초전도 케이블을 갖는 시스템 document_id A220623046590

본 발명은 초전도성 도체와, 상기 초전도성 도체를 둘러싸는 유전체, 및 스페이서의 역할을 하는 상기 유전체 위에 배열된 초전도 스크린을 포함하는 초전도 케이블을 갖는 시스템으로서, 상기 초전도 케이블은 공기 간극을 포함하면서 금속 내부 튜브와 금속 외부 튜브 및 이 튜브들 사이에 배열된 초절연체로 구성된 냉각기로 둘러싸여 있으며, 케이블과 냉각기 사이에는 액체 냉매를 전달하기 위한 공간이 제공되는, 초전도 케이블을 갖는 시스템에 관한 것이다(WO 03/052775). 초전도 케이블은 충분히 낮은 온도에서 초전도 상태에 들어가게 되는 특별한 물질로 제조된 전기 도체를 갖는다. 따라서, 이에 대응하여 만들어진 도체의 전기 저항은 0이 되기 쉽다. 적절한 재료는 예를 들어 YBCO(이트륨-바륨-구리 산화물) 또는 BiSCCO(비스무트-스트론튬-칼슘-구리 산화물)이다. 이러한 물질이 초전도 상태에 도달할 수 있는 충분히 낮은 온도는 예를 들어 67K 내지 110K 정도이다. 적절한 냉매는 예를 들어 각각 액체 상태에 있는 질소, 헬륨, 네온, 및 수소 또는 이들을 혼합한 물질이다. 동작중에 냉매가 또한 유전체 내로 침투하는 초전도 케이블은 냉(cold)-유전체 케이블이라고 불린다. 초전도 케이블은 높은 전압 범위에서 매우 높은 전력을 전송할 수 있다는 점에 그 특징이 있다. 이러한 케이블은 내부 도체 및 내부 도체와 동심으로 배열된 외부 도체로 구성되어 있고, 이 도체들은 서로 분리되어 있으며 유전체(절연체)에 의해 일정 거리 떨어진 상태로 유지된다. 양 도체는 예를 들어 YBCO 또는 BiSCCO와 같은 초전도성 물질로 되어 있는 스트립으로 구성되어 있고, 이 스트립은 지지체 주위에서 긴 피치를 가지고 함께 촘촘하게 감겨 있다. 내부 도체(이하 "도체"로 지칭함)용 지지체는 금속으로 제조된 튜브 또는 코드 또는 가닥(줄)일 수 있다. 외부 도체(이하 "스크린"으로 지칭함)에 대해서, 유전체는 지지체로서 기능을 한다. 유전체는 예를 들어 다수의 층으로 된 종이 및/또는 폴리프로필렌이 얇게 씌워진 종이로 구성되어 있다. 케이블 주위에, 단열을 위해 그리고 시스템을 완성하기 위해, 공기 간극을 포함하면서, 서로 내부에 있는 두 개의 금속 튜브를 포함하는 냉각기가 배열되어 있고, 이 튜브 사이에 소위 초절연체가 배열되어 있다. 냉각기의 두 튜브 사이 공간은 진공 상태이다. WO 03/052775에 따른 초전도 케이블을 갖는 공지의 시스템에서, 액체 냉매가 냉각기를 통해 공급된다. 액체 냉매는 케이블 주위를 흐르고 따라서 케이블을 냉각시킨다. 시스템이 설치될 때, 냉매는 케이블의 스크린을 통해 유전체 내부로 점차적으로 침투한다. 따라서 냉매는 유전체용 주입 매체의 역할도 한다. 시스템을 통해 흐르는 냉매의 압력은 입력 지점으로부터 멀어짐에 따라 감소한다. 이와 동시에 마찬가지로 입력 지점으로부터 멀어짐에 따라 냉매의 온도는 증가한다. 이로써, 냉매의 증발 온도에 도달할 수 있게 되고, 따라서 냉매는 액체 상태에서 가스 상태로 된다. 그 결과, 유전체의 전기 절연 성질이 약해질 수 있고, 이로써 도체와 스크린 사이에서 절연 파괴(breakdown)가 초래될 수 있고 따라서 케이블이 파손될 수 있다. 기술한 효과에 의해, 초전도 케이블을 가지고 안전하게 작동할 수 있는 시스템의 길이가 제한된다.