WO2012105725A1 - 무유도 솔레노이드 보빈 및 이를 구비하는 저항형 초전도 한류기용 모듈 - Google Patents

무유도 솔레노이드 보빈 및 이를 구비하는 저항형 초전도 한류기용 모듈 Download PDF

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고태국
장기성
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최석진
장재영
조현철
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/30—Devices switchable between superconducting and normal states

Definitions

  • the present invention relates to a solenoid bobbin and a module for a current limiter having the same, and more particularly to a non-inductive solenoid bobbin and a module for resistance type superconducting current limiters formed using the same.
  • the space inside the bobbin disposed at the innermost is left excessively, resulting in inefficiency in space utilization.
  • the diameters of the bobbin windings are different from each other, and thus a difference occurs in the inductance of each bobbin winding (there is a residual inductance even in the induction winding). Due to the difference in inductance of the bobbin winding, the current is not evenly distributed and the current is concentrated in a specific bobbin.
  • the solenoid bobbin 2 comprises a hollow cylindrical bobbin body 4.
  • the outer surface of the bobbin body 4 is formed with a winding groove 6 for winding a superconducting wire rod.
  • Superconducting wire can be wound along this winding groove (6).
  • a plurality of copper blocks may be disposed at the ends of the body as terminals connected to the windings (superconducting wires).
  • Another bobbin 12 may be arranged concentrically inside the larger diameter bobbin 2, having a similar shape to the bobbin 2 but having a smaller diameter.
  • Superconducting wire wound around each bobbin (2, 12) is connected in series or in parallel with each other via a terminal so as to have the overall required voltage capacity and / or current capacity.
  • the hollow non-inductive winding type solenoid bobbins 2 and 12 of this concentric arrangement and the current-limiting machine in which the superconducting wires are wound are left with excess space inside the bobbin and the efficiency of space utilization is not high. Therefore, when using a superconducting fault current limiter, a large amount of liquid nitrogen is required for cooling the fault current limiter and the installation cost becomes high.
  • the winding diameter of each bobbin is different, the difference in inductance may occur depending on the bobbin. This increases the likelihood that the fault current will not be distributed evenly in the event of a system failure and will hinder the stable operation of the current limiter.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a non-inductive solenoid bobbin that can achieve a variety of arrangements, improve the efficiency of space utilization and advantageous for the equal distribution of current.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a resistive superconducting fault current limiter module having a non-inductive solenoid bobbin that can increase the diversity of the arrangement, improve the efficiency of space utilization, and is advantageous for the equal distribution of current.
  • the flat panel-shaped body portion provided as a frame for winding the superconducting wire; And at least one metal block disposed at an end of the body portion so as to be connected to a winding superconducting wire.
  • the body portion may have a cross section of a race track shape.
  • the body portion may have both main faces facing each other, and both grooves may be formed with winding grooves for guiding the superconducting wire for winding.
  • the winding groove may be formed to extend in two different directions. In this case, projections that can guide the winding superconducting wire may be formed adjacent to the winding grooves on both main surfaces thereof.
  • the body portion has two end faces facing each other connected to opposite main surfaces opposite to each other, wherein the at least one metal block comprises two metal blocks disposed at each end face.
  • the at least one metal block comprises two metal blocks disposed at each end face.
  • Each of the two metal blocks may include two leg portions respectively extending on both main surfaces thereof and a cross bar connecting the two leg portions.
  • the panel-shaped body portion provided as a frame for winding the superconducting wire; At least one metal block disposed at an end portion of the body portion to be connected to a winding superconducting wire; And a superconducting wire wound around the body and connected to the metal block.
  • the superconducting wire may include an inner superconducting wire wound in one direction and an outer superconducting wire wound in another direction opposite to the one direction from the outside of the inner superconducting wire.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional non-inductive solenoid bobbin.
  • FIG. 2 is a perspective view of an induction solenoid bobbin according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the non-inductive solenoid bobbin of FIG.
  • FIG. 4 is a view showing a module for a resistive superconducting fault current limiter according to an embodiment of the present invention.
  • spatially relative terms below “, “ beneath “, “ lower”, “ above “, “ upper” It can be used to easily describe a component's correlation with other components. Spatially relative terms are to be understood as including terms in different directions of components in use or operation in addition to the directions shown in the figures. For example, when flipping a component shown in the drawing, a component described as “below” or “beneath” of another component may be placed “above” the other component. Can be. Thus, the exemplary term “below” can encompass both an orientation of above and below. The components can be oriented in other directions as well, so that spatially relative terms can be interpreted according to the orientation.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating the non-inductive solenoid bobbin according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the bobbin illustrated in FIG. 2 in a direction perpendicular to the Z axis.
  • the non-inductive solenoid bobbin 100 includes a flat panel-shaped body portion 110 and metal blocks 120 and 121.
  • Body portion 110 is provided as a frame for winding the superconducting wire.
  • This body portion 110 is filled with a hollow, not hollow, unlike the conventional cylindrical bobbin.
  • Body material 110 is an insulator, it is preferred that the magnetic field is not affected.
  • the body portion 110 is not affected by the temperature characteristics such as its strength in a low temperature environment, such as liquid nitrogen. Bakelite may be used as the material of the body part 110.
  • the body portion 110 has two main faces (A, B) facing each other having an approximately rectangular shape, curved surfaces C and D and a major surface (A). , B) having two end faces E and F which face each other.
  • the cross section of the body 110 cut along the Z axis is in the shape of a race track that extends long.
  • winding grooves 110a for guiding the superconducting wire for winding are formed on both main surfaces A and B.
  • the winding grooves are dug in two different directions to guide the non-induction winding, and the protrusion 110b is formed in the vicinity of the winding groove 110a to guide the winding superconducting wire.
  • the metal blocks 120 and 121 are parts connected to the superconducting wire wound around the body 110, and may be particularly connected to ends of the winding superconducting wire.
  • the metal blocks 120 and 121 may be provided as two metal blocks disposed at each end surface E and F of the body portion 110.
  • the metal block 120 disposed on one end surface E includes two leg portions 120a and 120b extending to both main surfaces A and B, respectively, and a crossbar 120c connecting the leg portions.
  • the metal block 121 disposed on the other end surface F also includes two leg portions 121a and 121b respectively extending to both main surfaces A and B and a crossbar 121c connecting the leg portions. .
  • both ends of one superconducting wire wound around the body 110 in one direction are connected to the leg 120a of the one metal block 120 and the other metal block
  • Both ends of the other superconducting wire which is connected to the leg portion 121a of 121 and wound around the body portion 110 in the other direction are legs of one metal block 120. It may be connected to the portion 120b and the leg portion 121b of the other metal block 121.
  • the solenoid bobbin 100 having the structure as described above has a flat panel shape as a whole rather than a circular shape, it is possible to achieve a variety of arrangements. For example, since several bobbins 100 may be arranged side by side or radially arranged, it is possible to eliminate an inductance difference resulting from a difference in diameter as in a conventional concentric array. In addition, in terms of the arrangement space of the bobbin, there is no surplus space of the inner bobbin generated in the concentric arrangement of the conventional cylindrical bobbin has an advantage in terms of efficient use of space.
  • FIG. 4 shows a module for a resistive superconducting fault current limiter according to an embodiment of the present invention.
  • the superconducting fault current limiter module 100 shown in FIG. 4 is obtained by winding the superconducting wires 150 and 160 in the solenoid bobbin 100 of FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 4 shows the shape when viewed in the X-axis direction, that is, the module shape when viewed toward the main surface B.
  • the superconducting fault current limiter module 100 may itself be used as a superconducting fault current limiter, but may be used together with other reactors or switches to implement the superconducting fault current limiter.
  • the superconducting wire 160 is wound in one direction on the outer surface of the above-described bobbin body 110, and the superconducting wire 150 is wound in the other direction (the opposite direction) on the outside thereof.
  • the superconducting wires 150 and 160 By winding the superconducting wires 150 and 160 in opposite directions, non-inductive is obtained through offset of the magnetic field.
  • residual inductance may exist in the superconducting fault current limiter module 200.
  • the superconducting wire may be wound in various ways to obtain non-induction, and the present invention is not limited to the above description or the present embodiment.
  • Superconducting wires (150, 160) generally can be used to coat a metal, such as copper on the surface of the superconductor.
  • An insulation member (not shown) for insulation is disposed between the inner superconducting wire 160 and the outer superconducting wire 150, for example, after winding the inner superconducting wire 160 and insulated to cover the wire 160.
  • the tape may be wound and the outer superconducting wire 150 may be wound thereon.
  • an insulating tape can be wound so as to cover the wire 150.
  • One end of the outer superconducting wire 150 wound in one direction on the body 110 is connected to the leg 120a of the metal block 120, and the other end of the outer superconducting wire 150 is the leg of the metal block 121. It may be connected to the portion 121a.
  • one end of the inner superconducting wire 160 wound in the other direction to the body 110 is connected to the leg portion 120b of the metal block 120, and the other end of the inner superconducting wire 160 is the metal block 121. It may be connected to the leg portion (121b) of.
  • the biggest advantage of superconductors is that they can carry large currents without resistance or without voltage drop.
  • one of the goals of superconducting power devices such as superconducting fault current limiters is their suitability for 'low voltage high current' power systems.
  • the voltage capacity is designed in accordance with the existing power system environment (for example, the voltage of the transmission class or the distribution class).
  • superconducting wires are connected in parallel, and a plurality of superconducting current limiter modules (that is, a plurality of bobbins and superconducting wires wound thereon) are used.
  • the superconducting fault current limiter module 200 of the present embodiment has a flat panel shape
  • the superconducting current limiter module 200 may be arranged in various ways such as arranging several of them side by side or radially.
  • the superconducting fault current limiter module 200 of the present embodiment it comes from the difference in the diameter of the bobbin winding in the concentric arrangement of a conventional cylindrical superconducting fault current limiter module (for example, the superconducting wire wound on the bobbin of FIG. 1).
  • Significant deviations in inductance and the resulting uneven distribution of currents can be effectively eliminated.
  • an equal distribution of currents can be realized as a whole, and thus safer current-limiting operation is possible in the event of a power system failure. Therefore, the superconducting fault current limiter module 200 of the present embodiment is particularly useful in a high current power system, and thus may be more suitable for application to a 'low voltage high current' power system.
  • the space in which the limiter bobbin is installed can be utilized more efficiently.
  • refrigeration load such as the amount of liquid nitrogen for cooling the current limiter can be reduced, thereby reducing the freezing cost.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 무유도 솔레노이드 보빈은, 초전도 선재를 권취하기 위한 틀로서 제공되는 납작한(flat) 판넬 형상의 몸체부; 및 권취용 초전도 선재에 연결되도록 상기 몸체부의 단부에 배치된 적어도 하나의 금속 블록을 포함한다.

Description

무유도 솔레노이드 보빈 및 이를 구비하는 저항형 초전도 한류기용 모듈
본 발명은 솔레노이드 보빈 및 이를 구비하는 한류기용 모듈에 관한 것으로, 특히 무유도 솔레노이드 보빈과 이를 이용하여 형성되는 저항형 초전도 한류기용 모듈에 관한 것이다.
최근 산업의 발전과 인구의 도시 밀집화에 따른 전력 수요의 증가에 따라 고장 전류의 크기도 매우 증가하였다. 기존의 전력 계통에서는 고장 전류를 제한하기 위하여, VCB(vacuum circuit breaker) 또는 GIS(gas-insulated switch) 등의 차단수단을 사용하였다. 그러나, 이러한 차단 수단으로는 고장 전류의 용량의 감당하기에 한계가 있고 대용량의 제한 장치로 모두 교체하기에는 비용이 너무 커지는 문제점이 있다. 대용량의 고장 전류를 제한하기 위한 해결책으로 대두되고 있는 것이 초전도 한류기이다. 특히, 저항형 초전도 한류기는 무유도(non-inductive) 형태의 초전도 권선을 이용한다. 이러한 무유도 솔레노이드 권선 내에 배치되는 보빈은 속이 비어있는 원형의 단면을 갖도록 제작되는 것이 일반적이다. 속이 빈 원통형으로 제작된 서로 다른 직경의 복수개 보빈을 동심으로 배치하여 전압과 전류을 분배할 수 있다.
그러나, 동심으로 배치되는 복수개의 속이 빈 원통형 보빈 집합체에서는 가장 안쪽에 배치된 보빈 내부의 공간이 잉여적으로 남게 되어 공간 활용에 비효율화가 발생한다. 또한, 동심으로 배치된 복수개 보빈이 서로 다른 직경을 가짐으로써 보빈 권선의 직경이 서로 다르고, 이에 따라 각 보빈 권선의 인덕턴스(무유도 권선이더라도 잔류 인덕턴스는 존재함)에 차이가 발생한다. 이러한 보빈 권선의 인덕턴스 차이로 인해 전류가 균등하게 분배되지 못하고 어느 특정 보빈에 전류가 집중되는 현상이 발생한다. 단락 등의 전력 사고 발생 시, 전류의 불균등한 분배로 인해 복수개 보빈 중 특정 보빈에 권취된 선재에 전류가 집중되어 한류기가 손상되거나 타버리는 위험이 있다. 특히, 대전류 전력 계통에서는 전력 사고 발생시 초전도 한류기에 의한 전류의 균등 분배가 매우 중요하다.
도 1은 종래의 저항형 초전도 한류기에 사용되는 무유도 권선형 솔레노이드 보빈의 개략적인 구성과 보빈 배치를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이 솔레노이드 보빈(2)은 속이 빈 원통형의 보빈 몸체(4)를 포함한다. 이 보빈 몸체(4)의 외면에는 초전도 선재를 권취하기 위한 권선홈(6)이 형성되어 있다. 이 권선홈(6)을 따라 초전도 선재가 감길 수 있다. 도시되어 있지 않지만 권선(초전도 선재)과 연결되는 단자로서 구리 블럭이 몸체의 단부에 여러개 배치될 수 있다. 보빈(2)과 유사한 형상을 갖지만 그러나 더 작은 직경을 또 다른 보빈(12)이 큰 직경의 보빈(2) 내측에 동심으로 배치될 수 있다. 각 보빈(2, 12)에 권취된 초전도 선재는 단자를 통해 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전체적으로 필요한 전압 용량 및/또는 전류 용량을 갖도록 한다.
그러나, 이러한 동심원 배치의 속빈 무유도 권선형 솔레노이드 보빈(2, 12)과 이에 초전도 선재가 권취된 한류기는, 보빈 내부의 공간이 잉여적으로 남고 공간 활용의 효율성이 높지 않다. 따라서, 초전도 한류기 사용시 한류기의 냉각을 위해 많은 액체 질소가 필요하고 설치 비용이 높아지게 된다. 또한, 동심으로 배치된 보빈(2, 12)의 서로 다른 직경으로 인해, 각 보빈의 권선 지름이 다르게 되어 보빈에 따라 인덕턴스에 차이가 발생할 수 있다. 이로 인해, 계통 고장시 고장 전류가 균등하게 분배되지 못할 못할 확률이 높아지고 한류기의 안정적 운영에 차질을 빚게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 배열의 다양성을 도모할 수 있고 공간 활용의 효율성을 높일 수 있으며 전류의 균등 분배에 유리한 무유도 솔레노이드 보빈을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 배열의 다양성을 도모할 수 있고 공간 활용의 효율성을 높일 수 있으며 전류의 균등 분배에 유리한 무유도 솔레노이드 보빈를 구비한 저항형 초전도 한류기용 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 무유도 솔레노이드 보빈은, 초전도 선재를 권취하기 위한 틀로서 제공되는 납작한(flat) 판넬 형상의 몸체부; 및 권취용 초전도 선재에 연결되도록 상기 몸체부의 단부에 배치된 적어도 하나의 금속 블록을 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 몸체부는 레이스 트랙(race track) 형상의 단면을 가질 수 있다. 상기 몸체부는 서로 대향하는 양측 주면(main faces)를 갖되, 상기 양측 주면에는 권취용 초전도 선재를 안내하기 위한 권선홈이 형성될 수 있다. 상기 권선홈은 서로 다른 2가지 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 양측 주면에는 상기 권취용 초전도 선재를 안내할 수 있는 돌기부가 상기 권선홈에 인접하여 형성될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 몸체부는 서로 대향하는 양측 주면에 연결된 서로 대향하는 2개의 단부면(end faces)를 갖되, 상기 적어도 하나의 금속 블록은 각 단부면에 배치된 2개의 금속블록으로 제공될 수 있다. 상기 2개의 금속 블록 각각은 상기 양측 주면에 각각 연장된 2개의 다리(leg)부와 상기 2개의 다리부를 연결하는 크로스바를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 저항형 초전도 한류기용 모듈은, 초전도 선재를 권취하기 위한 틀로서 제공되는 판넬 형상의 몸체부; 권취용 초전도 선재에 연결되도록 상기 몸체부의 단부에 배치된 적어도 하나의 금속 블록; 및 상기 몸체부에 권취되어 상기 금속 블록에 연결된 초전도 선재를 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 초전도 선재는 일 방향으로 권취된 내측 초전도 선재와, 상기 내측 초전도 선재의 외측에서 상기 일 방향과 반대 방향인 타 방향으로 권취된 외측 초전도 선재를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 보빈 내부의 잉여 공간을 상당히 제거함으로써 한류기용 보빈이 설치되는 공간을 더 효율적으로 활용할 수 있다. 이에 따라, 한류기를 냉각하기 위한 액체 질소의 양과 같은 냉동 부하를 줄일 수 있어 냉동 비용이 감소되는 이점을 제공한다. 또한, 종래 동심으로 배치되는 원통형 보빈에서 발생되는 직경의 차이에서 비롯되는 인덕턴스 차이 문제가 없고, 전체적으로 전류의 균등 분배를 이룰 수 있다. 이에 따라, 고장시 더욱 안전한 한류 동작을 얻어낼 수 있다. 또한, 납작한 판넬 형태의 보빈 여러개를 나란히 배열하거나 방사형으로 배열하는 등 보빈 배열의 다양성을 꾀할 수 있다.
도 1은 종래의 무유도 솔레노이드 보빈의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 무유도 솔레노이드 보빈의 사시도.
도 3은 도 2의 무유도 솔레노이드 보빈의 단면도.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 저항형 초전도 한류기용 모듈을 나타낸 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 무유도 솔레노이드 보빈을 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 보빈을 Z축에 수직인 방향으로 자른 단면도이다. 이 보빈(100)에 서로 반대방향으로 초전도 선재를 권취함으로써 무유도의 저항형 초전도 한류기용 모듈을 제작할 수 있다.
도 2를 참조하면, 무유도 솔레노이드 보빈(100)은 납작한(flat) 판넬 형상의 몸체부(110)와 금속 블록(120, 121)을 포함한다. 몸체부(110)는 초전도 선재를 권치하기 위한 틀로서 제공된다. 이 몸체부(110)는 기존의 원통형 보빈과 달리 속이 비지 않고 채워진 형태를 갖는다. 몸체부(110) 재질은 절연체로서, 자장의 영향을 받지 않는 것이 바람직하다. 또한, 몸체부(110)는 액체 질소와 같은 낮은 온도 환경에서 그 강도 등의 특성이 온도에 의해 영향받지 않는 것이 않는 것이 바람직하다. 몸체부(110) 재질로서 베이클라이트를 사용할 수 있다.
도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 몸체부(110)는 대략 직사각형의 형상을 갖는 서로 대향하는 2개의 주면(main faces)(A, B), 곡면인 측면(C, D) 그리고 주면(A, B)을 연결하는 서로 대향하는 2개의 단부면(E, F)을 갖는다. 도 3에 도시된 바와 같이, Z축을 따라 자른 몸체부(110)의 단면은 길게 연장된 레이스 트랙(race track)의 형상으로 되어 있다. 또한, 양측 주면(A, B)에는 권취용 초전도 선재를 안내하기 위한 권선홈(110a)이 형성되어 있다. 특히, 무유도 권선을 안내하기 위해 서로 다른 2가지 방향으로 권선홈이 파여져 있어, 권선홈(110a)의 근방에는 권취용 초전도 선재를 안내할 수 있는 돌기부(110b)가 형성되어 있다.
금속 블록(120, 121)은 몸체부(110)에 권취되는 초전도 선재에 연결되는 부분으로서, 특히 권취용 초전도 선재의 단부와 연결될 수 있다. 본 실시형태에서와 같이, 금속 블록(120, 121)은 몸체부(110)의 각 단부면(E, F)에 배치된 2개의 금속블록으로 제공될 수 있다. 일 단부면(E)에 배치된 금속 블록(120)은 양측 주면(A, B)으로 각각 연장된 2개의 다리부(120a, 120b)와 이 다리부를 연결하는 크로스바(120c)를 구비한다. 마찬가지로, 타 단부면(F)에 배치된 금속 블록(121)도 양측 주면(A, B)으로 각각 연장된 2개의 다리부(121a, 121b)와 이 다리부를 연결하는 크로스바(121c)를 구비한다.
후술하는 바와 같이, 몸체부(110)에 일 방향으로(예컨대, 위에서 볼 때 시계 방향으로) 권취되는 하나의 초전도 선재의 양단은 일 금속 블록(120)의 다리부(120a)와 타 금속 블록(121)의 다리부(121a)에 연결되고, 몸체부(110)에 타 방향으로(예컨대, 위에서 볼 때 반시계 방향으로) 권취되는 다른 하나의 초전도 선재의 양단은 일 금속 블록(120)의 다리부(120b)와 타 금속 블록(121)의 다리부(121b)에 연결될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 솔레노이드 보빈(100)은 원형이 아닌 전체적으로 납작한 판넬 형상으로 되어 있어 배열의 다양성을 꾀할 수 있다. 예를 들어, 여러개의 보빈(100)을 나란히 배열하거나 방사형으로 배열 할 수 있으므로 종래 동심원 배열과 같이 직경의 차이에서 오는 인덕턴스 차이를 없앨 수 있다. 또한 보빈의 배치 공간 측면에서 볼 때, 종래 원통형 보빈의 동심원 배열에서 발생되는 내측 보빈의 잉여적으로 남는 공간이 없어 공간의 효율적 활용 측면에서도 장점을 갖는다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 저항형 초전도 한류기용 모듈을 나타낸다. 도 4에 도시된 초전도 한류기용 모듈(100)은 도 2 및 3의 솔레노이드 보빈(100)에 초전도 선재(150, 160)를 권취하여 얻은 것이다. 특히, 도 4는 X축 방향으로 보았을 때의 형상, 즉 주면(B)을 향해 보았을 때의 모듈 형상을 나타낸다. 이러한 초전도 한류기용 모듈(100)은 그 자체가 초전도 한류기로 사용될 수도 있으나, 다른 리액터나 스위치등과 함께 사용되어 초전도 한류기를 구현할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전술한 보빈 몸체(110)의 외면에 초전도 선재(160)가 일방향으로 권취되어 있고, 그 외측에 초전도 선재(150)가 타방향(반대 방향)으로 권취되어 있다. 초전도 선재(150, 160)를 서로 반대방향으로 권취함으로써, 자장의 상쇄를 통해 무유도(non-inductive)를 얻어낸다. 그러나, 초전도 한류기용 모듈(200)에는 잔류 인덕턴스가 존재할 수 있다. 무유도를 얻어내기 위해 초전도 선재는 다양한 방법으로 권취될 수 있으며, 상술한 설명 또는 본 실시형태로 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 초전도 선재(150, 160)는 일반적으로 초전도체의 표면에 구리 등의 금속을 입힌 것을 사용할 수 있다. 내측 초전도 선재(160)와 외측 초전도 선재(150) 사이에는 절연을 위한 절연부재(도시 안함)가 배치되는데, 예를 들어 내측 초전도 선재(160)를 권취한 후 이 선재(160)를 덮도록 절연 테이프를 감고, 그 위에 외측 초전도 선재(150)를 권취할 수 있다. 또한, 외측 초전도 선재(150)를 권취한 후에도 이 선재(150)를 덮도록 절연 테이프를 감을 수 있다.
몸체부(110)에 일 방향으로 권취되는 외측 초전도 선재(150)의 일단은 금속 블록(120)의 다리부(120a)에 연결되고 외측 초전도 선재(150)의 타단은 금속 블록(121)의 다리부(121a)에 연결될 수 있다. 또한, 몸체부(110)에 타 방향으로 권취되는 내측 초전도 선재(160)의 일단은 금속 블록(120)의 다리부(120b)에 연결되고, 내측 초전도 선재(160)의 타단은 금속 블록(121)의 다리부(121b)에 연결될 수 있다.
초전도체의 가장 큰 장점은 대용량의 전류를 저항없이 또는 전압 감소 없이 전송할 수 있다는 것이다. 따라서, 초전도 한류기와 같은 초전도 전력기기의 목표 중의 하나는 '저전압 대전류' 전력 계통에의 응용 적합성이다. 이러한 초전도 한류기를 실제 전력 계통에 적용하기 위해서는 기존의 전력 계통 환경(예를 들어, 송전급 또는 배전급의 전압 등)에 맞추어서 전압 용량이 설계된다. 특히 대전류 통전을 위해서는 초전도 선재를 병렬로 연결하여 사용하고 다수의 초전도 한류기용 모듈(즉, 다수의 보빈과 이에 권취된 초전도 선재)을 배치하여 사용한다.
본 실시형태의 초전도 한류기용 모듈(200)은 납작한 판넬 형태를 가지므로 여러개를 나란히 배열하거나 방사형으로 배열하는 등 다양한 방법으로 배치될 수 있다. 본 실시형태의 초전도 한류기용 모듈(200)을 사용함으로써, 종래와 같은 원통형 초전도 한류기용 모듈(예컨대, 도 1의 보빈에 초전도 선재를 권취한 것 등)의 동심원 배열에서 보빈 권선의 직경 차이에서 오는 인덕턴스의 상당히 편차와 이로 인한 전류의 불균등 분배 문제를 효과적으로 제거할 수 있다. 본 실시형태에 의하여 전체적으로 전류의 균등 분배를 구현할 수 있으므로 전력 계통의 고장시 더욱 안전한 한류 동작이 가능하게 된다. 따라서, 본 실시형태의 초전도 한류기용 모듈(200)은 특히 대전류 전력 계통에서 매우 유용하여 '저전압 대전류' 전력 계통에의 응용에 더욱 적합하다 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따르면, 원형 보빈의 내부의 잉여 공간 문제를 제거할 수 있으므로 초전도 한류기 설치 공간의 부피 측면에서도 유리하다. 이러한 부피 감소는 전체적인 냉동 부하의 감소로 이어지고 초전도 전력기기의 약점이라고 할 수 있는 냉동 비용의 감소 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
본 발명에 따르면, 보빈 내부의 잉여 공간을 상당히 제거함으로써 한류기용 보빈이 설치되는 공간을 더 효율적으로 활용할 수 있다. 이에 따라, 한류기를 냉각하기 위한 액체 질소의 양과 같은 냉동 부하를 줄일 수 있어 냉동 비용이 감소한다.

Claims (15)

  1. 초전도 선재를 권취하기 위한 틀로서 제공되는 납작한 판넬 형상의 몸체부; 및
    권취용 초전도 선재에 연결되도록 상기 몸체부의 단부에 배치된 적어도 하나의 금속 블록을 포함하는 무유도 솔레노이드 보빈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부는 레이스 트랙 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 무유도 솔레노이드 보빈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부는 서로 대향하는 양측 주면를 갖되, 상기 양측 주면에는 권취용 초전도 선재를 안내하기 위한 권선홈이 형성된 것을 특징으로 하는 무유도 솔레노이드 보빈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 권선홈은 서로 다른 2가지 방향으로 연장되도록 형성된 것을 특징으로 하는 무유도 솔레노이드 보빈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 양측 주면에는 상기 권취용 초전도 선재를 안내할 수 있는 돌기부가 상기 권선홈에 인접하여 형성된 것을 특징으로 하는 무유도 솔레노이드 보빈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부는 서로 대향하는 양측 주면에 연결된 서로 대향하는 2개의 단부면를 갖되, 상기 적어도 하나의 금속 블록은 각 단부면에 배치된 2개의 금속블록으로 제공되는 것을 특징으로 하는 무유도 솔레노이드 보빈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 2개의 금속 블록 각각은 상기 양측 주면에 각각 연장된 2개의 다리부와 상기 2개의 다리부를 연결하는 크로스바를 포함하는 것을 특징으로 하는 무유도 솔레노이드 보빈.
  8. 초전도 선재를 권취하기 위한 틀로서 제공되는 판넬 형상의 몸체부;
    권취용 초전도 선재에 연결되도록 상기 몸체부의 단부에 배치된 적어도 하나의 금속 블록; 및
    상기 몸체부에 권취되어 상기 금속 블록에 연결된 초전도 선재를 포함하는 저항형 초전도 한류기용 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 초전도 선재는 일 방향으로 권취된 내측 초전도 선재와, 상기 내측 초전도 선재의 외측에서 상기 일 방향과 반대 방향인 타 방향으로 권취된 외측 초전도 선재를 포함하는 것을 특징으로 하는 저항형 초전도 한류기용 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 몸체부는 레이스 트랙 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 저항형 초전도 한류기용 모듈.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 몸체부는 서로 대향하는 양측 주면를 갖되, 상기 양측 주면에는 권취용 초전도 선재를 안내하기 위한 권선홈이 형성된 것을 특징으로 하는 저항형 초전도 한류기용 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 권선홈은 서로 다른 2가지 방향으로 연장되도록 형성된 것을 특징으로 하는 저항형 초전도 한류기용 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 양측 주면에는 상기 권취용 초전도 선재를 안내할 수 있는 돌기부가 상기 권선홈에 인접하여 형성된 것을 특징으로 하는 저항형 초전도 한류기용 모듈.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 몸체부는 서로 대향하는 양측 주면에 연결된 서로 대향하는 2개의 단부면를 갖되, 상기 적어도 하나의 금속 블록은 각 단부면에 배치된 2개의 금속블록으로 제공되는 것을 특징으로 하는 저항형 초전도 한류기용 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 2개의 금속 블록 각각은 상기 양측 주면에 각각 연장된 2개의 다리부와 상기 2개의 다리부를 연결하는 크로스바를 포함하는 것을 특징으로 하는 저항형 초전도 한류기용 모듈.
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