KR20180112593A - 초전도 전력 시스템 및 이를 구성하는 냉매 회수배관 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초전도 전력 시스템의 안정성 모니터링을 위하여 초전도 케이블을 연결하는 중간 접속함 또는 냉매 회수배관의 접속부 등에 연결되는 전력유닛 및 통신유닛의 배선을 간소화할 수 있는 초전도 전력 시스템 및 이를 구성하는 냉매 회수배관에 관한 것이다.

Description

초전도 전력 시스템 및 이를 구성하는 냉매 회수배관{SUPERCONDUCTING POWER SYSTEM AND REFRIGERANT WITHDRAWING PIPE}
본 발명은 초전도 전력 시스템 및 이를 구성하는 냉매 회수배관에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 초전도 전력 시스템의 안정성 모니터링을 위하여 초전도 케이블을 연결하는 중간 접속함 또는 냉매 회수배관의 접속부 등에 연결되는 전력유닛 및 통신유닛의 배선을 간소화할 수 있는 초전도 전력 시스템 및 이를 구성하는 냉매 회수배관에 관한 것이다.
초전도 전력 시스템을 구성하는 초전도 케이블은 통전층으로서의 초전도 도체층과 초전도 차폐층을 각각 구비하고, 초전도층과 초전도 차폐층은 초전도 선재로 구성될 수 있다. 초전도 선재는 일정한 온도에서 전기저항이 제로에 가까이 수렴하므로, 낮은 전압에서도 큰 전력 전송 능력을 갖는다는 특징을 갖는다.
초전도 케이블은 극저온으로 냉각된 액상 냉매를 순환시켜 초전도 케이블의 코어 등을 초전도 조건으로 유지한다.
이러한 초전도 조건, 즉 극저온 상태는 케이블의 전구간에서 모니터링 되어야 한다. 그리고, 최근 초전도 케이블의 장조장 포설이 시험되고 있다. 따라서, 초전도 전력 시스템은 포설구간 양단에 상온 케이블과 초전도 케이블의 접속을 위한 종단 접속함이 구비되고, 초전도 케이블의 포설구간은 일정 길이마다 중간 접속함이 구비되어야 한다. 그리고, 양 종단 접속함은 이중 금속관 구조의 냉매 회수배관을 통해 냉매가 회수되는 방식으로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 냉매 회수배관 역시 장조장일 경우 미리 결정된 길이 단위로 접속이 되는 접속부가 구비될 수 있다. 그리고, 초전도 케이블과 냉매 회수배관의 포설 경로가 일치될 수도 있고 다른 경로로 포설될 수도 있다.
여기서, 각각의 접속함 또는 접속부에는 그 내부를 유동하는 냉매의 온도, 압력 및 내부의 진공도를 측정하기 위한 온도 센서, 압력 센서 및 진공도 센서가 구비되어야 하고, 온도 센서, 압력 센서 및 진공도 센서는 전력공급이 필요하고 센서에서 감지된 신호는 별도의 통신유닛을 통해 제어장치 등으로 전송되어 전력 시스템의 제어정보로 활용되어야 한다. 전력 시스템의 제어장치에서 수신된 센서의 감지신호에 의하여 액상 냉매의 온도 또는 압력이 비정상적으로 변화하거나 초전도 케이블 또는 냉매회수배관의 진공부의 진공도가 비정상적으로 변화되는 것으로 판단되면, 냉각장치 등의 출력 또는 진공도를 유지하기 위한 진공 펌프 등의 출력 등을 조절하여 시스템의 안정성을 유지할 수 있다.
초전도 케이블의 포설구간 양단에 구비되는 종단 접속함의 경우, 온도 센서 또는 압력 센서에 전력유닛 또는 통신유닛을 연결하는 것이 어렵지 않지만, 초전도 케이블을 연결하는 중간 접속함 또는 냉매 회수배관의 접속부의 경우 종단 접속함과 수백미터 이상 떨어진 거리에 위치하고, 장조장 포설시 중간 접속함의 개수가 더 증가될 것이므로 각각의 중간 접속함으로 별도의 전력 공급용 케이블을 연결하고, 센서에서 감지된 신호를 전력 시스템의 제어장치로 연결하는 방법이 마땅치 않다.
본 발명은 초전도 전력 시스템의 안정성 모니터링을 위하여 초전도 케이블을 연결하는 중간 접속함 또는 냉매 회수배관의 접속부 등에 연결되는 전력유닛 및 통신유닛의 배선을 간소화할 수 있는 초전도 전력 시스템 및 이를 구성하는 냉매 회수배관을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 미리 결정된 포설구간에 포설되는 적어도 2개의 초전도 케이블, 상기 초전도 케이블의 포설구간 양단에 구비되어, 초전도 케이블과 상온 케이블을 접속하기 위한 2개의 종단 접속함, 상기 포설구간 중 2개의 초전도 케이블을 접속하는 적어도 하나의 중간 접속함, 상기 초전도 케이블을 순환하는 액상 냉매를 냉각하기 위한 냉매 냉각장치, 어느 하나의 종단 접속함에서 회수된 액상 냉매를 상기 냉매 냉각장치를 경유하여 다른 하나의 종단 접속함으로 공급하며 적어도 하나의 접속부를 구비하는 냉매 회수배관, 상기 중간 접속함 또는 상기 냉매 회수배관의 접속부에 구비되는 온도 센서, 압력 센서 및 진공도 센서 중 적어도 하나를 포함하는 감지센서, 및, 상기 냉매 회수배관을 내부에 설치되며, 상기 감지센서로 전력을 공급하며, 상기 감지센서에서 감지된 감지신호를 전송하는 제어 케이블을 포함하는 초전도 전력 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제어 케이블은 상기 감지센서로 전력을 공급하는 전력유닛, 및 상기 감지센서에서 감지된 감지신호를 전송하는 통신유닛,을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제어 케이블의 통신유닛은 적어도 1개의 광섬유를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어 케이블을 구성하는 상기 전력유닛 및 상기 통신유닛은 불화 폴리 에틸렌으로 피복될 수 있다.
또한, 상기 냉매 회수배관은 냉매가 유동하는 내부 금속관과 진공부를 형성하는 외부 금속관을 포함하여 구성되며, 상기 제어 케이블은 상기 진공부에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 냉매 회수배관이 상기 초전도 케이블을 따라 포설되며, 상기 감지센서가 구비된 중간 접속함과 상기 냉매 회수배관의 접속부의 위치가 일치하는 경우, 상기 냉매 회수배관의 접속부에서 제어 케이블이 인출되어 상기 감지센서가 구비된 중간 접속함으로 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 감지센서가 구비된 중간 접속함과 상기 냉매 회수배관의 접속부는 동일한 맨홀 관로에 배치될 수 있다.
또한, 상기 초전도 케이블과 상기 냉매 회수배관의 포설경로가 일치되나 상기 중간 접속함과 상기 냉매 회수배관의 접속부의 위치가 일치하지 않는 경우, 상기 냉매 회수배관에 구비된 상기 제어 케이블은 상기 냉매 회수배관의 접속부에 구비된 온도 센서, 압력 센서 및 진공도 센서 중 적어도 하나를 포함하는 감지센서로 전력을 공급하며, 상기 감지센서에서 감지된 감지신호를 전송할 수 있다.
이 경우, 상기 초전도 케이블과 상기 냉매 회수배관의 포설경로가 일치되지 않는 경우, 상기 냉매 회수배관에 구비된 상기 제어 케이블은 상기 냉매 회수배관의 접속부에 구비된 온도 센서, 압력 센서 및 진공도 센서 중 적어도 하나를 포함하는 감지센서로 전력을 공급하며, 상기 감지센서에서 감지된 감지신호를 전송할 수 있다.
여기서, 상기 중간 접속함 또는 상기 냉매 회수배관의 접속부에서 감지된 감지신호는 상기 제어 케이블에 의하여 전력 시스템의 제어장치로 전송되고, 상기 전력 시스템의 제어장치는 상기 감지신호를 기초로 상기 냉매 냉각장치를 제어할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기 초전도 전력 시스템을 구성하는 냉매 회수배관에 있어서, 초전도 케이블에서 회수되는 액상 냉매가 유동하는 내부 금속관, 상기 내부 금속관을 감싸는 단열부, 상기 단열부 외측에 구비되는 진공부, 상기 진공부 외측에 구비되는 외부 금속관, 상기 외부 금속관 외측을 감싸는 외부자켓, 상기 진공부에 구비되어 상기 단열부와 상기 외부 금속관의 접촉을 방지하기 위한 적어도 하나의 스페이서, 상기 진공부에 구비되며 적어도 하나의 광섬유를 포함하는 통신유닛, 및, 상기 진공부에 구비되는 전력 공급용 전력유닛을 포함하는 냉매 회수배관을 제공할 수 있다.
그리고, 상기 광유닛 및 상기 전력유닛은 각각 불화 폴리 에틸렌으로 피복될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 미리 결정된 포설구간에 포설되며, 적어도 하나의 중간 접속함에 의하여 접속되는 적어도 2개의 초전도 케이블, 상기 초전도 케이블을 순환하는 액상 냉매를 냉각하기 위한 냉매 냉각장치, 어느 하나의 초전도 케이블에서 회수된 액상 냉매를 상기 냉매 냉각장치를 경유하여 다른 하나의 초전도 케이블로 공급하며, 적어도 하나의 접속부를 구비하는 냉매 회수배관, 상기 냉매 회수배관의 접속부에 구비되는 온도 센서, 압력 센서 및 진공도 센서 중 적어도 하나를 포함하는 감지센서, 및, 상기 냉매 회수배관을 내부에 설치되며, 상기 냉매 회수배관의 접속부에 구비되는 감지센서로 전력을 공급하며, 상기 감지센서에서 감지된 감지신호를 전송하는 제어 케이블을 포함하는 초전도 전력 시스템을 제공할 수 있다.
이 경우, 상기 제어 케이블은 적어도 하나의 광섬유를 포함하는 통신유닛 및 전력 공급용 전력유닛을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 초전도 전력 시스템에 의하면, 초전도 전력 시스템의 안정성 모니터링을 위하여 중간 접속함 등에 연결되는 전력유닛 및 통신유닛을 냉매 회수배관의 진공부에 배치하여, 전력 시스템 안정성 모니터링을 위한 배선을 단순화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초전도 전력 시스템에 의하면, 중간 접속함 또는 접속부의 온도 센서, 압력 센서 또는 진공도 센서를 구동하고 감지신호의 수신을 위하여 중간 접속함 등에 연결되는 전력유닛 및 통신유닛을 냉각장치로 냉매를 회수하기 위한 냉매 회수배관 내부에 배치하여 초전도 전력 시스템의 안정성에 영향을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초전도 전력 시스템의 구성도의 하나의 실시예를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 초전도 전력 시스템을 구성하는 냉매 회수배관을 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 냉매 회수배관의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 초전도 전력 시스템의 구성도의 다른 실시예를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 초전도 전력 시스템의 구성도의 다른 실시예를 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 초전도 전력 시스템의 구성도의 하나의 실시예를 도시한다.
본 발명에 따른 초전도 전력 시스템(1)은 미리 결정된 포설구간에 포설되는 적어도 2개의 초전도 케이블(100), 상기 초전도 케이블의 포설구간 양단에 구비되어, 초전도 케이블과 상온 케이블을 접속하기 위한 2개의 종단 접속함(300), 상기 포설구간 중 2개의 초전도 케이블을 접속하는 적어도 하나의 중간 접속함(200), 상기 초전도 케이블을 순환하는 액상 냉매를 냉각하기 위한 냉매 냉각장치(600) 어느 하나의 종단 접속함에서 회수된 액상 냉매를 상기 냉매 냉각장치를 경유하여 다른 하나의 종단 접속함으로 공급하며 적어도 하나의 접속부(500)를 구비하는 냉매 회수배관(10), 상기 중간 접속함 또는 상기 냉매 회수배관의 접속부에 구비되는 온도 센서, 압력 센서 및 진공도 센서 중 적어도 하나를 포함하는 감지센서, 상기 냉매 회수배관(10)을 내부에 설치되며, 상기 감지센서로 전력을 공급하며, 상기 감지센서에서 감지된 감지신호를 전송하는 제어 케이블(60)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명에 초전도 전력 시스템(1)은 포설구간 양단에 상온 케이블과 연결을 위한 2개의 종단 접속함(300)과 포설구간에 하나의 중간 접속함(200)을 구비하는 시스템으로 도시되었으나, 포설구간 전체의 길이에 따라 중간 접속함(200)의 개수는 증감될 수 있다.
초전도 케이블(100)은 극저온 환경을 유지하기 위하여 액상 냉매를 냉매 냉각장치(600)에서 극저온으로 냉각한 후 이를 초전도 케이블(100) 내부로 유동시켜 초전도 케이블(100)의 코어 등을 냉각시키는 방법을 사용한다.
또한, 초전도 케이블(100)의 냉각에 사용된 냉매는 종단 접속함(300)을 통해 회수되고 냉매 회수배관(10)을 통해 냉매 냉각장치(600)로 재공급될 수 있다.
초전도 케이블(100)을 통해 전력을 공급하는 과정에서 초전도 조건, 즉 극저온 환경이 유지되지 못하면 시스템의 손상 또는 정전 등의 사고가 발생되므로, 초전도 케이블(100)을 유동 또는 냉매 회수배관(10)을 통회 회수되는 냉매의 압력, 온도 또는 진공부의 진공도는 지속적으로 모니터링 되어야 한다.
초전도 케이블(100) 내부를 유동하는 냉매의 압력, 온도 또는 진공부의 진공도는 주로 종단 접속함(300), 중간 접속함(200) 및 냉매 회수배관(10)의 접속부(500)에 설치된 온도 센서, 압력 센서 및 진공도 센서에 의하여 측정되어 감지신호가 전력 시스템 제어장치(700)로 전송되어 냉각장치의 제어변수로 활용되어, 냉각장치의 출력 등이 제어될 수 있다.
각각의 접속함 또는 접속부에 설치되어야 하는 온도 센서, 압력 센서 또는 진공도 센서의 구동을 위해서는 별도의 전력 공급이 필요하며, 각각의 센서에서 감지된 제어신호는 전력 시스템 제어장치(700)로 전송되어야 한다.
즉, 도 1에 도시된 각각의 접속함(200, 300) 또는 접속부(500)에 설치되어야 하는 온도 센서(210, 310, 510), 압력 센서(220, 320, 520) 및 진공도 센서(230, 330, 530)에는 전력 공급을 위한 전력유닛과 감지신호의 송수신을 위한 통신유닛이 연결되어야 함을 의미한다.
종단 접속함(300)의 경우에는 전력 시스템 제어장치(700) 또는 주변 설비 등에서 전력유닛과 통신유닛을 연결하는 것이 어렵지 않으나 초전도 케이블을 연결하는 중간 접속함(200) 또는 냉매 회수배관(10)을 연결하는 접속부(500)의 경우에는 별도의 전력 또는 통신을 위한 외부의 케이블 연결이 쉽지 않은 경우가 있다.
따라서, 본 발명에 따른 초전도 전력 시스템(1)의 경우 냉매 회수배관(10) 내부에 전력유닛과 통신유닛을 포함하여 구성되는 제어 케이블(60)을 배치하는 방법을 사용할 수 있다.
상기 제어 케이블(60)을 초전도 케이블(100)이 아닌 냉매 회수배관(10)에 설치하는 이유는 상대적으로 냉각장치로 냉매를 회수하기 위한 냉매 회수배관(10)에 제어 케이블(60)을 설치하는 것이 전력 시스템 전체적인 안정성의 위험을 최소화할 수 있기 때문이다.
구체적으로, 상기 제어 케이블을 초전도 케이블(100)의 진공부가 아닌 냉매 회수배관(10)의 진공부에 배치하는 이유는 진공부에 배치된 제어 케이블(10)이 경우에 따라 전도에 의한 열침입 경로가 될 수 있기 때문으로, 시스템의 안정성에 영향이 상대적으로 작은 냉매 회수배관(10)의 진공부를 따라 제어 케이블을 배치하는 것이 바람직하다.
이러한 제어 케이블을 냉매 순환배관(10)을 사용하여 배치하는 방법으로 제어 케이블(60)을 금속관 내부에 안전하게 보호함과 동시에 포설 작업도 간소하게 할 수 있다.
상기 냉매 회수배관(10)은 후술하는 바와 같이, 초전도 케이블(100)과 유사하게 금속관이 이중으로 구비되어 내부에는 회수되는 액상 냉매가 유동하고 외부에는 진공부(5)가 구비된다. 상기 제어 케이블(60)은 상기 진공부(5)에 배치될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 후술한다.
상기 냉매 회수배관(10) 역시 이중관 구조로 직경이 어느 정도 되므로, 한번에 전체 포설구간을 연결할 수 없고, 일정 길이 간격으로 접속부를 통해 접속되어야 한다. 상기 냉매 회수배관(10)의 경우 코어가 생략되므로 그 구조는 초전도 케이블(100)의 중간 접속함(200)보다 단순하다.
그리고, 상기 냉매 회수배관(10)은 상기 중간 접속함(200)의 대응되는 위치에 접속부가 구비되고, 상기 접속부에서 상기 제어 케이블(60)이 인출되어 상기 중간 접속함(200)으로 연결될 수 있다.
도 1은 상기 냉매 회수배관(10)이 상기 초전도 케이블(100)을 따라 포설되며, 상기 감지센서가 구비된 중간 접속함(200)과 상기 냉매 회수배관의 접속부(500)의 위치가 일치하는 경우를 도시한다.
초전도 케이블과 냉매 회수배관(10)의 포설경로가 일치되는 경우, 상기 초전도 케이블(100)의 중간 접속함(200) 및 상기 냉매 회수배관(10)의 접속부(500)는 동일한 맨홀 등의 관로 내부에 함께 배치될 수 있다.
이러한 경우에는, 냉매 회수배관(10)의 접속부(500)에 구비되는 감지센서에 전력과 통신을 제공함과 동시에 초전도 케이블을 접속하는 중간 접속함(200)에 구비되는 감지센서에도 상기 냉매 회수배관(10)을 통해 배치된 제어 케이블(60)을 통한 전력 공급과 통신 기능을 제공할 수 있다.
이 경우, 상기 중간 접속함(200)과 상기 접속부를 동일 간격으로 배치되도록 하여 동일한 맨홀 관로 내부에 배치시킨 후 상기 접속부 내부에 배치된 제어 케이블(60)을 인출하여 중간 접속함(200)으로 연결하는 방법을 사용할 수 있다.
이와 같은 방법에 의하여 초전도 전력 시스템(1)의 안정성 모니터링을 위하여 중간 접속함(200) 등에 연결되는 전력유닛 및 통신유닛을 냉매 회수배관(10)의 진공부(5)에 배치하여, 전력 시스템 안정성 모니터링을 위한 배선을 단순화할 수 있다.
그리고, 초전도 케이블과 냉매 회수배관(10)의 포설경로가 일치되는 경우에도 상기 초전도 케이블(100)의 중간 접속함(200) 및 상기 냉매 회수배관(10)의 접속부(500)의 위치가 일치되지 않거나, 초전도 케이블과 냉매 회수배관(10)의 포설경로가 다른 경우에도 상기 냉매 회수배관(10)을 통한 제어 케이블을 활용하여 시스템의 안정성을 향상시키는 방법에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조하여 후술한다.
도 2는 본 발명에 따른 초전도 전력 시스템(1)을 구성하는 냉매 회수배관(10)을 도시하며, 도 3은 도 2에 도시된 냉매 회수배관(10)의 단면도를 도시한다.
본 발명에 따른 냉매 회수배관(10)은 초전도 케이블(100)과 마찬가지로 이중 금속관 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 냉매 회수배관(10)은 초전도 케이블(100)에서 회수되는 액상 냉매가 유동하는 내부 금속관(3), 상기 내부 금속관(3)을 감싸는 단열부(4), 상기 단열부(4) 외측에 구비되는 진공부(5), 상기 진공부(5) 외측에 구비되는 외부 금속관, 상기 외부 금속관 외측을 감싸는 외부자켓, 상기 진공부(5)에 구비되어 상기 단열부(4)와 상기 외부 금속관의 접촉을 방지하기 위한 적어도 하나의 스페이서(56), 상기 진공부(5)에 구비되며 적어도 하나의 광섬유를 포함하는 통신유닛(61) 및, 상기 진공부(5)에 구비되는 전력 공급용 전력유닛(63)을 포함할 수 있다.
상기 내부 금속관(3)은 극저온 금속관으로서 내부 금속관(3)은 내부에 회수되는 액상 냉매가 흐르는 냉각유로가 구비될 수 있다. 상기 내부 금속관(3)은 기계적 응력에 대한 강성 보강하기 위해, 알루미늄, Sus 등의 재질을 사용하며, bending 특성을 위해 길이 방향으로 융기 및 함몰이 반복되는 굴곡 구조(corrugated)를 가질 수 있다.
상기 내부 금속관(3) 외측에는 단열부(4)가 구비될 수 있다. 상기 단열부(4)는 반사율이 높은 금속필름에 열전도율이 낮은 고분자가 얇게 코팅된 단열재료가 여러층으로 감겨진 단열층을 형성한다. 상기 단열부(4)를 구성하는 단열재료의 층수는 열침입을 최소화 하기 위해 조절이 가능하며, 많은 층수 일수록 복사열 차단 효과는 높아지나, 전도열 차단 효과와 진공층의 두께를 얇게 하여 대류에 의한 열차단 효과가 떨어지므로 적절한 층수를 사용하는 것이 중요하다. 상기 단열부(4)는 복사에 의한 열침입을 차단하기 위하여 구비될 수 있다.
상기 단열부(4) 외측에는 진공부(5)가 구비될 수 있다. 상기 진공부(5)는 외부 금속관(6)에 의하여 구획될 수 있다.
상기 진공부(5)는 대류 등에 의한 열침입을 방지하기 위하여 구비되는 이격 공간으로서, 이격 공간을 진공화하는 방법으로 구성될 수 있다. 상온인 외부로부터 코어부 측으로 대류 등에 의한 열침입을 방지하기 위하여 구비될 수 있다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 초전도 케이블(100)과 마찬가지로 상기 냉매 회수배관(10) 역시 수평 포설시 외부 금속관(6)과 단열부(4)의 접촉에 의한 열침입을 방지하기 위하여 적어도 하나의 스페이서(56)를 구비할 수 있다.
상기 스페이서(56)는 전도에 의한 열교환을 최소화하기 위하여 구비될 수 있고, 단층 또는 복층으로 나선형 또는 원형으로 상기 단열부(4) 외측에 횡권될 수 있다.
상기 진공부(5)를 형성하는 이격 공간 내에 상기 스페이서(56)는 적어도 1개 이상 구비될 수 있다.
상기 스페이서(56)는 폴리 에틸렌(FEP, PFA, ETFE, PVC, P.E, PTFE) 재질로 구성될 수 있으며, 필요한 경우 불화 폴리 에틸렌(PTFE, Poly Tetra Fluoro Ethylene) 재질로 구성되거나, 일반 수지 또는 폴리 에틸렌 재질로 구성된 뒤 표면이 불화 폴리 에틸렌 등으로 코팅될 수 있다. 이 경우, 불화 폴리 에틸렌은 불소수지의 일종으로, 완벽한 화학적 비활성 및 내열성, 비점착성, 우수한 절연 안정성, 낮은 마찰계수 등의 특성을 갖는다.
불화 폴리 에틸렌은 어느 정도의 유연성을 가지므로, 단열부(4)를 나선형으로 감싸며, 초전도 케이블(100)의 길이방향으로 권선되어 배치될 수 있고, 어느 정도의 강도를 가지므로 단열부(4)와 외부 금속관의 접촉을 방지하는 이격 수단으로 활용되어 진공부(5)를 구성하는 이격 공간을 물리적으로 유지하는 역할을 수행할 수 있다.
그리고, 상기 진공부(5)에는 전술한 제어 케이블(60)으로서의 전력유닛과 통신유닛이 구비될 수 있다. 상기 전력유닛과 상기 통신유닛 역시 상기 스페이서(56)와 마찬가지로 상기 단열부(4)를 감싸도록 나선형 횡권되어 배치될 수 있다.
각각의 상기 전력유닛과 상기 통신유닛은 상기 스페이서(56)와 동일한 재질로 피복될 수 있다. 구체적으로 상기 전력유닛과 상기 통신유닛은 불화 폴리 에틸렌(PTFE, Poly Tetra Fluoro Ethylene) 재질로 피복되어 열전도에 의한 열침입 최소화할 수 있다. 전력유닛의 경우, 예를 들면 220V 전력이 공급될 수 있으며 미세한 발열이 존재할 수 있으나, 불화 폴리 에틸렌으로 구성된 피복에 의하여 열전달이 최소화될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 초전도 전력 시스템(1)은 중간 접속함(200)의 전력 및 통신을 위한 제어 케이블(60)을 냉매 회수배관(10)에 배치하여, 제어 케이블(60)을 통한 열침입에 대한 시스템의 안정성 위험을 최소화하는 효과를 얻을 수 있다. 이는 제어 케이블(60)을 초전도 케이블(100)의 진공부(5)에 구비하는 경우 수평 포설되는 초전도 케이블(100)의 코어 등의 무게에 의하여 제어 케이블(60)을 통한 전도 열침입이 냉매 회수배관(10)에 제어 케이블(60)을 배치하는 경우보다 클 것이기 때문이다.
상기 전력유닛을 통행 공급되는 전력은 상기 중간 접속함(200)에 구비되는 온도 센서, 압력 센서 및 진공도 센서에 상시 전원을 제공하여, 중간 접속함(200)을 유동하는 냉매의 온도, 압력 또는 진공부의 진공도의 지속적인 모니터링을 가능하게 할 수 있다.
상기 통신유닛은 적어도 하나의 광섬유를 포함하여, 중간 접속함(200)에 장착되는 온도 센서, 압력 센서 또는 진공도 센서에서 감지된 감지신호를 전력 시스템의 제어장치(700)로 실시간으로 전송할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 초전도 전력 시스템(1)에 의하면, 중간 접속함(200)의 온도 센서, 압력 센서 또는 진공도 센서를 구동하고 감지신호의 수신을 위하여 중간 접속함(200) 등에 연결되는 전력유닛 및 통신유닛을 냉각장치로 냉매를 회수하기 위한 냉매 회수배관(10) 내부에 배치하여 초전도 전력 시스템(1)의 안정성에 영향을 최소화할 수 있다.
그리고, 상기 외부 금속관(6) 외측에는 외부자켓(7)이 구비될 수 있다. 상기 외부자켓(7)은 PE와 PVC 재질이 사용될 수 있으며, 상기 외부자켓(7)은 금속관의 부식을 방지하고, 외력에 의한 케이블을 보호하는 외장으로 역할할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 초전도 전력 시스템의 구성도의 다른 실시예를 도시하며, 도 5는 본 발명에 따른 초전도 전력 시스템의 구성도의 다른 실시예를 도시한다. 도 1을 참조한 설명과 중복된 설명은 생략한다.
도 4는 초전도 케이블과 냉매 회수배관(10)의 포설경로가 일치되는 경우에도 상기 초전도 케이블(100)의 중간 접속함(200) 및 상기 냉매 회수배관(10)의 접속부(500)의 개수 차이 등의 이유로 중간 접속함(200) 또는 접속부(500)의 위치가 일치하지 않는 경우를 도시하며, 도 5는 초전도 케이블과 냉매 회수배관(10)의 포설경로가 아예 다른 경우를 도시한다.
도 4의 경우는 초전도 케이블의 접속 간격과 냉매 회수배관의 접속 간격이 다른 경우가 많을 것이므로, 이 경우에도 냉매 회수배관읜 접속부에서 냉매 또는 진공도 등의 상태 정보를 지속적으로 모니터링할 수 있다.
도 5의 경우, 관로 등의 부족에 의하여 초전도 케이블과 냉매 회수배관의 포설 경로가 다를 수 있으며, 이 경우에도 냉매 회수배관읜 접속부에서 냉매 또는 진공도 등의 상태 정보를 지속적으로 모니터링할 필요가 있다.
위 두가지 경우 모두 냉매 회수배관(10)에 구비된 제어 케이블(60)은 회수되는 냉매의 온도, 압력 또는 제어 케이블(60)이 배치된 진공부의 진공도 등을 감지센서(510, 520, 530)를 통해 지속적으로 모니터링하여 감지 정보를 전력 시스템의 제어장치(700)로 전송하여 제어장치(700)의 제어변수로 활용할 수 있도록 할 수 있다.
이 경우에도 당연히 초전도 케이블을 연결하는 중간 접속함(200) 또는 종단 접속함(300)에도 각각의 감지센서를 구비하여 실시간 냉매의 온도, 압력 또는 진공부의 진공도를 모니터링하여 초전도 전력 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
1 : 초전도 전력 시스템
10 : 냉매 회수배관
60 : 제어 케이블
61 : 통신유닛
63 : 전력유닛
100 : 초전도 케이블
200 : 중간 접속함
210 : 온도 센서
220 : 압력 센서
230 : 진공도 센서
300 : 종단 접속함
500 : 접속부
600 : 냉매 냉각장치
700 : 전력 시스템 제어장치

Claims (14)

  1. 미리 결정된 포설구간에 포설되는 적어도 2개의 초전도 케이블;
    상기 초전도 케이블의 포설구간 양단에 구비되어, 초전도 케이블과 상온 케이블을 접속하기 위한 2개의 종단 접속함;
    상기 포설구간 중 2개의 초전도 케이블을 접속하는 적어도 하나의 중간 접속함;
    상기 초전도 케이블을 순환하는 액상 냉매를 냉각하기 위한 냉매 냉각장치;
    어느 하나의 종단 접속함에서 회수된 액상 냉매를 상기 냉매 냉각장치를 경유하여 다른 하나의 종단 접속함으로 공급하며 적어도 하나의 접속부를 구비하는 냉매 회수배관;
    상기 중간 접속함 또는 상기 냉매 회수배관의 접속부에 구비되는 온도 센서, 압력 센서 및 진공도 센서 중 적어도 하나를 포함하는 감지센서;
    상기 냉매 회수배관을 내부에 설치되며, 상기 감지센서로 전력을 공급하며, 상기 감지센서에서 감지된 감지신호를 전송하는 제어 케이블을 포함하는 초전도 전력 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 케이블은 상기 감지센서로 전력을 공급하는 전력유닛; 및 상기 감지센서에서 감지된 감지신호를 전송하는 통신유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 전력 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 케이블의 통신유닛은 적어도 1개의 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 전력 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어 케이블을 구성하는 상기 전력유닛 및 상기 통신유닛은 불화 폴리 에틸렌으로 피복되는 것을 특징으로 하는 초전도 전력 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 회수배관은 냉매가 유동하는 내부 금속관과 진공부를 형성하는 외부 금속관을 포함하여 구성되며, 상기 제어 케이블은 상기 진공부에 배치되는 것을 특징으로 하는 초전도 전력 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 회수배관이 상기 초전도 케이블을 따라 포설되며, 상기 감지센서가 구비된 중간 접속함과 상기 냉매 회수배관의 접속부의 위치가 일치하는 경우, 상기 냉매 회수배관의 접속부에서 제어 케이블이 인출되어 상기 감지센서가 구비된 중간 접속함으로 연결되는 것을 특징으로 하는 초전도 전력 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 감지센서가 구비된 중간 접속함과 상기 냉매 회수배관의 접속부는 동일한 맨홀 관로에 배치되는 것을 특징으로 하는 초전도 전력 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 초전도 케이블과 상기 냉매 회수배관의 포설경로가 일치되나 상기 중간 접속함과 상기 냉매 회수배관의 접속부의 위치가 일치하지 않는 경우, 상기 냉매 회수배관에 구비된 상기 제어 케이블은 상기 냉매 회수배관의 접속부에 구비된 온도 센서, 압력 센서 및 진공도 센서 중 적어도 하나를 포함하는 감지센서로 전력을 공급하며, 상기 감지센서에서 감지된 감지신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 초전도 전력 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 초전도 케이블과 상기 냉매 회수배관의 포설경로가 일치되지 않는 경우, 상기 냉매 회수배관에 구비된 상기 제어 케이블은 상기 냉매 회수배관의 접속부에 구비된 온도 센서, 압력 센서 및 진공도 센서 중 적어도 하나를 포함하는 감지센서로 전력을 공급하며, 상기 감지센서에서 감지된 감지신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 초전도 전력 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 중간 접속함 또는 상기 냉매 회수배관의 접속부에서 감지된 감지신호는 상기 제어 케이블에 의하여 전력 시스템의 제어장치로 전송되고, 상기 전력 시스템의 제어장치는 상기 감지신호를 기초로 상기 냉매 냉각장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 초전도 전력 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항의 초전도 전력 시스템을 구성하는 냉매 회수배관에 있어서,
    초전도 케이블에서 회수되는 액상 냉매가 유동하는 내부 금속관;
    상기 내부 금속관을 감싸는 단열부;
    상기 단열부 외측에 구비되는 진공부;
    상기 진공부 외측에 구비되는 외부 금속관;
    상기 외부 금속관 외측을 감싸는 외부자켓;
    상기 진공부에 구비되어 상기 단열부와 상기 외부 금속관의 접촉을 방지하기 위한 적어도 하나의 스페이서;
    상기 진공부에 구비되며 적어도 하나의 광섬유를 포함하는 통신유닛; 및,
    상기 진공부에 구비되는 전력 공급용 전력유닛;을 포함하는 것을 특징을 냉매 회수배관.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광유닛 및 상기 전력유닛은 각각 불화 폴리 에틸렌으로 피복되는 것을 특징으로 하는 냉매 회수배관.
  13. 미리 결정된 포설구간에 포설되며, 적어도 하나의 중간 접속함에 의하여 접속되는 적어도 2개의 초전도 케이블;
    상기 초전도 케이블을 순환하는 액상 냉매를 냉각하기 위한 냉매 냉각장치;
    어느 하나의 초전도 케이블에서 회수된 액상 냉매를 상기 냉매 냉각장치를 경유하여 다른 하나의 초전도 케이블로 공급하며, 적어도 하나의 접속부를 구비하는 냉매 회수배관;
    상기 냉매 회수배관의 접속부에 구비되는 온도 센서, 압력 센서 및 진공도 센서 중 적어도 하나를 포함하는 감지센서; 및,
    상기 냉매 회수배관을 내부에 설치되며, 상기 냉매 회수배관의 접속부에 구비되는 감지센서로 전력을 공급하며, 상기 감지센서에서 감지된 감지신호를 전송하는 제어 케이블;을 포함하는 초전도 전력 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어 케이블은 적어도 하나의 광섬유를 포함하는 통신유닛 및 전력 공급용 전력유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 전력 시스템.
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