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
- 본 연구에서는 HTS 케이블용 은시스 Bi-2223 테이프 외부적 교란시 발생하는 열적, 전기적 안정성에 대한 관점에서 직류 및 교류전류에서 상전도 영역 전파(이하 NZP) 특성을 여러 가지 온도조건에서 평가하였다. 그리고 열 평형방정식을 이용하여 테이프의 길이방향에 대한 1차원적 수치해석으로 계산된 값을 실험에서 구한 값들과 비교하였다.
제안 방법
- 1 차 열처리 및 최종 압연과정을 마친 테이프를 직경 5 cm의알루미나 튜브에 spiral형태로 감아서 840 t 100시간의 2차열처리를 하여 테이프의 최종길이는 23 cm로 하였다. 이형태를 유지하여 외경 4 cm, 내경 3.
- HTS 케이블의 전류 통전 특성은 직류 4단자법을 이용하여전압단자 양단에서 발생하는 전압값이 1 #일 때의전류값을 임계전류(이하 L) 값으로 정하였다. Direction 형 HTS 케이블을 액체질소에 함침 후 직류에서 통전 특성을측정 후, 77 K 단열초건하에서 케이블에서의 외부 교란시발생하는 대한 열적, 전기적 안정성 관점에서 히터펄스에대한 NZP 특성을 조사하여 앞장에서의 테이프에 대한 결과와 비교하였다. 테이프의 안정성 실험과 거의 동일한 방법으로 히터는 12 mmXlO mm면적의 carbon tape테이프를사용하여 케이블에 부착하였다.
- 마지막으로 테이프의 고정은 끝 부분에 편조선으로 감은 후 납땜을 하였으며, 케이블 전체를 teflon tape으로 고정하였다. HTS 케이블의 전류 통전 특성은 직류 4단자법을 이용하여전압단자 양단에서 발생하는 전압값이 1 #일 때의전류값을 임계전류(이하 L) 값으로 정하였다. Direction 형 HTS 케이블을 액체질소에 함침 후 직류에서 통전 특성을측정 후, 77 K 단열초건하에서 케이블에서의 외부 교란시발생하는 대한 열적, 전기적 안정성 관점에서 히터펄스에대한 NZP 특성을 조사하여 앞장에서의 테이프에 대한 결과와 비교하였다.
- 그림 7은 각 온도에서의 직류 동작전류에 대한 NZP 속도를 수치적으로 계산하여 실험치와 비교하여 나타낸다. NZP 속도는 테이프의 길이 방향의 온도분포에서 Tsh에 해당하는 온도를 기준으로 이때의 거리를 시간으로 나누어 계산하였다. 동작전류는 1c의 약 90 %까지 통전하였으며 동작전류 가 증가함에 따라 NZP 속도도 증가함을 뽈 수 있다.
- Spiral형 HTS 케이블은 외경 18 mm, 내경 14 mm인 원통형의 former상에 kraft지(130 ㎛)로 절연시킨 후, 최외층인 2층은 1층의 감은 방향과 반대방향의 역 spiral 형태로 부착하였으며, 자장의 침입을 최소로 하기 위해 1층의 인접한위 부분에 테이프의 가운데 부분이 접하게 하였다. 마지막으로 테이프의 고정은 끝 부분에 편조선으로 감은 후 납땜을 하였으며, 케이블 전체를 teflon tape으로 고정하였다.
- 이상으로 실험적으로 구해진 히터펄스에 의한 온도 특성과 NZP 속도를 정량적으로 비교 검토하기 위하여 식 1)의 열 평형 방정식을 이용한 수치해석을 하였다. 고온 초전도 테이프를 길이방향에 대해 1차원적으로 모델링하여 해석하였다.
- 그리고 이들 두 직류와 교류의 영역에서 각 온도에서의 NZP 특성을 구하여 값을 서로 비교 검토하였으며, 열 평형 방정식을 이용하여 테이프의 길이방향에대한 1차원적 해석으로 계산되어진 값들을 실험적으로 구해진 값들과 비교하였다. 그리고 은시스 Bi-2223 테이프를 사용하여 direction형과 spiral형의 두 가지 형태로 HTS 케이블을 제작하였으며 표 2는 HTS 케이블의 재원을 나타낸다.
- 동일한 방법으로 교류 영역에서도 외란에 의한 전압특성을 구하였다. 그리고 이들 두 직류와 교류의 영역에서 각 온도에서의 NZP 특성을 구하여 값을 서로 비교 검토하였으며, 열 평형 방정식을 이용하여 테이프의 길이방향에대한 1차원적 해석으로 계산되어진 값들을 실험적으로 구해진 값들과 비교하였다. 그리고 은시스 Bi-2223 테이프를 사용하여 direction형과 spiral형의 두 가지 형태로 HTS 케이블을 제작하였으며 표 2는 HTS 케이블의 재원을 나타낸다.
- 그리고 열 평형방정식을 이용하여 테이프의 길이방향에 대한 1차원적 수치해석으로 계산된 값을 실험에서 구한 값들과 비교하였다. 나아가 HTS 케이블을 제작 후 각 층의 통전 특성, 교류손실 특성 둥에 대해 조사하였으며, 각 층에 미치는 교류손실올 수치해석을 통해 분석하였다.
- 여기서 Loi은 Voi 전압단자사이의 길이, Δt1을 전압 파형 V01과 V12사이의 시간, VpM 은 Vol과 V12 사이의 NZP 속도, 그리고 Vm는 #와 V23 사이의 NZP 속도로 표시하였다. 노이즈와 열기전력의 영향을 배제하기 위하여 단자간 40 #/cm를 기준 전계로 삼았다.
- 손실의 측정은 초전도체에 전류(#)를 인가하고, 전압단자양단에서 발생하는 손실전압을 Lock-in amp(Stanforcl, SR 830)에서 측정하였다.
- HTS 케이블용 은시스 Bi-2223 테이프의 열적, 전기적 안 정성 관점에서 직류와 교류의 영역에서 히터펄스에 .의한 NZP 특성을 조사하였고 HTS 테이프의 1차원적 열 평형방 정식을 이용하여 계산된 결과들을 실험치와 비교하였다. 그 결과 교류가 직류에서보다 약간 높게 나타났지만 실험적 오차를 감안해 블패 값의 큰 차이는 없었으며 직류에서 열 평형 방정식을 이용하여 구한 수치해석 결과와 실험치를 비교해 볼 때 거의 일치하였다.
- 5 A의 히터펄스를 인가했을 때의 전압특성을 나타내고 있다. 이때 전압단자 Voi의 전압은 3.5 mV, V* 전압은 0.9 mV 까지 상승 후 감소하였으며 이 전압 파형들을 바탕으로 동작전류를 변수로 하여 direction형 케이블의 NZP 속도를 구하였다.
- 이상으로 실험적으로 구해진 히터펄스에 의한 온도 특성과 NZP 속도를 정량적으로 비교 검토하기 위하여 식 1)의 열 평형 방정식을 이용한 수치해석을 하였다. 고온 초전도 테이프를 길이방향에 대해 1차원적으로 모델링하여 해석하였다.
- 테이프의 안정성 실험과 거의 동일한 방법으로 히터는 12 mmXlO mm면적의 carbon tape테이프를사용하여 케이블에 부착하였다. 전압 단자는 발열지점에서 1 cm간격으로 4개를 설치하였으며 케이블에 직류 전류를인가하면서 히터에 히터펄스를 인가 후 이때 발생하는 전압을 측정하였다. Spiral형 HTS 케이블의 교류손실의 측정은 poynting vector E X //를 이용하여 다음 식에서 계산했다.
- 제조된 테이프의 히트펄스에 의한 NZP 특성 평가를 위해일정 온도 하에서 직류 4단자법에 의하여 테이프에 직류 전류를 인가하고 이때 히터에서 가까운 지점의 전압단자 양단에서 발생하는 전압을 각각 V<M, V12, V23 그리고 발열지점에서 1 cm간격으로 설치된 Ti. Tz, T3 의 온도변화를 각각 구하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 테이프의사양은 표 1에 나타내었다. HTS 케이블용 테이프의 퀜치특성 및 열물리적 특성의 온도의존성을 보기 위한 온도범위는 77 K-45 K이며 냉각장치는 냉동기(CTI, model 22)를사용하였다. 온도조절은 온도 controller를 이용하여 제어하여 실험하였으며 테이프에 히터펄스를 가하기 위해 3.
- PIT법으로 19심 은시스 Bi-2223 테이프를 제조하였다. 1 차 열처리 및 최종 압연과정을 마친 테이프를 직경 5 cm의알루미나 튜브에 spiral형태로 감아서 840 t 100시간의 2차열처리를 하여 테이프의 최종길이는 23 cm로 하였다.
- HTS 케이블용 테이프의 퀜치특성 및 열물리적 특성의 온도의존성을 보기 위한 온도범위는 77 K-45 K이며 냉각장치는 냉동기(CTI, model 22)를사용하였다. 온도조절은 온도 controller를 이용하여 제어하여 실험하였으며 테이프에 히터펄스를 가하기 위해 3.3 mm X10 mm면적의 carbon tape를 히터로 사용하였다. 히터를테이프에 부착 후 Kapton 테이프와 열전도도가 낮은 극저온용 에폭시를 이용하여 열적 차단을 하였고 저항은 상온에서 1 kQ 이었으며 77 K에서는 200 Q 이었다.
- 60 K에서 히터펄스에 의한 테이프 길이 방향의 온도분포를 그림 6에 나타내었다. 이때의 파라미터는 인가전류 20 A, 히터펄스 3.75 J의 에너지를 0.1 초 동안 인가한 앞의 실험조건과 동일한 값을 사용하였다. 온도분포는 0.
데이터처리
- 여러 가지 온도조건에서 평가하였다. 그리고 열 평형방정식을 이용하여 테이프의 길이방향에 대한 1차원적 수치해석으로 계산된 값을 실험에서 구한 값들과 비교하였다. 나아가 HTS 케이블을 제작 후 각 층의 통전 특성, 교류손실 특성 둥에 대해 조사하였으며, 각 층에 미치는 교류손실올 수치해석을 통해 분석하였다.
이론/모형
- 그림 12는 Ip = L 일 때의 다층 케이블의 소선 1회선당의 수치 해석된 손실밀도분포를 나타내고 있다. 여기서, 수치해석은 Norris 이론에 기초해서 임계상태 모델인 Bean모델을 사용했다. 초전도체에 흐르는 교류전류에 의한 초전도내부의 임의의 점r에서 발생하는 손실밀도는 Maxwell 전자방 정식을 이용하여 정리하면 다음 수식에 의해 계산된다[10].
- 여기서, 수치해석은 Norris 이론에 기초해서 임계상태 모델인 Bean모델을 사용했다. 초전도체에 흐르는 교류전류에 의한 초전도내부의 임의의 점r에서 발생하는 손실밀도는 Maxwell 전자방 정식을 이용하여 정리하면 다음 수식에 의해 계산된다[10].
성능/효과
- Direction형 HTS 케이블의 NZP 속도를 동작전류를 변수로 하여 77 K의 온도에서 측정하였으며, 그 결과 1.9-2.4 cm/sec의 범위로 동작전류가 중가함에 따라 높게 나타났다. 다층으로 제작한 spir선형 HTS 케이블의 경우 각 층의 L 는 225 A, 250 A였지만 1층보타는 2충에 전류가 집중하는 편류현상이 발생하였다.
- 의한 NZP 특성을 조사하였고 HTS 테이프의 1차원적 열 평형방 정식을 이용하여 계산된 결과들을 실험치와 비교하였다. 그 결과 교류가 직류에서보다 약간 높게 나타났지만 실험적 오차를 감안해 블패 값의 큰 차이는 없었으며 직류에서 열 평형 방정식을 이용하여 구한 수치해석 결과와 실험치를 비교해 볼 때 거의 일치하였다.
- 다층으로 제작한 spir선형 HTS 케이블의 경우 각 층의 L 는 225 A, 250 A였지만 1층보타는 2충에 전류가 집중하는 편류현상이 발생하였다. 그리고 spiral형 HTS 케이블을 이용하여 각 층의 교류손실 값을 측정하였는데 1층보다는 2충의 손실값이 큼을 알 수 있으며, 2층의 손실값은 거의 전류의 제곱에 비례하여 히스테리시스손 뿐 만 아니라 와전류 손에도 많이 의존하는 것으로 사료되며 이는 자장의 영향이 1층보다는 2층에 집중하여 나타난 결과로 사료된다. 더불어 교류손실의 저감을 위해 각 충의 인덕턴스와 상호 인덕턴스 의 조사 및 손살에 있어 이론적인 해석도 요구되어진다.
- 77 K의 온도에서 direction형 케이블에 L의 약 48 %에서 95 %까지 동작전류를 증가시키면서 동일한 크기의 히터펄스를 인가했을 때의 NZP 속도를 그림 9에 나타내었다. 기준 전계는 외부 노이즈와 잡음을 배제하기 위해 0.5 mV/cm로 높게 잡았으며 L의 95 %로 운전시의 NZP 속도는 2.4 cm/sec로 나타났으며 이는 앞장의 테이프의 경우와 비교해볼 때 두 배정도 빠른 값이며 동작전류가 중가함에 따라 NZP 속도도 중가하는 동일한 경향을 나타내었다. 하지만 향후 케이블에 대한 이론적 검토를 통해 이의 검중이 필요하다고 할 수 있다.
- 동작전류는 1c의 약 90 %까지 통전하였으며 동작전류 가 증가함에 따라 NZP 속도도 증가함을 뽈 수 있다. 수치적으로 계산된 NZP 속도의 범위는 1.0-1.9 cm/sec로 실험에서 구한 직류에서의 NZP 속도와 비교해 볼 때 비교적 잘 일치함을 알 수 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.