[논문]외부 교류자장이 Bi-2223테이프의 동저항 및 손실특성에 미치는 영향

류경우; 최병주

doi:10.4313/jkem.2005.18.5.473

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A Bi-2223 tape has been developed for power applications such as a fault current limiter, a power cable and a superconducting magnetic energy storage system. In such applications, the Bi-2223 tape carries time varying transport current and in addition experiences time varying external magnetic field...

A Bi-2223 tape has been developed for power applications such as a fault current limiter, a power cable and a superconducting magnetic energy storage system. In such applications, the Bi-2223 tape carries time varying transport current and in addition experiences time varying external magnetic field. It is well known that the external magnetic field not only causes magnetization loss in the Bi-2223 tape, but also drastically increases transport loss due to a so-called 'dynamic resistance' We developed an evaluation setup, which can measure transport loss in external at magnetic fields. Using this equipment, we measured the dynamic resistances for various amplitudes and frequencies of an external at magnetic field perpendicular to the face in the tape. Simultaneously we investigated the effect of an external ac field on transport loss with different experimental conditions. This paper describes test results ana discussions on correlation between the dynamic resistance and the transport loss for the Bi-2223 tape.

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문제 정의

따라서 이 같은 문제의 근본적인 해결을 위해서 는 무엇보다도 먼저 교류 외부자장에 의해 발생되 는 고온초전도테이프의 동저항 및 손실 특성에 대 한 이해가 선행되어야하며, 그 일환으로서 본 연구 에서는 외부 교류자장의 크기, 주파수 및 테이프에 흐르는 전류가 이들에 미치는 영향에 대해 실험적 으로 조사 . 검토를 하였다.

제안 방법

교류전류를 공급하는 샘플용 전원(300 A급), 외부 교류자장에 의한 영향을 배제 가능한 특수구조의 샘플홀더로 구성되어 있다. 본 연구의 모든 손실 평가실험에서 는 외부 교류자장과 샘플에 흐르는 교류전류의 주 파수 및 위상은 함수발생기를 이용하여 동일하게 제어하였으며, 테이프 자신에 흐르는 교류전류에 의해 발생되는 유도성 전압은 Rogowski형 코일을 이용하여 충분히 상쇄하여 손실을 측정하였고, 또 한 모든 실험에서 외부자장의 방향은 테이프에 수 직한 방향으로 하였다.

대상 데이터

그림 1에서보는 바와 같 이 평가장치는 외부 교류자장을 공급하기 위한 전 원(30 A급) 및 전자석, 테이프에 직 . 교류전류를 공급하는 샘플용 전원(300 A급), 외부 교류자장에 의한 영향을 배제 가능한 특수구조의 샘플홀더로 구성되어 있다. 본 연구의 모든 손실 평가실험에서 는 외부 교류자장과 샘플에 흐르는 교류전류의 주 파수 및 위상은 함수발생기를 이용하여 동일하게 제어하였으며, 테이프 자신에 흐르는 교류전류에 의해 발생되는 유도성 전압은 Rogowski형 코일을 이용하여 충분히 상쇄하여 손실을 측정하였고, 또 한 모든 실험에서 외부자장의 방향은 테이프에 수 직한 방향으로 하였다.

성능/효과

그림 2(b)는 동일 크기(5 mT)의 직 . 교류(50 Hz) 외부자장을 인가한 상태에서 그림 2(a) 홀더 에 장착된 고온초전도테이프를 제거하는 대신 정 밀전압발생기 (Yokogawa-CAll, X10 “V)로부터 입력되는 전압(10 “V, 20 //V, 30 “V)에 대하여 8자형 리드로부터 측정된 결과로서, 낮은 전압인 10 创에 서는 〜20 %이던 오차가 입력전압이 커짐에 따라 즉 30 //V에서는 ~3 %로, 외부자장에도 불구하고 8자형리드로부터 측정된 데이터에 대한 신뢰성은 대단히 우수함을 볼 수 있다.
그림 3(b)은 (a)과 동일한 크기의 피크 값을 갖 는 50 Hz의 교류자장을 인가한 상태에서 측정된 동저항으로서, 실선은 동저항 데이터에 대한 fitting함수를 나타낸다. 그림 3(b)으로부터 Bi-2223 테이프는 임계전류이하임에도 불구하고 교류자장 이 인가되기만 하면 커다란 동저항이 출현함과 동 시에 외부 교류자장에 비례하여 증가하는 것을 볼 수 있고, 또한 비교적 외부자장이 큰 경우(20 mTp 이상)는 동저항이 테이프에 흐르는 전류에 의존하지 않고 일정한 반면 작은 경우(5 mTp이하)는 전 류에 비례하여 증가하는 것을 알 수 있다.
1) 외부 교류자장으로 인하여 발생되는 동저항은 외부자장의 크기 및 주파수에 의존할 뿐만 아 니라 특히 외부자장이 작은 경우는 테이프에 흐르는 자신의 전류에도 의존하는 등 매우 복 잡하다.
2) 외부 교류자장의 영향으로 인하여 통전손실은 자기자계손실보다 대단히 커지게 되며, 특히 비 교적 큰 자장영역에서 측정된 통전손실의 주요 메 카니 즘은 동저항손실로 고온초전도체 의 자기 자계손실 및 자화손실처럼 히스테리시스손실 이다.
이상의 결과로부터 비교적 큰 외부 교류자장 아 래서 측정된 통전손실은 그림 3(b)의 동저항에 근 거한 동저항손실 메카니즘이 지배적임을 의미하고, 따라서 이러한 경우는 측정이 어려운 통전손실을 직접 측정하는 대신 그림 3(b)의 동저항을 측정함 으로서도 통전손실을 예측하는 것이 가능하게 된 다. 그러나 작은 외부 교류자장 아래서 특히 임계 전류보다 많이 작은 통전전류 영역에서 측정된 통 전손실은 동저항손실 메카니즘으로는 설명이 불가 능하며 이는 또 다른 손실 메카니즘이 존재함을 의미한다.

참고문헌 (5)

허대행, '실용 고온초전도테이프의 통전손실 특성', 석사학위논문, 전기공학과, 전남대학교, p. 17, 2004
허대행, 류경우, 이기만, 오일성, '수직 교류자장에 대한 HTS테이프의 동저항손실 특성', 한국초전도.저온공학회 2004학술대회논문집, p. 158, 2004
류경우, 최병주, '인접 교류전류가 Bi-2223테이프의 통전손실에 미치는 영향', 전기전자재료학회논문지, 14권,3호, p. 251, 2001

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류경우, 김현준, '자장방향이 적층 Bi-2223도체의 자화손실에 미치는 영향', 전기전자재료학회논문지 , 16권, 1호, p. 77, 2003

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류경우, 최병주, '전류분포가 3본-도체의 임계 전류/교류손설 특성에 미치는 영향', 전기전자재료학회논문지, 16권,5호, p. 418, 2003

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