절히 선택하면 된다.
냉매관(130)과 코어(110)는 결속대(140)(도 1 참조, 도 2에서는 생략)에 의해 일체화되는 것이 바람직하다. 코어(110)와 냉매관(130) 또는 냉매관(130)끼리를 소정의 배치로 위치시킴으로써, 안정적으로 코어(110)의 냉각을 행할 수 있어, 코어(110)와 냉매관(130)을 조합한 복합 코어 유닛(100c)을 후술하는 수납관에 끌어넣기 쉽기 때문이다. 특히, 냉매관을 SZ 꼬기 한 경우, 결속대에 의해 냉매관이 흩어지는 것을 억제하는 것이 바람직하다. 결속대는, 냉매관과 코어의 흩어짐을 억제할 수 있으면 되고, 금속 테이프나 패브릭 테이프 등의 테이프 재료를 적합하게 이용할 수 있다. 특히, 금속 테이프는, 그 강도로 인해, 느슨한 부분이 생기기 어렵고, 그 높은 열전도성에 의해, 결속대로 둘러싸인 영역을 균일하게 냉각하는 효과도 기대할 수 있다. 금속 테이프의 위에 패브릭 테이프를 감아도 좋다. 이와 같은 테이프 재료는, 코어(110)에 꼰 냉매관(130)의 외주에 감아서 사용한다. 테이프 재료의 감는 방법은, 맞대어 감거나 겹쳐서 감더라도 좋지만, 갭을 두고 감아서, 인접하는 턴 사이에 극간이 마련되어 있더라도 좋다. 이 극간은, 후술하는 단열재를 수납관 내에 충전할 때의 유로가 된다.
(수납관)
수납관(150)은, 상기 복합 코어 유닛(100c)을 수납한다. 이 수납관(150)에는, 스트레이트 파이프나 코러게이트 파이프를 적합하게 이용할 수 있다. 수납관(150)의 재질로서는, 강철, 스테인리스 등을 들 수 있다. 수납관(150)의 사이즈로서는, 내부에 복합 코어 유닛(100c)을 수납하고, 또한 복합 코어 유닛(100c)과의 사이에 충분한 단열 거리를 확보할 수 있는 크기로 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 내경 : 400㎜~1000㎜ 정도, 두께는, 강관에 내압이 실질적으로 걸리지 않으므로, 예컨대 수납관(150)이 땅속에 매설되는 케이스에서는, 이 토압에 견디는 것으로 좋고, 예컨대 3㎜~15㎜ 정도를 들 수 있다. 한편, 수납관(150)이 공기 중에 부설된 강관인 경우는, 그 지지 구조에 유의하면서, 예컨대 3㎜~5㎜ 정도를 들 수 있다.
종래의 초전도 케이블에서는, 단열관의 내관 내에 가압된 냉매가 유통되기 때문에, 그 내관의 원주 방향에는 후프 스트레스가 인장 응력으로서 작용한다. 한편, 본 발명의 초전도 케이블에서는, 후술하는 바와 같이 수납관(150) 내에 단열재(160)가 충전되는 경우, 단열재(160)에 의해 내측으로부터 수납관(150)이 지지되어 과도한 인장 응력이 수납관(150)에 작용하는 일이 없고, 수납관(150) 내가 진공인 경우, 수납관(150)의 외부에 대기압이 작용하기 때문에, 수납관의 원주 방향에는 압축력이 작용하게 된다. 그 때문에, 지름이 크고 두께가 얇은 파이프를 수납관(150)에 이용하게 된다.
수납관(150)의 내부 공간은, 복합 코어 유닛의 단열 공간으로서 이용된다. 이 내부 공간은, 진공으로 하더라도 좋고, 단열재를 충전하더라도 좋다.
도 5는 냉매관(130)이 4개이고 후술하는 내측 수납관(170)을 이용한 형태를, 도 6에서는 냉매관(130)이 3개이고 코어(110)의 꼬인 홈에 각 냉매관(130)이 배치된 형태를 나타내고, 상술한 결속대는 생략하고 있다. 이 복합 코어 유닛(100c)은, 수납관(150) 내의 길이 방향으로 적절한 간격으로 배치되는 스페이서(도시 생략)에 의해, 수납관(150)과 거의 동축 형상으로 배치되어 있다. 또한, 진공 공간 내에는, 복사열의 침입을 억제하기 위해, 슈퍼 인슐레이션(상품명) 등의 단열층(도시 생략)을 형성하는 것이 바람직하다. 수납관(150)의 내부 공간을 진공으로 유지하는 것은, 특히 직류 케이블의 경우, 수납관(150)의 내부에 영향을 미치는 열이 수납관(150)의 외부로부터의 침입열뿐이기 때문에, 냉매관(130)이나 코어(110)에, 그 외부로부터의 열의 침입을 가장 잘 막는 점에서 유효하다. 수납관(150)의 내부 공간을 진공으로 유지하면서 복합 코어 유닛(100c)을 구성하는 냉매관(130)이 소정의 냉매 온도(액체 질소의 서브쿨의 77K 이하)가 되면, 자연히 복합 코어 유닛(100c)의 온도는 냉각 존 CZ의 온도, 즉 냉매관(130)의 냉매 온도(액체 질소의 서브쿨의 77K 이하)가 되고, 그 온도가 항상 유지된다. 이것은, 도 4의 냉각 존 CZ 내에서 모든 냉매관(130)에 외접하는 포락선 원 내에서는 복합 코어 유닛(100c)을 포함시켜 실질적으로 발열이 없기 때문이다. 그 때문에, 코어(110) 내의 내측 초전도 도체층(112) 및 외측 초전도 도체층(114)은 초전도 상태가 되고, 초전도 케이블(1000)은 소기의 송전 기능을 하게 된다.
그러나, 초전도 케이블의 부설 공사가 종료되고, 냉매관(130)에 냉매를 유통 개시하여 복합 코어 유닛(100c)을 냉매관(130)과 동일한 온도에 도달시키기 위해서는, 냉매관(130)과 코어(110)의 사이에 진공의 갭이 존재하면, 코어(110)의 냉각에는 상대적으로 장시간을 요하게 된다. 이것은, 냉매관(130)이 코어(110)의 온도를 저하시키기 때문에 코어(110)로부터의 열류를 흡수하기 위해서는 열복사 작용밖에 이용할 수 없기 때문이다. 따라서, 물체의 접촉에 의해 발생하는 열전도 작용을 활용하여 코어(110)의 냉각 시간을 크게 단축하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 내측 수납관(170)이 존재하는 경우에는, 냉매관(130)을 금속으로 이루어지는 내측 수납관(170)과 직접 접촉시키고(도 5), 내측 수납관이 존재하지 않는 경우에는, 냉매관(130)을 코어(110)와 직접 접촉시키는(도 6) 것이 바람직하다.
한편, 내부 공간에 단열재(160)를 충전하는 경우, 단열재(160)의 재료로서는, 열저항이 가급적 높은 단열재인 것은 물론, 미리 유체 형상이 되어 내부 공간의 구석구석까지 확실히 충전되는 것이 바람직하다. 구체적인 예로서는, 폴리우레탄, 폴리스틸렌, 폴리프로필렌 등을 주요 원료 수지로 하는 발포 플라스틱계 재료를 들 수 있다. 또한, 단열재는, 수납관(150) 내에 복합 코어 유닛(100c)을 수납하기 전에 미리 수납관(150) 내에 배치되는 부분 단열층(162)과, 수납관(150) 내에 복합 코어 유닛(100c)을 수납한 후, 잔여 내부 공간에 충전되는 충전 단열부(164)로 구성하는 것이 바람직하다. 도 7 및 도 8에, 부분 단열층(162)과 충전 단열부(164)를 구비하는 초전도 케이블을 나타낸다. 도 7은 냉매관(130)이 4개이고 후술하는 내측 수납관(170)을 이용한 형태를, 도 8에서는 냉매관(130)이 3개이고 코어(110)의 꼬인 홈에 각 냉매관(130)이 배치된 형태를 나타내고, 상술한 결속대는 생략한 경우가 나타나 있다. 부분 단열층(162)은, 단열재로 구성되는 단면이 원호 형상인 부재이고, 수납관(162)의 내주면의 원주 방향의 일부에 배치된다. 이 부분 단열층(162)의 두께는, 이후에 복합 코어 유닛(100c)을 수납관(150) 내에 수납했을 때, 복합 코어 유닛(100c)과 수납관(150)이 동축이 되는 두께로 하여 둔다. 부분 단열층(162)의 수납관(150)의 축방향으로의 길이는, 수납관(150)의 전체 길이에 걸쳐 연속적으로 미치는 것이 바람직하지만, 예컨대 용접 공법의 적용이 기대되는 수납관(150)의 접속부 근방이나, 그밖의 적절한 간격을 두고 이산적으로 배치되어 있더라도 좋다. 수납관(150)의 전체 길이에 걸쳐 연속적으로 부분 단열층(162)이 마련되어 있으면, 복합 코어 유닛(100c)을 수납관(150)에 수납하기 쉽다. 도 7 및 도 8에서는, 상술한 결속대는 표시가 생략되어 있지만, 복합 코어 유닛(100c)의 각 구성 부재를 강고하게 안정시켜 부설 공사를 용이하게 하기 위해서는, 결속대를 이용하는 것이 바람직하다. 특히, 이 결속대는, 철망 형상 또는 상기 유체 형상의 단열재가 투과하는 투과성 재료(예컨대 다수의 구멍을 갖는 테이프 재료)로 하거나, 테이프 재료를 갭을 두고 감는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 결속대 내부까지 단열재를 충전할 수 있고, 복합 코어 유닛(100c)의 주위는 모두 단열재(160)로 둘러싸인다.
수납관(150)의 외측에는, 폴리스티렌 등으로 이루어지는 방식층(도시 생략)을 형성하는 것이 바람직하다.
(내측 수납관)
필요에 따라, 코어(110)의 외주(복수의 코어(110)이면, 그들 코어 그룹의 외주)와 각 냉매관(130)의 사이에 내측 수납관(170)을 마련하더라도 좋다. 내측 수납관(170)은, 코어(110)를 수납함으로써, 코어(110)를 기계적으로 보호한다. 수납되는 코어(110)가 복수인 경우, 내측 수납관(170)을 단면이 원형인 스트레이트 파이프로 하면, 냉매관(130)이 배치되는 면을 원통면으로 함으로써, 냉매관(130)을 용이하게 감을 수 있다. 또한, 내측 수납관(170)을 이용하고, 수납관(150)의 내부를 진공으로 하는 경우, 수납관(150)과 내측 수납관(170)의 사이를 진공 흡인하면 되기 때문에, 내측 수납관(170)을 이용하지 않는 경우에 비하여, 진공 흡인의 부하를 저감할 수 있다.
내측 수납관(170)에는, 스트레이트 파이프나 코러게이트 파이프를 이용할 수 있다. 내측 수납관(170)의 단면 형상은, 원형을 적합하게 이용할 수 있다. 내측 수납관의 내경은, 수납되는 코어(110)의 사이즈나 수에 따라 적절히 선택할 수 있다. 내측 수납관(170)의 재질로서는, 스테인리스나 알루미늄(합금) 등을 들 수 있다. 내측 수납관(170)의 내부에 액체가 유통되지 않는 경우, 내측 수납관(170)과 코어(110)의 사이의 갭은 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다. 그것에 의해, 코어(110)를 효율적으로 냉각할 수 있다.
내측 수납관(170)과 코어(110)의 사이의 공간에는, 냉매관(130) 내의 냉매 온도에 있어서 기체가 되는 물질나 액체가 되는 물질가 충전되는 것이 바람직하다. 이들 액체나 기체가 코어(110)와 냉매관 내의 냉매의 사이에 개재되는 열전도 물질이 되기 때문에, 코어(110)를 효율적으로 냉각할 수 있다. 냉매관(130) 내의 냉매로서 액체 질소를 이용한 경우, 내측 수납관(170) 내에 충전되는 기체로서는, 질소의 액화 온도(-195.8℃)에서 액화하지 않는 수소, 헬륨 등을 들 수 있다. 단, 질소의 액화 온도에서는 이미 액화되어 버리는 산소(액화 온도가 -182.96℃)나 건조 공기를 충전하는 것도 생각할 수 있다. 이 경우는, 코어(110)가 액체 질소 온도에서 냉각되었을 때에는, 내측 수납관(170) 내에서 기체는 액화 및 고화되어 있는 것이 되어 약간 현상은 복잡하게 되지만, 그것에 의한 열전도 효과를 코어(110)의 냉각에 활용하는 것도 생각할 수 있다. 내측 수납관(170) 내에 충전되는 액체로서는, 액체 질소를 들 수 있다.
내측 수납관(170) 내에 액체를 충전하는 경우, 그 액체를 보조 냉매로서 이용할 수 있다. 보조 냉매를 이용함으로써, 코어(110)는 보조 냉매에 침지되어, 보다 효율적으로 냉각된다. 단, 코어(110)의 냉각은, 기본적으로 냉매관(130)에 유통되는 냉매에 의해 행해지고, 보조 냉매는 상기 냉매에 의한 코어(110)의 냉각을 촉진하는 기능을 가지면 된다. 그 때문에, 보조 냉매는, 냉매관(130) 내의 냉매보다 소량이더라도 좋고, 냉매관(130) 내의 냉매보다 느린 유속이더라도 상관없다. 그것에 따라, 초전도 케이블이 길더라도, 보조 냉매를 유통시키기 위한 부하는 작다. 보조 냉매를 유통시키는 경우, 냉매관(130) 내의 냉매의 유통을 행하는 냉각 스테이션(도시 생략)과 겸용하더라도 좋고, 보조 냉매 순환용 냉각 스테이션을 별도로 마련하더라도 좋다. 어떤 경우에도 냉매관(130) 내의 냉매의 유통과 보조 냉매의 유통은 독립하여 행하므로, 보조 냉매의 유량은 독립하여 제어할 수 있다. 이 순환 유통되는 보조 냉매의 온도를 초전도 케이블의 단말로 모니터하면, 코어(110)(초전도 도체층)의 온도 분포의 건전성을 판단할 수도 있다. 특히 직류 케이블의 경우, 코어(110)에 손실이 실질적으로 발생하지 않고, 발열도 실질적으로 생기지 않기 때문에, 보조 냉매는 순환하는 일 없이 내측 수납관(170) 내에 충전되어 있는 것만으로도 좋은 경우가 있다. 또한, 어느 하나의 냉매 스테이션이나 어느 하나의 냉각 구간의 냉각관(130)에서 사고가 발생하여 코어의 냉각 기능이 저하되거나 손상된 경우에는, 이 보조 냉매의 유량을 증대시켜 초전도 케이블 선로의 기능을 정상으로 유지하도록 제어하는 것이 가능하게 된다.
보조 냉매로서는, 냉매관(130) 내의 냉매와 동일한 것을 적합하게 이용할 수 있다. 구체적으로는 액체 질소를 들 수 있다. 냉매관(130) 내의 냉매에 액체 수소나 액체 헬륨을 이용한 경우, 보조 냉매도 액체 수소나 액체 헬륨으로 하면 된다.
내측 수납관(170)의 외측에는, 쿠션재 혹은 방식층(모두 도시 생략)을 마련하더라도 좋다. 이들은, 냉매관(130)의 열수축에 의한 감김 직경의 축소를 흡수하는 것에 기여할 수 있다.
{작용 효과}
상기 초전도 케이블에 의하면, 다음의 효과를 달성할 수 있다.
(1) 냉매관(130)을 코어(110) 또는 내측 수납관(170)에 병렬로 배열함으로써, 도 4에 나타내는 바와 같이, 냉매관(130)의 근방에 냉각 존 CZ를 형성할 수 있다. 이 냉각 존 CZ는, 이점쇄선으로 둘러싸이는 영역에서 나타내는 바와 같이, 초전도 도체층을 초전도 상태로 유지할 수 있을 정도의 온도역으로 유지된다. 예컨대, 이 냉각 존 CZ가 77K 미만이 되도록 77K에서 액화하는 액체 질소를 77K 이하의 과냉각 액체 질소로 냉매관(130)에 유통시키면 된다. 특히, 복수의 냉매관(130)으로 코어(110)를 둘러싸면, 적어도 모든 냉매관(130)을 내포하는 외접원으로 둘러싸이는 영역 전체를 냉각 존 CZ로 할 수 있어, 효과적으로 코어(110)를 냉각할 수 있다. 특히, 직류 케이블의 경우, 코어(110) 자체에 발열이 실질적으로 발생하지 않기 때문에, 코어 자체의 액체 질소에 의한 직접 냉각을 행하지 않더라도, 분리된 냉매관(130)에서 코어(110)를 초전도 상태에 필요한 냉각 온도로 유지하는 것이 가능하게 된다. 또, 교류 케이블의 경우에도, 교류 손실에 따른 발열을 냉각할 수 있도록, 냉각 특성에 관한 파라미터, 예컨대 냉매관(130)의 단면적과 수나 배치 간격, 냉매 유량 등을 조정함으로써, 냉각 존의 필요한 온도를 유지하는 것이 가능하게 된다.
(2) 내측 수납관(170)과는 독립된 냉매관(130)을 코어(110)에 병렬로 배열함으로써, 냉매관(130)의 단면 형상을 임의로 선택하는 것이 가능하게 되고, 따라서 냉매 유로의 단면 형상도 임의로 결정할 수 있다. 다시 말해, 통상, 꼬인 코어(110)와 내측 수납관(170)의 사이의 공간의 단면 형상이나, 케이블의 단면에 있어서의 내측 수납관(170) 내의 코어(110)의 케이블 길이 방향에 있어서의 위치의 변화나 편재에 관계되는 일 없이, 냉매 유로의 단면 형상을 일정하게 결정할 수 있다. 그 때문에, 냉매관(130)으로서, 그 길이 방향에 걸쳐 거의 균일한 단면 형상의 관로를 선택함으로써, 냉매의 유통 저항을 크게 줄이고 또한 대용량의 냉매를 원활하게 유통시킬 수 있어, 냉각 구간 길이를 크게 연장한 긴 초전도 케이블 선로를 구성할 수 있다. 예컨대, 10㎞ 이상, 또한 50㎞ 이상의 장거리의 냉각 구간을 갖는 매우 긴 초전도 케이블 선로를 구축할 수 있는 것이 기대된다.
(3) 수납관(150) 내를 진공으로 하면, 높은 단열 특성을 얻을 수 있다. 그 경우에도, 진공 공간을 형성하는 수납관(150) 자체가 냉매 유로를 구성하는 것이 아니고, 냉매 유로는 별도로 냉매관(130)에 의해 구성되기 때문에, 진공 흡인하는 단위 구간 길이와, 냉매 유로의 단위 구간 길이를 관련지어 케이블의 제조나 부설 작업을 행할 필요가 없다. 그 때문에, 긴 초전도 케이블을 제조할 수 있다.
한편, 수납관(150)의 내부를 그 길이에 걸쳐 진공 흡인하여 진공 상태를 형성하고 유지하는 것은 매우 어렵다. 그것은, (1) 진공의 리크(leak), (2) 수납관(150)의 내면의 건조 불충분 등에 의한 흡착 수분, (3) 수납관(150) 자신의 아웃 가스 등에 의한 진공 열화를 전체 길이에 걸쳐 막는 것이 곤란하기 때문이다. 특히, 진공 봉지 후, 어떠란 예측하지 못한 사태가 수납관(150)의 한 부분에 발생하더라도 수납관(150)의 전체 길이의 진공 열화에 직결되기 때문에, 진공 상태의 유지는 매우 어렵다. 따라서, 초전도 전력 케이블 선로의 건설 및 그 성능 유지의 관점에서, 긴 선로에서는, 그 길이에 비례하여 진공의 유지가 매우 곤란하게 된다. 본 발명의 초전도 케이블이면, 냉매의 유통량을 종래의 케이블과 비교하여 비약적으로 크게 하는 것에 의해, 냉매관(130)에 의한 냉매의 냉각 용량을 크게 할 수 있으므로, 진공 단열 구조를 이용하지 않더라도 복합 코어 유닛의 단열을 확보할 수 있다. 예컨대, 수납관(150) 내를 진공 단열하는 대신에, 수납관(150) 내의 공간에 가급적 열저항이 큰 단열재(160)를 충전하고, 또한 단열재(160)의 두께를 크게 하는 등의 대책을 취함으로써, 복합 코어 유닛(100c)의 필요한 냉각이 충분히 유지 가능한 단열 특성을 얻을 수 있다. 그것에 의해, 상술한 다양한 문제를 안고 있는 진공 단열 구조를 배제할 수 있다.
(4) 수납관(150) 내에 단열재(160)를 충전하면, 복합 코어 유닛(100c)의 단열 구조에 진공 단열을 이용할 필요가 없기 때문에 부설 현장에서의 진공 흡인 작업을 고려할 필요가 없어지고, 선로 건설의 분할 실시가 가능하게 되어 보다 단기에 부설 작업을 끝내는 것을 기대할 수 있음과 아울러, 장시간을 요하는 건설 후의 선로 일괄 진공 흡인 작업 그 자체를 생략하는 것이 가능하게 되어, 초전도 케이블 선로 건설을 현저하게 용이하고 저렴하게 할 수 있게 된다. 또한, 운전 중에 발생하는 사고 등이 광범위하게 영향을 미치는 것을 막아, 사고 복구도 용이하게 할 수 있게 된다.
(5) 복수의 냉매관(130)을 코어(110)의 외주에 일정 방향으로 꼬는 것, 또는 서로 어긋나는 방향으로 SZ 꼬기 함으로써, 코어(110)의 전체 길이ㆍ전체 둘레에 걸쳐 냉매관(130)의 각 관의 위치를 평균적으로 균일하게 할 수 있으므로, 거의 균일하게 코어(110)를 냉각할 수 있음과 아울러, 복수의 냉각관(130) 내의 냉매의 상태를 각 냉매관에서 평균적으로 균일하게 할 수 있다. 또한, 복수의 코어(110)를 느슨한 부분을 갖게 하여 꼬아 두면, 코어(110)의 냉각 수축을 케이블의 각 위치에서 흡수할 수 있으므로, 초전도 케이블 선로를 길게 하는 것에 의한 냉각 수축의 적산 거대화나, 초전도 케이블 선로의 구부러짐이나 안부(鞍部)로의 냉각 수축량의 집중이나 편재가 발생할 우려가 없다.
(6) 내측 수납관(170)을 이용하고, 내부에 보조 냉매를 충전함으로써, 보다 효율적으로 코어(110)를 냉각할 수 있다. 그 보조 냉매를 순환시키는 경우에도, 코어(110)의 냉각은 냉매관(130) 내의 냉매에 의해 행해지기 때문에, 보조 냉매는 냉매관(130) 내의 냉매보다 소량으로 하거나, 천천히 유통시킬 수 있다. 그것에 따라, 보조 냉매의 유통 부하를 저감할 수 있다. 또한, 냉매관(130)에 관련되는 기기의 어딘가에서 이상이 생긴 경우, 그 냉각 능력 저하를 보상할 만큼 이 보조 냉매 냉각의 능력을 증강할 수 있도록 설계하여 두는 것에 의해, 초전도 케이블 선로 전체의 신뢰성과 안정성을 향상시킬 수 있는 수단도 제공한다.
(7) 냉매관(130)과 코어(110) 또는 내측 수납관(170)에서 내부의 코어부를 분리하여 생산 가능하고, 대폭의 양산화, 제조 기간의 단축 및 수율 향상에 의한 생산성의 현저한 향상과, 공장에서의 제조 단위 길이를 현저하게 길게 할 수 있어, 긴 초전도 케이블 선로 건설의 가능성을, 제조 비용의 저감과 케이블의 생산량적 증강의 양면에서 대폭으로 높일 수 있다.
{단면 형상이 길이 방향으로 균일한 냉매관의 우위성에 관한 검토}
냉매관의 단면이 원형인 스트레이트 파이프에 의해 냉매를 원활하게 유통할 수 있는 것의 우위성에 대하여, 보다 자세히 검토한다. 유체가 유로에 흐를 때의 저항을 R, 유체의 입구와 출구 사이의 차압을 P, 유로에 흐르는 유체의 유량을 Q로 하면, 유량 Q는 다음의 식으로 나타내어진다.
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이 중, 유량 Q는, 초전도 케이블에 있어서의 모든 발열이나 침입열에 대하여 초전도 도체를 안정적으로 초전도 상태로 유지할 수 있도록, 냉매가 액체로부터 기화하는 것을 막을 수 있는 냉각 능력을 확보할 수 있는 값으로 할 필요가 있다.
차압 P는, 유체의 유로를 구성하는 관로의 내압과, 유체를 압송하는 펌프(냉각 스테이션)의 능력 등으로 자연히 정해지는 일정치 이상으로는 크게 할 수 없다.
저항 R은 초전도 케이블의 냉각 구간 길이 L에 비례하고, 또한 유로의 단면 형상과 사이즈에 크게 관계된다. 예컨대, 단면이 원형인 관로 내에, 원형 단면의 코어가 수납되어 있는 경우에, 관로와 코어의 사이의 공간의 단면적을 S로 하고, 그 단면적 S의 등가 원 반경을 r로 한다. 이 r과 상기 L을 이용하여 R을 나타내면, 다음 식과 같이 된다. 단, K는 일정 계수, n은 지수이다.
Figure pct00002
한편, 상기 단면적이 S이면 등가 원의 반경 r은 다음 식으로 나타내어진다.
Figure pct00003
따라서, 식 1의 Q는, 다음 식으로 나타내어진다.
Figure pct00004
식 4에서 L을 구하면, 다음 식과 같이 된다.
Figure pct00005
여기서, K는 일정치, P는 실용상 상한치가 거의 정해지는 값, Q는 초전도 케이블의 발열이나 침입열을 제거하여 초전도 도체를 초전도 상태로 유지하기 위해 필요한 최소의 값으로 정해지는 수치이다. 따라서, 냉각 구간 길이 L을 길게 하여 냉각 스테이션의 수를 삭감하는 것에 가장 크게 기여하는 것은 rn이다. rn을 크게 함으로써, 냉각 구간 길이 L을 길게 할 수 있다. r을 크게 하기 위해서는, 냉매 유로의 단면적을 넓게 하면 된다. 그것을 위해서는, 본원 발명과 같이 냉매관(130)의 수를 늘리는 것도 유력하지만, 1개당 길이를 증가시키는 것을 가능하게 하기 위해서는 1개당 rn을 크게 할 필요가 있다. 여기서, 지수 n은, 평활한 내부에 의해 형성되는 공동을 갖고 또한 원형 단면을 갖는 스트레이트 파이프의 경우에, 유체의 난류(turbulence)가 현저하게 크지 않은 범위에서는, 면적비에 관계되는 n=2이다.
코러게이트 파이프 내에 3개의 꼰 코어를 수납한 종래의 케이블에서는, 냉매 유로가 되는 코러게이트 파이프와 3개의 코어의 사이의 공간의 단면 형상이 원래 복잡하고, 또한 코러게이트 파이프 내에서의 3개의 코어의 편재도 생긴다. 그 경우, n은 2로부터 벗어나 작아지고, 필요한 유량 Q를 얻기 위해서는, 냉각 구간 길이 L이 급격히 짧아진다. 따라서, 냉각 구간 길이 L을 길게 하기 위해서는, 단면이 원형인 스트레이트 파이프의 반경 r을 크게 하고, n≒2에서 rn을 크게 하는 것이 필요하다는 것을 알 수 있다.
또한, 긴 파이프 내에 층류로 흐르는 유체는, 파이프의 내벽에 부동역(immobile region)을 만드는 것이 알려져 있고, 이 효과를 감안하면, 지수 n에 대해서도, n=2~3으로 확대하는 것이 알려져 있다. 다시 말해, 파이프의 반경 r을 크게 하면, 불동역의 효과가 저감되므로, 비약적으로 유체가 흐르기 쉬워지고, n≒3 정도까지 확장될 수 있다. 이 점에서도, 원형 단면의 스트레이트 파이프이면, 냉각 구간 길이 L을 길게 하는 것에 유효한 것을 알 수 있다.
이상의 검토로부터 보면, 냉각 스테이션의 간격이 50㎞~200㎞ 정도까지 연장 가능하다고 기대된다. 그 경우, 예컨대 1000㎞의 송전 선로에 대하여, 냉각 스테이션의 수를 21~6으로 할 수 있게 된다.
[실시형태 2 : 초전도 케이블; 슬러시 질소]
다음으로, 냉매관(130) 내의 냉매에 슬러시 질소를 이용한 실시형태에 따른 초전도 케이블을 설명한다. 이 초전도 케이블의 구성은, 냉매관(130) 내의 냉매가 슬러시 질소인 점을 제외하고, 실시형태 1과 공통이다. 이하의 설명은, 주로 실시형태 1과의 차이점에 대하여 행한다.
슬러시 질소는, 질소의 응고점(약 63K)보다 약간 낮은 온도에서, 액체 질소 중에 미세한 고상(solid-phase)의 입자가 다수 분산된 고액 혼합 상태의 질소이다.
본 발명의 초전도 케이블에서는, 슬러시 질소의 냉매 유로가 되는 냉매관(130)이 길이 방향으로 거의 균일한 단면 형상이고, 그 구경의 선택지도 넓기 때문에, 슬러시 질소 중의 고상 입자가 비교적 거칠더라도, 냉매의 유통에 지장을 주는 일이 없다. 종래의 초전도 케이블에 슬러시 질소의 적용을 시도하는 경우, 원활한 냉매의 유통을 확보하기 위해서는, 슬러시 질소 중의 고상 입자를 평균 입경이 100㎛ 미만 정도인 미립으로 하고, 또한 슬러시 질소 전체에 대한 고상 입자의 함유량을 질량%로 10% 정도 이하로 할 필요가 있다고 생각할 수 있다. 이것은, 종래의 초전도 케이블에서는, 냉매 유로의 단면 형상이 복잡하고, 또한 길이 방향으로 균일한 단면 형상으로 되어 있지 않고, 또한, 냉매가 절연층에 침투하여 초전도 도체층에 도달할 필요가 있기 때문이다. 한편, 본 예의 초전도 케이블에서는, 평균 입경이 수 밀리미터 오더, 예컨대 3㎜ 이하 정도의 조립(粗粒)을 고상 입자로서 이용할 수 있고, 슬러시 질소 전체에 대한 고상 입자의 함유량도 질량%로 10% 초과, 예컨대 30% 이하 정도로 하더라도, 고상 입자의 편재나 정체를 회피할 수 있다고 기대할 수 있다. 특히, 코어(110)는 냉매에 침지할 필요가 없기 때문에, 냉매를 절연층에 침투시킬 필요도 없다.
슬러시 질소를 냉매에 이용함으로서, 다음의 효과를 달성할 수 있다.
슬러시 질소는, 액체 질소에 비하여 열용량이 큰 고상 입자를 포함한다. 또한, 고상 입자가 액화하는 용해 잠열에 대응하는 열량을 슬러시 질소가 흡수하더라도, 그 동안 냉매를 일정 온도(예컨대 63K)로 유지할 수 있다. 따라서, 냉매가 흡수하는 일정한 열량에 대하여, 보다 장기간에 걸쳐 냉매를 일정 온도로 유지할 수 있는 것으로부터, 액체 질소에 비하여 냉매 유로의 단위 구간 길이를 길게 할 수 있다. 또한, 77K를 액화점으로 하여 이 이상에서 기화하는 액체 질소를 이용한 경우, 예컨대 냉동기 출구 및 초전도 케이블 입구에서의 액체 질소 온도를 TT(K), 초전도 상태를 유지하는 냉매의 허용 온도차를 ΔT(K)로 하면, ΔT=77-TT로 나타내어진다. 그때, TT를 응고점인 63K 근방의 한계까지 내리면, ΔT를 최대로 할 수 있으므로, 이들 효과에 의해서도 냉각 구간 길이를 길게 한 장거리의 초전도 케이블 선로를 구축할 수 있다.
슬러시 질소를 포함하는 냉매는, 액체 질소에 비하여 저온이다. 일반적으로 초전도 선재의 허용 전류(임계 전류라고도 한다)는, 온도가 낮을수록 커진다. 그 때문에, 예컨대 Bi2223계 초전도 선재의 경우, 약 63K의 슬러시 질소를 이용함으로써, 약 77K의 액체 질소를 이용하는 경우에 비하여, 약 2배의 송전 용량을 확보할 수 있다.
[실시형태 3 : 초전도 케이블의 부설 방법]
다음으로, 상기 초전도 케이블의 부설 방법을 도 9 및 도 10에 근거하여 설명한다. 초전도 케이블의 각 구성 부재는, 실시형태 1이나 2에서 설명한 부재를 이용할 수 있다. 필요한 수의 코어(110)의 일정 방향 꼬기와, 꼰 후의 코어(110) 혹은 그 외측에 배치된 내측 수납관(170)과 복수의 냉매관(130)의 일정 방향 꼬기를 미리 공장 내에서 행하고, 공장 내에서 복합 코어 유닛(100c)을 얻어 두고, 그것을 드럼에 감아 부설 현장까지 반송하여, 그대로 부설하는 방법도 있을 수 있다. 그러나, 이 방법에서는 초전도 케이블의 생산이 복잡하게 되고, 출하 초전도 케이블 단위 길이도 짧아진다. 그래서, 본 발명의 초전도 케이블의 특징을 살린 부설 현장에서의 꼬기 및 그 직후에 직접 탠덤에 복합 코어 유닛(100c)을 부설하여 가는 방법을 이하에 설명한다.
{개요}
본 예의 방법은, 초전도 케이블의 부설 현장에 있어서, 1개의 코어(110)의 외주에 4개의 냉매관(130)을 SZ 꼬기 함으로써 복합 코어 유닛(100c)을 제작하고, 그 복합 코어 유닛(100c)을 지중(地中)에, 또는 지중의 동도(hollow channel) 내에 부설된 수납관(150) 내에 끌어넣는 것에 의해 행하는 경우를 예로서 설명한다. 보다 구체적으로는, 드럼 준비 공정, 꼬기 공정, 수납관 부설 공정, 및 끌어넣기 공정을 갖는다. 물론, 코어가 3개의 코어와 같이 복수의 코어가 사용되는 경우는 공장에서 꼰 복수의 코어의 통합체가 된 코어 그룹의 외주에 냉매관을 꼬면 된다. 또한, 코어(코어 그룹)에 피복한 내측 수납관(170)(도 1 및 도 2 등)을 이용하는 경우에는, 코어(코어 그룹)를 수납하는 내측 수납관(170)의 외측에 냉매관을 꼬면 된다.
{구성}
(드럼 준비 공정)
드럼 준비 공정은, 상기 1개의 코어 또는 복수의 코어(110) 혹은 내측 수납관(170)을 감은 제 1 드럼(210c)과, 상기 냉매관(130)을 감은 제 2 드럼(210p)을 준비한다. 코어(110) 혹은 내측 수납관(170)과 냉매관(130)은, 개별적으로 제 1 드럼(210c) 및 제 2 드럼(210p)에 감아 준비할 수 있기 때문에, 대형의 각 드럼(210c, 210p)에 긴 코어(110) 혹은 내측 수납관(170) 및 냉매관(130)을 감아 둘 수 있다. 각 드럼(210c, 210p)의 사이즈는, 선편의 제한 또는 도로교통법 등의 법령상, 반송이 허용되는 최대 사이즈로 하는 것이 긴 부재의 일괄 부설을 가능하게 하여 바람직하다.
코어(110) 혹은 내측 수납관(170) 및 냉매관(130)은, 각 드럼(210c, 210p)의 감김 길이에 따른 길이로 공장에서 제작하여 감아 두더라도 좋지만, 각각의 긴 부재를 공장에서 제작하여 두고, 그 긴 부재를 개개의 드럼(210c, 210p)에 따른 길이로 절단하여 감더라도 좋다. 긴 부재를 절단하여 코어(110) 혹은 내측 수납관(170)이나 냉매관(130)을 제작하면, 보다 효율적인 초전도 케이블의 제조가 가능하다.
각 드럼(210c, 210p)은, 공장으로부터 부설 현장에 반송되어, 그 부설 현장에서 각각 언더 롤러(220)상에 배치되어, 제 1 드럼(210c)을 중앙에, 그 양측에 한 쌍씩의 제 2 드럼(210p)을 병렬 배치한다.
(꼬기 공정)
꼬기 공정에서는, 코어(110) 혹은 내측 수납관(170)을 제 1 드럼(210c)으로부터, 각 냉매관(130)을 제 2 드럼(210p)으로부터 풀어내고, 코어(110)의 외주에 냉매관(130)을 SZ 꼬기 하여 복합 코어 유닛(100c)을 제작한다.
제 1 드럼(210c) 및 제 2 드럼(210p)으로부터 풀어내어진 코어(110) 혹은 내측 수납관(170)과 냉매관(130)은, 다단의 일괄 회전식 가이드 롤러(230)에 의해 집속되어, 나팔 형상 유도관(240)을 통과하여, 순차적으로 SZ 꼬기 장치(250), 테이프 감기 장치(260)에 도입된다. 나팔 형상 유도관(240)은 코어(110) 혹은 내측 수납관(170)과 각 냉매관(130)을 함께 SZ 꼬기 장치(250)에 안내한다. SZ 꼬기 장치(250)는, 코어(110) 혹은 내측 수납관(170)의 외주에 냉매관(130)을 SZ 꼬기한다. 그때, 냉매관(130)은 한 방향으로 0.3턴으로부터 수 턴 감고, 계속하여 역방향으로 같은 턴 감는 것을 반복하면 되기 때문에, SZ 꼬기 장치(250) 자체는 상술한 집합기에 비하면 소형인 것을 이용할 수 있다. 복합 코어 유닛(100c)은 그대로 수납관(150) 내에 부설되어 지름이 작은 구부러짐을 받는 일이 없으므로, 이 꼬임 턴의 피치는, 예컨대, 코어(110) 혹은 내측 수납관(170)의 외경의 50~100배로 매우 크게 취하더라도 좋다.
SZ 꼬기 장치(250)는, 코어(110) 혹은 내측 수납관(170)과 냉매관(130)의 각각이 삽통되는 회전 다이스(도시 생략) 또는 복수의 관통 구멍을 가진 오리목(panel strip)(도시 생략) 및 다단의 일괄 회전식 가이드 롤러(230)를 소정의 각도 내에서 정역전(正逆轉)시킴으로써 코어(110) 혹은 내측 수납관(170)에 냉매관(130)을 꼬아 복합시킨다. 이때, 드럼(210p)측의 냉매관(130)은 SZ 꼬기 장치의 꼬기 방향과는 역방향으로 꼬여 간다. 따라서, 다단의 가이드 롤러(230)는 역회전하여 이 꼬임을 드럼(210p)측을 향해 크게 완화하는 것에 의해, 냉매관(130)의 어느 부분에도 국소적인 과도한 구부러짐이 생기지 않도록 조정한다. 이 다단 회전식 가이드 롤러군의 다단의 수, 롤러 간격, 드럼(210p)과 SZ 꼬기 장치(250) 사이의 길이는, SZ 꼬기의 턴의 수와 피치 길이에 적합하도록 정하는 것으로 한다.
계속하여, 코어(110) 혹은 내측 수납관(170)에 꼰 냉매관(130)의 외주에 테이프 감기 장치(260)로 테이프 재료를 감아 결속대(140)를 형성하고, 냉매관(130)이 코어(110) 혹은 내측 수납관(170)으로부터 흩어지지 않도록 한다. 이 테이프 감기 장치(250)를 통과함으로써, 복합 코어 유닛(100c)이 형성된다.
또, 부설 현장에 상술한 드럼(210c, 210p)군 및 일괄 회전식 가이드 롤러(230)나 SZ 꼬기 장치(250)를 전개할 넓은 스페이스를 취할 수 없는 경우는, 냉매관(130)을 코어(110) 혹은 내측 수납관(170)에 단지 세로로 배치하고, 그것을 테이프 감기 장치(260)에 장착한 결속대(140)로 고정하여 복합 코어 유닛(100c)을 형성하고, 그대로 수납관(150)에 도입하면 된다.
또한, 냉매관(130)을, 예컨대 500m 등의 일정 거리만큼 직선 형상으로 풀어내고, 그 일정 거리만큼 진행할 때마다 냉각관(130)의 서플라이 위치를 일정 방향으로 하나씩 인접하는 냉매관(130)의 위치에 어긋나게 하는 것에 의해, 코어(110) 혹은 내측 수납관(170)에 대한 냉매관(130)의 배치 위치를 변위시켜 가는 방법도 채용 가능하다. 서플라이 위치의 변위는 상술한 오리목의 회전 등에 의해 행하면 된다. 이 냉매관(130)의 서플라이 위치의 변이가 커지면, 서플라이 위치와 제 2 드럼(210p)의 사이에서 복수의 냉매관(130)이 꼬인다. 그 때문에, 이 냉매관(130)의 서플라이 위치의 변이가 제 2 드럼(210p)으로부터 냉매관(130)을 풀어낼 수 없을 정도 커지는 경우에는, 냉매관(130)을 절단하여, 이 변위를 무효화하는 위치의 드럼(210p)으로부터 풀어내어지는 냉매관(130)과 재접합하면 된다.
여기에 나타내는 냉매관(130)의 코어(110) 혹은 내측 수납관(170)으로의 각종 꼬기 공법이 부설 현장에서 채용 가능하게 되는 것은, 냉매관(130)을 코어(110) 혹은 내측 수납관(170)으로부터 분리 가능하게 하는 본 발명의 초전도 케이블의 특징을 살릴 수 있기 때문이다.
(수납관 부설 공정)
수납관 부설 공정은, 수납관(150)을 지중 또는 지중의 동도 내 등, 소정의 부설 경로에 부설한다. 수납관 부설 공정은 상기 준비 공정과 병행하여 행하더라도 좋고, 준비 공정의 뒤에 행하더라도 좋다. 꼬기 공정을 행할 때에, 소정의 부설 경로에 수납관(150)이 배치된 상태로 되어 있으면 된다. 부설된 수납관(150) 내에는, 다음의 끌어넣기 공정에서 이용하는 가이드 와이어(290)를 삽통시켜 둔다.
(끌어넣기 공정)
끌어넣기 공정은, 지중 또는 동도 내에 부설된 수납관(150) 내에, 꼬기 공정에서 제작한 복합 코어 유닛(100c)을 끌어넣는다. 꼬기 공정에서 제작된 복합 코어 유닛(100c)의 선단에 상기 가이드 와이어(290)의 한 단부를 접속한다. 이 가이드 와이어(290)의 다른 단부를 견인함으로써, 복합 코어 유닛(100c)을 수납관(150) 내에 끌어넣는다. 그때, 테이프 감기 장치(260)의 하류에는, 캐터필러 공급 장치(270)를 배치하여 복합 코어 유닛(100c)을 수납관(150)측으로 풀어내고, 또한 지상으로부터 수납관(150)의 한 단부의 개구까지의 사이에는, 적절한 가이드관(280)을 배치하여, 복합 코어 유닛(100c)을 수납관(150)까지 안내한다.
{작용 효과}
이 부설 방법에 의하면, 긴 코어(110)와 냉매관(130)의 각각을 대형의 드럼(210c, 210p)에 감고, 그 드럼(210c, 210p)으로부터 순차적으로 풀어내어 코어(110)와 냉매관(130)을 복합함으로써, 긴 초전도 케이블을 동도 내에 부설할 수 있다.
[실시형태 4 : 초전도 케이블 선로; 개별 왕복로]
다음으로, 초전도 케이블 선로와, 그 운전 방법에 대하여, 도 11에 근거하여 설명한다. 본 예의 초전도 케이블 선로는, 실시형태 1이나 2의 초전도 케이블을 구비하고 있다. 이하의 설명에서는, 케이블 자체의 설명은 생략하고, 주로 운전 방법에 관련되는 선로의 구조에 대하여 설명한다.
{구성}
본 예에서는, 초전도 케이블의 길이 방향으로 소정 간격마다 배치한 복수의 냉각 스테이션을 구비한다. 냉각 스테이션은, 적어도 냉매를 냉각하는 냉동기와 냉매를 압송하는 펌프를 구비한다. 각 냉각 스테이션의 간격을, 냉매의 압송이 가능한 냉매 유로의 단위 구간 길이 L로 한다. 그 단위 구간 길이 L의 냉각 구간이 초전도 케이블의 길이 방향으로 복수 직렬로 배열된다. 각 냉각 스테이션 A1, A2, …(B1, B2, …)는, 2개의 독립된 분할 스테이션 A12, A21(B11, B12, B21, B22, …)을 구비한다. 각 분할 스테이션 A11, A12, A21, A22, …(B12, B21, B22, B31, …)는, 동일 구간에 있어서의 역방향의 냉매 유로를 구성하는 한 쌍의 냉매관 αg, αr(βg1, βr1, βg2, βr2)에 냉매를 공급한다. 또, 이 냉매관 αg, αr(βg1, βr1, βg2, βr2)의 로그에 대해서는, 복수의 쌍이더라도 좋다. 다시 말해, 하나의 분할 스테이션에서는, 도시된 바와 같이 왕로 또는 복로를 구성하는 1개, 혹은 도시하고 있지 않지만 복수의 냉매관에 냉매를 공급한다. 이 초전도 케이블 선로에서는, 예로서 초전도 케이블의 횡단면에 있어서 4개의 냉매관을 구비하고 있는 경우에 대하여 나타낸다. 그 중, 한 쌍의 냉매관 αg, αr은 냉각 스테이션 A1, A2측에, 다른 한 쌍의 냉매관 βg1, βr1, …는 냉각 스테이션 B1, B2, …측에 연결되어 있다. 이 냉각 스테이션 A1, A2의 사이를 연결하는 냉매관 αg, αr의 냉각 구간은, 냉각 스테이션 B1, B2의 사이를 연결하는 냉매관 βg1, βr1의 냉각 구간의 절반과 중복되고, 또한, 냉각 스테이션 B2, B3의 사이를 연결하는 냉매관 βg2, βr2의 냉각 구간의 절반과 중복되고 있다. 다시 말해서, 냉각 스테이션 A1, A2의 중간에 냉각 스테이션 B2가 배치되어 있다.
{운전 방법}
이와 같은 구성의 초전도 케이블 선로에 있어서, 분할 스테이션 A12, A21의 적어도 한쪽이 고장이 나고, 냉매관 αg, αr에 냉매를 유통할 수 없는 경우를 상정한다. 그 경우, 냉매관 αg, αr의 냉각 구간은, 냉매관 βg1, βr1의 냉각 구간의 절반 및 냉매관 βg2, βr2의 냉각 구간의 절반과 중복되고 있기 때문에, 냉각 스테이션 B1~B3을 이용하여 냉매관 βg1, βr1, βg2, βr2에 냉매를 공급하면, 냉매관 αg, αr의 냉각 구간도 냉각할 수 있다. 필요에 따라, 냉매관 βg1, βr1, βg2, βr2에 흐르는 냉매는, 그 온도를 내리거나, 단위 시간당 유량을 증가시키는 등 하여, 냉각 능력을 향상시키는 것이 바람직하다. 설명의 편의상, 도 11(후술하는 도 12)에서는 냉매관 αg, αr(βg1, βr1, βg2, βr2)은 직선 형상으로 나타내고 있지만, 실제로는 코어(110)의 외주에 나선 형상으로 SZ 꼬기 되어 있는 경우도 포함한다. 각 냉매관이 SZ 꼬기 되어 있는 경우는 물론, 거의 직선 형상으로 배치되어 있는 경우에도, 코어(110)는, 그 전체 둘레ㆍ전체 길이에 걸쳐 충분히 냉각된다. 각 냉매관이 거의 직선 형상인 경우에는, 상술한 바와 같이, 직선 형상의 냉매관의 소정 길이마다 냉매관의 위치를 하나씩 인접하는 냉매관의 위치에 어긋나게 하는 것에 의해, 또한 SZ 꼬기 되어 있는 경우에는 그대로, 전체 케이블 선로에 걸쳐 냉매관은 균등하게 그 위치를 바꾸어 가고, 복합 코어 유닛 전체로서 평균적으로 균일성을 유지하도록 배려되어 있기 때문이다.
{작용 효과}
초전도 케이블 선로가 장거리가 되면, 그 전체 길이에 걸쳐 효율적으로 냉각이 행해짐과 아울러, 코어에 대한 냉매의 배치를 균일하게 유지하면서 확실하고 또한 신뢰성 높게 유통시키는 것이 중요하게 된다. 본 예의 초전도 케이블 선로에 의하면, 복수의 냉매관 중, 일부의 냉매관의 냉각 구간을 다른 냉매관의 냉각 구간과 중복시켜 둠으로써, 일부의 냉매관의 냉각 구간의 냉각이 불능이 된 경우에도, 다른 냉매관의 냉각 구간을 냉각함으로써, 선로 전체 길이에 걸친 냉각을 담보할 수 있다.
[실시형태 5 : 초전도 케이블 선로; 일련의 왕복 유로]
다음으로, 초전도 케이블 선로와, 그 운전 방법에 대하여, 도 12에 근거하여 설명한다. 이 초전도 케이블 선로도, 실시형태 1이나 2의 초전도 케이블을 구비하고 있다.
{구성}
본 예에서도, 초전도 케이블의 길이 방향으로 소정 간격마다 배치한 복수의 냉각 스테이션 X1, X2, …, Y1, Y2, …를 구비한다. 각 냉각 스테이션 X1, X2, …, Y1, Y2, …는, 일련의 왕복 유로를 구성하는 냉매관 αgr, βgr1, βgr2, …의 각각에 냉매를 공급한다. 이 복수 또는 단일 왕복 유로의 전체 길이가 단위 구간 길이 L이기 때문에, 인접하는 냉각 스테이션 X1, X2, …(Y1, Y2, …)는, L/2의 간격으로 병렬로 배열되어 있다. 그리고, 냉매관 αgr의 냉각 구간은, 냉매관 βgr1의 냉각 구간의 절반 및 냉매관 βgr2의 냉각 구간의 절반과 중복되고 있다. 다시 말해서, 냉각 스테이션 Y1, Y2의 중간에 냉각 스테이션 X1이 존재하고, 그 냉각 스테이션 X1로부터 냉각 스테이션 Y1, Y2의 각각까지의 선로 길이 방향의 거리는 L/4이다. 냉매관 αgr, βgr1, βgr2, …의 반환점은, 예컨대 코어(110) 혹은 내측 수납관(170)에 밀접 또는 근접하는 냉매관(130)을 수납관(150)의 접속부 등에서 절단하고, 별도로 용이한 U자 연결관 등으로, 대응하는 왕로용 냉매관과 복로용 냉매관(130)에 재접속하여 형성한다.
{운전 방법}
이 선로에 있어서, 냉각 스테이션 X1이 고장에 의해 냉매관 αgr에 냉매를 공급할 수 없는 경우를 상정한다. 그 경우, 냉각 스테이션 Y1에 의해 냉매관 βgr1에 냉매를 공급하고, 냉각 스테이션 Y2에 의해 냉매관 βgr2에 냉매를 공급하면, 냉매관 αgr의 냉각 구간의 코어도 냉각할 수 있다. 냉매관 αgr의 냉각 구간은, 냉매관 βgr1의 냉각 구간의 절반 및 냉매관 βgr2의 냉각 구간의 절반과 중복되고 있기 때문이다. 물론, 필요에 따라, 냉매관 βgr1, βgr2에 흐르는 냉매는, 그 온도를 내리거나, 단위 시간당 유량을 증가시키는 등 하여, 냉각 능력을 향상시키는 것이 바람직하다. 또한, 내측 수납관 등을 구비하는 경우는, 이 안에 흐르는 보조 냉매를 증가시키는 등의 제어를 행하는 것이 더 유효하다.
{작용 효과}
본 예의 초전도 케이블 선로에 의하면, 복수의 냉매관 중, 일부의 냉매관의 냉각 구간을 다른 냉매관의 냉각 구간과 중복시켜 둠으로써, 일부의 냉매관의 냉각 구간의 냉각이 불능이 된 경우에도, 다른 냉매관의 냉각 구간을 냉각함으로써, 선로 전체 길이에 걸친 냉각을 담보할 수 있다.
[실시형태 6 : 초전도 케이블 선로; 구분 기구]
다음으로, 초전도 케이블의 도중에 구분 기구를 구비한 초전도 케이블 선로에 대하여, 도 13에 근거하여 설명한다. 이 초전도 케이블 선로도, 실시형태 1이나 2의 초전도 케이블을 구비하고 있다. 본 예에서는, 주로 구분 기구(300)의 구성에 대하여 설명한다. 설명의 편의상, 도 13에서는 냉매관의 수를 적게 하고 있다.
{구성}
구분 기구(300)는, 초전도 케이블을 구성하는 수납관(150) 내의 공간을 길이 방향의 한쪽과 다른 쪽의 각 공간으로 분할하고, 그 공간마다 냉매관(130)으로의 냉매의 도입이나, 수납관(150) 내의 진공 흡인 등을 행하기 위한 기구이다. 초전도 케이블 선로가 장거리가 되면, 냉매관(130)으로의 냉매의 도입이나 수납관(150) 내의 진공 흡인을 선로의 전체 길이에 걸쳐 행하는 것은 비현실적이다. 그 때문에, 복수의 구간으로 구분하여, 그 구분마다 냉매관(130)으로의 냉매의 도입이나, 수납관(150) 내의 진공 흡인 등의 작업을 행하고, 각 구간마다 작업 상황을 감시하면, 전체 길이에 걸쳐 신뢰성이 높은 초전도 케이블 선로를 구축하기 쉽다. 통상, 이 종류의 구분은 케이블 코어(110)의 접속부에서 행해지지만, 본 발명의 초전도 케이블과 같이, 냉매관(130)과 코어(110)가 분리되고, 또한 그들의 일련의 길이가 반드시 접속부에서 일치하지 않는 경우에는, 구분 기구(300)를 적합하게 이용할 수 있다.
구체적으로는, 이 구분 기구(300)는, 분할 부재(310), 한쪽 인출부(130L), 다른 쪽 인출부(130R) 및 연결 냉매관(130m)을 구비한다. 분할 부재(310)는, 수납관(150)의 내부를, 그 길이 방향의 한쪽의 공간과 다른 쪽의 공간으로 분할한다. 이 분할 부재(310)에는, 코어(110)(내측 수납관(170))의 관통 구멍이 형성되어 있는 원반을 이용할 수 있다. 한쪽 인출부(130L)는, 한쪽의 공간 내의 냉매관(130)의 단부를 굴곡시켜, 또는 직선 형상의 냉매관(130)의 단부에 L형 분기관을 접속하여 수납관(150)에 관통시켜, 수납관(150)의 외부로 인출함으로써 구성된다. 다른 쪽 인출부(130R)는, 다른 쪽의 공간 내의 냉매관(130)을 굴곡시켜, 또는 마찬가지로 직선 형상의 냉매관(130)의 단부에 L형 분기관을 접속하여 수납관(150)에 관통시켜, 수납관(150)의 외부로 인출함으로써 구성된다. 본 예에서는, 각 인출부(130L, 130R)에 밸브(320L, 320R)를 마련하고 있다. 이들 양 인출부(130L, 130R)는, 연결 냉매관(130m)에 의해 접속된다. 이 연결 냉매관(130m)은, 각 인출부(130L, 130R)에 부착 가능하게 구성되는 C형 또는 U형관이고, 냉매관(130)으로의 냉매의 도입 작업을 행할 때에는, 양 인출부(130L, 130R)로부터 제거된 상태이다.
본 예의 구분 기구(300)에서는, 수납관(150) 내를 진공으로 하는 경우에 대응하기 때문에, 수납관(150)의 외부로부터 한쪽의 공간에 연통하는 한쪽 배기관(330L)과, 수납관(150)의 외부로부터 다른 쪽의 공간에 연통하는 다른 쪽 배기관(330R)과, 양 배기관(330L, 330R)을 연결하는 연통관(330m)도 마련하고 있다. 어느 배기관(330L, 330R)에도 밸브(340L, 340R)가 마련되어 있다. 연통관(330m)은 연결 냉매관(130m)과 마찬가지로 대략 C형 또는 U형관으로 구성되고, 수납관(150) 내의 각 공간의 진공 흡인을 행할 때에는, 양 배기관(330L, 330R)으로부터 제거된 상태이다.
이들 양 인출부(130L, 130R)와 연결 냉매관(130m) 및 양 배기관(330L, 330R)과 연통관(330m)을 구비하는 냉매 유로와 배기 경로는, 수납관의 외주면에 부착된 개구 가능한 구분 케이스(350) 내에 수납되어 있다. 구분 케이스(350)는, 수납관(150)의 전체 둘레에 걸쳐 부착되는 고리 모양의 케이스이다. 이 구분 케이스(350)의 부착부에서는, 도시되고 있지 않지만, 수납관(150)이 접속되는 케이스가 많고, 그 접속용 배관을 수납관(150)의 도중에 끌어넣어 접속하는 경우가 많다. 이 구분 케이스(350)의 외주면에는, 그 케이스(350)의 내부 공간에 연통하는 단관(short tube)이 마련되고, 그 단관에도 밸브(360)가 마련되어 있다. 이 단관과 밸브(360)는, 구분 케이스(350)를 부착 후, 그 내부를 진공 흡인하여, 구분 케이스(350) 내의 보온 효과를 높이기 위해 이용된다.
또한, 코어(110)를 수납하는 내측 수납관(170) 내에 보조 냉매나 기체를 충전하는 경우에 대응하기 위해, 혹은 케이블 선로에 이상이 생긴 경우에 이상점을 특정하기 위해, 내측 수납관(170)으로부터 연장되고, 수납관(150)을 관통하여 외부까지 미치는 분기관이 마련되고, 그 분기관에도 밸브(370)가 부착되어 있다. 필요시, 구분 케이스(350)를 개구하고, 밸브(370)를 이용하여 내측 수납관(170) 내부의 진공 상태나 냉매의 상황을 조사하고, 또한 그 후, 진공 흡인 또는 액체 질소의 주입을 행하여 선로를 원래의 상태로 복귀 가능하게 하고 있다.
이와 같은 구분 기구(300)는, 초전도 케이블의 부설 장소의 조건에 따라 다르지만, 예컨대 5㎞~20㎞ 정도의 간격으로 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 케이블 선로에 구부러진 부분이나 안부나 다른 온수관과 교차하고 있는 특이점이 존재하는 경우, 그 특이점 근방에 구분 기구(300)를 마련하여 두는 것도 케이블 선로 운영을 원활하고 또한 신뢰성 높고 안정된 것으로 하는 점에서 바람직하다.
{이용 수순과 작용 효과}
냉매관에 냉매를 초기 도입하는 경우, 연결 냉매관(130m)을 제거하여 두고, 각 밸브(320L, 320R)를 열어, 냉매관(130)에 개별적으로 냉매를 도입하면, 각 냉매관마다 냉매의 공급 상황을 감시할 수 있다. 냉매관(130)에 냉매의 도입이 완료되면, 양 인출부(130L, 130R)에 연결 냉매관(130m)을 부착한다. 각 밸브(320L, 320R)를 열면, 양 냉매관(130)을 일련의 냉매 유로로서 구성할 수 있다.
수납관(150)의 내부를 진공 흡인하는 경우도 마찬가지이다. 양 배기관(330L, 330R)으로부터 연통관(330m)을 제거한 상태로 하여 둔다. 그 상태에서 각 배기관(330L, 330R)으로부터 분할 부재(310)를 경계로 하는 좌우의 공간의 각각을 진공 흡인한다. 그 후, 양 배기관(330L, 330R)에 연통관(330m)을 부착하여 밸브(340L, 340R)를 열면, 분할 부재(310)를 경계로 하는 좌우의 각 공간 내가 연통된 진공 상태로 할 수 있다.
내측 수납관(170) 내에 보조 냉매 등을 공급할 때, 그 공급은 밸브(370)를 열고, 분기관을 통해 행할 수 있다. 충전 후는 밸브(370)를 닫으면 된다. 이상시에 보조 냉매의 유량을 증강하여 순환시키는 경우, 이 분기관을 보조 냉매용 냉각 스테이션에 접속할 수도 있다. 또한, 내측 수납관 내의 이상 검출이나 이상점의 특정을 위해서도 밸브(370)는 유효하게 활용 가능하다.
[실시형태 7 : 초전도 케이블 선로; 전력 추출부]
다음으로, 초전도 케이블의 도중, 특히 냉각 스테이션의 설치 부분에서 전력 추출부를 구비한 초전도 케이블 선로에 대하여, 도 14에 근거하여 설명한다. 이 초전도 케이블 선로도, 실시형태 1이나 2의 초전도 케이블을 구비하고 있다. 본 예에서는, 내측 초전도 도체층을 직류 왕로 도체(고압측), 외측 초전도 도체를 직류 귀로 도체(저압측)로 하여 송전하는 경우를 예로 하여, 주로 전력 추출부(400)의 구성에 대하여 설명한다. 설명의 편의상, 도 14에서는 냉매관의 수를 적게 하고 있다.
{구성}
이 전력 추출부(400)는, 실시형태 4, 5에 나타낸 냉각 스테이션 등의 구동용 전력을 코어(110L, 110R)로부터 추출하기 위한 분기 구조이다. 초전도 케이블 선로가 장거리가 된 경우, 황야나 사막 등, 인근에 발전 설비가 없는 지역에 초전도 케이블의 일부가 부설되는 경우가 있다. 그 경우, 냉각 스테이션 등의 부속 기기를 구동하기 위한 전력을 외부로부터 조달하는 것이 곤란하기 때문에, 코어의 송전 전력을 분기시켜 이용한다. 보다 상세하게는, 전력 추출부(400)는, 초전도 내측 인출 도체(410), 초전도 외측 인출 도체(440), 단자 박스(470), 한쪽의 상전도 리드(420), 다른 쪽의 상전도 리드(450)를 구비한다.
초전도 내측 인출 도체(410)는, 코어(110L, 110R)로부터 인출된 내측 도체층(112L, 112R) 자체 및 내측 도체층(112L, 112R)에 연결되는 연결 초전도 부재(410m)로 구성된다. 초전도 외측 인출 도체(440)는, 코어(110L, 110R)로부터 인출된 외측 도체층 자체 및 외측 도체층에 연결되는 연결 초전도 부재(440m)로 구성된다. 전력 추출부(400)를 경계로 하는 좌우의 코어(110L, 110R)는, 벗겨져 내측 도체층과 외측 도체층이 노출된다. 양 코어(110L, 110R)의 내측 도체끼리는 연결 초전도 부재(410m)를 거쳐서 접속된다. 양 코어의 외측 도체끼리는 연결 초전도 부재(440m)를 거쳐서 접속된다. 코어(110L, 110R)로부터 인출된 내측(외측) 도체층의 외주에는, 절연 실린더나 애자(insulator) 등의 절연 구조물을 형성하는 것이 바람직하다.
단자 박스(470)는, 이들 양 인출 도체(410, 440)를 냉각하는 냉매가 충전된다. 이 단자 박스(470) 내의 냉매는, 단자 박스(470)의 주위에 냉매관(130)을 배치함으로써, 냉매관(130) 내의 냉매를 이용하여 냉각할 수 있다. 물론, 단자 박스(470) 내의 냉매용으로 소형의 냉각 스테이션(도시 생략)을 마련하더라도 좋다.
한쪽의 상전도 리드(420)는, 초전도 내측 인출 도체(410)를 구성하는 연결 초전도 부재(410m)에 연결되어, 단자 박스(470)로부터 상온측으로 전로를 형성한다. 다른 쪽의 상전도 리드(450)는, 초전도 외측 인출 도체(440)에 연결되어, 단자 박스(470)로부터 상온측으로 전로를 형성한다. 각 상전도 리드(420, 450)의 외주에는, 절연 실린더나 애자 등의 절연 구조물(430, 460)이 배치된다. 각 상전도 리드(420, 450)로부터 추출되는 전력은, 냉각 스테이션의 구성 부재, 예컨대 냉동기나 펌프의 구동용으로 이용되지만, 냉각 스테이션용 배터리에 접속되어, 그 배터리를 항상 필요량 충전하여 두기 위해 이용하더라도 좋다.
이들 초전도 내측 인출 도체(410), 초전도 외측 인출 도체(440), 단자 박스(470), 각 상전도 리드(420, 450)의 일부는, 인출 박스(480) 내에 수납된다. 인출 박스(480)는, 수납관(150)의 외주에 마련되는 용기 형상의 부재이다. 인출 박스(480)의 내부 공간은, 수납관(150)과 연통하고 있고, 필요에 따라 진공으로 하거나, 단열재를 충전하거나 한다. 도 14에서는, 인출 박스(480)의 진공 흡인 등을 위해 필요한 밸브류는 표시를 생략하고 있다.
한편, 냉매관(130)은, 각 코어(110L, 110R)를 따라 연장되고, 인출 박스(480) 내를 지나 수납관(150)의 내부로부터 외부로 인출된다. 이들 냉매관(130)도 냉각 스테이션에 접속된다.
{작용 효과}
본 선로가 초전도 케이블 선로이고, 내외 도체의 저항이 실질적으로 0이기 때문에, 선로의 도중에서 전력을 분기하여 추출하더라도, 전력이 송전되는 수전단 전압에 약간의 영향을 주는 일도 없다. 이 특징을 살려, 선로의 도중에 전력 추출부를 구비함으로써, 냉각 스테이션용 전력을, 그 냉각 스테이션의 구동의 도움으로 송전 그 자체가 가능하게 되는 송전선인 코어(110L, 110R)로부터 추출할 수 있다. 그 때문에, 냉각 스테이션용 전력으로서, 별도의 발전소 등으로부터 송전되어 오거나, 냉각 스테이션마다 태양 전지나 풍력 발전기 등의 재생 가능 에너지를 이용한 발전 수단을 냉각 스테이션에 근접시켜 배치할 필요가 없다. 코어(110L, 110R)로부터 전력을 분기시키기 때문에, 재생 가능 에너지를 이용한 발전 수단과 같이, 기후 등에 따라 발전 출력이 좌우되는 일도 없고, 안정적으로 냉각 스테이션을 구동시킬 수 있으므로, 특히 장거리 초전도 케이블 선로의 신뢰성을 비약적으로 향상시키기 위해 유효하다. 초전도 케이블 선로 건설 후, 시동하기 위해 필요한 냉각 스테이션용 전원으로서는, 가설 전원 또는 비상용 전원을 그때만 이용하도록 하면 된다.
통상, 냉각 스테이션의 구동에 요하는 전력은, 초전도 케이블의 송전 전력의 0.01~0.1% 정도에 불과하기 때문에, 초전도 케이블 선로로 송전하는 동안의 상기 전력 분기에 의한 전력 손실은 극히 조금으로 억제된다.
[실시형태 8 : 초전도 케이블 선로; 냉각 조정용 단열재(평탄 부설)]
다음으로, 초전도 케이블의 도중에 냉각 조정용 단열재를 구비한 초전도 케이블 선로에 대하여, 도 15에 근거하여 설명한다. 이 초전도 케이블 선로도, 실시형태 1이나 2의 초전도 케이블을 구비하고, 냉각 스테이션과 각 냉매관의 관계는 실시형태 4와 공통이다.
{구성}
이 선로는, 고저차가 거의 없는 위치에 설치된 분할 스테이션 A12와 A21의 사이를 연결하는 냉매관 αg와, 마찬가지로 분할 스테이션 A12와 A21의 사이를 연결하는 냉매관 αr을 구비한다. 냉매관 αg가 냉매의 왕로관(forward path tube), 냉매관 αr이 냉매의 복로관(return path tube)이다.
이 냉매관 αg의 냉매 도입측의 절반, 다시 말해 냉각 스테이션 A12측의 절반과, 냉매관 αr의 냉매 도입측의 절반, 다시 말해 냉각 스테이션 A21측의 절반의 구간에 냉각 조정용 단열재(500g, 500r)를 구비한다. 이 단열재(500g, 500r)에는, 공지의 단열재를 각 냉매관의 외주에 감거나 하여 이용할 수 있다. 도 15에서는, 각 냉매관의 길이 방향을 따라 균일한 두께의 냉각 조정용 단열재(500g, 500r)를 기재하고 있지만, 도입측으로부터 복귀측을 향해 두께가 작아지는 테이퍼 형상의 단열재를 이용하더라도 좋다.
{작용 효과}
이 선로에 의하면, 선로 건설 후의 초기 냉각이나 어느 하나의 선로 정지 후의 냉각 복귀시에 냉매관에 냉매를 도입할 때, 초전도 케이블의 전체 길이에 걸쳐 거의 균일하게 냉각을 행할 수 있다. 초전도 케이블의 냉각은, 냉매의 도입측일수록 빠르고, 냉매의 복귀측일수록 느리다. 그 때문에, 냉매의 도입측에 상당하는 부분에 냉각 조정 단열재(500g, 500r)를 마련함으로써, 냉매의 도입측의 냉각을 완화하고, 해당 도입측과 그 반대쪽의 냉각 정도를 균일화할 수 있다. 냉매의 도입측으로부터 복귀측을 향해 두께가 작아지는 테이퍼 형상의 단열재를 이용한 경우, 냉각이 빨리 시작되는 도입측일수록 단열재가 두껍고, 냉각이 느린 복귀측일수록 단열재를 얇게 함으로써, 코어를 전체 길이에 걸쳐 한층 균일하게 냉각할 수 있다. 또한, 1개의 코어 케이블 등과 같이, 냉각에 의한 코어의 수축이 적산되어 출현하기 쉬운 경우, 냉각 조정용 단열재를 이용하는 것에 의해, 케이블 선로의 양 단말에 나타나는 수축량을 같게 하는 것이 가능하게 된다.
[실시형태 9 : 초전도 케이블 선로; 냉각 조정용 단열재(경사 부설)]
다음으로, 초전도 케이블의 도중에 냉각 조정용 단열재를 구비한 초전도 케이블 선로에 대하여, 도 16에 근거하여 설명한다. 이 초전도 케이블 선로도, 실시형태 1이나 2의 초전도 케이블을 구비하고, 냉각 스테이션과 각 냉매관의 관계는 실시형태 4와 공통이다. 단, 각 냉각 스테이션은 고저차가 있는 위치에 설치되고, 그 사이의 냉각 구간은 경사를 갖고 있다. 이하, 주로 실시형태 8과의 차이점에 대하여 설명한다.
{구성}
본 예에서는, 냉각 스테이션 A12가 낮은 위치에, 냉각 스테이션 A21이 높은 위치에 설치되고, 그 사이를 연결하는 냉매관 αg, αr은, 각도 θ의 경사를 갖고 배치되어 있다. 냉매관 αg가 냉매의 왕로관, 냉매관 αr이 냉매의 복로관이다.
이 냉매관 αg의 냉매 도입측 및 냉매관 αr의 냉매 복귀측, 다시 말해 냉각 스테이션 A12측의 각 냉매관 αg, αr의 절반의 구간에는, 냉각 조정용 단열재(500g, 500r)가 마련되어 있다. 이 냉매 조정용 단열재(500g, 500r)의 두께는, 그 길이 방향에 걸쳐 균일하더라도 좋지만, 냉각이 진행되기 쉬운 낮은 위치측일수록 얇아지는 테이퍼 형상의 단열재이더라도 좋다.
{작용 효과}
상기 선로에 의하면, 초전도 케이블의 부설 경로에 고저차가 있고, 한쪽의 냉각 스테이션이 낮은 위치에, 다른 쪽의 냉각 스테이션이 높은 위치에 설치되어 있는 경우이더라도, 냉매관 αg, αr에 냉매를 도입할 때, 초전도 케이블의 냉각에 의해 발생하는 수축 응력을 전체 길이에 걸쳐 거의 균일하게 하면서 냉각을 행할 수 있다. 양 냉각 스테이션의 설치 부분에 고저차가 있는 경우, 양 냉각 스테이션 사이를 연결하는 냉매관에 냉매를 도입하면, 중력에 의한 응력이 케이블의 낮은 위치측에 가산되어 나타나기 쉽기 때문에, 케이블 코어는 상기 낮은 위치측으로 이동하기 쉬워진다. 초전도 케이블의 냉각과 상온까지의 온도 복귀를 반복하면, 케이블 코어는 상기 낮은 위치측으로 더 하락하여 가게 되어, 결국 케이블 코어에 손상을 줄 우려가 생긴다. 한편, 각 냉매관 αg, αr의 상기 낮은 위치측에 냉각 조정 단열재(500g, 500r)를 마련하면, 이 낮은 위치측으로의 초전도 케이블의 냉각에 의한 응력 집중을 완화하고, 케이블 코어의 상기 낮은 위치측과 높은 위치측으로의 하락 현상을 막는 것이 가능하게 된다.
[실시형태 10 : 초전도 케이블 선로; 냉각 정도의 감시]
다음으로, 초전도 케이블의 부설 초기 단계 등에서, 초전도 케이블 선로의 전체 길이에 걸쳐 충분히 초전도 도체층을 냉각할 수 있었는지 여부를 확인할 수 있는 초전도 케이블 선로를 도 17에 근거하여 설명한다.
초전도 케이블은, 냉매에 의한 냉각이 충분히 진행되고, 그 초전도 도체층의 전체 길이가 액체 질소 온도(77K) 이하가 되면, 운용이 가능하게 된다. 한편, 전체 선로의 일부라도 냉각이 불충분하면 운용할 수 없을 뿐 아니라, 무리하게 통전하면 냉각 불충분 부분에서 초전도 상태가 손상되어 유한한 저항이 나타나는 소위 퀀치 사고(quench accident)가 발생하여, 케이블에 큰 손상을 주어 버릴 우려가 있다. 따라서, 긴 초전도 케이블 선로의 부설 직후의 처음 냉각시나 재냉각시 등에, 전체 초전도 케이블 선로가 필요한 냉각 온도에 도달했는지 여부를 판정하는 것은 매우 중요한 것이다. 특히, 본 발명의 초전도 케이블에서는, 충분한 냉각을 달성하기까지의 시간이 코어를 냉매에 침지하는 기존의 초전도 케이블에 비하여 긴 경우가 있어, 전체 길이 냉각의 충분성의 판정 기술은 중요하다.
[구성]
이 초전도 케이블 선로는, 양 단부에 종단 접속부(1100E, 1200E)를 구비하고, 그 사이가 상술한 본 발명의 초전도 케이블(1000)로 연결되어 있다. 여기서는, 초전도 케이블(1000)끼리를 도중에서 접속하는 중간 접속부(1000C)도 나타내고 있다. 이와 같은 초전도 케이블 선로에 있어서, 이하에 상술하는 신호 송출 수단(1300), 신호 수신 수단(1310) 및 냉각 판정 수단(1320)을 구비한다.
신호 송출 수단(1300)은, 한쪽(본 예에서는 도면의 좌측)의 종단 접속부(1100E)측으로부터 초전도 케이블(1000)의 코어(초전도 도체층)에 전기 신호를 입력시킨다. 예컨대, 직류로부터 고주파까지의 어느 주파수의 전기 신호 발생기를 신호 송출 수단(1300)으로서 이용할 수 있다. 도 17에서는, 전기 신호를 윤곽의 화살표로 나타내고 있다.
신호 수신 수단(1310)은, 다른 쪽(본 예에서는 도면의 우측)의 종단 접속부(1200E)에 의해 초전도 케이블(1000)의 코어(초전도 도체층)에 접속되고, 초전도 케이블(1000)을 통해 전송되어 온 상기 전기 신호를 출력 신호로서 수신한다.
한편, 냉각 판정 수단(1320)은, 신호 수신 수단(1310)에서 수신된 출력 신호의 레벨에 따라, 코어의 초전도 도체층이 선로의 전체 길이에 걸쳐 초전도 상태가 되는 온도까지 도달했는지 여부를 판정한다. 구체적인 판정 수법에 대해서는, 후술한다. 이 냉각 판정 수단(1320)은, 컴퓨터를 적합하게 이용할 수 있고, 예컨대 신호 송출 수단(1300) 또는 신호 수신 수단(1310)에 근접하여 배치되거나, 이들 각 수단(1300, 1310)으로부터 떨어진 부분에 설치할 수 있다. 신호 송출 수단(1300) 또는 신호 수신 수단(1310)으로부터 떨어진 부분에 냉각 판정 수단(1320)을 설치하는 경우, 판정에 필요한 데이터는 무선 또는 유선에 의해, 냉각 판정 수단(1320)에 출력되면 된다.
[작용 효과]
일반적으로, 전력 케이블의 도체 저항을 R, 정전 용량을 C로 하면(여기서는, 간편히 하기 위해 분포 상수를 이용하지 않고서, 전체 저항 R과 전체 정전 용량 C로 대용하여 설명한다), 전력 케이블 중의 전기 신호의 전파는, 소위 「시상수」인 τ(타우)=CR을 이용하여 그 상황이 나타내어진다. 이 τ가 커지면 전력 케이블 중의 전기 신호 전파에 지연이 발생하고, 출력 파형이 흐트러짐과 아울러 전파 출력 자신이 감쇠된다. 그러나, 초전도 케이블 선로가 전체 길이에 걸쳐 초전도 상태가 되기까지 충분히 냉각되면 R이 0이 되므로, 전기 신호가 선로의 한 단부로부터 입력되면, 그것은 전파 지연이 없이 순간적으로 다른 단부에 도달한다. 더구나, 전파 출력의 감쇠도 없고 파형의 흐트러짐도 생기지 않고서 다른 단부에서 수신된다. 따라서, 코어의 냉각 과정의 적어도 후반의 단계에서, 초전도 케이블 선로의 한쪽 단부로부터 신호 송출 수단(1300)에 의해 전기 신호를 계속 입력하고, 다른 쪽 단부에 설치한 신호 수신 수단(1310)에 의해 출력 신호를 계속 모니터한다. 그것에 의해, 전기 신호가 파형의 흐트러짐도 없고 지연도 생기지 않고서 수신된 순간을 냉각 판정 수단(1320)에서 판단하면, 그 시점에서 초전도 케이블 전체 선로가 초전도 상태까지 냉각된 것을 판정할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 보조 냉매가 흐르는 내측 수납관을 갖는 초전도 케이블의 경우에는, 이 코어 중의 내측 수납관으로부터 유출되는 냉매의 온도를 측정하는 것에 의해, 상기 냉각 정도의 적정 판정을 용이하게 행할 수 있다. 그러나, 그렇지 않은 초전도 케이블 선로의 경우에는, 선로 전체 길이에 걸쳐 적정한 냉각이 행해지고 있는지 여부를 판정하는 것은 어렵다. 이것에 비하여, 본 예의 선로이면, 내측 수납관이 없는 초전도 케이블에서도 코어의 냉각 정도를 정확히 판정할 수 있다.
한편, 짧은 초전도 케이블 선로의 경우는, 광파이버 분포형 온도 센서(DTS)를 이용함으로써, 센서가 되는 광파이버를 케이블 코어를 따라 연장되도록 배치하여, 케이블 코어 전체 길이의 온도 분포를 직접 측정하여 판정하는 것이 가능하다. 그러나, 긴 초전도 케이블 선로가 되면, 광파이버의 이용 길이에 제약이 있기 때문에, DTS를 이용한 냉각 정도의 판정도 곤란하다. 이것에 비하여, 본 예의 선로이면, 광파이버 등의 센서를 이용하는 일 없이, 긴 선로 전체 길이에 걸쳐, 코어의 냉각 정도를 정확히 판정할 수 있다.
[실시형태 11 : 초전도 케이블의 냉각 정도의 모니터]
다음으로, 실시형태 10의 초전도 케이블 선로에 있어서, 초전도 케이블선과의 도중에서 생긴 냉각 이상의 위치(사고점)를 특정할 수 있는 초전도 케이블 선로를 도 18에 근거하여 설명한다. 본 예에서는, 주로 실시형태 10과의 차이점에 대하여 설명하고, 공통점에 대해서는 설명을 생략한다.
[구성]
이 초전도 케이블 선로는, 실시형태 10의 구성에 더하여, 반사 신호 수신 수단(1400)과, 사고점 특정 수단(1410)을 구비한다. 이 설명에서는, 초전도 케이블 선로의 도중에 있어서, 초전도 도체층의 냉각이 국소적으로 불충분한 부분을 사고점 E로 한다.
반사 신호 수신 수단(1400)은, 사고점 E에 있어서의 전기 신호의 반사 신호를 초전도 케이블 선로의 한쪽 단부에서 수신한다. 이 전기 신호는, 실시형태 10에 있어서의 신호 송출 수단으로부터 초전도 도체층에 입력된 신호이다. 반사 신호는, 도 18에서는 검은 화살표로 나타내고 있다.
사고점 특정 수단(1410)은, 상기 전기 신호 및 반사 신호의 전송 속도와, 신호 송출 수단(1300)에서 전기 신호를 입력하고 나서 반사 신호 수신 수단(1400)에서 반사 신호를 수신하기까지의 시간으로부터 사고점 E의 위치를 연산한다. 이 사고점 특정 수단(1410)도 컴퓨터를 적합하게 이용할 수 있다. 그 설치 부분에 대해서도 실시형태 10과 동일하다. 도 18에서는, 초전도 케이블 선로의 한쪽 단부(도 18의 좌측)의 종단 접속부(1100E)에 근접하여 사고점 특정 수단(1410)을 마련하고 있다.
[작용 효과]
상기 초전도 케이블 선로에 있어서, 전기 신호 송출 수단(1300)으로부터 출력된 전기 신호는, 초전도 케이블(1000)의 도중에 사고점 E가 있으면, 그 부분에서 전기 신호의 일부가 반사되어, 전기 신호의 출력단인 초전도 케이블 선로의 한쪽 단부로 되돌려진다. 이것은, 사고점 E에서 국소적으로 전기 저항이 증대되고, 임피던스의 부정합이 생기고 있기 때문이다.
한편, 전기 신호 및 반사 신호는 알려져 있기 때문에, 신호 송출 수단에서 전기 신호를 입력하고 나서 반사 신호 수신 수단에서 반사 신호를 수신하기까지의 시간을 알면, 사고점 특정 수단(1410)에 의해 사고점 E의 위치를 연산하여 구할 수 있다.
[실시형태 12 : 초전도 케이블 : 복수 코어 그룹]
다음으로, 실시형태 1에 따른 초전도 케이블의 변형예를 도 19에 근거하여 설명한다. 본 예의 초전도 케이블은, 내측 수납관 내에 복수의 코어 유닛을 수납한 점이 실시형태 1과의 차이점이고, 그 밖의 구성은 실시형태 1과 동일하다. 이하의 설명은, 주로 그 차이점에 대하여 행한다.
{구성}
본 예의 초전도 케이블은, 내측 수납관(170) 내에 복수 회선의 코어(110)를 수납하고 있다. 구체적으로는, 꼬인 3개의 코어(110)를 코어 유닛(110u)으로 할 때, 각 코어 유닛(110u)을 한 회선의 송전로로 하고, 도 19에서는 2세트의 코어 유닛(110u)을 내측 수납관(170) 내에 배치하고 있다. 물론, 코어 유닛(110u)의 수는 3세트 이상이더라도 상관없다. 코어 유닛(110u)의 형태로 한 회선을 구성하는 것이 아니고, 1개의 코어(110)를 한 회선으로 하고, 복수의 코어(110)를 내측 수납관(170) 내에 수납함으로써, 복수 회선의 송전로를 형성하더라도 좋다.
본 예의 초전도 케이블에 있어서, 내측 수납관(170)이나 결속대(140)(도 1 및 도 2 참조)는 필수가 아니고, 필요에 따라 마련하면 된다. 또한, 각 회선을 구성하는 코어(110)끼리 혹은 코어 유닛(110u)끼리는, 서로 적절한 분할 부재(도시 생략)로 절연하거나, 내측 수납관(170) 내에서의 서로의 위치를 적절한 스페이서(도시 생략)로 위치를 정하는 것에 의해, 서로를 비접촉으로 유지하거나 할 수 있다. 코어(110)와 냉매관(130)을 복합한 복합 코어 유닛(100c)과 수납관(150)의 사이는, 진공으로 유지하더라도 좋고, 단열재(도시 생략)를 충전하더라도 좋다.
{작용 효과}
본 예의 초전도 케이블에 의하면, 복수 회선의 송전로를 하나의 수납관(150) 내에 배치할 수 있다. 그 때문에, 초전도 케이블의 부설 스페이스를 줄이면서 신뢰성이 높은 초전도 케이블 선로를 구축할 수 있다.
사하라 솔라 브리더 계획(Sahara Solar Breeder Project) 등에서, 초장거리(예컨대 100㎞~1000㎞ 이상)의 초전도 케이블 선로를 구축하는 경우, 그 송전 용량은 매우 커지는 것에 더하여, 송전의 신뢰성의 관점에서 복수 회선을 부설하게 된다. 그때, 케이블의 부설 스페이스는, 그 지상권과의 관계상, 작은 스페이스인 것이 바람직하다. 특히, 복수 회선을 병렬 부설하면, 케이블 자체의 설치 스페이스의 증대에 더하여, 각 회선마다 냉매의 냉동기, 펌프, 탱크 등 부속 설비도 필요하게 되어, 부설 스페이스가 크게 확대된다.
그래서, 하나의 수납관(150) 내에 복수(회선)의 코어(110)(코어 유닛(110u))를 배치함으로써, 초대용량의 송전을 가능하게 하거나, 복수 회선의 송전을 용이하게 실현할 수 있다. 그것에 의해, 일부의 회선이 불통이 되더라도, 다른 회선으로 송전을 확보하거나, 부설 초기에는 일부의 코어(110)를 이용하여 송전을 행하고, 사후에 나머지의 코어(110)의 적어도 일부를 이용하여 용량의 증대를 도모하거나 할 수 있다. 특히, 본 예의 구성에서는, 복수의 코어(110)(코어 유닛(110u))를 일괄하여 냉각할 수 있고, 복수 회선의 코어(코어 유닛(110u))의 냉각에 이용하는 냉동기나 펌프를 공유할 수 있다.
[실시형태 13 : 초전도 케이블 : 복수의 복합 코어 유닛]
다음으로, 실시형태 1에 따른 초전도 케이블의 변형예를 도 20에 근거하여 설명한다. 본 예의 초전도 케이블은, 하나의 수납관 내에 복수의 복합 코어 유닛을 수납한 점이 실시형태 1과의 차이점이고, 그 밖의 구성은 실시형태 1과 동일하다. 이하의 설명은, 주로 그 차이점에 대하여 행한다.
{구성}
본 예에서는, 3세트의 복합 코어 유닛(100c)을 하나의 수납관(150) 내에 수납하고 있다. 그 때문에, 1세트의 복합 코어 유닛(100c)으로 3상 교류를 송전하는 경우, 3회선의 3상 교류의 송전이 가능하다. 물론, 복합 코어 유닛(100c)의 수가 3세트로 한정되는 것은 아니고, 2세트나 4세트 이상이더라도 좋다.
각 세트의 복합 코어 유닛(100c)은 정삼각형의 정점에 위치하도록 배치되어 있다. 이 배치에 의해, 어느 복합 코어 유닛(100c)을 구성하는 코어(110)도 균일하게 냉각할 수 있다. 물론, 각 세트의 복합 코어 유닛(100c)은 상이한 배치로 하더라도 좋다. 각 세트의 복합 코어 유닛(100c)은, 수납관(150) 내를 진공으로 한 경우는 수납관(150) 내면과 각 복합 코어 유닛(100c)의 사이에 수납관 길이 방향으로 적절한 간격으로 개재되는 스페이서(도시 생략)로 유지하고, 수납관(150) 내에 단열재(도시 생략)를 충전한 경우는, 그 단열재로 유지된다.
{작용 효과}
본 예의 초전도 케이블도 실시형태 12와 마찬가지로, 복수 회선의 송전로를 하나의 수납관(150) 내에 배치할 수 있다. 그 때문에, 초전도 케이블의 부설 스페이스를 줄이면서 신뢰성이 높은 초전도 케이블 선로를 구축할 수 있다. 또한, 하나의 수납관(150) 내에 복수의 복합 코어 유닛(100c)을 구비하기 때문에, 작은 스페이스를 절약하는 방식으로 설치가 가능하다. 또한, 복합 코어 유닛(100c)마다의 단위로, 그 유닛(100c)을 구성하는 코어(110) 또는 코어 그룹을 냉각할 수 있기 때문에, 어느 코어(코어 그룹)의 냉각 스테이션에 결함이 생기더라도, 다른 코어(코어 그룹)의 냉각에 지장이 생기지 않는다. 물론, 일부의 복수의 복합 코어 유닛(100c) 또는 전부의 복합 코어 유닛(100c)의 냉각 스테이션을 공유함으로써, 냉각 스테이션의 삭감을 도모하더라도 좋다.
[실시형태 14 : 초전도 케이블 : 추가 냉매관]
다음으로, 실시형태 1에 따른 초전도 케이블의 변형예를 도 21에 근거하여 설명한다. 본 예의 초전도 케이블은, 하나의 수납관 내에 1세트의 복합 코어 유닛을 구비하는 점에서 실시형태 1의 초전도 케이블과 동일하지만, 그 복합 코어 유닛의 주위에, 복수의 추가 냉매관을 더 배치하고 있는 점에서 다르다. 그 밖의 구성은 실시형태 1과 동일하다. 이하의 설명은, 주로 그 차이점에 대하여 행한다.
{구성}
도 21에 기재된 초전도 케이블은, 수납관(150) 내의 중앙에 1세트의 복합 코어 유닛(100c)을 구비하고, 그 주위를 둘러싸도록 4세트의 냉매관 유닛(130u)이 배치되어 있다. 각 냉매관 유닛(130u)은, 복수의 냉매관(130)을 병렬로 배치하거나 또는 꼰 구성이다. 본 예에서는 3개의 냉매관(130)을 병렬 배치하여 냉매관 유닛(130u)을 구성하고, 각 냉매관 유닛(130u)이 정사각형의 정점에 위치하도록 수납관(150) 내에 배치하고 있다.
한편, 도 22에 기재된 초전도 케이블은, 도 21에 기재된 각 냉매관 유닛(130u)을 1개의 추가 냉매관(130a)으로 치환한 구성이다. 단, 도 22의 복합 코어 유닛(100c)을 둘러싸는 추가 냉매관(130a)은, 도 21의 냉매관 유닛(130u)을 구성하는 개개의 냉매관보다 큰 지름으로 되어 있다.
{작용 효과}
초장거리의 초전도 케이블에 되면, 냉각 스테이션의 설치 간격을 길게 하더라도, 코어(110)를 충분히 냉각할 수 있을 필요가 있다. 복수의 냉매관 유닛(130u) 또는 추가 냉매관(130a)(이하, 간단히 냉매관 유닛 등이라고 한다)을 하나의 수납관(150) 내에 배치함으로써, 케이블 부설 스페이스를 증대시키는 일 없이, 충분히 코어(110)를 냉각할 수 있다. 특히, 수납관(150) 내를 진공으로 하지 않는 경우(단열재 충전)에도, 코어(110)를 충분히 냉각하는 것이 가능하다. 어느 하나의 냉매관 유닛 등에 결함이 생기더라도, 다른 냉매관 유닛 등을 이용하여 코어(110)를 냉각할 수 있다.
또한, 각 냉매관 유닛 등의 냉매의 온도나 유량을 바꾸는 것, 혹은 냉매가 유통되는 냉매관 유닛 등의 수를 바꾸는 것에 의해 코어(110)의 냉각 정도를 조정하기 쉽고, 송전 용량을 조정할 수도 있다.
[실시형태 15 : 초전도 케이블 : 복합 코어 유닛의 전체 둘레에 냉매관]
다음으로, 실시형태 1에 따른 초전도 케이블의 변형예를 도 23에 근거하여 설명한다. 본 예의 초전도 케이블은, 하나의 수납관 내에 1세트의 복합 코어 유닛을 구비하는 점에서 실시형태 1의 초전도 케이블과 동일하지만, 그 복합 코어 유닛은, 내측 수납관의 전체 둘레가 냉매관으로 둘러싸여, 부분 단열층 위에 배치되어 있다. 그 밖의 구성은 실시형태 1과 동일하다. 이하의 설명은, 주로 그 차이점에 대하여 행한다.
{구성}
본 예의 초전도 케이블에서는, 수납관(150) 내의 아래쪽에 단면 형상이 원호 형상인 부분 단열층(162)을 배치하고 있다. 이 부분 단열층(162)은, 수납관(150)의 내부 공간의 일부를 점유하는 단면적을 갖고, 그 위에 복합 코어 유닛(100c)을 배치함으로써, 그 유닛(100c)을 수납관(150)과 거의 동축 형상으로 배치시킬 수 있다.
수납관(150) 내 중, 복합 코어 유닛(100c) 및 부분 단열층(162) 이외의 공간은, 진공으로 하더라도 좋고, 적절한 충전재를 충전하여, 도 7 및 도 8과 마찬가지로 충전 단열부를 형성하더라도 좋다.
한편, 복합 코어 유닛(100c)에 있어서의 내측 수납관(170)의 외주는, 원주 방향의 전역에 걸쳐, 거의 극간이 없이 냉매관(130)이 병렬로 배열되어 있다. 본 예에서는, 합계 8개의 냉매관(130)을 이용하고 있다. 물론, 냉매관(130)의 수는 특별히 한정되지 않고, 내측 수납관(170) 또는 코어(110)(코어 그룹)의 외주를 거의 극간이 없이 둘러쌀 수 있는 수로 하면 된다.
내측 수납관(170)과 각 냉매관(130)의 사이에는, 적절한 쿠션재(180)를 배치하는 것이 바람직하다. 쿠션재(180)에 의해, 내측 수납관(170)과 냉매관(130)의 접촉에 따른 손상을 억제함과 아울러, 양자 사이의 열전도를 향상시킴으로써, 보다 한층 효율적으로 코어(110)를 냉각할 수 있다. 쿠션재(180)에는, 각종 플라스틱 재료나 천, 섬유 등을 이용할 수 있다.
{작용 효과}
이 구성에 의하면, 내측 수납관(170) 내에 배치된 코어(110)의 전체 둘레를 거의 극간이 없이 냉매관(130)으로 덮음으로써, 실시형태 1에 비하여 보다 효율적으로 코어를 냉각할 수 있다. 특히, 수납관(150) 내에 충전 단열부를 형성한 경우, 수납관(150) 내를 진공 흡인할 필요가 없고, 진공 단열층을 이용하지 않더라도 코어(110)를 충분히 냉각할 수 있다. 또한, 복수의 냉매관(130)의 각 세트, 예컨대 2개의 냉매관의 각 세트가 헤더에 의해 합쳐지고, 그들을 냉각 스테이션에 접속함으로써, 각 냉매관에 냉각 스테이션을 접속할 필요가 없고, 냉각 스테이션의 수의 삭감을 실현할 수 있다. 반대로 냉매관(130)을 개별로 냉각한 경우는, 어느 하나의 냉매관(130)의 냉각 스테이션에 지장이 생기더라도, 다른 냉매관(130)을 이용하여 코어(110)를 냉각할 수 있다. 또한, 일부의 냉매관(130)과 나머지의 냉매관(130), 예컨대 인접하는 냉매관끼리를 냉매의 왕로와 복로로서 구성하고, 냉매관(130)의 냉매 도입측과 배출측에서 코어(110)의 냉각 정도에 차이가 생기는 것을 완화할 수 있다.
[실시형태 16 : 초전도 케이블 : 냉매관의 결속 구조 A]
다음으로, 실시형태 1에 따른 초전도 케이블의 변형예를 도 24에 근거하여 설명한다. 이 초전도 케이블은, 실시형태 1에 따른 초전도 케이블에 대하여, 다음의 점에서 다르고, 다른 점은 동일하다.
(1) 냉매관의 수가 실시형태 1의 그것보다 많다(예컨대 6개).
(2) 복수의 냉매관이 코어의 외주에 SZ 꼬기 되어 있다.
(3) 결속대에 의한 냉매관의 결속 구조가 실시형태 1의 그것과 다르다.
이하, 본 예에 따른 초전도 케이블의 구성 중, 주로, SZ 꼬기 된 복수의 냉매관의 꼬인 상태를 유지하기 쉬운 결속대의 결속 구조를 설명한다. 이 결속대는, 끈 모양인 것이더라도 좋지만, 테이프 형상인 것이면, 코어와 냉매관의 사이나 냉매관끼리의 사이에 통하기 쉬워 바람직하다. 또한, 수납관(150)(도 1 및 도 2)은 도시를 생략하고 있다. 이들 점은 후술하는 실시형태 17, 18에 있어서도 동일하다.
{구성}
SZ 꼬기 된 냉매관(130)은, 코어(110)의 외주에 있어서 한 방향으로 냉매관(130)이 꼬이는 S 꼬임 부분과, 그 역방향으로 냉매관(130)이 꼬이는 Z 꼬임 부분과, 이들 S 꼬임 부분과 Z 꼬임 부분의 사이에 개재되어 냉매관(130)의 꼬임 방향이 반전되는 반전부를 구비한다. 도 24는, 코어(110)(내측 수납관이 있는 경우는 내측 수납관(170))에 냉매관(130)을 꼰 복합 코어 유닛(100c)을 측방으로부터 본 도면으로, 냉매관(130)이 오목하게 구부려진 오목 반전부(134)에 있어서의 일부의 냉매관(130)을 나타내고, 그 도면의 오목 반전부(134)보다 우측이 S 꼬임 부분, 좌측이 Z 꼬임 부분이다.
이와 같은 냉매관(130)은, 그 꼬임 방향이 도중에서 반전되는 것을 반복하기 때문에, 꼬임이 풀리기 쉽다. 그 때문에, 코어(110)에 냉매관(130)을 꼰 복합 코어 유닛(100c)의 외주에 고리 모양의 결속대(140)(140A, 140B)를 그 유닛(100c)의 길이 방향으로 소정 간격으로 마련하거나, 그 유닛(100c)의 외주에 결속대(140)를 나선 형상으로 감거나 한 것만으로는 냉매관(130)의 꼬인 상태가 어긋날 우려가 있다.
본 예에서는, 냉매관(130)의 상기 어긋남에 대처하기 위해, 도 24의 좌측에 나타내는 바와 같이, 결속대(140)가, 복수의 냉매관(130) 중, 어느 냉매관 C1의 내주측으로부터 다른 냉매관 C2의 외주측을 지나고, 또한 다른 냉매관 C3의 내주측에 이르는 부분을 갖도록 냉매관(130)을 결속하고 있다. 보다 구체적으로는, 인접하는 냉매관(130)에 있어서의 외주측(코어(110)로부터 멀어지는 쪽)과 내주측(코어(110)측)을 번갈아 지나도록 결속대(140)를 코어(110)의 외주에 파형으로 배치한다. 코어(110)의 외주에 배치된 결속대(140)는, 고리 모양으로 하더라도 나선 형상으로 하더라도 모두 좋다. 이 결속대(140)가 냉매관(130)의 외주측과 내주측에 사행되는 주기는, 상술한 바와 같이 코어(110)의 원주 방향에 인접하는 냉매관(130)의 교호(交互)가 되도록 할 수 있고, 또한 동일한 방향으로 연장되는 복수의 냉매관(130)마다가 되도록 하더라도 좋고, 동일한 방향으로 연장되는 임의의 수의 냉매관(130)마다가 되는 불균일한 주기로 하더라도 좋다.
본 예의 결속 구조에 의하면, 복수의 냉매관(130) 중, 그 외주측에 결속대(140)가 놓인 냉매관(130)만이 코어(110)측에 결속된다. 예컨대, 도 24에 나타내는 결속 구조에서는, 3개의 냉매관(130) 중, 병렬 방향의 중간에 위치하는 냉매관 C2만이 결속대(140A)에 의해 코어(110)측에 결속된다. 그 때문에, 한 결속대(140A)에 의해 코어(110)측에 결속되지 않은 냉매관 C1, C3은, 다른 결속대(140B)에 의해 냉매관 C1, C3의 외주측으로부터 코어(110)측에 결속되도록 하는 것이 바람직하다. 이 다른 결속대(140B)도, 복수의 냉매관(130)으로의 감김은, 상술한 한 결속대(140A)와 동일하게 하면 된다. 본 예의 결속 구조는, 코어(110)의 외주에 꼬이는 냉매관(130)의 수가 짝수인 경우에 적합하다. 이들 전체 냉매관을 짝수의 결속대(140)에 의해 코어(110)에 결속하는 경우, 하나의 결속대(140)에 의해 코어(110)에 결속하는 냉매관(130)의 수를 같게 할 수 있기 때문이다.
{작용 효과}
본 예의 결속 구조에 의하면, 코어(110)의 외주에 병렬로 배열된 복수의 냉매관(130)에 대하여, 인접하는 냉매관(130)의 사이를 엮도록 결속대(140)를 배치함으로써, 냉매관(130)이 SZ 꼬기 되어 있더라도, 그 꼬인 상태를 유지할 수 있다. 그 때문에, 코어(110)에 대한 냉매관(130)의 배치 상태를 유지할 수 있어, 코어(110)를 보다 확실히 냉각할 수 있다.
[실시형태 17 : 초전도 케이블 : 냉매관의 결속 구조 B]
다음으로, 실시형태 1에 따른 초전도 케이블의 변형예를 도 24에 근거하여 설명한다. 본 예도 코어의 외주에 복수의 냉매관이 SZ 꼬기 되어 있는 초전도 케이블에 있어서, 그들 냉매관을 꼬임이 풀리지 않도록 결속대로 결속하는 구조에 관한 것이고, 이하의 설명은, 주로 실시형태 16과의 차이점에 대하여 행한다.
{구성}
본 예에서는, 도 24의 우측에 나타내는 바와 같이, 주 결속대(140M)와 부 결속대(140S)의 2종류의 결속대(140)를 이용한다. 주 결속대(140M)는, 복수의 냉매관(130)의 외주를 일괄하여 결속한다. 다시 말해 복합 코어 유닛(100c)의 외주를 결속한다. 보다 구체적으로는, 주 결속대(140M)는, 복합 코어 유닛(100c)의 외주에 고리 모양으로 배치되거나, 그 유닛(100c)의 외주에 나선 형상으로 배치된다. 한편, 부 결속대(140S)는, 주 결속대(140M)에 대하여, 일부의 냉매관(130)의 위치를 유지하기 위해 이용된다. 보다 구체적으로는, 부 결속대(140S)는, 한 냉매관 C1의 내주측으로부터 해당 냉매관 C1과 그것에 인접하는 냉매관 C2의 사이에 걸친 주 결속대(140M)의 외주측에 걸리고, 또한 상기 냉매관 C2의 내주측에 이르는 부분을 갖는다. 이 결속 구조를 다르게 보면, 코어(110)의 외주에 병렬로 배열되는 3개의 냉매관 C1, C2, C3 중, 중간에 위치하는 냉매관을 C2로 할 때, 부 결속대(140S)가, 다음의 3개의 부위에 연속하여 놓이도록 배치되는 결속 구조라고 할 수 있다.
(1) 주 결속대(140M) 중, 서로 인접하는 냉매관 C1, C2의 사이에 걸친 제 1 가교부(1141M)의 외주측(코어(110)로부터 멀어지는 쪽)
(2) 냉매관 C2의 내주측(코어(110)측)
(3) 주 결속대(140M) 중, 서로 인접하는 냉매관 C2, C3의 사이에 걸친 제 2 가교부(142M)의 외주측(코어(110)로부터 멀어지는 쪽)
제 1 가교부(141M)의 외주에 걸린 부 결속대(140S)는, 또한 냉매관 C1의 내주측(코어(110)측)에 끌어들여지고, 제 2 가교부(142M)의 외주에 걸린 부 결속대(140S)는, 또한 냉매관 C3의 내주측(코어(110)측)에 끌어들여짐으로써, 순차적으로 마찬가지로 상기 (1)~(3)의 3개의 부위에 부 결속대(140S)가 놓인 결속 구조를 반복할 수 있다. 그것에 의해, 이 결속 구조를 각 냉매관(130)에 대하여 제공할 수 있다.
{작용 효과}
본 예의 결속 구조에 의하면, 코어(110)의 외주에 병렬로 배열된 복수의 냉매관(130)의 외주를 주 결속대(140M)로 일괄하여 결속하고, 그 주 결속대(140M)에 대하여 부 결속대(140S)로 각 냉매관(130)을 결속하기 때문에, 주 결속대(140M)의 길이 방향에 대한 각 냉매관(130)의 위치가 유지된다. 그 때문에, 냉매관(130)이 SZ 꼬기 되어 있더라도, 코어(110)에 대한 냉매관의 배치 상태를 유지할 수 있어, 코어(110)를 보다 확실히 냉각할 수 있다.
[실시형태 18 : 초전도 케이블 : 냉매관의 결속 구조 C]
다음으로, 실시형태 1에 따른 초전도 케이블의 변형예를 도 25에 근거하여 설명한다. 본 예도 코어의 외주에 복수의 냉매관이 SZ 꼬기 되어 있는 초전도 케이블에 있어서, 그들 냉매관을 꼬임이 풀리지 않도록 결속대로 결속하는 구조에 관한 것이고, 이하의 설명은, 주로 실시형태 16과의 차이점에 대하여 행한다.
{구성}
본 예에서는, 코어(110)의 외주(내측 수납관(170)이 있는 경우는, 내측 수납관(170)의 외주)에 복수의 냉매관(130)을 SZ 꼬기 한 복합 코어 유닛(100c)을 측방으로부터 보았을 때, 냉매관(130)의 꼬임 방향이 반전되는 반전부 중, 냉매관(130)이 볼록하게 구부러지는 반전부를 볼록 반전부(132)로 하고, 이 볼록 반전부(132)에 인접되어 냉매관(130)이 오목하게 구부러지는 반전부를 오목 반전부(134)로 한다. 이와 같은 냉매관(130)에 대하여, 결속대(140)는, 볼록 반전부(132)와 오목 반전부(134)를, 서로 코어의 원주 방향의 역방향으로, 또한 볼록 반전부(132)와 오목 반전부(134)의 각각에 있어서의 냉매관(130)의 구부러짐의 외측에 꼬이도록 결속한다.
도 25는, 상기 복합 코어 유닛(100c)을 측방으로부터 본 상태의 일부를 나타낸다. 이 유닛은, 좌측으로부터 차례로 좌측 오목 반전부(134L), 볼록 반전부(132), 우측 오목 반전부(134R)가 순차적으로 형성되어 있다. 여기서, 좌측으로부터 차례로 결속대(140)의 배열 구성을 설명한다. 우선, 코어(110)의 외주에서 냉매관(130)과의 사이에 감긴 결속대(140)는, 도면에 있어서의 코어(110)의 앞쪽을 지나 좌측 오목 반전부(134L)에 있어서의 냉매관(130)의 구부러짐의 내측에 걸리고, 냉매관(130)의 외주측(코어(110)로부터 멀어지는 쪽)으로 인출된다. 다음으로, 결속대(140)는, 좌측 오목 반전부(134L)와 볼록 반전부(132)의 사이에 형성되는 S 꼬임 부분(136)의 외주를 지나, 도면의 앞쪽으로부터 안쪽으로 감긴다. 계속하여 S 꼬임 부분(136)의 볼록 반전부(132)와의 경계 부근에 있어서, 인접하는 냉매관(130)의 극간으로부터 결속대(140)를 냉매관(130)과 코어(110)의 사이에 꽂고, 도면에 있어서의 코어(110)의 앞쪽으로 감는다. 다음으로, 결속대(140)는, 볼록 반전부(132)에 있어서의 냉매관(130)의 구부러짐의 내측에 걸리고, 볼록 반전부(132)를 구성하는 냉매관(130)의 외주측에 인출된다. 다음으로, 그 결속대(140)는, 볼록 반전부(132)와 Z 꼬임 부분(138)의 경계 부근에 있어서, 인접하는 냉매관(130)의 극간으로부터 냉매관(130)과 코어(110)의 사이에 꽂히고, 도면에 있어서의 코어(110)의 안쪽으로 감긴다. 계속하여, 결속대(140)는, Z 꼬임 부분(138)에 있어서의 코어(110)와 냉매관(130)의 사이로서, 도면에 있어서의 코어(110)의 앞쪽을 지나, 또한 우측 오목 반전부(134R)에 있어서의 냉매관(130)의 구부러짐의 내측에 걸리고, 우측 오목 반전부(134R)의 냉매관(130)의 외주측에 인출된다.
이와 같이 결속대(140)로 냉매관(130)을 결속하면, 좌측 오목 반전부(134L)는, 그 냉매관(130)의 구부러짐의 외측(도면의 하측)으로 꼬이고, 볼록 반전부(132)는, 그 냉매관(130)의 구부러짐의 외측(도면의 상측)으로 꼬이고, 우측 오목 반전부(134R)는, 그 냉매관(130)의 구부러짐의 외측(도면의 하측)으로 꼬이게 된다. 그 결과, 좌측 오목 반전부(134L)와 볼록 반전부(132)의 사이에서는 S 꼬임 부분(136)의 꼬임이 조여지고, 볼록 반전부(132)와 우측 오목 반전부(134R)의 사이에서는 Z 꼬임 부분(138)의 꼬임이 조여지게 된다. 동일한 결속대(140)의 배열을 순차적으로 복합 코어 유닛(100c)의 길이 방향으로 반복함으로써, 같은 유닛(100c)의 전체 길이에 걸쳐 냉매관(130)을 결속할 수 있다.
각 반전부(132, 134)에 있어서, 1개의 결속대(140)에 의해 냉매관(130)의 구부러짐의 외측으로 꼬이는 냉매관(130)의 수는, 예컨대 코어(110)의 외주에 꼬이는 전체 냉매관의 수의 절반 정도 이하로 하는 것이 적합하다. 그것은, 전체 냉매관(130)을, 그 꼬임이 조여지는 방향으로 결속하기 쉽기 때문이다.
{작용 효과}
본 예의 결속 구조에 의하면, 코어(110)의 외주에 SZ 꼬기 된 복수의 냉매관(130)에 대하여, 볼록 반전부(132)와 오목 반전부(134)를, 서로 코어 원주 방향의 역방향으로서, S 꼬임 부분(136) 및 Z 꼬임 부분(138)의 냉매관(130)의 꼬임이 조여지는 방향으로 꼬이도록 결속대(140)를 배치함으로써, 냉매관(130)의 꼬인 상태를 유지할 수 있다. 그 때문에, 코어(110)에 대한 냉매관(130)의 배치 상태를 유지할 수 있어, 코어(110)를 보다 확실히 냉각할 수 있다.
[실시형태 19 : 초전도 케이블 : 프레스 와인딩]
다음으로, 냉매관을 SZ 꼬기 한 초전도 케이블(예컨대 실시형태 16~18)에 있어서, 프레스 와인딩을 더 구비하는 초전도 케이블을 설명한다. 본 예도, 기본 구성은 실시형태 1과 동일하다.
결속대의 이용은, 특히 냉매관이 SZ 꼬기 되어 있는 경우에, 그 꼬임의 유지에 유효하다. 그러나, SZ 꼬기가 유지되어 있더라도, 특히 실시형태 16이나 18(도 24)의 경우에, 냉매관이 코어로부터 멀어지거나, 복수의 냉매관의 포락선 원이 설계 원지름이나 설계 형상으로부터 벗어날 우려가 있다. 또한, 결속대가 부서질 우려도 있다. 그 때문에, 냉매관을 결속대의 외측으로부터 코어측으로 누르는 프레스 와인딩을 마련함으로써, 냉매관과 코어를 근접 혹은 접촉시킴과 아울러, 결속대가 부서진 경우이더라도, 복수의 냉매관의 포락선 원이 설계 원지름이나 설계 형상을 유지하도록 배치할 수 있다.
프레스 와인딩의 구체적인 예로서는, 복수의 냉매관을 일괄하도록 테이프 재료를 나선 형상으로 감는 것을 들 수 있다. 이 테이프 재료의 감는 방법은, 갭을 두고 감기, 맞대어 감기, 겹쳐서 감기의 어느 하나이더라도 상관없다. 물론, 냉매관이 SZ 꼬기가 아닌 경우에 있어서도, 프레스 와인딩을 이용하더라도 좋다. 또한, 이 프레스 와인딩의 구체적인 예로서는, 복수의 냉매관을 일괄하도록 테이프 재료를 고리 모양으로 감는 것도 들 수 있다. 이와 같은 프레스 와인딩은, 복합 코어 유닛의 길이 방향으로 소정의 간격으로 복수 마련하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명은, 상술한 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다.
(산업상이용가능성)
본 발명의 초전도 케이블은, 장거리의 초전도 케이블 선로의 구축에 이용할 수 있다. 특히, 장거리 직류 초전도 케이블 선로의 구축에 적합하게 이용할 수 있다.
100, 1000 : 초전도 케이블
100c : 복합 코어 유닛
110, 110L, 110R : 코어
110u : 코어 유닛
111 : 포머
112 : 내측 초전도 도체층
113 : 절연층
114 : 외측 초전도 도체층
115 : 상전도층
116 : 보호층
112L, 112R : 내측 도체층
120 : 단열관
121 : 내관
122 : 외관
123 : 단열재
124 : 방식층
130, αg, αr, βg1, βg2, βr1, βr2, αgr, βgr1, βgr2 : 냉매관
130c : 냉매
130L : 한쪽 인출부
130R : 다른 쪽 인출부
130m : 연결 냉매관
130u : 냉매관 유닛
130a : 추가 냉매관
132 : 볼록 반전부
134 : 오목 반전부
134L : 좌측 오목 반전부
134R : 우측 오목 반전부
136 : S 꼬임 부분
138 : Z 꼬임 부분
140, 140A, 140B : 결속대
140M : 주 결속대
140S : 부 결속대
141M : 제 1 가교부
142M : 제 2 가교부
150 : 수납관
160 : 단열재
162 : 부분 단열층
164 : 충전 단열부
170 : 내측 수납관
180 : 쿠션재
CZ : 냉각 존
210c : 제 1 드럼
210p : 제 2 드럼
220 : 언더 롤러
230 : 가이드 롤러
240 : 나팔 형상 유도관
250 : SZ 꼬기 장치
260 : 테이프 감기 장치
270 : 캐터필러 공급 장치
280 : 가이드관
290 : 가이드 와이어
300 : 구분 기구
310 : 분할 부재
320L, 320R, 340L, 340R, 360, 370 : 밸브
330L : 한쪽 배기관
330R : 다른 쪽 배기관
330m : 연통관
350 : 구분 케이스
400 : 전력 추출부
410 : 초전도 내측 인출 도체
410m, 440m : 연결 초전도 부재
420 : 한쪽의 상전도 리드
430, 460 : 절연 구조물
440 : 초전도 외측 인출 도체
450 : 다른 쪽의 상전도 리드
470 : 단자 박스
480 : 인출 박스
500g, 500r : 냉각 조정용 단열재
1100E, 1200E : 종단 접속부
1000C : 중간 접속부
1300 : 신호 송출 수단
1310 : 신호 수신 수단
1320 : 냉각 판정 수단
1400 : 반사 신호 수신 수단
1410 : 사고점 특정 수단
E : 사고점

Claims (30)

  1. 초전도 도체층(112, 114)과, 이 초전도 도체층(112, 114)을 초전도 상태로 냉각하는 냉매(130c)의 유로를 구비하는 초전도 케이블로서,
    상기 초전도 도체층(112, 114)과 절연층(113)을 구비하는 코어(110)와,
    상기 냉매 유로를 구성함과 아울러, 상기 초전도 도체층(112, 114)을 냉각하도록 코어(110)에 병렬로 배열되는 냉매관(130)과,
    상기 코어(110) 및 냉매관(130)의 수납관(150)
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블(1000).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매관(130)은, 상기 코어(110)의 외주를 둘러싸도록 복수를 꼬아 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블(1000).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 냉매관(130)에 둘러싸이는 상기 코어(110)가 복수인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블(1000).
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 코어(110)와, 그 코어(110)의 외주를 둘러싸도록 꼬인 복수의 냉매관(130)의 조합을 복합 코어 유닛(100c)으로 하고,
    그 복합 코어 유닛(100c)을 상기 수납관(150) 내에 복수 구비하는
    것을 특징으로 하는 초전도 케이블(1000).
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어(110)와, 그 코어(110)의 외주를 둘러싸도록 꼬인 복수의 상기 냉매관(130)의 조합을 복합 코어 유닛(100c)으로 하고,
    그 복합 코어 유닛(100c)의 외주를 둘러싸도록 배열되는 복수의 추가 냉매관(130a, 130u)을 구비하는
    것을 특징으로 하는 초전도 케이블(1000).
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 냉매관(130)을, 그 꼬인 상태가 어긋나지 않도록 결속하는 결속대(bundling band)(140)를 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블(1000).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 냉매관(130)은 코어(110)에 대하여 SZ 꼬기(SZ-twisted) 되어 있고,
    상기 결속대(140)는, 하기의 적어도 하나의 결속 구조를 구비하는
    것을 특징으로 하는 초전도 케이블(1000).

    (A) 상기 결속대(140)가, 복수의 냉매관(130) 중, 한 냉매관(C1)의 내주측으로부터 다른 냉매관(C2)의 외주측을 지나고, 또한 다른 냉매관(C3)의 내주측에 이르는 부분을 갖도록 냉매관(130)을 결속하는 결속 구조.
    (B) 상기 결속대(140)가, 복수의 냉매관(130)의 외주를 결속하는 주 결속대(140M)와, 한 냉매관(C1)의 내주측으로부터 해당 냉매관(C1)과 그것에 인접하는 냉매관(C2)의 사이에 걸치는 주 결속대(140M)의 외주측에 걸리고, 또한 상기 냉매관(C2)의 내주측에 이르는 부분을 갖는 부 결속대(140S)를 구비하는 결속 구조.
    (C) 상기 결속대(140)가, SZ 꼬기 된 냉매관(130)의 꼬임 방향이 반전되는 반전부 중, 냉매관(130)이 볼록하게 구부러지는 볼록 반전부(132)와, 이 볼록 반전부(132)에 인접되어 냉매관(130)이 오목하게 구부러지는 오목 반전부(134)를, 서로 코어(110)의 원주 방향의 역방향으로, 또한 각 반전부에 있어서의 냉매관(130)의 구부러짐의 외측으로 꼬이도록 결속하는 결속 구조.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 냉매관(130)을 결속대(140)의 외주측으로부터 코어(110)측으로 누르는 프레스 와인딩(pressed winding)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블(1000).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매관(130)은, 스트레이트관(straight tube) 또는 코러게이트관(corrugated tube)인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블(1000).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어(110)는 복수가 꼬여 구성되고,
    이 꼬임은 냉각시의 각 코어(110)의 수축을 흡수할 수 있도록 느슨한 부분이 마련되어 있는
    것을 특징으로 하는 초전도 케이블(1000).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수납관(150)의 내부가 진공으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블(1000).
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수납관(150)의 내부에 충전되는 단열재(160, 162, 164)를 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블(1000).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어(110)를 수납하고, 상기 복수의 냉매관(130)의 내측에 배치되는 내측 수납관(170)을 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블(1000).
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 내측 수납관(170)은, 그 내측 수납관(170)과 상기 코어(110)의 사이의 공간에 충전되는 보조 냉매의 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블(1000).
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    직류 송전용인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블(1000).
  16. 초전도 도체층(112, 114)과 절연층(113)을 구비하는 코어(110), 또는 1개 이상의 코어(110)를 수납하는 내측 수납관(170)을 감은 제 1 드럼(210c)과, 상기 초전도 도체층(112, 114)을 냉각하는 냉매(130c)의 유로를 구성하는 냉매관(130)을 감은 제 2 드럼(210p)을 준비하는 공정과,
    상기 제 1 드럼(210c)으로부터 코어(110) 또는 내측 수납관(170)을 풀어내고, 상기 제 2 드럼(210p)으로부터 냉매관(130)을 풀어내고, 이들을 집속하여, 상기 코어(110) 또는 내측 수납관(170)의 외주에 상기 냉매관(130)을 꼬는 공정과,
    수납관(150)을 부설 경로에 부설하는 공정과,
    꼬인 코어(110)와 냉매관(130)의 복합 코어 유닛(100c)을, 부설 경로에 부설된 상기 수납관(150)에 끌어넣어 수납하는 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 부설 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 수납관(150)의 설치측이 되는 내주면에, 이후에 복합 코어 유닛(100c)을 끌어넣었을 때에, 상기 복합 코어 유닛(100c)을 수납관(150)과 실질적으로 동축에 지지하는 부분 단열층(162)을 마련하여 두고, 상기 수납관(150)에 복합 코어 유닛(100c)을 수납한 후, 상기 수납관(150) 내의 나머지의 공간에 단열재(164)를 충전하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 부설 방법.
  18. 초전도 케이블을 구비하는 초전도 케이블 선로로서,
    상기 초전도 케이블은, 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 초전도 케이블(1000)이고,
    상기 초전도 케이블(1000)의 도중에 구분 기구(300)를 더 구비하고,
    그 구분 기구(300)는,
    상기 수납관(150)의 내부를, 그 길이 방향의 한쪽의 공간과 다른 쪽의 공간으로 분할하는 분할 부재(310)와,
    한쪽의 공간 내의 냉매관(130)을 수납관(150)의 외부에 인출하는 한쪽 인출부(130L)와,
    다른 쪽의 공간 내의 냉매관(130)을 수납관(150)의 외부에 인출하는 다른 쪽 인출부(130R)와,
    양 인출부(130L, 130R)를 연결하는 연결 냉매관(130m)
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 선로.

  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 수납관(150)의 내부가 진공으로 형성되고,
    상기 수납관(150)의 외부로부터 한쪽의 공간에 연통하는 한쪽 배기관(330L)과,
    상기 수납관(150)의 외부로부터 다른 쪽의 공간에 연통하는 다른 쪽 배기관(330R)과,
    양 배기관(330L, 330R)을 연결하는 연통관(330m)을
    구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 선로.
  20. 초전도 케이블과, 이 케이블을 냉각하기 위한 냉매를 그 케이블을 따라 유통시키는 복수의 냉각 스테이션을 구비하는 초전도 케이블 선로로서,
    상기 초전도 케이블은, 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 초전도 케이블(1000)이고,
    상기 냉매관(130)은,
    냉매 왕로(collant forward path)가 되는 냉매관(αg)과,
    이 냉매관(αg)에 병렬로 배열되어 냉매 복로(coolant return path)가 되는 냉매관(αr)과,
    다른 냉매 왕로가 되는 냉매관(βg)과,
    이 냉매관(βg)에 병렬로 배열되어 다른 냉매 복로가 되는 냉매관(βr)
    을 갖고,
    상기 냉각 스테이션은,
    냉매관(αg) 및 냉매관(αr)의 양 단부에 연결되는 냉각 스테이션(A1, A2)과,
    냉매관(βg) 및 냉매관(βr)의 양 단부에 연결되는 냉각 스테이션(B1, B2)
    을 구비하고,
    상기 냉매관(αg, αr)의 배치 구간과, 냉매관(βg, βr)의 배치 구간이 초전도 케이블의 길이 방향으로 어긋나도록, 냉각 스테이션(A1, A2) 및 냉각 스테이션(B1, B2)이 마련되어 있는
    것을 특징으로 하는 초전도 케이블 선로.
  21. 초전도 케이블 선로의 운전 방법으로서,
    상기 초전도 케이블 선로는, 청구항 20에 기재된 초전도 케이블 선로이고,
    상기 냉각 스테이션(A1, A2) 및 냉매관(αg, αr)의 냉각 구간과, 냉각 스테이션(B1, B2) 및 냉매관(βg, βr)의 냉각 구간의 각각이 초전도 케이블의 길이 방향으로 복수 세트 마련되고,
    상기 냉각 스테이션(A1, A2) 및 냉각 스테이션(B1, B2)의 어느 하나가 동작 불능인 경우, 그 동작 불능의 냉각 스테이션에 대응하는 냉각 구간을, 동작 가능한 냉각 스테이션으로서, 서로 인접하는 냉각 구간의 냉각을 분담하는 복수의 냉각 스테이션을 이용하여 냉각하는
    것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 운전 방법.
  22. 초전도 케이블과, 이 케이블을 냉각하기 위한 냉매를 그 케이블을 따라 유통시키는 복수의 냉각 스테이션을 구비하는 초전도 케이블 선로로서,
    상기 초전도 케이블은, 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 초전도 케이블(1000)이고,
    상기 냉매관(130)은,
    상기 수납관(150) 내에서 일련의 왕복 유로를 형성하는 냉매관(αgr)과,
    상기 수납관(150) 내에서 다른 일련의 왕복 유로를 형성하는 냉매관(βgr)
    을 갖고,
    상기 냉각 스테이션은,
    상기 냉매관(αgr)에 있어서의 냉매의 공급단과 복귀단에 연결되는 냉각 스테이션(X1)과,
    상기 냉매관(βgr)에 있어서의 냉매의 공급단과 복귀단에 연결되는 냉각 스테이션(Y1)
    을 구비하고,
    상기 냉매관(αgr)의 배치 구간과, 냉매관(βgr)의 배치 구간이 초전도 케이블의 길이 방향으로 어긋나도록, 냉각 스테이션(X1, Y1)이 마련되어 있는
    것을 특징으로 하는 초전도 케이블 선로.
  23. 초전도 케이블 선로의 운전 방법으로서,
    상기 초전도 케이블 선로는, 청구항 22에 기재된 초전도 케이블 선로이고, 상기 냉각 스테이션(X1) 및 냉매관(αgr)의 냉각 구간과, 냉각 스테이션(Y1) 및 냉매관(βgr)의 냉각 구간의 각각이 초전도 케이블의 길이 방향으로 복수 세트 마련되고,
    냉각 스테이션(X1) 및 냉각 스테이션(Y1)의 어느 하나가 동작 불능인 경우, 그 동작 불능의 냉각 스테이션에 대응하는 냉각 구간을, 동작 가능한 냉각 스테이션으로서, 서로 인접하는 냉각 구간의 냉각을 분담하는 복수의 냉각 스테이션을 이용하여 냉각하는
    것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 운전 방법.
  24. 초전도 케이블과, 이 케이블을 냉각하기 위한 냉매를 그 케이블을 따라 유통시키는 복수의 냉각 스테이션을 구비하는 초전도 케이블 선로로서,
    상기 초전도 케이블은, 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 초전도 케이블(1000)이고,
    상기 초전도 도체층(112, 114)은, 상기 절연층(113)의 내측에 배치되는 내측 도체층(112L, 112R)과, 절연층(113)의 외측에 배치되는 외측 도체층을 구비하고,
    상기 초전도 케이블(1000)의 도중에, 상기 냉각 스테이션에 전력을 공급하는 전력 추출부(400)를 더 구비하고,
    이 전력 추출부(400)는,
    상기 코어(110)로부터 인출된 내측 도체층(112L, 112R)에 연결되는 초전도 내측 인출 도체(410)와,
    상기 코어(110)로부터 인출된 외측 도체층에 연결되는 초전도 외측 인출 도체(440)와,
    이들 양 인출 도체(410, 440)를 냉각하는 냉매가 충전되는 단자 박스(470)와,
    상기 초전도 내측 인출 도체(410)에 연결되어, 상기 단자 박스(470)로부터 상온측(room temperature side)으로 전로(electric path)를 형성하는 한쪽의 상전도 리드(420)와,
    상기 초전도 외측 인출 도체(440)에 연결되어, 상기 단자 박스(470)로부터 상온측으로 전로를 형성하는 다른 쪽의 상전도 리드(450)
    를 구비하고,
    상기 냉각 스테이션은, 상기 초전도 케이블(1000)로부터 양 상전도 리드(420, 450)를 거친 전력 공급에 의해 냉매(130c)를 냉각하고, 각 냉매관(130)에 냉매(130c)를 공급하도록 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는 초전도 케이블 선로.
  25. 초전도 케이블을 갖는 초전도 케이블 선로로서,
    상기 초전도 케이블은, 청구항 14에 기재된 초전도 케이블(1000)이고,
    상기 내측 수납관(170)의 내부에 충전되는 보조 냉매를, 상기 냉매관(130)의 내부에 흐르는 냉매보다 늦게 유통시키는 보조 냉매용 냉각 스테이션을 구비하는
    것을 특징으로 하는 초전도 케이블 선로.
  26. 초전도 케이블과, 이 케이블을 냉각하기 위한 냉매를 그 케이블을 따라 유통시키는 복수의 냉각 스테이션을 구비하는 초전도 케이블 선로로서,
    상기 초전도 케이블은, 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 초전도 케이블이고,
    상기 냉매관(130)은,
    냉매 왕로가 되는 냉매관(αg)과,
    이 냉매관(αg)에 병렬로 배열되어 냉매 복로가 되는 냉매관(αr)
    을 갖고,
    상기 냉각 스테이션은, 냉매관(αg) 및 냉매관(αr)의 양 단부에 연결되는 냉각 스테이션(A1, A2)을 갖고,
    상기 냉매관(αg) 중 냉각 스테이션(A1)에 연결되는 냉매의 공급단측과, 상기 냉매관(αr) 중 냉각 스테이션(A2)에 연결되는 냉매의 공급단측의 각각에, 각 냉매관(αg, αr)을 덮는 냉각 조정 단열재(500g, 500r)를 구비하는
    것을 특징으로 하는 초전도 케이블 선로.
  27. 초전도 케이블과, 이 케이블을 냉각하기 위한 냉매를 그 케이블을 따라 유통시키는 복수의 냉각 스테이션을 구비하는 초전도 케이블 선로로서,
    상기 초전도 케이블은, 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 초전도 케이블(1000)이고,
    상기 냉매관(130)은,
    냉매 왕로가 되는 냉매관(αg)과,
    이 냉매관(αg)에 병렬로 배열되어 냉매 복로가 되는 냉매관(αr)
    을 갖고,
    상기 냉각 스테이션은,
    냉매관(αg) 및 냉매관(αr)의 양 단부에 연결됨과 아울러, 낮은 위치에 배치되는 냉각 스테이션(A1)과,
    높은 위치에 배치되는 냉각 스테이션(A2)을 갖고,
    상기 냉매관(αg) 중 낮은 위치의 냉각 스테이션(A1)에 연결되는 냉매의 공급단측과, 상기 냉매관(αr) 중 낮은 위치의 냉각 스테이션(A1)에 연결되는 냉매의 복귀단측의 각각에, 각 냉매관(αg, αr)을 덮는 냉각 조정 단열재(500g, 500r)를 구비하는
    것을 특징으로 하는 초전도 케이블 선로.
  28. 초전도 케이블과, 이 케이블을 냉각하기 위한 냉매를 그 케이블을 따라 유통시키는 복수의 냉각 스테이션을 구비하는 초전도 케이블 선로로서,
    상기 초전도 케이블은, 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 초전도 케이블(1000)이고,
    상기 냉매관(130)에 유통되는 냉매(130c)가 슬러시 질소인
    것을 특징으로 하는 초전도 케이블 선로.
  29. 초전도 케이블을 구비하는 초전도 케이블 선로로서,
    상기 초전도 케이블은, 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 초전도 케이블(1000)이고,
    이 초전도 케이블 선로의 한쪽 단부로부터 상기 초전도 도체층(112, 114)에 전기 신호를 입력시키는 신호 송출 수단(1300)과,
    초전도 케이블(1000)의 다른 쪽 단부에서 그 출력 신호를 수신하는 신호 수신 수단(1310)과,
    이 신호 수신 수단(1310)에서 수신된 출력 신호의 상태에 따라, 상기 초전도 도체층(112, 114)이 상기 선로의 전체 길이에 걸쳐 초전도 상태가 되는 온도까지 도달했는지 여부를 판정하는 냉각 판정 수단(1320)
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 선로.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 초전도 케이블 선로의 도중에 있어서, 초전도 도체층(112, 114)의 냉각이 국소적으로 불충분한 부분을 사고점(E)으로 할 때, 상기 사고점(E)에 있어서의 상기 전기 신호의 반사 신호를 초전도 케이블 선로의 한쪽 단부에서 수신하는 반사 신호 수신 수단(1400)과,
    상기 전기 신호 및 반사 신호의 전송 속도와, 상기 신호 송출 수단(1300)에서 전기 신호를 입력하고 나서 상기 반사 신호 수신 수단(1400)에서 반사 신호를 수신하기까지의 시간으로부터 사고점(E)의 위치를 연산하는 사고점 특정 수단(1410)
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 선로.
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