[논문]SMES 마그네트용 고온초전도 전류도입선 설계

장현만; 오상수; 조전욱; 조영식; 하홍수; 하동우; 성기철; 권영길; 류강식; 김상현

문제 정의

5 kA급. 고온초전도 전류도입선을 설계하고자 한다. 이때 전류도입선을 통해 액체헬륨으로 침입되는 열은 0.
본 연구에서는 향후 제작될 SMES 시스템에서 요구되어지는 안정성과 신뢰성을 충족시키기 위해서 벌크 재료보다 안정성이 높은 Bi-2223/Ag-Au 테이프 적층 방식의 1.5 kA급 고온초전도 전류도입선을 설계하였다. 전류도입선의 설계에서는 2차원 전자계해석을 통하여 최적의 테이프 적층 수와 단면형상을 결정하였고, 길이방향으로의 1차원 모델〔1〕에 의한 열해석을통하여 전류도입선의 길이를 결정하였다.

제안 방법

전자계 해석은 단위도체의 적층 수와 내경을 변수로 하였다. 각 단위도체의 폭을 4 mm로 할 경우에내경을 20.2 mm로 하면 단위도체간의 최소 간격이 0이 되는데 실제 제작을 고려하여 내경을 22 ~ 30 mm 까지만 계산하였으며, 단위도체의 테이프 적층 수는 5에서 9까지로 하였다.
본 연구에서는 Ag-lat%Au 시스 Bi-2223 고온초전도 테이프 7개 적층한 단위도체를 stainless steel 튜브에 원통형태로 16개 배열하는 1.5 kA급 고온초전도 전류도입선을 설계하였다. 전자계해석에 의한 전류와 자계의 세기에 대한 관계에서 단위도체의 내경을 줄이면 수직성분의 자속밀도가 줄어들게 되어 같은 수의도 체를 사용하더라도 임계전류를 더 증가시킬 수 있음을 알 수 있었다.
전류도입선에 의해서 액체헬륨(저온단부)으로 유입되는 열을 계산하기 위해서 열평형방정식을 선형방정식으로 근사화 하여 침입열을 계산하였다. 전자계해석으로 결정된 전류도입선 단면을 기준으로 할 때 길이 35 cm인 전류도입선 하나의 침입열은 0.
5 kA급 고온초전도 전류도입선을 설계하였다. 전류도입선의 설계에서는 2차원 전자계해석을 통하여 최적의 테이프 적층 수와 단면형상을 결정하였고, 길이방향으로의 1차원 모델〔1〕에 의한 열해석을통하여 전류도입선의 길이를 결정하였다.
전자계 해석은 단위도체의 적층 수와 내경을 변수로 하였다. 각 단위도체의 폭을 4 mm로 할 경우에내경을 20.
전자계해석을 통해 결정된 고온초전도 전류도입선의 단면형상을 토대로 전류도입선의 길이를 결정하기 위하여 길이방향에 대한 1차원모델 [1]을 이용하여 전류도입선을 통해 액체헬륨으로 침입되는 열을 계산하였다. 고온초전도 전류도입선은 액체 헬륨에서 증발되는 가스로 냉각되며, 전 구간에서 임계전류 이하로 동작한다고 가정할 때 고온초전도 전류도입선의 열 평형 방정식은 다음과 같이 표현되어진다.

대상 데이터

고온초전도 전류도입선의 구조재로서는 그림 1에서 나타낸 것처럼 표면에 16개의 사각 홈이 있는 원통형의 스테인레스 튜브(., 비자성체)를 사용하며, 표 2 에 전류도입선에 의한 저온단부의 침입열(a, “)을 계산하기 위한 전류도입선의 사양을 나타내고 있다.

이론/모형

이때 서로 대칭이 되는 단위도체간의 최소 거리를 편의상 내경이라 명명하기로 한다. 이러한 구조를 가지는 고온초전도 전류도입선의 임계전류를 계산하기 위해서 Biot-Savart의 수식 (1)을 이용하여 2차원 전자계 해석을 하였다.

성능/효과

3 K때 L-B 곡선과 2차원 전자계해석을 이용하여 계산된 전류도입선의 임계전류이다. 계산된 임계전류는 전자계해석 시에 발생할 수 있는 오차와 계산에 사용된 모델과 실제 제작치수와의 오차를 감안하여 계산된 값에 10 %의 마진을 주었다. 그림 4에서 알 수 있듯이 같은 수의 도체를 사용하더라도 단위도체 내경을 줄임으로서 임계전류를 다소 증가시킬 수 있을 것으로 보인다.
그림 3의 로드라인은 단위도체 부분의 수직성분 및 수평 성분 자속밀도의 평균값이며 내경이 22 mm부터 30 mm 까지 1 mm씩 증가시키면서 계산한 것이며 이때 단위 도체의 적층 수는 7로 하였다. 앞선 그림 2와 그림 3의 결과로서 알 수 있듯이 내경이 감소하게 되면 임계전류에 큰 영향을 미치는 자속밀도의 수직 성분이 감소하였으며, 반대로 수평성분 자속밀도는 수직 성분에 비해 큰 폭으로 증가 하지만 임계전류에 끼치는 영향은 비교적 적다는 것을 알 수 있다. [4],
고온초전도의 테이프 면적과 임계전류가 동일하다는 조건에서 Ag-Au/SC 비율을 낮추게 되면 고온초전도 테이프의 평균 열전도율이 낮아지기 때문에 그림 8에서처럼 전체적으로 침입열이 감소하며, 전류도입선의 길이가 짧을수록 침입열에 대한 Ag-Au/SC 비율의 영향은 더 크게 나타났다. 이 결과를 바탕으로 할 때 고온초전도 테이프의 Ag-Au/SC를 낮춤으로써 침입열을 동일하게 한다면 선류도입선의 길이를 줄일 수 있어서 비용 면에서도 더 경제적이라 할 수 있다.
5 kA급 고온초전도 전류도입선을 설계하였다. 전자계해석에 의한 전류와 자계의 세기에 대한 관계에서 단위도체의 내경을 줄이면 수직성분의 자속밀도가 줄어들게 되어 같은 수의도 체를 사용하더라도 임계전류를 더 증가시킬 수 있음을 알 수 있었다. 77.
4 W/lead가 된다. 현재 일반적인 구리 전류도입선을 사용할 경우에 구리부분의 주울열에 의해서 침입열은 1 W/kA로 계산되어지몌1] 1.5 kA급 구리 전류도입선의 침입열은 약 1.5 W/lead가 되므로 본 연구에서 설계된 고온초전도 전류도입선을 사용할 경우 냉매의 손실을 1/3이하로 줄일 수 있을 것으로 사료된다.

후속연구

초전도 마그네트의 경제적 운영을 위해서는 극저온 상태의 안정적 유지 및 냉매 손실의 최소화가 중요하다고 할 수 있는데, 이를 위해서는 단열특성이 우수한극저온 용기 (cryostat) 이외 에도 초전도 마 그 네트와 외부의 전원장치 연결을 위한 저 손실 전류도입선의 설계, 제작에 대한 연구가 선행되어져야 한다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] SMES 마그네트용 고온초전도 전류도입선 설계
Design of HTS Current Lead for SMES Magnet 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] SMES 마그네트용 고온초전도 전류도입선 설계 Design of HTS Current Lead for SMES Magnet 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

오상수 (68) 조전욱 (45) 조영식 (9) 하홍수 (46) 하동우 (65) 성기철 (43) 권영길 (49) 류강식 (28) 김상현 (70)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] SMES 마그네트용 고온초전도 전류도입선 설계
Design of HTS Current Lead for SMES Magnet 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper