(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の銅素線で構成されるフォーマー，複数本の厚さｙ（ｍｍ）の超伝導線材で構成される超伝導導体層，絶縁層及び複数本の超伝導線材で構成される超伝導遮蔽層を順次備えるコア部を備え，前記フォーマーと超伝導導体層を構成するそれぞれの超伝導線材が並列で接続される超伝導ケーブルであって，
前記超伝導導体層を構成するそれぞれの超伝導線材の機械的剛性を補強するために，それぞれの前記超伝導線材の両面に，各厚さがｙ〜２ｙであるとともに常温で通電性を有する金属素材の通電レイヤーを含み，
前記フォーマーの断面積は，超伝導線材に通電レイヤーが付け加えられていない超伝導ケーブルから全ての事故電流がフォーマーに流れることを前提として設計されたフォーマーの断面積の０．６〜０．９倍であり，
前記超伝導線材は銀（Ａｇ）レイヤーを含み，前記超伝導導体層を構成する超伝導線材の前記通電レイヤー及び前記銀（Ａｇ）レイヤーは前記超伝導線材の側面ソルダリング又は表面金属コーティングによって電気的に接続されることを特徴とする，超伝導ケーブル。
【請求項２】
前記コア部を構成するフォーマーの前記最小断面積は５０ＫＡ／ｓｅｃ又は２５ＫＡ／０．５ｓｅｃの最小短絡条件を満たす断面積であることを特徴とする請求項１記載の超伝導ケーブル。
【請求項３】
前記通電レイヤーは黄銅素材であることを特徴とする請求項１記載の超伝導ケーブル。
【請求項４】
前記通電レイヤーが付け加えられた超伝導線材の引張強度は９５パーセント電流減衰（IC relentation)基準で２００メガパスカル（ＭＰａ）〜８００メガパスカル（ＭＰａ）であることを特徴とする請求項１記載の超伝導ケーブル。
【請求項５】
前記超伝導線材の両面に付け加えられる前記通電レイヤーの厚さは０．１ミリメートル（ｍｍ）〜０．２ミリメートル（ｍｍ）であることを特徴とする請求項１記載の超伝導ケーブル。
【請求項６】
フォーマー，前記フォーマーの外側に前記フォーマーの長手方向に並んで配置される複数本の厚さｙ（ｍｍ）の超伝導線材を含む少なくとも１層以上の超伝導導体層，及び前記超伝導導体層の外側に前記フォーマーの長手方向に並んで配置される複数本の超伝導線材を含んでなる少なくとも１層以上の超伝導遮蔽層を含み，
前記超伝導導体層及び超伝導遮蔽層を構成する超伝導線材は，金属基板レイヤー，前記金属基板レイヤーの上部に複数層で蒸着され，超伝導レイヤーを含んで構成された蒸着レイヤー及び前記蒸着レイヤーの外側に備えられる銀素材で構成される銀（Ａｇ）レイヤーを含み，
前記超伝導線材を構成する前記金属基板レイヤーの外側及び前記銀（Ａｇ）レイヤーの外側両面に前記フォーマーと一緒に事故電流の発生時に事故電流の帰路導体として使われるように常温で通電性を有し，各厚さがｙ〜２ｙ（ｍｍ）である金属素材の通電レイヤーがさらに付け加えられ，
前記超伝導線材を構成する金属基板レイヤー及び銀（Ａｇ）レイヤーと一緒に前記通電レイヤーが事故電流の帰路導体として使われるために，前記超伝導線材の表面が銅でメッキされるか，あるいは前記超伝導線材の側面がソルダリングされることを特徴とする超伝導ケーブル。
【請求項７】
前記通電レイヤーを構成する金属は黄銅（Brass）素材であることを特徴とする請求項６記載の超伝導ケーブル。
【請求項８】
前記通電レイヤーは，０．１ミリメートル（ｍｍ）〜０．２ミリメートル（ｍｍ）の厚さを有することを特徴とする請求項６又は７記載の超伝導ケーブル。
【請求項９】
前記超伝導線材を構成する前記金属基板レイヤーの外側及び前記銀（Ａｇ）レイヤーの外側の両方に前もって決定された厚さを有する金属通電レイヤーを備える場合，前記超伝導線材に金属通電レイヤーを備えない場合より，前記フォーマーの電気的短絡事故の発生時に前もって決定された時間の間に要求される最少通電量条件である最小短絡条件を満たす最小断面積が小さいことを特徴とする請求項６又は７記載の超伝導ケーブル。
【請求項１０】
前記最小短絡条件は５０ＫＡ／ｓｅｃ又は２５ＫＡ／０．５ｓｅｃのいずれか一つであることを特徴とする請求項９記載の超伝導ケーブル。
【請求項１１】
前記通電レイヤーを前記超伝導線材にソルダリングするためのソルダーはスズ（Ｓｎ），鉛（Ｐｂ）及び銀（Ａｇ）を構成成分とし，融点は２００℃以下であることを特徴とする請求項６記載の超伝導ケーブル。
【請求項１２】
円形又は円形パイプ形態に圧縮された複数本の導体素線；
前記複数本の導体素線の外側に配置されて少なくとも１層以上の超伝導導体層を形成する複数本の厚さｙ（ｍｍ）の超伝導線材；
前記超伝導導体層を形成する複数本の超伝導線材の外側に複数回巻き付けられて絶縁層を形成する絶縁紙；及び
前記絶縁紙の外側に配置されて少なくとも１層以上の超伝導遮蔽層を形成する複数本の厚さｙ（ｍｍ）の超伝導線材；を含み，
前記超伝導導体層及び前記超伝導遮蔽層を構成するそれぞれの超伝導線材の両面に金属薄膜層が付け加えられ，
前記超伝導線材と前記金属薄膜層を電気的に接続するために，前記超伝導線材の側面がソルダリングされるかあるいは前記超伝導線材の表面が銅でコートされ，前記金属薄膜層が事故電流の帰路として使われることを特徴とする超伝導ケーブル。
【請求項１３】
前記金属薄膜層は０．１ミリメートル（ｍｍ）〜０．２ミリメートル（ｍｍ）の厚さの黄銅（brass）素材で構成されることを特徴とする請求項１２記載の超伝導ケーブル。
【請求項１４】
前記金属薄膜層はスズ（Ｓｎ），鉛（Ｐｂ）及び銀（Ａｇ）を構成成分とするソルダーによってソルダリングされることを特徴とする，請求項１２に記載の超伝導ケーブル。
【請求項１５】
前記金属薄膜層が付け加えられた超伝導線材の引張強度は９５パーセント電流減衰（IC relentation)基準で２００メガパスカル（ＭＰａ）〜８００メガパスカル（ＭＰａ）であることを特徴とする請求項１２記載の超伝導ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，超伝導ケーブルに関し，より詳しくは，超伝導線材の物理的剛性を補強し，ひいては事故電流の分流経路を多変化してフォーマーの直径（断面積）又は重量を低減することができる超伝導ケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超伝導線材は，一定温度で電気抵抗がゼロ近くに収斂するので，低電圧でも大きな電力伝送能力を有する。
【０００３】
このような超伝導線材を備える超伝導ケーブルは，極低温環境を形成するか維持するために窒素などの冷媒を使って冷却させる方法及び／又は真空層を形成する断熱の方法を使う。
【０００４】
従来紹介された超伝導ケーブルを構成する超伝導線材は，超伝導ケーブルを製造するためにフォーマーなどの外側に螺旋状に巻線された状態でドラムなどに巻き付けられるか，敷設区間で超伝導ケーブルが曲げられる場合，持続的なテンション又はねじれが負荷され，このようなストレスは厚さが０．１ｍｍ程度しかならない超伝導線材の切れなどの問題を発生させることがある。特に，全体超伝導ケーブルにおいて超伝導線材が占めるコストの割合が最も高いので，超伝導線材の耐久性又は物理的信頼性が要求される。
【０００５】
そして，超伝導ケーブルは，コア部の最内部にフォーマーを備えることができる。フォーマーは複数の銅などの金属素材で構成される素線を備えることができる。フォーマーを構成するそれぞれの素線を超伝導線材と並列で接続し，超伝導システム電力系統で故障電流の発生時，帰路導体として機能することができる。
【０００６】
しかし，事故電流の帰路の機能をするフォーマーを構成する線材としては一般金属導体が使われるので，超伝導線材に比べて相対的に大きな直径を有し，超伝導ケーブルの総直径に対し相当部分を占める。
【０００７】
しかし，超伝導ケーブルを構成する超伝導線材の剛性を補強しながらもフォーマーなどの直径を低減することができる超伝導線材を備えた超伝導ケーブルは未だ提案されたことがない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は超伝導線材の物理的剛性を補強し，ひいては事故電流の分流経路を多変化してフォーマーの直径（断面積）又は重量を低減することができる超伝導ケーブルを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために，本発明は，複数本の銅素線で構成されるフォーマー，複数本の超伝導線材で構成される超伝導導体層，絶縁層及び複数本の超伝導線材で構成される超伝導遮蔽層を順次備えるコア部を備え，前記フォーマーと超伝導導体層を構成するそれぞれの超伝導線材が並列で接続される超伝導ケーブルであって，前記超伝導導体層を構成するそれぞれの超伝導線材の機械的剛性を補強するために，それぞれの前記超伝導線材の両面に常温で通電性を有する金属素材の通電レイヤーを含み，前記フォーマーの断面積は，超伝導線材に通電レイヤーが付け加えられていない超伝導ケーブルから全ての事故電流が，フォーマーに流れることを前提として設計されたフォーマーの断面積より小さいことを特徴とする超伝導ケーブルを提供することができる。
【００１０】
この場合，前記コア部を構成するフォーマーの前記最小断面積は５０ＫＡ／ｓｅｃ又は２５ＫＡ／０．５ｓｅｃの最小短絡条件を満たす断面積であってもよい。
【００１１】
そして，前記通電レイヤーは黄銅素材でなり，前記通電レイヤーが付け加えられた超伝導線材の幅をｘ（ｍｍ）及び厚さを３ｙ〜５ｙにする場合，前記フォーマーの最小断面積は０．６Ａ（ｍｍ２）〜０．９Ａ（ｍｍ２）であってもよい。
【００１２】
ここで，前記超伝導線材は銀（Ａｇ）レイヤーを含み，前記超伝導導体層を構成する超伝導線材の前記通電レイヤー及び前記銀（Ａｇ）レイヤーは前記超伝導線材の側面ソルダリング又は表面金属コーティングによって電気的に接続されることができる。
【００１３】
ここで，前記通電レイヤーが付け加えられた超伝導線材の引張強度は９５パーセント電流減衰（IC relentation）基準で２００メガパスカル（ＭＰａ）〜８００メガパスカル（ＭＰａ）であってもよい。
【００１４】
この場合，前記超伝導線材の両面に付け加えられる前記通電レイヤーの厚さは０．１ミリメートル（ｍｍ）〜０．２ミリメートル（ｍｍ）であってもよい。
【００１５】
また，前記課題を解決するために，本発明は，フォーマー，前記フォーマーの外側に前記フォーマーの長手方向に並んで配置される複数本の超伝導線材を含む少なくとも１層以上の超伝導導体層及び前記超伝導導体層の外側に，前記フォーマーの長手方向に並んで配置される複数本の超伝導線材を含んでなる少なくとも１層以上の超伝導遮蔽層を含み，前記超伝導導体層及び超伝導遮蔽層を構成する超伝導線材は，金属基板レイヤー，前記金属基板レイヤーの上部に複数層で蒸着され，超伝導レイヤーを含んで構成された蒸着レイヤー及び前記蒸着レイヤーの外側に備えられる銀素材で構成される銀（Ａｇ）レイヤーを含み，前記超伝導線材を構成する前記金属基板レイヤーの外側及び前記銀（Ａｇ）レイヤーの外側両面に前記フォーマーと一緒に事故電流の発生時に事故電流の帰路導体として使われるように常温で通電性を有する金属素材の通電レイヤーがさらに付け加えられることを特徴とする超伝導ケーブルを提供することができる。
【００１６】
そして，前記通電レイヤーを構成する金属は黄銅（Brass）素材であってもよい。
【００１７】
ここで，前記通電レイヤーは，０．１ミリメートル（ｍｍ）〜０．２ミリメートル（ｍｍ）の厚さを有することができる。
【００１８】
ここで，前記超伝導線材を構成する前記金属基板レイヤーの外側及び前記銀（Ａｇ）レイヤーの外側の両方に前もって決定された厚さを有する金属通電レイヤーを備える場合，前記超伝導線材に金属通電レイヤーを備えない場合より，前記フォーマーの電気的短絡事故の発生時に前もって決定された時間の間に要求される最少通電量条件である最小短絡条件を満たす最小断面積が小さくてもよい。
【００１９】
ここで，前記最小短絡条件は５０ＫＡ／ｓｅｃ又は２５ＫＡ／０．５ｓｅｃのいずれか一つであってもよい。
【００２０】
この場合，前記通電レイヤーは，前記超伝導線材にソルダリングされることができる。
【００２１】
そして，前記通電レイヤーを前記超伝導線材にソルダリングするためのソルダーはスズ（Ｓｎ），鉛（Ｐｂ）及び銀（Ａｇ）を構成成分とし，融点は２００℃以下であってもよい。
【００２２】
ここで，前記超伝導線材を構成する金属基板レイヤー及び銀（Ａｇ）レイヤーと一緒に前記通電レイヤーが事故電流の帰路導体として使われるために，前記超伝導線材の表面が銅でメッキされるか，あるいは前記超伝導線材の側面がソルダリングされることができる。
【００２３】
ここで，円形又は円形パイプ形態に圧縮された複数本の導体素線，前記複数本の導体素線の外側に配置されて少なくとも１層以上の超伝導導体層を形成する複数本の超伝導線材，前記超伝導導体層を形成する複数本の超伝導線材の外側に複数回巻き付けられて絶縁層を形成する絶縁紙，及び前記絶縁紙の外側に配置されて少なくとも１層以上の超伝導遮蔽層を形成する複数本の超伝導線材を含み，前記超伝導導体層及び前記超伝導遮蔽層を構成するそれぞれの超伝導線材の両面に金属薄膜層が付け加えられることができる。
【００２４】
前記金属薄膜層は０．１ミリメートル（ｍｍ）〜０．２ミリメートル（ｍｍ）の厚さの黄銅（brass）素材で構成されることができる。
【００２５】
この場合，前記金属薄膜層はスズ（Ｓｎ），鉛（Ｐｂ）及び銀（Ａｇ）を構成成分とするソルダーによってソルダリングされることができる。
【００２６】
そして，前記超伝導線材と前記金属薄膜層を電気的に接続するために，前記超伝導線材の側面がソルダリングされるかあるいは前記超伝導線材の表面が銅でコートされ，前記金属薄膜層が事故電流の帰路として使われることができる。
【００２７】
ここで，前記金属薄膜層が付け加えられた超伝導線材の引張強度は９５パーセント電流減衰（IC relentation)基準で２００メガパスカル（ＭＰａ）〜８００メガパスカル（ＭＰａ）であってもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明による超伝導ケーブルによると，超伝導線材に金属薄膜層形態の通電レイヤーを付け加えて超伝導線材の物理的剛性を補強することができる。
【００２９】
また，本発明による超伝導ケーブルによると，前記金属薄膜層形態の通電レイヤーによって事故電流の分流経路を多変化してフォーマーの直径（断面積）又は重量を低減できる。
【００３０】
また，本発明による超伝導ケーブルによると，超伝導線材そのものに事故電流の通電が可能な通電レイヤーを付け加えて超伝導ケーブルの中心部に備えることで，事故電流の帰路の機能をするためのフォーマーの直径を従来より減らして超伝導ケーブルの総直径を低減できる。
【００３１】
また，本発明による超伝導ケーブルによると，超伝導ケーブルのコアを構成するフォーマーの大きさを減らして超伝導ケーブルの大きさを低減すると共に超伝導ケーブルの原価及びその他諸般のコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による超伝導ケーブルの構成部材の積層状態を示す部分断面斜視図を示す。
【図２】図１に示す超伝導ケーブルの断面図を示す。
【図３】超伝導ケーブルに適用可能な超伝導線材の例を示す。
【図４】本発明による超伝導ケーブルに適用可能な超伝導線材のいくつかの例の断面図を示す。
【図５】本発明による超伝導ケーブルの他の実施例を示す。
【図６】図５に示す超伝導ケーブルが水平方向に配置された状態の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下，添付図面に基づいて本発明の好適な実施例を詳細に説明する。しかし，本発明は，ここで説明する実施例に限定されず，他の形態に具体化されることもできる。むしろ，ここで紹介する実施例は開示の内容が徹底的で完全になるように，かつ当業者に本発明の思想が充分に伝達されるようにするために提供するものである。明細書全般にわたって同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【００３４】
図１は本発明による超伝導ケーブルの段階別に破断した斜視図を示し，図２は１に示す超伝導ケーブルの断面図を示す。
【００３５】
本発明による超伝導ケーブルの基本構造を説明する。
【００３６】
図１に示す超伝導ケーブルは，フォーマー１１０，前記フォーマー１１０の外部を取り囲むように前記フォーマー１１０の長手方向に並んで配置される複数本の超伝導線材を含む少なくとも１層以上の超伝導導体層１３０，前記超伝導導体層１３０を取り囲む絶縁テープ１４０及び前記絶縁テープ１４０の外部を取り囲むように前記フォーマー１１０の長手方向に並んで配置される複数本の超伝導線材を含んでなる少なくとも１層以上の超伝導遮蔽層１８０を含むコア部１００，前記コア部１００を冷却するために，前記コア部１００外側に備えられ，前記コア部１００を冷却するための液状冷媒の冷媒流路を備える冷却部２００，前記冷却部２００の外側に備えられる内部金属管３００，前記内部金属管３００の外側に備えられ，断熱材４０１が多層で巻き付けられた断熱層を形成する断熱部４００，前記冷却部２００を真空断熱させるために，前記断熱部４００の外部の離隔した位置に複数のスペーサー５６０を備える真空部５００，前記真空部５００の外側に備えられる外部金属管６００，及び前記外部金属管６００の外側に備えられてシース層をなす外部ジャケット７００を含むことができる。
【００３７】
超伝導ケーブルを順次構成するそれぞれの構成要素を検討すると以下のとおりである。前記フォーマー１１０は平たくて長い超伝導線材をフォーマー１１０の周りに装着する場所を提供すると共に形状を形成するための型の機能をし，事故電流が流れる経路となることができる。前記フォーマー１１０は断面円形の複数の銅（Ｃｕ）導体素線１１１を円形に圧縮した形態を有することができる。
【００３８】
具体的に，基本的にフォーマー１１０は丸い円筒形になり，平たくて長い超伝導線材が配置されるための型の機能をする。前記フォーマー１１０の直径は，超伝導線材の幅を考慮し，超伝導線材が浮き上がらず超伝導線材同士がフォーマー１１０に配置されたとき，できるだけ円形に近い構造になるように決定される。
【００３９】
図１及び図２に示すように，前記フォーマーは中心部が一杯に充填された形態に構成されることもできるが，前記フォーマー１１０は中空のパイプ状になり，超伝導線材が配置されるためのフレームの機能と共に内部に冷媒が移動するための経路の機能をするように構成されることができ，フォーマーを構成するそれぞれの導体素線１１１は銅などで構成されることができ，それぞれの素線をそれぞれの超伝導線材と並列で接続することにより，電力系統で電力システムの短絡（クエンチ，稲妻，絶縁破壊など）による故障電流の発生時，帰路導体の機能をするように構成することもできる。
【００４０】
電力系統で故障電流の発生時，帰路導体の機能は導体素線１１１で構成されるフォーマー以外にも，後述するようにそれぞれの超伝導線材に付着され，常温で通電性を有する金属素材の通電レイヤーによって果たされる。前記通電レイヤーは金属素材のテープ形態であってもよい。これについての詳細な説明は後述する。
【００４１】
故障電流の容量によって素線を構成する銅などの導体断面積を決定することができ，高圧の場合，銅素線を円形に圧縮し，延線した形態になることができる。
【００４２】
後述するように，本発明による超伝導ケーブルを構成する超伝導線材は，超伝導線材の機械的剛性を補強するために，超伝導線材の両面に常温で通電性を有する金属素材の通電レイヤーを備える。このような通電レイヤーは機械的剛性を補強し，超伝導線材の巻線時にねじり応力による切れなどを防止することができる。
【００４３】
このような通電レイヤーは超伝導線材の機械的剛性を補強すると共に，短絡などの事故発生時に前記フォーマーと一緒に事故電流の帰路の機能を分担して遂行することができるので，本発明による超伝導ケーブルのフォーマーは従来の一般的な超伝導ケーブルを構成するフォーマーの直径より小さい直径を有することができる。これについての具体的な説明は後に開示する。
【００４４】
前記フォーマー１１０を構成する多数本の断面円形の導体素線１１１を円形に圧縮した延線の形態を成すため，フォーマー１１０の表面がでこぼこするしかない。よって，フォーマー１１０のでこぼこした表面を平滑にするためにフォーマー１１０の外部に平滑層１２０が被覆されることができる。前記平滑層１２０は半導電性カーボン紙又は黄銅テープなどの素材でなることができる。
【００４５】
前記平滑層１２０と超伝導導体層１３０の間には，図面に示されていないが，クッション層をさらに備えることができる。前記クッション層は半導電性カーボン紙テープでなり，超伝導導体層を保護するために備えられることができる。
【００４６】
前記平滑層１２０によって平坦化した前記フォーマー１１０の外側に複数本の超伝導線材１３１で取り囲まれて層が形成される第１超伝導導体層１３０ａを備えることができる。第１超伝導導体層１３０ａは複数本の超伝導線材が並んで隣り合って前記平滑層１２０の周りを取り囲むように取り付けられることができる。
【００４７】
また，図１に示すように，超伝導ケーブルを介して送電又は配電しようとする電流の容量によって超伝導導体層１３０は複層で構成することもできる。
【００４８】
図１に示す実施例は全部２層の超伝導導体層１３０ａ，１３０ｂを備えたものを示す。また，超伝導導体層を単純に積層して配置すれば，電流の表皮効果によって電流容量が増加しない。このような問題点を防止するために，超伝導導体層を複層で備える場合には，超伝導導体層１３０ａ，１３０ｂの間に絶縁テープ１４０を備えることができる。前記絶縁テープ１４０は積層される超伝導導体層１３０ａ，１３０ｂの間に配置されて超伝導導体層１３０ａ，１３０ｂを互いに絶縁させることで，積層された超伝導線材の表皮効果を防止することができる。前記絶縁テープ１４０によって複層で積層された超伝導導体層の通電方向が一致することができる。
【００４９】
図１に示す実施例において，前記超伝導導体層１３０は第１超伝導導体層１３０ａと第２超伝導導体層１３０ｂの２層で構成された例を示したが，必要によってもっと多い層の超伝導導体層を備えることもできる。
【００５０】
そして，それぞれの超伝導導体層１３０ａ，１３０ｂを構成するそれぞれの超伝導線材はフォーマー１１０を構成するそれぞれの素線と並列で接続されることができる。超伝導線材に流れた電流が短絡（クエンチ，稲妻，絶縁破壊，超伝導条件の破壊など）などの事故時にフォーマー１１０の素線に事故電流が分流されるようにするためである。このような方法で超伝導線材の発熱又は損傷などを防止することができる。
【００５１】
前記第１超伝導導体層１３０ａの外側に備えられる第２超伝導導体層１３０ｂの外部に内部半導電層１５０を備えることができる。前記内部半導電層１５０は超伝導導体層１３０の領域別の電界集中を緩和し，表面電界を均一にするために備えることができる。具体的に，超伝導線材のエッジ部分で発生する電界集中を緩和し，電界分布を均一にするために備えることができる。これは後述する外部半導電層１７０も同様である。
【００５２】
前記内部半導電層１５０は半導電性テープが巻き付けられる方式で構成されることができる。
【００５３】
前記内部半導電層１５０の外側には絶縁層１６０を備えることができる。前記絶縁層１６０は超伝導ケーブルの絶縁耐力を増加させるために備えることができる。一般的に，高電圧ケーブルの絶縁のためにはＸＬＰＥ（Cross Linking-Polyethylene）又はオイル方式（oil filled cable）が使われるが，超伝導ケーブルは超伝導線材の超伝導性のために極低温に冷却され，極低温ではＸＬＰＥが破損されて絶縁破壊される問題点があり，オイル方式（oil filled cable)は環境問題などが発生することができるので，本発明による超伝導ケーブルは，絶縁層１６０として一般紙素材の絶縁紙を使うことができ，前記絶縁層１６０は絶縁紙を複数回巻き付ける方式で構成されることができる。
【００５４】
前記絶縁紙としてはクラフト紙又はＰＰＬＰ（Polypropylene Laminated Paper)が主に使われる。多様な絶縁物質のうち，超伝導ケーブルの場合に巻付けの容易性と絶縁耐力特性を考慮してＰＰＬＰ絶縁紙を使う。
【００５５】
前記絶縁層１６０の外部には外部半導電層１７０を備えることができる。前記外部半導電層も，超伝導導体層１３０の領域別電界集中を緩和し，表面電界を均一にするために備えることができ，前記外部半導電層１７０も半導電性テープが巻き付けられる方式で構成されることができる。
【００５６】
そして，前記外部半導電層１７０の外側には超伝導遮蔽層１８０を備えることができる。前記超伝導遮蔽層１８０を形成する方法は前記超伝導導体層１３０を形成する方法と同一であってもよい。前記外部半導電層１７０の表面が均一でない場合には，必要によって平滑層（図示せず）を備えることができ，前記平滑層の外部に超伝導遮蔽層１８０を形成するための超伝導線材をそれぞれ円周方向に並んで配置することができる。
【００５７】
２世代超伝導線材で構成された遮蔽層に通電する電流は超伝導導体層に流れる電流の約９５％程度となるように設計することによって漏洩磁界を最少化することができる。
【００５８】
前記超伝導遮蔽層１８０の外側にはコア部１００の外装の機能をするコア外装層１９０を備えることができる。前記コア外装層１９０は各種のテープ又はバインダーなどを含むことができ，後述する冷却層にコア部１００が露出されるように外装の機能及びコア部１００の全ての構成物を結束する機能をし，ＳＵＳ素材などの金属テープで構成されることができる。
【００５９】
このような方法で超伝導ケーブルのコア部１００を構成することができ，図１及び図２で前記平滑層及び前記半導電層は同一素材の単層でなるものとして示されたが，必要によって多様な付属層を付け加えることができる。
【００６０】
前記コア部１００の外側には冷却部２００を備えることができる。前記冷却部２００は前記コア部１００の超伝導線材を冷却するために備えることができ，前記冷却部２００はその内側に液状冷媒の循環流路を備えることができる。前記液状冷媒としては液状窒素を使うことができ，前記液状冷媒（液状窒素）は零下２００度程度の温度を有するように冷却された状態で前記冷却流路を循環し，冷却部の内部のコア部１００に備えられる超伝導線材の超伝導条件である極低温を維持することができる。
【００６１】
前記冷却部２００に備えられる冷却流路は一方向に液状冷媒が流れるようにすることができ，超伝導ケーブルの接続箱などで回収されて再冷却され，さらに前記冷却部２００の冷却流路に供給されることができる。
【００６２】
前記冷却部２００の外側には内部金属管３００を備えることができる。前記内部金属管３００は後述する外部金属管６００と一緒に超伝導ケーブルの敷設及び運転中にコア部１００の機械的損傷を防止するための超伝導ケーブルの外装の機能をする。超伝導ケーブルは製作及び運搬が容易になるようにドラムに巻き付けられ，設置時にはドラムに巻き付けられたケーブルを展開して設置するので，超伝導ケーブルには曲げ応力又は引張応力が持続的に印加されることができる。
【００６３】
このような機械的応力が印加される状況でも初期性能を維持するために内部金属管３００を備えることができる。よって，前記内部金属管３００は機械的応力に対する剛性補強のために超伝導ケーブルの長さ方向に隆起及び陥没が繰り返される波形構造（corrugated）を有し，前記内部金属管３００はアルミニウムなどの素材で構成されることができる。
【００６４】
前記内部金属管３００は前記冷却部２００の外側に備えられるので，液状冷媒の温度に対応する極低温になることもある。よって，前記内部金属管３００は低温部金属管で構成されることができる。
【００６５】
また，前記内部金属管３００の外周面には反射率の高い金属フィルムに熱伝導率の低い高分子が薄くコートされた断熱材が多層で巻き付けられた断熱層を含む断熱部４００を備えることができる。前記断熱層はマルチレイヤーインシュレーション（MLI,Multi Layer Insulation)を構成し，前記内部金属管３００側に熱が浸入することを遮断するために備えることができる。
【００６６】
特に，前記内部金属管３００が金属素材で構成されるので，伝導による熱浸入又は熱交換が容易であるので，前記断熱部４００は主に伝導による熱交換又は熱浸入を最少化することができ，反射率の高い金属フィルム素材によって，輻射による熱交換又は熱浸入を防止する効果も得ることができる。
【００６７】
前記断熱部４００の層数は熱浸入を最少化するために調節可能である。多層で構成されれば放射熱遮断効果は高くなるが，伝導熱遮断効果と真空層の厚さが薄くなることによる対流による熱遮断効果が低下するので，適切な層数を使うことが重要である。
【００６８】
前記断熱部４００の外側には真空部５００を備えることができる。前記真空部５００は前記断熱部４００による断熱が十分でない場合に発生し得る前記断熱層方向への対流などによる熱伝達を最少化するために備えることができる。
【００６９】
前記真空部５００は前記断熱部４００の外側に離隔空間を形成し，前記離隔空間を真空化させる方法で形成することができる。
【００７０】
前記真空部５００は常温の外部から前記コア部側に対流などによる熱浸入を防止するために備えられる離隔空間であり，物理的離隔空間を形成するために少なくとも一つのスペーサー５６０を備えることができる。前記真空部５００内の離隔空間の外側に備えられる外部金属管６００などと前記真空部５００の内側の前記断熱部４００が接触することを超伝導ケーブルの全領域で防止するために，前記離隔空間内に少なくとも一つのスペーサー５６０を備えることができ，具体的に超伝導ケーブル又はスペーサーの種類又は大きさによって増減することができる。図１及び図２に示す超伝導ケーブル１０００は四つのスペーサーを備えるものであるが，その個数は増減することができる。
【００７１】
前記スペーサー５６０は超伝導ケーブルの長手方向に沿って配置されることができ，前記コア部１００の外側，具体的には前記断熱部４００を螺旋形又は円形に取り囲むように巻線することができる。
【００７２】
本発明による超伝導ケーブルは三つないし五つの前記スペーサー５６０を備えることができる。前記スペーサーは離隔空間を形成して伝導による熱交換を防止することができ，スペーサーの構造は単層又は複層でなることができる。
【００７３】
前記スペーサー５６０の素材はポリエチレン（ＦＥＰ，ＰＦＡ，ＥＴＦＥ，ＰＶＣ，Ｐ．Ｅ，ＰＴＦＥ）素材であってもよい。
【００７４】
また，前記スペーサー５６０は必要によってフッ化ポリエチレン（ＰＴＦＥ，Poly Tetra Fluoro Ethylene)素材でなるか，一般の樹脂又はポリエチレン素材で構成された後，表面がフッ化ポリエチレンなどでコートされることができる。この場合，前記フッ化ポリエチレンはテフロンであってもよい。
【００７５】
テフロン（Teflon：登録商標）はフッ素樹脂の一種であり，テフロンはフッ素と炭素の力強い化学的結合によって非常に安定した化合物を形成することによってほぼ完璧な化学的非活性及び耐熱性，非粘着性，優れた絶縁安全性，低い摩擦係数などの特性を有している。また，テフロンはある程度の柔軟性を有するので，前記断熱部４００を螺旋形に取り囲み，超伝導ケーブルの長手方向に巻線されて配置されることができ，ある程度の強度を有するので，断熱部４００と外部金属管６００の接触を防止する離隔手段として活用され，真空部５００をなす離隔空間を物理的に維持する機能をすることができる。前記スペーサー５６０の直径は４ミリメートル（ｍｍ）〜８ミリメートル（ｍｍ）であってもよい。前記スペーサー５６０の断面形態は，円形，三角形，四角形，星形などの多様な形態が可能である。
【００７６】
前記スペーサー５６０が備えられた前記真空部５００の外側には外部金属管６００を備えることができる。前記外部金属管６００は前記内部金属管３００と同一の形態及び素材でなることができ，前記外部金属管６００は前記内部金属管３００より大きな直径となり，スペーサー５６０による離隔空間を形成することができる。前記スペーサー５６０についての詳細な説明は後で開示する。
【００７７】
そして，前記外部金属管６００の外側には超伝導ケーブルの内部を保護するための外装機能をする外部ジャケット７００を備えることができる。前記外部ジャケットとしては通常的な電力用ケーブルの外部ジャケット７００をなすシース材を使うことができる。前記外部ジャケット７００は，その内部の金属管６００などの腐食を防止し，外力によるケーブル損傷を防止することができる。ポリエチレン（ＰＥ）ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などの素材で構成されることができる。
【００７８】
図３は超伝導ケーブルに適用可能な超伝導線材の例を示す。具体的に，図３（ａ）は通電レイヤーを備えていない既存の超伝導線材１３１’の断面図を示し，図３（ｂ）は常温通電性を有する金属素材の通電レイヤーが付け加えられた超伝導線材１３１を示す。
【００７９】
本発明による超伝導ケーブルは，前述したように，複数本の銅素線１１１で構成されるフォーマー１１０，複数本の超伝導線材１３１で構成される超伝導導体層１３０，絶縁層及び複数本の超伝導線材で構成される超伝導遮蔽層１８０を順次備えるコア部１００を備え，前記フォーマー１１０と超伝導導体層１３０を構成するそれぞれの超伝導線材１３１が並列で接続される超伝導ケーブルにおいて，
前記超伝導導体層１３０を構成するそれぞれの超伝導線材の機械的剛性を補強するためにそれぞれの前記超伝導線材の両面に常温で通電性を有する金属素材の通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２を含み，
前記フォーマー１１０の断面積は超伝導線材に通電レイヤーが付け加えられていない超伝導ケーブルから全ての事故電流がフォーマーに流れることを前提として設計されたフォーマーの断面積より小さいことを特徴とすることができる。
【００８０】
超伝導ケーブルを構成する超伝導線材は超伝導ケーブルの長手方向に沿って螺旋状に巻線されてねじり応力が持続的に印加されるので，超伝導ケーブルの製作過程又は巻付け取過程で超伝導線材の切れ現象が発生し得，超伝導ケーブルは前述したように，短絡（クエンチ，稲妻，絶縁破壊，超伝導条件の破壊など）などの事故時に帰路導体としてフォーマー１１０が使われる。
【００８１】
本発明による超伝導ケーブルを構成する超伝導線材は両面に常温通電性を有する金属素材の通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２を備えて超伝導線材自体の機械的剛性を補強する効果を提供すると共に超伝導システムの短絡事故の発生時に通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２が帰路導体の機能をフォーマーと一緒にするようになるので，通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２を備えていない超伝導線材が適用された超伝導ケーブルに比べてフォーマーの直径を低減することができ，超伝導ケーブルの総直径と重量を低減する効果を得ることができる。具体的に検討する。
【００８２】
本発明による超伝導ケーブルは，超伝導線材の剛性補強のために超伝導線材に通電性金属素材の通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２を付け加え，付け加えられた通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２を事故導体の帰路としても使うことができるので，通電レイヤーが付け加えられていない超伝導線材が使用された超伝導ケーブルに比べてフォーマーの断面積を低減できる。
【００８３】
すなわち，超伝導線材に通電性金属素材の通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２を付け加えない場合，全ての事故電流はほとんどフォーマーにのみ流れることになるはずであり，全ての事故電流に備えるようにフォーマーの断面積が設計されるはずであるが，超伝導線材に通電性金属素材の通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２を備えれば，事故電流が通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２にも分流されることができるので，フォーマーの設計時，通電レイヤーの総断面積を考慮して断面積を決定することができる。
【００８４】
図３に示すように，前記超伝導導体層１３０を構成する超伝導線材の幅がｘ（ｍｍ）及び厚さがｙ（ｍｍ）であり，電気的短絡事故の発生時，前もって決定された時間の間に要求される最少通電量条件である最小短絡条件を満たすための前記フォーマーの最小断面積がＡ（ｍｍ２）以上であり，前記超伝導導体層を構成するそれぞれの超伝導線材の機械的剛性を補強するために前記超伝導線材の両面に常温で通電性を有する金属素材の通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２を付け加える場合のフォーマーの最小断面積はＡ（ｍｍ２）より小さいサイズを有することができる。より詳細に検討すると次のようである。
【００８５】
図３（ａ）に示す従来の超伝導線材は幅がｘ（ｍｍ）及び厚さがｙ（ｍｍ）であり，図３（ｂ）に示す本発明による超伝導ケーブルに適用される超伝導線材は，従来の超伝導線材の両面に，金属素材を含んでなり，幅ｘ（ｍｍ）及び厚さｙ（ｍｍ）〜２ｙ（ｍｍ）の通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２が付け加えられる。
【００８６】
したがって，本発明による超伝導ケーブルに適用される超伝導線材１３１は，既存の超伝導線材１３１’に厚さがｙ（ｍｍ）〜２ｙ（ｍｍ）である通電レイヤーを備え，総厚さが３ｙ（ｍｍ）〜５ｙ（ｍｍ）となることができる。
【００８７】
前記通電レイヤーは後述するようにソルダリングされて既存の超伝導線材に付け加えられることができる。
【００８８】
前記通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２が既存の超伝導線材１３１の両面にソルダリングされて付け加えられ，超伝導線材１３１の側面がソルダリングされるか超伝導線材１３１の全表面が金属でコートされれば，短絡などの事故発生時，事故電流はそれぞれの超伝導線材１３１とそれぞれ並列で接続されたフォーマー１１０の素線以外にもそれぞれの超伝導線材に付け加えられた通電レイヤー側にも分流されるので，通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２はフォーマーと一緒に帰路導体の機能を分担することができる。
【００８９】
また，それぞれの通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２は，幅がｘ（ｍｍ）で，厚さがｙ（ｍｍ）〜２ｙ（ｍｍ）であるが，既存の厚さがｙ（ｍｍ）である超伝導線材の両面にそれぞれ付け加えられるので，既存の超伝導線材の一面に２ｙ（ｍｍ）〜４ｙ（ｍｍ）の通電レイヤーを一つのみ付け加える場合より表皮効果などによる通電能力がもっと向上することができる。
【００９０】
超伝導線材の一面にのみ通電レイヤーを付け加える場合に比べ，超伝導線材の両面に通電レイヤーを付け加える場合，超伝導線材の曲げ時に通電レイヤーの分離現象を最少化し，剛性を補強することができ，帰路導体として通電レイヤーを活用する場合にも通電レイヤーを超伝導線材の両面に付け加えることが有利であり，フォーマーの直径を低減することが有利であることを推測できる。
【００９１】
具体的に，黄銅素材の通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２が付け加えられた超伝導線材１３１の厚さを，図３（ｂ）に示すように，３ｙ〜５ｙにする場合，前記常温通電性の金属薄膜層としての通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２が付け加えられた超伝導線材の引張強度は９５パーセント電流減衰基準で２００メガパスカル（ＭＰａ）〜８００メガパスカル（ＭＰａ）程度であることが確認され，超伝導線材を超伝導ケーブルに巻線する場合に十分な剛性を確保することができることが確認され，前記フォーマーの最小断面積は０．６Ａ（ｍｍ２）〜０．９Ａ（ｍｍ２）となることができることが実験及びシミュレーションの結果から確認可能であった。
【００９２】
具体的に，通電レイヤーが付け加えられていない，幅ｘ（ｍｍ）及び厚さｙ（ｍｍ）の超伝導線材が適用された超伝導ケーブルにおいて電気的短絡事故の発生時，前もって決定された時間の間に要求される最少通電量条件である最小短絡条件を満たすためのフォーマーの最小断面積がＡ（ｍｍ２）以上であり，前記通電レイヤーは黄銅素材でなり，前記通電レイヤーが付け加えられた超伝導線材の厚さを３ｙ〜５ｙにする場合，前記フォーマーの最小断面積は０．６Ａ（ｍｍ２）〜０．９Ａ（ｍｍ２）となることができることを意味する。
【００９３】
９５パーセント電流減衰（IC relentation)基準は超伝導線材の両端に漸進的に引張力を増加させながら初期通電量の９５パーセントの電流量が確保されるまでの引張力を測定する試験方法であるので，２００メガパスカル（ＭＰａ）〜８００メガパスカル（ＭＰａ）の引張力が超伝導線材に印加される場合にも少なくとも９５パーセントの通電量を確保することができることを意味するものである。
【００９４】
ここで，既存の超伝導線材の厚さが約０．１ミリメートル（ｍｍ），それぞれの通電レイヤーが約０．１ミリメートル（ｍｍ）〜０．２ミリメートル（ｍｍ）である場合，本発明による超伝導ケーブルの超伝導線材の厚さは０．３ミリメートル（ｍｍ）〜０．５ミリメートル（ｍｍ）になって既存の超伝導線材に比べて厚さが大きく増加したように見えるが，改善された超伝導線材の厚さも薄膜の水準に過ぎず超伝導ケーブルの総厚さに及ぶ影響は大きくないが，前述したように絶縁されない素線が密集した形態に構成されるフォーマーの断面積は１０パーセント（％）〜４０パーセント（％）程度まで減少することができる。
【００９５】
そして，フォーマーの断面積に関連したシミュレーションにおいて，前記フォーマーの短絡条件は，送電時に５０ＫＡ／ｓｅｃ又は配電時に２５ＫＡ／０．５ｓｅｃなどが使われ，国別又は電力供給者別に差があり得るが，同じ原理で超伝導線材の剛性を補強すると共に最小短絡条件を満たすためのフォーマーの最小断面積を低減できるという点で共通である。
【００９６】
したがって，前記のような送電又は配電の際，短絡事故の発生時の最小短絡条件を満たす既存の超伝導ケーブルのフォーマー最小断面積がＡ（ｍｍ２）である場合，本発明による超伝導ケーブルは超伝導ケーブルのフォーマー最小断面積が０．６Ａ（ｍｍ２）〜０．９Ａ（ｍｍ２）程度と１Ａ（ｍｍ２）より小さい値となることができる。
【００９７】
しかし，フォーマーの面積が減少した量に比例して超伝導導体層の面積が単純に増大したものではなく，超伝導導体層の総面積が増大したものよりずっと大きいフォーマーの面積減少が可能であることが確認された。これは，本発明による超伝導ケーブルを構成する超伝導線材に付け加えられる通電レイヤーを既存の超伝導線材の両面に付着することによる表皮効果による通電能力のためであると推測される。
【００９８】
図４は本発明による超伝導ケーブルを構成する超伝導線材の断面構成図である。
【００９９】
具体的に，図４（ａ）は本発明による超伝導ケーブルに適用可能な超伝導線材の一実施例の断面図を示し，図４（ｂ）は超伝導線材の他の実施例の断面図を示す。
【０１００】
説明の便宜のために，超伝導導体層を構成する超伝導線材１３１を例として説明する。
【０１０１】
本発明による超伝導ケーブルを構成する超伝導線材は１世代超伝導線材又は２世代超伝導線材であってもよい。
【０１０２】
特定の温度以下で電気抵抗が‘０’となる現象を超伝導現象と言い，絶対零度０Ｋ（−２７３℃）ではない１００Ｋ（−１７３℃）程度の，相対的に絶対温度に比べて高い温度で超伝導現象を示すものを高温超伝導（High Temperature Superconductor)と言う。電力ケーブルの分野で使われる超伝導線材としては高温超伝導体を使い，銀（Ａｇ）母材及びＢＳＣＣＯを主材料とする１世代線材と，ＹＢＣＯ又はＲｅＢＣＯを主材料とするCoated Conductor(CC)型の２世代線材が紹介された。２世代超伝導線材は，超伝導線材の蒸着レイヤーに備えられた超伝導物質として主にＹＢＣＯ又はＲｅＢＣＯ（Ｒｅ＝Ｓｍ，Ｇｄ，Ｎｄ，Ｄｙ，Ｈｏ）物質などが使われる超伝導線材を意味する。
【０１０３】
２世代超伝導線材を詳細に説明すると，２世代超伝導線材は，金属基板レイヤー，蒸着レイヤー，銀（Ａｇ）レイヤーなどを含んでなることができる。金属基板レイヤーは線材のベース部材として使われ，超伝導線材の機械的強度を維持する機能をし，ハステロイ（Hastelloy），ニッケル−タングステン（Ｎｉ−Ｗ）などの物質が使われることができる。前記蒸着レイヤーは金属基板に超伝導層を蒸着するためのバッファー（buffer）レイヤー，超伝導レイヤーを含み，通電時に電流の通電経路として使われる超伝導レイヤーを含んでなることができる。
【０１０４】
銀（Ａｇ）レイヤーは銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）合金レイヤーでなることができ，銀（Ａｇ）合金レイヤーは超伝導層と銅（Ｃｕ）合金レイヤーの間に位置し，蒸着を可能にし，銅（Ｃｕ）合金レイヤーは機械的強度を補強する機能をすることができる。それぞれの合金レイヤーは応用器機によって厚さと素材を異にして構成されることができ，常温通電性を有するという特性がある。
【０１０５】
本発明による超伝導ケーブルを構成する超伝導線材は１世代又は２世代超伝導線材であってもよく，１世代超伝導線材が銀（Ａｇ）を母材として使い，２世代超伝導線材が銀（Ａｇ）レイヤーを含むという点で共通するので，１世代超伝導線材の銀（Ａｇ）母材及び２世代超伝導線材の銀（Ａｇ）レイヤーは後述する通電レイヤーと一緒に事故電流の帰路導体として使われることができるので，１世代又は２世代超伝導線材は超伝導ケーブルのフォーマーの直径を低減することに寄与することができる。
【０１０６】
図４に示す本発明による超伝導ケーブルを構成する超伝導線材は２世代超伝導線材であり，ニッケル−タングステン（Ｎｉ−Ｗ）合金素材の金属基板レイヤーが使用された超伝導線材が使われることができる。図４には２種の超伝導線材が適用される例を示すが，１世代超伝導線材にも通電レイヤーを付け加える場合に類似の効果を得ることができる。
【０１０７】
図４（ａ）はＹＢＣＯ系の超伝導物質が使用された超伝導線材１３１を示し，図４（ｂ）はＲｅＢＣＯ系の超伝導物質が使用された超伝導線材１３１の断面図を示す。
【０１０８】
図４（ａ）に示す超伝導線材１３１を構成する金属基板レイヤー１３１１の素材はニッケル−タングステン（Ｎｉ−Ｗ）合金であってもよく，前記金属基板レイヤー１３１１は金属素材のテープ状に構成されることができる。
【０１０９】
前記ニッケル−タングステン（Ｎｉ−Ｗ）合金素材で構成される金属基板レイヤー１３１１の上部には複数のバッファーレイヤー１３１２，１３１３，１３１４及びＹＢＣＯ素材の超伝導レイヤー１３１５を含む蒸着レイヤーが備えられることができる。
【０１１０】
図４（ａ）に示す実施例において，３層のバッファーレイヤー１３１２，１３１３，１３１４が蒸着され，具体的にバッファーレイヤーを構成するそれぞれのレイヤーはＹ２Ｏ３，ＹＳＺ，ＣｅＯ２などの素材の層でなることができる。それぞれのバッファーレイヤーの上部にはＹＢＣＯ素材の超伝導レイヤー１３１５が蒸着され，前記超伝導レイヤー１３１５の外側には超伝導線材の保護などの目的で銀（Ａｇ）レイヤー１３１６としての銀（Ａｇ）層が備えられることができる。１世代超伝導線材の場合には銀（Ａｇ）素材の母材が使われるが，図４に示す超伝導線材の場合には銀（Ａｇ）レイヤー又は銀（Ａｇ）層が別に備えられる。
【０１１１】
本発明は，フォーマー，前記フォーマーの外側に前記フォーマーの長手方向に並んで配置される複数本の超伝導線材１３１を含む少なくとも１層以上の超伝導導体層，前記超伝導導体層の外側に前記フォーマーの長手方向に並んで配置される複数本の超伝導線材１３１を含んでなる少なくとも１層以上の超伝導遮蔽層を含み，前記超伝導導体層１３０及び超伝導遮蔽層１８０を構成する超伝導線材１３１は金属基板レイヤー１３１１及び前記金属基板レイヤー１３１１の上部に複数層として蒸着され，超伝導レイヤーを含んでなった蒸着レイヤー１３１２〜１３１５及び前記蒸着レイヤー１３１２〜１３１５の外側に備えられる銀素材で構成される銀（Ａｇ）レイヤー１３１６を含み，前記超伝導線材１３１を構成する前記金属基板レイヤー１３１１の外側及び前記銀（Ａｇ）レイヤー１３１６の外側両面に金属素材からなった通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２がさらに備えられることができる。
【０１１２】
図４（ａ）に示す超伝導線材１３１の上部及び下部，つまり基板レイヤー１３１１の外側及び前記銀（Ａｇ）レイヤー１３１６に金属素材の通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２が備えられることができる。
【０１１３】
前記通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２を前記超伝導線材１３１の両側に共に備える理由は，一側にのみ通電レイヤーが備えられる場合より物理的剛性を補強し，曲げ方向による物理的性質の偏差を最少化することができ，帰路導体としての容量を増大するためであるのは前述したようである。
【０１１４】
また，それぞれの超伝導導体層又は超伝導遮蔽層を構成する超伝導線材１３１は超伝導条件が維持されることを前提として設計容量による通電機能が具現されるが，システムの問題などによって超伝導条件が破壊される場合には，超伝導線材１３１に流れた電流は前述したフォーマーを介して通電するように構成され，前記フォーマーの直径又は導体素線の個数などは事故電流通電のための容量に対応して決定されることができる。
【０１１５】
しかし，フォーマー１１０の直径は超伝導ケーブルの総直径に対して大きなパーセントを占めるので，事故電流の通電に備えるためのフォーマーの直径を低減することによってこそ超伝導ケーブルの総直径又は重量を低減することができる。
【０１１６】
したがって，図４に示すように，超伝導線材１３１の上部と下部に金属素材，例えば黄銅素材の通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２を備えて超伝導線材１３１の剛性を補強すると共に事故電流の帰路導体として使い，フォーマーの直径などを最少化することができる。
【０１１７】
前記金属素材の通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２は金属薄膜層の形態に構成されることができ，具体的に黄銅（Brass）素材で構成されることができる。
【０１１８】
黄銅（brass）は銅に亜鉛を添加して作った合金で，真鍮とも言う。前記黄銅素材の金属素材の通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２は黄銅などの金属薄膜層の形態として付け加えられることができ，黄銅薄膜層は０．１ミリメートル（ｍｍ）〜０．２ミリメートル（ｍｍ）の厚さを有することができる。超伝導線材１３１の一側に付着される黄銅テープ形態の金属素材の通電レイヤーｍｅの厚さが０．１５ミリメートル（ｍｍ）であると仮定する場合，超伝導線材１３１の総厚さは約０．４ミリメートル（ｍｍ）程度となることができる。
【０１１９】
実験的に，金属素材の通電レイヤーの厚さが０．１ミリメートル（ｍｍ）以下であれば超伝導線材の十分な剛性補強が難しく，０．２ミリメートル（ｍｍ）以上であれば曲げ時に超伝導線材１３１から金属素材の通電レイヤーが分離される現象及び超伝導線材１３１の厚さが過度に厚くなる問題が発生し得ることが確認された。
【０１２０】
通常的な超伝導線材１３１の厚さが０．１ミリメートル（ｍｍ）程度であり，０．１５ミリメートル（ｍｍ）厚さの黄銅テープ形態の金属素材の通電レイヤーを両側に付着して厚さを０．４ミリメートル（ｍｍ）である４倍に増加させることができるが，総厚さが１ミリメートル（ｍｍ）もならないほどに充分に小さいので，超伝導ケーブルの総厚さに及ぶ影響は小さいが，超伝導線材１３１の剛性が補強され，事故電流の帰路導体として使われることができるので，結果としてフォーマーの直径又は重量を低減することができる。
【０１２１】
言い替えすれば，超伝導線材１３１の上部と下部に金属薄膜層としての黄銅素材の通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２を備えて超伝導線材１３１の剛性を補強すると共にフォーマーの直径又は重量を低減することができるので，前記超伝導線材１３１を構成する前記金属基板レイヤーの外側及び前記銀（Ａｇ）レイヤーの外側に共に前もって決定された厚さを有する通電レイヤーが備えられる場合，前記超伝導線材１３１に通電レイヤーが備えられていない場合より前記フォーマーの直径又は重量を低減することができることを意味する。
【０１２２】
そして，黄銅素材の金属薄膜層形態に構成される前記通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２を超伝導線材１３１に付け加える場合，全体超伝導線材１３１に備えられた通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２を介して通電する事故電流は１．５％以上であり，フォーマーの占積率及び表皮効果などを考慮する場合，同じ構造のフォーマーに比べて１０パーセント（％）〜４０パーセント（％）の直径（断面積）又は重量を低減することができたのは前述したようである。
【０１２３】
このように，前記超伝導線材１３１の両側に通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２をソルダーなどによって付着した状態で，事故電流の発生時，前記蒸着レイヤー１３１５の超伝導レイヤーを介して流れた電流が前記通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２に流れるようにするために，前記超伝導線材１３１に付着された通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２は電気的に接続されなければならない。
【０１２４】
したがって，前記超伝導線材１３１と超伝導線材１３１の両側に付着された通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２は事故電流の通電のためにそれぞれ並列で接続され，前記超伝導線材１３１と超伝導線材１３１の両側に付着された通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２をそれぞれ電気的に接続する方法は，図４に示されていないが，超伝導線材１３１の側面を金属系ソルダーでソルダリングするかあるいは超伝導線材１３１を電気伝導性の良い金属，例えば銅（Ｃｕ）素材でメッキする方法を使うことができる。
【０１２５】
両方法は共に通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２が付着された超伝導線材１３１の厚さ又は体積の増加を最少化しながらそれぞれの通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２と超伝導線材１３１を電気的に接続することができる。
【０１２６】
また，このように超伝導線材１３１を構成する金属基板レイヤー１３１１，超伝導レイヤーを含む蒸着レイヤー１３１２〜１３１５及び銀（Ａｇ）レイヤー１３１６が銅メッキ又は側面ソルダリングによって電気的にそれぞれ並列で接続されれば，前記超伝導レイヤー１３１５は金属基板レイヤー１３１１，銀（Ａｇ）レイヤー１３１６及びそれぞれの通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２が電気的に接続され，事故電流は前記通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２以外に前記金属基板レイヤー１３１１及び前記銀（Ａｇ）レイヤー１３１６まで分流されることができる。
【０１２７】
１世代超伝導線材に通電レイヤーが備えられた場合にも，銀（Ａｇ）素材の母材も２世代超伝導線材の銀層と一緒に事故電流が分流される帰路導体として使われることができるのは前述したようである。
【０１２８】
前記通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２を介した事故電流の分流が１．５％以上で，前記フォーマーを介した事故電流の分流が大部分であるが，前記金属基板レイヤー１３１１及び前記銀（Ａｇ）レイヤー１３１６を介した事故電流の分流に使われることができる。
【０１２９】
そして，前記金属薄膜層としての通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２は前記超伝導線材１３１にソルダリングされて付着されることができる。前記通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２を前記超伝導線材１３１の両側にソルダリングするためのソルダーはスズ（Ｓｎ），鉛（Ｐｂ）及び銀（Ａｇ）を構成成分とし，融点は２００℃以下の素材であってもよい。しかし，このようなソルダー素材以外にも前記通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２と前記超伝導線材１３１を構成する金属基板レイヤー１３１１又は銀（Ａｇ）レイヤー１３１６を通電可能に付着する方法であれば，多様なソルダー又は付着方法が適用されることもできる。
【０１３０】
図４（ｂ）はＲｅＢＣＯ系の超伝導物質が使用された超伝導線材１３１’を示す。図４（ａ）を参照した説明と重複する説明は省略する。
【０１３１】
図４（ｂ）に示す超伝導線材１３１’を構成する金属基板レイヤー１３１１’の素材はニッケル−タングステン（Ｎｉ−Ｗ）合金であってもよく，前記金属基板レイヤー１３１１’は金属薄膜層形態に構成されることもできるのは同様である。
【０１３２】
前記ニッケル−タングステン（Ｎｉ−Ｗ）合金素材で構成される金属基板レイヤー１３１１’の上部には少なくとも６層からなったバッファーレイヤー１３１２’，１３１３’，１３１４’，１３１５’，１３１６’及び前記ＲｅＢＣＯ系の超伝導レイヤー１３１７’を含む蒸着レイヤー１３１２’〜１３１７’を備え，前記蒸着レイヤー１３１２’〜１３１７’の外側には銀（Ａｇ）レイヤー１３１８’として銀（Ａｇ）層を備えることができる。
【０１３３】
前記バッファーレイヤー１３１２’，１３１３’，１３１４’，１３１５’，１３１６’を構成するそれぞれのシード層はＡｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＩＢＡＤ−ＭＧｏ，ＥＰＩ−ＭＧｏ及びＬａＭｏＯ３層でなることができる。
【０１３４】
図４（ｂ）に示す超伝導線材１３１’も前記金属基板レイヤー１３１１’及び前記銀（Ａｇ）レイヤー１３１８’の外側にそれぞれ通電レイヤーｍｅ１，ｍｅ２が備えられ，図４（ａ）に示す超伝導実施例と同様に，物理的剛性の補強及び事故電流の分流に使われることができる。
【０１３５】
このように，超伝導線材１３１’の両側面に黄銅などの素材の金属薄膜層でなる通電レイヤーを構成し，事故電流の通電手段として使う方法によって，事故電流の帰路導体の機能をするフォーマーの直径を減少させることができる。
【０１３６】
もちろん，図４に示す超伝導線材１３１’を構成する金属基板レイヤー及び銀（Ａｇ）レイヤーも金属素材で構成されて事故電流のバイパス機能を有するが，従来の超伝導線材の厚さを基準に金属基板レイヤー及び銀（Ａｇ）レイヤーが占める断面積が大きくなくて事故電流のバイパス容量も小さい水準であった。
【０１３７】
しかし，前述したように，金属素材の通電レイヤーｍｅはそれぞれ０．１５ミリメートル（ｍｍ）程度の厚さを有するので，これを介した通電量は事故電流帰路の機能のためのフォーマーの直径に影響を及ぼすことができるのは前述したようである。
【０１３８】
したがって，フォーマーの直径設計時，超伝導導体層を構成する超伝導線材１３１’の金属素材の通電レイヤーｍｅを含め，金属基板レイヤー及び銀（Ａｇ）レイヤーを介した事故電流の通電量を考慮し，フォーマーの直径を従来より小さく設定することができる。超伝導線材の金属素材の通電レイヤーｍｅ，金属基板レイヤー及び銀（Ａｇ）レイヤーを介した事故電流の通電による熱解析方法によって最大許容可能電流量を判断することができ，それによってフォーマーの直径を縮小設計することができる。
図５は本発明による超伝導ケーブルの他の実施例を示し，図６は図５に示す超伝導ケーブルが水平方向に配置された状態の断面図を示す。
【０１３９】
図１〜図４を参照した説明と重複する説明は省略する。図５及び図６に示す実施例は超伝導ケーブルに備えられたコア部１００の数が三つである３相超伝導ケーブルを示す。
【０１４０】
３相超伝導ケーブルはそれぞれのコア部１００が独立的に冷却部２００を備える構造ではなく，三つのコア部１００の外側に冷却部２００を共有する構造を有することができ，前記冷却部２００の外側に真空部５００も共有する構造であってもよい。
【０１４１】
図５及び図６に示す超伝導ケーブルも本発明による超伝導線材に金属薄膜層形態の通電レイヤーを付け加えて超伝導線材の物理的剛性を補強することができ，本発明による超伝導ケーブルによると，前記金属薄膜層形態の通電レイヤーによって事故電流の分流経路が多変化してそれぞれのコア部を構成するフォーマーの直径（断面積）又は重量を低減することができるのは同様である。
【０１４２】
この明細書は本発明の好適な実施例に基づいて説明したが，当該技術分野の当業者は以下で開示する特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範疇内で本発明を多様に修正及び変更して実施することが可能であろう。したがって，変形実施が基本的に本発明の特許請求範囲の構成要素を含めばいずれも本発明の技術的範疇に属すると見なさなければならない。
【図１】
0006399674.tif 000002
【図２】
0006399674.tif 000003
【図３（ａ）】
0006399674.tif 000004
【図３（ｂ）】
0006399674.tif 000005
【図４（ａ）】
0006399674.tif 000006
【図４（ｂ）】
0006399674.tif 000007
【図５】
0006399674.tif 000008
【図６】
0006399674.tif 000009