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초전도 케이블 코어의 실드층 상변화 검출 장치(APPARATUS FOR DETECTING QUENCH OF SHIELD-LAYER INSUPERCONDUCTING CABLE CORE)

갈때까지가는거야 2018. 3. 26. 21:03

(19)대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)

(51) 。Int. Cl.
G01R 31/02 (2006.01)
(45) 공고일자
(11) 등록번호
(24) 등록일자
2007년07월10일
10-0738186
2007년07월04일
(21) 출원번호 10-2006-0005216 (65) 공개번호
(22) 출원일자 2006년01월18일 (43) 공개일자
심사청구일자 2006년01월18일
(73) 특허권자 엘에스전선 주식회사
서울특별시 강남구 삼성동 159
(72) 발명자 이창영
경기 부천시 범박동 현대홈타운 107동 2001호
(74) 대리인 김 순 영
김영철
이준서
(56) 선행기술조사문헌
KR1020040037867 A
JP6226684 A
JP64033977 A
심사관 : 오응기
전체 청구항 수 : 총 3 항
(54) 초전도 케이블 코어의 실드층 상변화 검출 장치
(57) 요약
본 발명은 초전도 케이블 코어를 구성하는 초전도 실드층의 초전도 선재에 흐르는 전류 변화를 이용하여 상변화(Quench)
를 조기에 감지할 수 있도록 하는 초전도 케이블 코어의 실드층 상변화 검출 장치에 관한 것으로, 초전도 케이블 코어의 초
전도 실드층에 흐르는 전류 전체를 검출하는 제1 전류 센서와; 상변화(Quench)가 발생하는 선재의 수에 비례하여 증가하
는 상기 초전도 실드층의 초전도 선재 하나에 흐르는 전류를 검출하는 제2 전류 센서와; 상기 제1 전류 센서와 제2 전류 센
서에서 검출된 전류 신호의 크기를 표시하며, 상기 제2 전류 센서에서 검출된 전류 신호의 크기 증가 여부에 따라 상기 초
전도 실드층 내에서의 상변화(Quench) 발생을 검출할 수 있도록 하는 측정 전류 표시 수단과; 상기 제1 전류 센서와 제2
전류 센서에서 검출된 전류 신호를 상기 측정 전류 표시 수단으로 인출시키되, 상기 제1 전류 센서와 제2 전류 센서의 신호
선을 내/외부 단열관과 전기적으로 접촉시키지 않고 상기 검출된 전류 신호를 상기 측정 전류 표시 수단으로 인출시키는
전류 리드 단자를 구비하여 이루어지는 것이 바람직하다.
대표도
도 2
특허청구의 범위
등록특허 10-0738186
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청구항 1.
초전도 케이블 코어의 초전도 실드층에 흐르는 전류 전체를 검출하는 제1 전류 센서와;
상변화(Quench)가 발생하는 선재의 수에 비례하여 증가하는 상기 초전도 실드층의 초전도 선재 하나에 흐르는 전류를 검
출하는 제2 전류 센서와;
상기 제1 전류 센서와 제2 전류 센서에서 검출된 전류 신호의 크기를 표시하며, 상기 제2 전류 센서에서 검출된 전류 신호
의 크기 증가 여부에 따라 상기 초전도 실드층 내에서의 상변화(Quench) 발생을 검출할 수 있도록 하는 측정 전류 표시 수
단을 구비하여 이루어지는 초전도 케이블의 실드층 상변화 검출 장치.
청구항 2.
제 1항에 있어서, 상기 측정 전류 표시 수단은,
전류 미터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의 실드층 상변화 검출 장치.
청구항 3.
제 1항에 있어서, 상기 제1 전류 센서와 제2 전류 센서에서 검출된 전류 신호를 상기 측정 전류 표시 수단으로 인출시키되,
상기 제1 전류 센서와 제2 전류 센서의 신호선을 내/외부 단열관과 전기적으로 접촉시키지 않고 상기 검출된 전류 신호를
상기 측정 전류 표시 수단으로 인출시키는 전류 리드 단자를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블의
실드층 상변화 검출 장치.
명세서
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 초전도 케이블 코어의 실드층 상변화 검출 장치에 관한 것으로서, 특히 초전도 실드층의 초전도 선재에 흐르는
전류 변화를 이용하여 상변화(Quench) 현상을 검출할 수 있도록 하는 초전도 케이블 코어의 실드층 상변화 검출 장치에
관한 것이다.
초전도 케이블 코어는 다수의 초전도 선재를 도체와 실드(Shield)층에 적용한 것으로, 초전도 케이블 코어에서 국부적으로
온도가 상승하거나, 초전도 선재가 외력에 의해 손상을 입으면 상변화(Quench) 현상이 발생할 수 있게 된다.
상변화(Quench) 현상이란, 초전도 선재가 초전도 상태를 잃고 상전도로 전이되는 현상을 말하는 것으로, 상변화(Quench)
현상이 발생하면 저항이 증가하여 손실이 커지게 된다.
전술한 바와 같이, 초전도 선재 한가닥에서 상변화(Quench)가 발생하게 되면 케이블 손실이 증가하고 심하면 인접 선재로
상변화(Quench)가 전이되어 케이블 전체로 상변화(Quench)가 확산되어 결국 전력 전송이 불가능한 상태에 이르게 되는
문제점이 있다.
이에 따라, 상변화(Quench) 발생을 조기에 검출해야 할 필요가 있다.
등록특허 10-0738186
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그러나, 종래에는 냉각 효율이 떨어져 초전도 케이블 코어의 온도 상승으로 상변화(Quench)가 발생하는 경우, 온도 측정
을 통해 상변화(Quench) 발생을 검출하게 되는 데, 이러한 경우에는, 대류 열전달에 의해 열전달 속도가 느려지므로, 상변
화(Quench) 발생을 조기에 검출할 수 없게 되는 문제점이 발생하게 된다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 초전도 케이블 코어를 구성하는 초전도 실드층의 초전도 선재
에 흐르는 전류 변화를 이용하여 상변화(Quench)를 조기에 감지할 수 있도록 하는 초전도 케이블 코어의 실드층 상변화
검출 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
발명의 구성
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 실드층 상변화 검술 장치는, 초전도 케이블 코
어의 초전도 실드층에 흐르는 전류 전체를 검출하는 제1 전류 센서와; 상변화(Quench)가 발생하는 선재의 수에 비례하여
증가하는 상기 초전도 실드층의 초전도 선재 하나에 흐르는 전류를 검출하는 제2 전류 센서와; 상기 제1 전류 센서와 제2
전류 센서에서 검출된 전류 신호의 크기를 표시하며, 상기 제2 전류 센서에서 검출된 전류 신호의 크기 증가 여부에 따라
상기 초전도 실드층 내에서의 상변화(Quench) 발생을 검출할 수 있도록 하는 측정 전류 표시 수단을 구비하여 이루어지는
것이 바람직하다.
나아가, 상기 측정 전류 표시 수단은, 전류 미터로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제1 전류 센서와 제2 전류 센서에서 검출된 전류 신호를 상기 측정 전류 표시 수단으로 인출시키되, 상기 제1
전류 센서와 제2 전류 센서의 신호선을 내/외부 단열관과 전기적으로 접촉시키지 않고 상기 검출된 전류 신호를 상기 측정
전류 표시 수단으로 인출시키는 전류 리드 단자를 더 구비하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초전도 케이블의 실드층 상변화 검출 장치에 대해
서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 적용되는 초전도 케이블 코어의 구조를 보인 도로, 초전도 케이블 코어(10)는 내측부터 순서대로 포머
(11), 초전도 도체층(13), 절연층(15), 초전도 실드(Shield)층(17)을 구비하여 이루어진다.
이와 같은 구성에 있어서, 초전도 도체층(13)은 포머(11) 상에 초전도 선재를 나선 형상으로 감아서 구성된다.
절연층(15)은 PPLP(Polypropylene Laminated Paper) 등의 반합성 절연지를 감아서 구성된다.
초전도 실드층(17)은 절연층(15) 상에 초전도 선재를 나선 형상으로 감아서 형성된다.
전술한, 초전도 실드층(17)에는 정상시 초전도 도체층(13)에 흐르는 전류(Ic)와 반대 방향으로 동일한 크기의 유도 전류
(Is)가 흐르는 데, 유도 전류(Is)에 의해 발생하는 자장이 초전도 도체층(13)에서 발생하는 자장을 상쇄시켜, 초전도 케이블
코어(10) 외부로의 누설 자장을 제로로 할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 실드층 상변화 검출 장치의 구성을 보인 도로, 제1 전류 센서(20)와,
제2 전류 센서(30)와, 전류 리드 단자(40)와, 전류 미터(50)를 구비하여 이루어진다.
이와 같은 구성에 있어서, 제1 전류 센서(20)는 초전도 케이블 코어(10)의 초전도 실드층(17)에 흐르는 전류 전체를 검출
한다.
제2 전류 센서(30)는 초전도 실드층(17)의 초전도 선재 하나에 흐르는 전류를 검출한다.
전류 리드 단자(40)는 제1 전류 센서(20)와 제2 전류 센서(30)로부터 검출되는 신호를 외부로 인출시키는 단자로, 제1 전
류 센서(20)와 제2 전류 센서(30)의 신호선을 내/외부 단열관(60/65)과 전기적으로 접촉하지 않고 전류 검출 신호를 외부
로 빼낼 수 있게 한다.
등록특허 10-0738186
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전류 미터(50)는 제1 전류 센서(20)와 제2 전류 센서(30)를 통해 검출된 전류의 크기를 확인할 수 있도록 나타낸다.
도 2에서 참조 부호 70은 초전도 실드층(17)을 전기적으로 단락시키는 접지 단자이다.
도 3은 초전도 케이블 코어의 초전도 실드층에 흐르는 전류의 파형도 및 분포도로, (a)는 초전도 도체층(13)에 흐르는 전류
(Ic)와 반대 방향으로 초전도 실드층(17)에 흐르는 유도 전류(Is)의 파형도이고, (b)는 초전도 실드층(17)이 n개의 초전도
선재로 구성되어 있는 경우, 각 초전도 선재에 흐르는 전류(i1 ~ in)의 분포도이다. 즉, (b)는 초전도 실드층(17)에 흐르는
전류(i1 ~ in)의 분포도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 초전도 실드층(17)에는 초전도 도체층(13)에 흐르는 전류(Ic)와 크기는 동일하고 위상이 180도인
유도 전류(Is)가 흐르며, 유도 전류(Is)는 동일한 비율로 분류(Is/초전도 선재 수)되어 초전도 선재에 나뉘어 흐른다.
이에 따라, 초전도 실드층(17)은 n개의 초전도 선재로 구성되어 있는 경우, 정상 상태에서 각 초전도 선재에는 Is/n에 해당
하는 동일한 전류가 흐르게 된다.
전술한 바와 같이, 정상 상태에서 각 초전도 선재에 동일한 크기의 전류가 흐르는 중에 초전도 선재 어느 하나에서 상변화
(Quench)가 발생하면, 상변화(Quench)가 발생한 선재에 흐르는 전류 i는 0이 되고, 나머지 정상 상태의 선재에는 Is/(n-
1)에 해당하는 전류가 흐르게 된다.
따라서, 상변화(Quench)가 발생하는 선재의 수가 증가할수록 선재 하나에 흐르는 전류는 도 4에 도시하는 바와 같이, 급
격히 증가하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 상변화(Quench)가 발생하는 선재의 수가 증가함에 따라 선재 하나에 흐르는 전류도 증가하는
현상을 이용하여 상변화(Quench) 현상을 조기에 감지할 수 있게 된다.
본 발명의 초전도 케이블의 실드층 상변화 검출 장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는
범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
발명의 효과
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 초전도 케이블의 실드층 상변화 검출 장치에 따르면, 초전도 케이블 코어를 구성하
는 초전도 실드층의 초전도 선재에 흐르는 전류 변화를 이용하여 상변화(Quench)를 조기에 감지함으로써, 운전 조건을 미
리 조정하여 상변화(Quench)의 진전을 막을 수 있게 된다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 적용되는 초전도 케이블 코어의 구조를 보인 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 실드층 상변화 검출 장치의 구성을 보인 도면.
도 3은 초전도 케이블 코어의 초전도 실드층에 흐르는 전류의 파형도 및 분포도.
도 4는 상변화 발생에 따른 전류 변화를 예시적으로 보인 도면.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
10. 초전도 케이블 코어, 11. 포머, 13. 초전도 도체층,
15. 절연층, 17. 초전도 실드층, 20. 제1 전류 센서,
30. 제2 전류 센서, 40. 전류 리드 단자, 50. 전류 미터,
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60. 내부 단열관, 65. 외부 단열관, 70.접지 단자
도면
도면1
도면2
등록특허 10-0738186
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도면3
도면4
등록특허 10-0738186
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