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KR101798659B1 - 초전도 케이블 장치 - Google Patents

초전도 케이블 장치 Download PDF

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KR101798659B1
KR101798659B1 KR1020110039265A KR20110039265A KR101798659B1 KR 101798659 B1 KR101798659 B1 KR 101798659B1 KR 1020110039265 A KR1020110039265 A KR 1020110039265A KR 20110039265 A KR20110039265 A KR 20110039265A KR 101798659 B1 KR101798659 B1 KR 101798659B1
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superconducting cable
superconducting
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refrigerant
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이수길
장현만
최창열
이근태
김양훈
이석주
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엘에스전선 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 초전도 케이블 장치는 제1 초전도 케이블 및 제2 초전도 케이블과, 상기 제1 초전도 케이블과 상기 제2 초전도 케이블을 연결하는 중간 접속함과, 상기 중간 접속함 내부에서 냉매를 상기 중간 접속함의 길이방향으로 유동시키는 냉각 장치를 포함하며, 상기 중간 접속함의 내부에는 상기 제1 초전도 케이블과 상기 제2 초전도 케이블을 서로 접속하기 위한 케이블 접속부가 형성된다. 비냉각 상태에서, 상기 케이블 접속부는 상기 중간 접속함의 길이방향의 중간 지점으로부터 상기 냉매가 유동하는 방향 쪽으로 편심하여 배치된다.

Description

초전도 케이블 장치{Super-conducting cable device}
본 발명은 초전도 케이블 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 초전도 케이블을 연결하여 장조화한 초전도 케이블 장치에 관한 것이다.
전기 전달 효율을 극대화하기 위하여, 전기 저항이 매우 낮은 초전도 케이블이 개발되어 있다. 이러한 초전도 케이블은 일반적으로 전기 저항이 0에 가까운 초전도 선재로 이루어지는 케이블 코어와, 상기 케이블 코어를 감싸는 2중의 단열관을 포함한다. 초전도 선재인 케이블 코어를 임계온도 이하의 냉각 상태로 유지하기 위하여, 초전도 케이블은 특수한 단열 구조를 가진다.
최근 초전도 케이블의 상용화를 위해 복수의 초전도 케이블을 연결하여 장조화하는 노력이 이루어지고 있다.
초전도 케이블의 장조화를 위해 초전도 케이블을 서로 연결할 수 있는 중간 접속함이 이용된다. 중간 접속함은 연결되는 초전도 케이블들의 고정점으로 작용하며, 상기 중간 접속함 내부에서 초전도 케이블이 접속된다.
초전도 케이블들을 서로 연결하기 위해서, 먼저 중간 접속함 내부로 연장된 초전도 케이블의 케이블 코어들을 서로 남땜하여 고정시킨다. 접속된 케이블 코어의 고정 상태를 견고히 유지하기 위하여, PPLP(폴리프로필렌 라미네이티드 페이퍼; Polypropylene Laminated Paper)와 같은 초전도 케이블용 절연지를 이용해 접속된 케이블 코어를 함께 테이핑하여 고정한다. 이에 따라서, 중간 접속함 내부에는 두께가 두꺼운 케이블 접속부가 형성된다.
장조화된 초전도 케이블 장치의 성능을 보장하기 위해서는, 중간 접속함 내부에서의 케이블 접속부의 위치를 최적화할 필요가 있다. 케이블 접속부의 위치가 최적화되지 않으면, 예를 들어 중간 접속함 내부로 국부적으로 침입하는 열에 의해 케이블 접속부의 절연 파괴가 발생할 수 있다. 또한, 냉각 과정에서 초전도 케이블의 열수축에 의해 케이블 접속부의 위치가 이동하면서 케이블 접속부가 중간 접속함의 내함과 접촉하여 파손되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 장조화된 초전도 케이블 장치의 중간 접속함 내부에서 케이블 접속부의 위치를 최적화하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 초전도 케이블 장치는 제1 초전도 케이블 및 제2 초전도 케이블과, 상기 제1 초전도 케이블과 상기 제2 초전도 케이블을 연결하는 중간 접속함과, 상기 중간 접속함 내부에서 냉매를 상기 중간 접속함의 길이방향으로 유동시키는 냉각 장치를 포함하며, 상기 중간 접속함의 내부에는 상기 제1 초전도 케이블과 상기 제2 초전도 케이블을 서로 접속하기 위한 케이블 접속부가 형성된다. 비냉각 상태에서, 상기 케이블 접속부는 상기 중간 접속함의 길이방향의 중간 지점으로부터 상기 냉매가 유동하는 방향 쪽으로 편심하여 배치된다.
냉각 상태에서, 상기 중간 접속함 내부의 양단부에는 상기 중간 접속함으로 침입하는 열에 의해 고온 영역이 형성되고, 상기 중간 접속함 내부의 중앙부에는 상기 고온 영역에 비해 온도가 낮은 저온 영역이 형성되며, 상기 케이블 접속부는 상기 중간 접속함 내부에서 상기 저온 영역으로 위치 조정된다.
일 실시예에 따르면, 냉각 상태에서 상기 케이블 접속부의 중심은 상기 중간 접속함의 길이 방향의 중간 지점에 위치할 수도 있다.
본 발명에 따른 초전도 케이블 장치는 상기 제1 초전도 케이블에 연결되는 제1 단말 접속함 및 상기 제2 초전도 케이블에 연결되는 제2 단말 접속함을 더 포함할 수도 있다. 상기 제1 단말 접속함에는 상기 냉매가 주입되는 냉매 입구가 형성되고, 상기 제2 단말 접속함에는 상기 냉매가 유출되는 냉매 출구가 형성되며, 상기 냉매 입구로 주입된 상기 냉매는 상기 제1 초전도 케이블을 통해 상기 중간 접속함 내부로 유입되고, 상기 중간 접속함으로부터 유출된 냉매는 상기 제2 초전도 케이블을 통과하여 상기 냉매 출구로 유출된다.
또한, 비냉각 상태에서 상기 케이블 접속부가 상기 중간 접속함의 길이방향의 중간 지점으로부터 편심되는 거리는 상기 제1 초전도 케이블의 열 수축률에 의해 결정될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 비냉각 상태에서 상기 케이블 접속부의 중심이 상기 중간 접속함의 길이방향의 중간 지점으로부터 편심되는 거리는, 상기 제1 단말 접속함의 냉매 입구에서 상기 중간 접속함의 길이 방향의 중간 지점까지의 거리의 0.2 ~ 0.5% 이다.
또한, 상기 제1 초전도 케이블과 상기 제2 초전도 케이블은 각각 케이블 코어 및 상기 케이블 코어를 감싸는 단열관을 구비하고, 상기 제1 초전도 케이블의 단열관과 상기 제2 초전도 케이블의 단열관은 각각 상기 중간 접속함의 양단부와 연통되고, 상기 제1 초전도 케이블의 케이블 코어와 상기 제2 초전도 케이블의 케이블 코어는 상기 중간 접속함 내부로 연장되어 서로 접속되며, 상기 제1 초전도 케이블의 단열관과 상기 제2 초전도 케이블의 단열관은 신축이음매를 통해 상기 중간 접속함과 결합될 수도 있다.
또한, 상기 중간 접속함은 이동 수단을 구비하여, 상기 중간 접속함의 위치 조정이 가능하도록 할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 중간 접속함 내부에서 케이블 접속부의 위치가 최적화되어 초전도 케이블의 절연 파괴 및 초전도 선재의 손상이 최소화된다.
또한, 본 발명에 따르면, 중간 접속함의 전체 길이를 필요에 따라 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블 장치의 개념도이다.
도 2는 도 1의 초전도 케이블 장치에 포함되는 초전도 케이블의 일부분을 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 초전도 케이블 장치에 포함되는 초전도 케이블과 중간 접속함을 도시한 것이다.
도 4는 초전도 케이블 장치의 "비냉각 상태" 및 "냉각 상태"를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 3의 중간 접속함 내부의 온도 분포를 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 다른 초전도 케이블 장치의 개념도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블 장치(1)의 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 초전도 케이블 장치(1)는 제1 초전도 케이블(10)과, 제2 초전도 케이블(20) 및, 상기 제1 초전도 케이블(10)과 제2 초전도 케이블(20)을 연결하는 중간 접속함(40)을 포함한다.
제1 초전도 케이블(10)은 초전도 선재로 이루어지는 케이블 코어(11) 및 상기 케이블 코어(11)를 감싸는 단열관(12)을 구비한다.
제1 초전도 케이블(10)의 단열관(12)은 중간 접속함(40)의 일단부와 연통된다. 제1 초전도 케이블(10)과 중간 접속함(40)의 연결부에는 신축이음매로서 벨로우즈(bellows)(42)가 구비된다. 벨로우즈(42)는 수축과 팽창이 가능한 부재로서, 제1 초전도 케이블(10)의 단열관(12)이 열수축함에 따라서 중간 접속함(40)이 수축방향으로 당겨지는 힘을 상쇄시키는 역할을 한다.
제1 초전도 케이블(10)의 다른 쪽 단부에는 제1 단말 접속함(50)이 연결된다. 초전도 케이블의 단말에 연결되어 전기 신호의 터미널 역할을 하는 단말 접속함의 구성은 이미 공지된 것이므로, 여기서는 더 구체적인 설명을 생략한다. 제1 단말 접속함(50)에는 극저온의 냉매(70)가 유입될 수 있는 냉매 입구(71)가 형성되어 있다. 본 실시예에서는 냉매(70)로서 액체 질소가 이용된다.
제2 초전도 케이블(20)은 초전도 선재로 이루어지는 케이블 코어(21) 및 상기 케이블 코어(21)를 감싸는 단열관(22)을 구비한다.
제2 초전도 케이블(20)의 단열관(22)은, 중간 접속함(40)의 일단부와 연통된다. 제2 초전도 케이블(20)과 중간 접속함(40)의 연결부에도 벨로우즈(43)가 구비된다.
제2 초전도 케이블(20)의 타측 단부에는 제2 단말 접속함(60)이 연결된다. 제2 단말 접속함(60)에는 제2 초전도 케이블(20)을 통과한 냉매(70)가 유출될 수 있는 냉매 출구(72)가 형성되어 있다.
제1 초전도 케이블(10)의 케이블 코어(11)와 제2 초전도 케이블(20)의 케이블 코어(21)는 중간 접속함(40) 내부로 연장되어 서로 접속된다.
제1 초전도 케이블(10)의 케이블 코어(11)와 제2 초전도 케이블(20)의 케이블 코어(21)가 접속되는 부분에는 케이블 코어들(11, 21)에 비해 두께가 수배에 이르는 케이블 접속부(30)가 형성된다.
또한, 제1 초전도 케이블(10)의 케이블 코어(11) 및 제2 초전도 케이블(20)의 케이블 코어(21)는 각각 제1 단말 접속함(60) 내부에 형성된 단말 케이블 코어(51, 61)에 연결된다.
본 실시예에 따른 초전도 케이블 장치(1)는 장치를 냉각시키기 위한 냉각 장치(미도시)를 포함한다.
상기 냉각 장치에 의해 극저온의 냉매(70)가 냉매 입구(71)를 통해 주입된다. 주입된 냉매(70)는 제1 초전도 케이블(10)의 단열관(12) 내부로 유입된다. 제1 초전도 케이블(10)로 유입된 냉매(70)는 중간 접속함(40) 내부를 통과하여 제2 초전도 케이블(20)의 단열관(22) 내부로 유입된다. 제2 초전도 케이블(20)로 유입된 냉매(70)는 제2 단말 접속함(60) 내부로 유입되어 냉매 출구(72)를 통해 장치 밖으로 유출된다. 상기 냉각 장치는 냉매 출구(72)를 통해 유출된 냉매(72)를 재냉각하여 다시 냉매 입구(71)로 주입하는 냉매 순환 시스템을 구비할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 냉매(70)는 중간 접속함(40) 내부에서 제1 초전도 케이블(10)로부터 제2 초전도 케이블(20) 쪽 방향으로의 중간 접속함(40)의 길이방향을 따라 유동하여 중간 접속함(40) 내부를 냉각시킨다.
도 1에서 설명되지 않은 도면부호 31은 케이블 코어(11)의 열 수축 방향을 나타내고, 도면부호 30'는 냉각 장치를 가동한 상태에서 최적화된 위치에 있는 케이블 접속부(30)를 나타내며, 도면부호 41은 바퀴를 나타낸다. 상기 설명되지 않은 구성요소는 뒤에서 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 실시예에 따른 제1 초전도 케이블(10)을 부분적으로 도시한 것이다. 도시의 편의를 위해, 도 2에서는 제1 초전도 케이블(10)의 일부 길이를 생략하여 도시하였다. 또한, 제1 초전도 케이블(10)의 내부 구조를 설명하기 위하여, 도 2에서는 제1 초전도 케이블(10)의 일부분을 절개하여 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 초전도 케이블(10)은 케이블 코어(11)와, 상기 케이블 코어(11)를 감싸는 금속 재질의 단열관(12)을 포함한다. 케이블 코어(11)가 임계온도 이하의 온도로 유지되도록 제1 초전도 케이블(10)의 단열관(12)은 케이블 코어(11)를 감싸는 내부 단열관(13) 및 상기 내부 단열관(13)을 감싸는 외부 단열관(14)으로 이루어지는 2중 구조를 가진다.
내부 단열관(13)의 내부에는 냉매(70)가 유동하여 케이블 코어(11)를 냉각시킨다. 내부 단열관(13)의 단열을 위해 내부 단열관(13)과 외부 단열관(14)의 사이 공간은 진공 상태로 유지된다.
도 2에는 제1 초전도 케이블(10)이 하나의 케이블 코어(11)를 구비하는 것처럼 도시되었지만 이는 도시의 편의를 위한 것이며, 본 실시예에 따른 제1 초전도 케이블(10)은 세 줄의 케이블 코어(11)를 구비한다(도 3 참조). 세 줄의 케이블 코어(11)는 서로 꼬인 상태로 내부 단열관(13) 내부에 수용된다.
제2 초전도 케이블(20)의 구성은 상술한 제1 초전도 케이블(10)의 구성과 실질적으로 동일하므로, 설명을 생략한다.
도 3은 제1 초전도 케이블(10) 및 제2 초전도 케이블(20)이 중간 접속함(40)에 의해 연결된 모습을 자세히 도시한 것이다.
본 실시예에 따른 중간 접속함(40)은 외함(44)과 내함(45)으로 이루어지는 2중의 구조로 되어 있다. 제1 초전도 케이블(10)로부터 유출되는 냉매(7)는 내함(45) 내부로 유입되어, 중간 접속함(40) 내부에 수용되는 케이블 코어(11, 21)를 냉각시킨다. 외함(44)과 내함(45) 사이에는 진공층이 형성되어, 중간 접속함(40) 내부로 열 침입이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
외함(44)과 내함(45) 사이에는 진공 상태의 유지를 위해 중간 접속함(40) 양단부에 스페이서(spacer) 및 격벽(46)이 설치되어 있다. 본 실시예에 따르면, 스페이서 및 격벽(46)은 FRP(섬유 강화 플라스틱; Fiber Reinforced Plastic) 또는 상기 FRP와 동등하거나 낮은 열전도율을 가지는 재료로 형성된다.
제1 초전도 케이블(10)의 케이블 코어(11)와, 제2 초전도 케이블(20)의 케이블 코어(21)는 중간 접속함(40)의 내함(45) 내부로 연장되어 서로 접속된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 초전도 케이블(10)의 단열관 내부에서 꼬여 있던 세 가닥의 케이블 코어(11)는 중간 접속함(40) 내부에서 각각의 가닥으로 풀려지며, 제2 초전도 케이블(20)의 케이블 코어(21) 역시 중간 접속함(40) 내부에서 각각의 가닥으로 풀려진다.
풀려진 케이블 코어들(11, 12)은 각각 한 가닥씩 접속되어 납땜에 의해 고정된다. 케이블 코어(11, 12)들의 접속 상태를 견고하게 유지하기 위하여, 접속된 케이블 코어(11, 12) 가닥들은 PPLP 등과 같은 절연지에 의해 두껍게 테이핑된다. 형성된 세 가닥의 케이블 코어 가닥들은 복수의 지그(32)를 이용하여 서로 고정된다. 이에 의해, 중간 접속함(40) 내부에는 케이블 코어에 비해 두께가 수배 이상 두꺼운 케이블 접속부(30)가 형성된다. 본 실시예에서, 케이블 접속부(30)와 케이블 코어(11, 12)의 경계부는 붙어 있는 붙어 있던 세 가닥의 케이블 코어(11)가 처음 갈리지는 부분이다.
이하에서는, 중간 접속함(40) 내부에서 케이블 접속부(30)의 위치가 최적화되어야할 필요성에 대해 설명한다.
도 4는 초전도 케이블 장치의 "비냉각 상태" 및 "냉각 상태"를 표시한 그래프이다. 초전도 케이블 장치(1)의 초전도 케이블과 중간 접속함(40) 내부 온도가 주변 대기온도와 평형을 이루는 상태를 '비냉각 상태'라고 하고, 초전도 케이블 장치(1)가 냉매에 의해 임계온도 이하의 온도로 유지되는 상태를 '냉각 상태'라고 한다. 비냉각 상태와 냉각 상태 사이에는 '냉각 전이 구간'을 가질 수 있다. 이러한 현상은 냉각 장치에 의해 초전도 케이블 및 중간 접속함 내부로 냉매를 흘리는 과정에서 나타날 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 냉각 상태에서 냉매(70)는 제1 초전도 케이블(10)로부터 중간 접속함(40) 내부로 유입된다. 이때, 케이블 접속부(30)의 위치가 제1 초전도 케이블(10) 쪽으로 치우쳐 배치되는 경우, 즉, 케이블 접속부(30)가 중간 접속함(40)의 냉매 유입구와 근접하여 배치되는 경우, 중간 접속함(40)으로 유입되는 비교적 빠른 속도의 냉매(70)가 곧바로 케이블 접속부(30)와 충돌하게 된다. 케이블 접속부(30)는 직경이 케이블 코어에 비해 크므로, 냉매(70)가 케이블 접속부(30)와 충돌하면서 큰 와류가 발생하게 된다. 따라서, 중간 접속함(40) 내부에서의 냉매 순환이 원활하게 이루어지지 않게 된다. 냉매 순환을 원활하게 하기 위해서는 냉각 장치의 용량을 크게 하는 등의 부가적인 조치가 필요하게 된다.
위와 같은 기계적인 이유 외에 전기적인 측면에서도 중간 접속함(40) 내부에서 케이블 접속부(30)의 위치가 최적화되어야할 필요성이 있다.
도 5는 중간 접속함(40)이 냉매(70)에 의해 냉각되었을 때의 중간 접속함(40) 내부의 온도 분포를 나타내는 개념도이다.
상술한 바와 같이, 중간 접속함(40)의 양단부에는 내함(45)과 외함(44) 사이에 스페이서 및 격벽(46)이 설치되어 있다. 따라서, 스페이서 및 격벽(46)을 통한 열전도에 의해 중간 접속함(40) 내부로의 외부 열 침입이 발생하면서, 중간 접속함(40)의 양단부에서 냉매의 온도가 상승하게 된다.
이에 따라서, 중간 접속함(40)의 양단부에는 중앙부에 비해서 온도가 상대적으로 높은 고온 영역이 형성되며, 중앙부에는 저온 영역이 형성된다. 즉, 중간 접소함(40) 내부에는 접속함의 양단부와 중앙부에 온도 편차가 발생하게 된다.
본 실시예에서는 중간 접속함(40) 내부의 냉매(70)의 평균 온도에 비해 온도가 5℃ 이상 높은 영역을 상기 고온 영역으로 정의한다. 중간 접속함(40) 내부의 냉매의 평균 온도는 -201℃ 정도이므로, 본 실시예에서 따른 고온 영역은 -196℃(77K) 이상의 온도 범위를 가지는 영역이며, 저온 영역은 고온 영역 외의 영역으로서 상기 고온 영역에 비해 온도가 낮은 영역이다.
통상적으로 초전도 케이블 장치에서 초전도 케이블의 온도를 1℃ 낮출 때마다 초전도 케이블의 통전 성능은 약 8% 증가하게 된다. 초전도 케이블 장치(1)를 가동하고 있을 때 케이블 접속부(30)가 중간 접속함(40) 내부에서 상기 고온 영역(즉, 양단부)에 위치하게 되면, 저온 영역에 위치하는 경우보다 케이블 접속부(30)의 온도가 약 5℃ 이상 높아질 수도 있다. 다시 말하면, 케이블 접속부(30)가 중간 접속함(40) 내부에서 고온 영역에 위치하게 되면, 저온 영역에 위치하는 경우와 비교할 때 초전도 케이블 장치(1)의 전체 통전 성능이 40% 이상 감소할 수 있다. 따라서, 중간 접속함 내부에서의 케이블 접속부의 위치는 장치의 성능에 중대한 영향을 미친다.
또한, 중간 접속함(40) 내부에 위치하는 케이블 접속부(30)는 케이블 코어를 접속하기 위한 납땜부와 지그(32)를 구비한다. 초전도 선재로 이루어지는 케이블 코어 자체는 전기 저항이 거의 0에 가깝지만, 상기 납땜부와 지그는 저항을 가진다. 따라서, 초전도 케이블 장치(1)를 가동하여 케이블 코어에 전류가 통하게 되면, 상기 납땜부와 지그 등의 저항에 의해 케이블 접속부(30)가 국부적으로 가열된다. 국부적으로 가열된 케이블 접속부(30)가 중간 접속함(40) 내부에서 고온 영역에 위치하게 되면 케이블 접속부(30)의 온도가 지나치게 높아져서 심한 경우 초전도 상태가 파괴될 위험성까지 발생하게 된다.
이와 같은 초전도 케이블 장치의 효율 감소 및 초전도 상태의 파괴 위험성을 방지하기 위해 본 실시예에 따르면 중간 접속함(30) 내부에서의 케이블 접속부(30)의 위치가 최적화된다.
다시 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따르면 비냉각 상태에서 케이블 접속부(30)는 중간 접속함(40)의 길이방향의 중간 지점(CL)으로부터 냉매(70)가 유동하는 방향(도 1에서 좌측에서 우측 방향) 쪽으로 편심하여 배치된다.
상기 냉각 장치가 가동하여 냉매(70)가 냉매 입구(71)로 주입되면, 제1 초전도 케이블(10)의 케이블 코어(11)는 냉매 입구(71) 쪽에서부터 점차 냉각된다. 이에 따라서, 케이블 코어(11)는 화살표(31) 방향으로 열수축하게 되며, 열수축량은 중간 접속함(40) 쪽으로 갈수록 누적된다. 이러한 케이블 코어(11)의 열수축에 의해서 케이블 접속부(30)는 중간 접속함(40) 내부에서 좌측으로 이동하면서 위치가 조정된다.
본 실시예에서는 냉각 장치에 의해 케이블 코어(11)가 완전히 냉각된 상태에서, 케이블 접속부(30)의 중심이 중간 접속함(40)의 길이 방향의 중간 지점(CL)에 위치하도록 한다. 이에 따라서, 케이블 접속부(30)는 중간 접속함(40) 내부의 상기 저온 영역으로 위치 조정된다.
본 실시예와 같이 가동 상태에서 케이블 접속부(30)이 중간 접속함(40) 내부의 저온 영역에 위치하도록 하면, 케이블 접속부(30)가 중간 접속함(40)의 고온 영역에 위치하는 경우보다 초전도 케이블 장치(1)의 효율이 크게 향상된다는 이점이 있다.
본 실시예에 따르면 케이블 접속부(30)의 중심이 중간 접속함(40)의 길이 방향의 중간 지점(CL)에 위치하도록 하기 위해서, 케이블 접속부(30)가 중간 접속함(40)의 길이방향의 중간 지점(CL)으로부터 편심되는 최초 거리는 제1 초전도 케이블(10)의 케이블 코어(11)를 형성하는 초전도 선재의 열 수축률에 의해 결정된다. 본 실시예에 따르면, 케이블 접속부(30)가 중간 접속함(40)의 길이방향의 중간 지점(CL)으로부터 편심되는 최초 거리는 냉매 입구(71)에서 중간 접속함(40)의 길이 방향의 중간 지점(CL)까지의 거리의 0.2 ~ 0.5% 으로 설정한다.
한편, 본 실시예에 따르면 중간 접속함(40)은 이동 수단을 구비하여 중간 접속함(40)의 위치를 조정하는 것이 가능하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 상기 이동 수단은 중간 접속함(40)의 하면에 형성되는 바퀴(41)이다. 따라서, 케이블 코어(11)가 완전히 열수축한 상태에서 중간 접속함(40)의 위치를 미세하게 조정함으로써 중간 접속함(40)에 대한 케이블 접속부(30)의 위치를 최적의 위치로 보정할 수 있다.
본 실시예에 따른 초전도 케이블 장치(1)에 따르면, 초전도 케이블 장치(1)가 가동하는 동안에 케이블 접속부(30)는 중간 접속함(40) 내의 저온 영역에 위치하게 된다. 따라서, 케이블 접속부(30)의 온도가 자체 저항에 의한 발열이 아닌 외부 열 침입에 의해 상승하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 초전도 케이블의 열수축에 의해 케이블 접속부(30)가 중간 접속함(40)의 측벽에 지나치게 근접하는 것을 방지하여, 중간 접속합(30) 내부에 큰 와류가 생기는 것을 방지할 수 있으며, 열수축 과정에서 케이블 접속부(30)가 중간 접속함(40)의 내함(45)에 접촉하여 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 1에 따르면, 초전도 케이블 장치(1)는 두 개의 초전도 케이블과 하나의 중간 접속함을 구비하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 초전도 케이블 장치(1)는 세 개 이상의 초전도 케이블을 연결하여 장조화될 수 있으며, 연결되는 초전도 케이블 사이사이에 중간 접속함을 추가적으로 배치할 수 있다.
초전도 케이블 장치(1)가 세 개 이상의 초전도 케이블을 이용해 장조화되는 경우에도, 상술한 본 발명의 기술적 사상이 동일하게 적용될 수 있다는 것이 당업자에게 이해될 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도 케이블 장치(1)의 개념도이다.
중간 접속함(40)의 길이가 짧게 형성되는 것을 제외하고, 본 실시예의 다른 구성들은 상술한 실시예의 구성과 모두 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.
본 실시예에 따르면, 비냉각 상태에서 중간 접속함(40)의 우측 단부쪽으로 편심하여 배치되어 있던 케이블 접속부(30)가, 냉각 상태에서는 케이블 코어(11)의 열수축에 의해 중간 접속함(40)의 좌측 단부에 근접하도록 위치가 조정된다. 이와 같은 구성에 따르면, 도 1에 도시된 실시예에 비해, 중간 접속함(40)의 길이를 더 짧게 형성할 수 있게 된다.
본 실시예에 따른 초전도 케이블 장치(1)는 기존 전력 설비를 매립하던 작은 터널 안에도 쉽게 설치될 수 있다는 장점이 있다.
1: 초전도 케이블 장치
10, 20: 초전도 케이블
11, 21: 케이블 코어
12, 22: 단열관
30: 케이블 접속부
40: 중간 접속함
50, 60: 단말 접속함
70: 냉매

Claims (8)

  1. 제1 초전도 케이블 및 제2 초전도 케이블;
    상기 제1 초전도 케이블에 연결되는 제1 단말 접속함;
    상기 제2 초전도 케이블에 연결되는 제2 단말 접속함;
    상기 제1 초전도 케이블과 상기 제2 초전도 케이블을 연결하며, 외함과 내함을 구비하고 외함과 내함 사이에는 진공층이 형성되며, 양단에는 FRP 재질의 스페이서와 격벽이 구비되는 중간 접속함;
    상기 중간 접속함 내부에서 냉매를 상기 중간 접속함의 길이방향으로 유동시키는 냉각 장치;를 더 포함하고,
    상기 제1 단말 접속함에는 상기 냉매가 주입되는 냉매 입구가 형성되고, 상기 제2 단말 접속함에는 상기 냉매가 유출되는 냉매 출구가 형성되며, 상기 냉매 입구로 주입된 상기 냉매는 상기 제1 초전도 케이블을 통해 상기 중간 접속함 내부로 유입되고, 상기 중간 접속함으로부터 유출된 냉매는 상기 제2 초전도 케이블을 통과하여 상기 냉매 출구로 유출되며,
    상기 중간 접속함의 내부에는 상기 제1 초전도 케이블과 상기 제2 초전도 케이블을 서로 접속하기 위한 케이블 접속부가 형성되며,
    냉각 상태에서 상기 케이블 접속부의 중심이 상기 중간 접속함의 길이 방향의 중간 지점에 위치되도록 하기 위하여, 비냉각 상태에서 상기 케이블 접속부는 상기 중간 접속함의 길이방향의 중간 지점으로부터 상기 냉매가 유동하는 방향 쪽으로 편심하여 배치되며,
    상기 케이블 접속부의 편심되는 거리는, 상기 제1 단말 접속함의 냉매 입구에서 상기 중간 접속함의 길이 방향의 중간 지점까지의 거리의 0.2 ~ 0.5%인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    냉각 상태에서,
    상기 중간 접속함 내부의 양단부에는 상기 중간 접속함으로 침입하는 열에 의해 고온 영역이 형성되고,
    상기 중간 접속함 내부의 중앙부에는 상기 고온 영역에 비해 온도가 낮은 저온 영역이 형성되며,
    상기 케이블 접속부는 상기 중간 접속함 내부에서 상기 저온 영역으로 위치 조정되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 초전도 케이블과 상기 제2 초전도 케이블은 각각 케이블 코어 및 상기 케이블 코어를 감싸는 단열관을 구비하고,
    상기 제1 초전도 케이블의 단열관과 상기 제2 초전도 케이블의 단열관은 각각 상기 중간 접속함의 양단부와 연통되고,
    상기 제1 초전도 케이블의 케이블 코어와 상기 제2 초전도 케이블의 케이블 코어는 상기 중간 접속함 내부로 연장되어 서로 접속되며,
    상기 제1 초전도 케이블의 단열관과 상기 제2 초전도 케이블의 단열관은 신축이음매를 통해 상기 중간 접속함과 결합되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 중간 접속함은 이동 수단을 구비하여, 상기 중간 접속함의 위치 조정이 가능한 것을 특징으로 하는 케이블 장치.
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