Y계 선재는 초전도층의 두께가 수 μm로 얇기 때문에 평행자계에 대한 손실이 매우 작고, 케이블화하는 경우에는 선재 간 갭에 발생하는 수직자계에 대한 손실이 주가 된다. 이에 따라 폭이 가늘고 긴 선재를 이용함으로써 층단면을 진원(眞圓, Perfect circle)에 가깝게 하여 수직자계를 저감시키는 것이 저손실화의 기본방침이 된다.

본 프로젝트에서는 30mm 폭으로 얇은 막을 입힌(성막가공) 선재를 2~4mm폭으로 가늘게 좁혀 초전도층을 구성하고 손실특성을 검증했다. 케이블 구조의 결정에 있어 [표 2]에 제원을 나타내는 3종류의 초전도 도체 샘플을 제작했다.

자계가 가장 큰 도체의 최외층(4번째 층)에 2mm폭 선재를 채용함으로써 교류손실이 효과적으로 저감된다는 것을 확인하고([그림 2] 참조) 하이브리드 구조를 채용했다.


케이블 설계 및 제조
요소기술의 개발결과를 반영하여 결정한 케이블의 설계를 [표 3]에 나타냈다. 구리연선 포머의 외측에 초전도 도체층, 절연층, 초전도 실드층, 구리 실드층을 동축상에 휘감아 케이블코어를 형성한다. 그리고 케이블코어 3개를 하나로 꼬아 1개의 단열관 내에 삽입해 3심 일괄형 케이블을 제조한다.

● 도체 최외층에만 2mm폭 선재를 이용하는 하이브리드 구조를 채용했다. 또 4mm폭 선재에는 기계슬릿을,  2mm폭 선재에는 레이저슬릿을 채용했다. 제작한 샘플(단척)의 교류손실은 1.5W/m/상@5kA, 71K로, 손실목표를 달성했다.
● 동(銅) 포머와 동 실드층으로 단락전류를 분류시켜 초전도층의 온도상승을 억제하는 구조를 채용했다. 수치 시뮬레이션 결과로부터 구리층의 필요최소단면적을 결정, 샘플시험에서의 온도상승이 상정범위 내임을 확인했다.
● 전기절연층은 PPLP®(Polypropylene laminated paper)에 액체질소를 함침시킨 복합구조이며, 절연두께 6mm의 샘플시험에서 요구사양을 충족하는 것을 확인했다.
● 케이블의 소경화(小徑化)를 위해 냉각 시 발생하는 0.3%의 열수축을 흡수하는 3심 코어 이완 설계를 하지 않고, 발생하는 약 3톤의 장력을 대지에 고정시킨 양 단말에 파지하는 설계로 했다.

총 길이 7km의 Y계 선재를 이용해 제조한 케이블은 [표 4]의 출하시험을 통과해 검증시험장소로 출하됐다.


시스템 검증
건설한 케이블시스템의 구성을 [그림 3]에 나타냈다. 케이블 양단에는 종단접속부(A단말, B단말)를 각각 설치했는데, B단말(우측)에서는 3상의 도체층을 용기 내부에서 단락하고, A단말(좌측)에서는 각각 전류리드를 통해 상온부로 끌어내는 구성이다. 또 실드층은 양 단말 내부에서 3상 단락처리를 했다.