선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 각 센서의 신호는 일정 운전 범위를 갖고 운전되며 신호가 범위를 넘어설 경우 경보 혹은인터록등 KSTAR 장치를 보호 할 수 있는 장치와 연동된다. 본 논문에서는 각 센서 신호를 계측하기 위한 시스템 구성과 인터록 기준 도출 배경, 그리고 KSTAR 장치의 초기 운전 기간 동안 저온 및 구조 모니 터링 용 센서 신호의 측정 결과에 대해 기 술하였다.
제안 방법
- 하지만 KSTAR장치와 같은 거대연구 장치에 적용하기에는 어려움이 많다. KSTAR에 설치될 응력 센서 설치의 효율성을 위해 점용접 방식의 센서 설치 기법을 개발 하여 적용하였다. 0.
- 그림 6과 같이 초전도 자석 온도 측정용으로 자석 냉각용 헬륨라인에 온도센서를 부착하였고 자석구조물의 온도를 측정하기위해 구조물 표면에 온도 센서를 부착하였다. 극저온을 계측하는 센서이기 때문에 외부로부터 센서로 유입되는 복사열 및 전도열을 최소화 하기위한 센서 보호커버 및 Thermal anchoring 구조를 갖도록 제작하였다. 센서 신호의 정밀 측정을 위해 4단자 결선법을 적용하였고 센서 구동을 위해 10 11A 정전류원이 사용되었다.
- 되었다. 모니터링 시스템 구성을 위해 적합한 센서를 선정, 효율적으로 설치할 수 있는 방법을 개발, 극저온 고자장 환경에서 신호의 노이즈 보상기법을 개발하여 적용하였다[1丄 각 센서 신호는 KSTAR 장치의 안정적인 운전의 기준이 되는 설정값을 가지며 신호가 설정값을 초과할 경 우 인터 록 장치 와 연동하여 KSTAR 장치의 보호조치가 취해진다. KSTAR 장치의 저온 냉각 및 플라즈마 운전기간동안 응력, 변위, 온도의 센서 신호는 설정된 기준값을 초과하여 측정되지 않았다.
- 센서 신호의 정밀 측정을 위해 4단자 결선법을 적용하였고 센서 구동을 위해 10 11A 정전류원이 사용되었다. 상온구간과 극저온 구간의 측정 전압 측정값의 차이로 인한 오차를 줄이기 위해 게인을 차등 적용하였다. 즉 상대적으로 센서 저항이 작은 상온 구역에서는 1000배의 게인을 적용하고 극저온 구역에서는 100배의 게인을 적용하였다.
- 극저온의 초전도 자석 모니터링을 위한 온도 센서, 냉각수축 및 전자기력에 의한 자석 구조물의 변형률 측정을 위한 응력센서 및 변위센서, 자장측정을 위한 홀 센서 등 총 800여개의 센서가 KSTAR 내부에 설치되었다. 센서 신호는 PXI 기반의 DAQ시스템에서 계측되었고 네트워크를 통해 주제어실에서 모니터링 되었다. 각 센서의 신호는 일정 운전 범위를 갖고 운전되며 신호가 범위를 넘어설 경우 경보 혹은인터록등 KSTAR 장치를 보호 할 수 있는 장치와 연동된다.
- 따라 운전된다. 운전기간동안 KSTAR 장치가열적, 기계적, 전기적으로 안정적인지 관찰할 필요가 있고 이를 위해 극저온 고자장 환경에서 신뢰성을 가지는[1] 다양한 종류의 센서를 설치하여 신호를 모니터링 하였다. 극저온의 초전도 자석 모니터링을 위한 온도 센서, 냉각수축 및 전자기력에 의한 자석 구조물의 변형률 측정을 위한 응력센서 및 변위센서, 자장측정을 위한 홀 센서 등 총 800여개의 센서가 KSTAR 내부에 설치되었다.
- 즉 냉각 과정에서 토카막 내부의 급격한 온도 변화는 초전도 자석 및 구조물의 냉각온도 차를 유발하고 곧 수축량의 차이 를 발생 시켜 기계적 스트레스를 발생하게 한다. 이를 방지하기위해 KSTAR 초전도 자석 및 자석구조물의 온도차를 규정하였다. TF/PF초전도 자석 및 TF초전도 자석 구조물의 경우 냉각헬륨 인입구 온도와 인출구 온도차를 50 K이하로 유지함을, PF 구조물의 경우 70 K 이하로 유지함을 원칙으로 운전기준으로 규정하였다.
- 5배 응력을 가해본 결과 두 개의 응력 신호는 6 %이내의 오차를 보였다[1丄 두 번째, 응력 센서 신호의 보상에 관한 사항으로 KSTAR와 같이극저 온 고자장 환경 에 서 동작되 는 응력센서 는 센서 저항이 온도 및 자장의 영향을 받아 응력신호가 왜곡되게 된다. 이를 보상해 주기위해 주 센서가 설치된 동일한 위치에 보상용 센서(Dummy gage)를 설치하여 신호 왜곡을 최소화 하였다. 보상용 센서는 주센 서가 설치된 대상구조물과 동일한 재질의 플레이트에 부착되며 동일한 온도, 동일한 자장 환경에 놓이지만 응력에는 자유로운 구조를 가진다.
- 상온구간과 극저온 구간의 측정 전압 측정값의 차이로 인한 오차를 줄이기 위해 게인을 차등 적용하였다. 즉 상대적으로 센서 저항이 작은 상온 구역에서는 1000배의 게인을 적용하고 극저온 구역에서는 100배의 게인을 적용하였다.
- 저온냉각 및 플라즈마 운전 시 변위센서의 운전 기준을 표 2에 정리하였다. 즉 저온냉각 시 Toroidal Ring은 토카막 중심 방향으로 수축이 발생하는데 이때 4방향 수축량의 균일정도를 운전기준으로 규정하고 플라즈마 운전 시에는 절대 변위량 초과 여부를 운전 기준으로 규정하였다.
- TF/PF초전도 자석 및 TF초전도 자석 구조물의 경우 냉각헬륨 인입구 온도와 인출구 온도차를 50 K이하로 유지함을, PF 구조물의 경우 70 K 이하로 유지함을 원칙으로 운전기준으로 규정하였다. 플라즈마 운전 단계에서는 각 초전도 자석의 온도를 기준온도 이하로 유지함을 원칙으로 하고 있는데 초전도 자석의 재질, 전류 충전량을 고려하여 규정하였다. NbTi 초전도 선재로 제작된 PF6-7 자석과 버스 라인의 온도기준을 Nb3Sn 초전도 선재로 제작된 TF 자석& PF1-5 자석온도 기준보다 상대적으로 엄격하게 규정하였다.
대상 데이터
- KSTAR장치의 온도 및 기계적 상태를 모니터링 하기 위해 장치 내부에 응력센서, 변위센서, 온도센서, 자장 센서 등 총 800여개의 센서가 설치되어 그 신호가 모니터링 되었다. 모니터링 시스템 구성을 위해 적합한 센서를 선정, 효율적으로 설치할 수 있는 방법을 개발, 극저온 고자장 환경에서 신호의 노이즈 보상기법을 개발하여 적용하였다[1丄 각 센서 신호는 KSTAR 장치의 안정적인 운전의 기준이 되는 설정값을 가지며 신호가 설정값을 초과할 경 우 인터 록 장치 와 연동하여 KSTAR 장치의 보호조치가 취해진다.
- TF . PF자석구조물, Leaf spring, Bus support 등은 Stainless steel(STS316LN) 재질로 제작되었고 Gravity support가 CFRP 재질이 사용되어 제작되었다. 또한 TF .
- 극저온을 계측하는 센서이기 때문에 외부로부터 센서로 유입되는 복사열 및 전도열을 최소화 하기위한 센서 보호커버 및 Thermal anchoring 구조를 갖도록 제작하였다. 센서 신호의 정밀 측정을 위해 4단자 결선법을 적용하였고 센서 구동을 위해 10 11A 정전류원이 사용되었다. 상온구간과 극저온 구간의 측정 전압 측정값의 차이로 인한 오차를 줄이기 위해 게인을 차등 적용하였다.
- 여 기서 Sm은 재 료의 설계 허 용 응력한도를, 四는 항복강도로 STS316LN에 750 MPa을, CFRP에 294 MPa 을 적용하였다. 또한 상위 경보(Alarm(HH»는 Sm의 1.
- 여기서O은 응력[MPa]을, e은 변형률Q1E을, E는 탄성계수로 STS316LN에 206 GPa을, CFRP에 193 GPa을적용하였다. 표 1은 상기 두 식에 의해 계산된 경보 기준값을 나타내고 있다.
- 또한 고자장 환경에서도 안정적인 센서 선정이 필요하다. 이를 반영하여 Cernox(Lake shore社)온도센서를 선정하여 설치하였다. 그림 6과 같이 초전도 자석 온도 측정용으로 자석 냉각용 헬륨라인에 온도센서를 부착하였고 자석구조물의 온도를 측정하기위해 구조물 표면에 온도 센서를 부착하였다.
- 자석구조물의 변위를 측정하게 된다. 이를 위해 10개의 변위센서가 KSTAR 토카막 내부에 설치되었다. 30개의 초전도 자석을 기계적으로 지지하고 있는 Toroidal ring 구조물에 8개(각각 수직방향 4개, 반경 방향 4개)가 설치되었고 TF자석구조물의 접선 방향으로 2개가 설치되었다.
성능/효과
- 플라즈마 운전 단계에서는 각 초전도 자석의 온도를 기준온도 이하로 유지함을 원칙으로 하고 있는데 초전도 자석의 재질, 전류 충전량을 고려하여 규정하였다. NbTi 초전도 선재로 제작된 PF6-7 자석과 버스 라인의 온도기준을 Nb3Sn 초전도 선재로 제작된 TF 자석& PF1-5 자석온도 기준보다 상대적으로 엄격하게 규정하였다. 표 3은 KSTAR 초전도 자석의 운전 기준값을 나타내고 있다.
- 이때 발생된 변형률은 TF 초전도 자석으로 15 kA, PF7초전도 자석으로 400 A의 전류가 인가된 상태 로 초전도 자석 의 전자기력 에 의 해발생된 것이다. PF7구조물에 발생된 변형률의 최대값은 하위 경보값의 15 %이하로 측정된 것이며 이외의 구조물-PF6, CS, TF구조물, Gravity support, Leaf spring-도 하위 경보값의 20 % 내에서 측정되어 약 80 %이상의 운전 마진을 갖고 운전되었다.
- 1mm 두께의 얇은 스테인리스 박판에 응력센서를 본드를 이용해 부착하고 전용 오븐에 넣어 일정시간동안 경화 시킨 후 측정 대상 구조물에 점용접 방법을 이용해 설치하는 방법이다. 신호의 신뢰성 여부를 검사하기 위해본드로 부착한 센서와 점용접으로 부착한 센서 시편에 동시에 항복강도의 0.5배 응력을 가해본 결과 두 개의 응력 신호는 6 %이내의 오차를 보였다[1丄 두 번째, 응력 센서 신호의 보상에 관한 사항으로 KSTAR와 같이극저 온 고자장 환경 에 서 동작되 는 응력센서 는 센서 저항이 온도 및 자장의 영향을 받아 응력신호가 왜곡되게 된다. 이를 보상해 주기위해 주 센서가 설치된 동일한 위치에 보상용 센서(Dummy gage)를 설치하여 신호 왜곡을 최소화 하였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.