초록 ▼

저항형 초전도 한류기는 초전도체의 고유특성을 이용한 전류제한장치로서 과도전류가 흐를 때 초전도체가 상전도로 전이되면서 발생하는 큰 저항 손실이 과도전류를 제한하는 원리이다. 과도전류가 초전도체내에 흐를 때 전기저항에 의한 줄열로 인해 초전도체의 온도가 상승하며, 이에따른 줄열발생이 증가되는 사이클적 증폭현상이 이루어진다. 따라서 초전도체의플럭스 플로우 현상을 적극 이용하는 한류기의 경우 열적 안정석 해석을 위하여 시간에 따른 온도해석이 필수적으로 요구된다. 이러한 한류기의 열적 한정성 해석을 위해 먼저 임계전류 이상의 전류가 흐를때

저항형 초전도 한류기는 초전도체의 고유특성을 이용한 전류제한장치로서 과도전류가 흐를 때 초전도체가 상전도로 전이되면서 발생하는 큰 저항 손실이 과도전류를 제한하는 원리이다. 과도전류가 초전도체내에 흐를 때 전기저항에 의한 줄열로 인해 초전도체의 온도가 상승하며, 이에따른 줄열발생이 증가되는 사이클적 증폭현상이 이루어진다. 따라서 초전도체의플럭스 플로우 현상을 적극 이용하는 한류기의 경우 열적 안정석 해석을 위하여 시간에 따른 온도해석이 필수적으로 요구된다. 이러한 한류기의 열적 한정성 해석을 위해 먼저 임계전류 이상의 전류가 흐를때의 고온초전도체의 열발생 메카니즘을 규명하고, 이를 이용하여 저항형 한류소자의 안정성 및 ？치/회복 메카니즘에 대한 연구를 수행하고자 한다. 또한 초전도체의 완전반자성을 이용한 유도형 한류기 개발을 위한 기초연구로서 교류자계하에 놓인 벌크 고온초전도체 실린더 내부의 비선형 자기확산에 대한 연구를 수행한다. 한류기의 파손 안전성을 평가할 수 있는 방법을 개발하기 위해 본 연구에서는 적층형 구조내에 hot-spot에 대한 열응력을 평가하는 방법을 제안하였다. 고유변형률 개념을 평판과 적층판 해석 문제로 확장하여 정적 및 동적 거동에 대한 일반해를 유도 하였고 실제 한류기를 모사한 구조에 대한 응력해석결과를 제시함으로써 한류기의 기하학적 형상, 과도전류의 량, hot-spot의 크기등을 고려할 수 있는 명백한 해(explicit form)를 제시한다.
초전도 한류기는 고온초전도체 응용 분야중 가장 실용화에 근접해 있는 장치이다.
고온초전도체는 온도에 따라 임계전류밀도가 크게 변화하므로 초전도 설비의 열적 거동이 운전상태 및 안정성에 큰 영향을 미친다. 또한 초전도 응용기기가 임계전류 이상의 사고전류하에 놓인 경우 취성이 큰 세라믹 재질의 고온초전도체의 안정성에 큰 위협이 된는 발열에 의한 열응력의 문제가 대두된다. 그러나 현재 초전도 한류기에 대한 연구는 실험과 전기적 시물레이션을 이용해 진행되고 있으며, 열적 거동 및 기계적 응력에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서 제시한 초전도 한류기의 열적안정성 해석법과 전류도입선에 대한 연구와 hot-spot에 대한 열응력 해석법은 기계적 안전성 해석에 있어서 시급히 요구되는 연구분야일 뿐만아니라 한류기응용에 직접 적용될 수 있다. hot-spot에 대한 열응력 해석을 위해 개발한 적층형 구조내 게재물에 대한 해석법은 화학적으로 생성되거나 또는 물리적/화학적 특성을 강화시 키기 위해 포한된 게재물을 함유한 미소 적층구조(micro/nano-scale layered structure)의 고체역학적 해석에 직접적으로 응용될 수 있다.

Abstract ▼

For the studies of the thermal behavior of HTS tapes, the thermal and electrical effects of the shape and size of the crack in Bi-2223/Ag tape are studied by experiment and numerical analysis. Thermal stability of a HTS film deposited on a substrate is analysed for a thermal disturbance. In this stu

For the studies of the thermal behavior of HTS tapes, the thermal and electrical effects of the shape and size of the crack in Bi-2223/Ag tape are studied by experiment and numerical analysis. Thermal stability of a HTS film deposited on a substrate is analysed for a thermal disturbance. In this study, the quench/recovery criteria can be developed. The analytical methods are developed to evaluate the thermal stress induced on the hot-spot, when the HTS material is quenched. The magnetic diffusion inside a bulk- HTS is analysed to use in developing a induced FCL. The E-J relation of HTS material is used to solve a non-linear magnetic diffusion problem. The optimization of HTS current-lead is studied to minimize thermal loss.

The current-voltage drop relationship depending on the size of a crack is obtained by numerical method and validateed by experiment. The quench and recovery phenomenon is studied using the current sharing model, and the governing equation is established mathmatically. The non-dimensional energy balance equation is applied to the HTS FCL unit, and the stability is analysed as a function of disturbance energy, fill factor, and operating current. Using the results of stability analysis, we can estimate the quench and recovery behavior in the range of fill factor 0.3-0.6, and the stability map is established. We hope this stability map could be used to design FCL unit. The method of stress analysis for the inclusion in the layers is developed to evaluate the mechanical stability depending on the important design variables, such as the thickness of layers, the size of hot-spot, and the amount of Joule heat. The magnetic diffusion inside a induced FCL is analysed using a non-linear diffusion model. It is showed that the convensional bean model cannot be used for a transient magnetic diffusion problems. The nonlinear diffusion model predicts the penetration depth depending on time and the shielding current density. Finally the composite current-lead is analysed to minimize the heat dissipation into the cryostat. The current sharing model is used to establish the energy balance equation, and solved analytically. The result shows that the composite HTS current lead has minimum heat dissipation in the case of current sharing mode.
In other words, the HTS current lead has the minimum heat dissipation for current sharing state rather than the superconducting state.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문 ...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문 ...4
• 2. 영문요약문 ...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서 론 ...6
• 1.1 고온초전도체의 열적 거동 ...7
• 1.2 복합 고온초전도체의 열응력 ...8
• 1.3 유도형 한류기 및 전류도입선등의 부속설비에 대한 연구 ...9
• 2. 고온초전도체의 열적 거동 ...10
• 2.1 Crack에 의한 고온 초전도체 테이프의 열적 특성변화 ...10
• 2.1.1 Crack에 의한 임계전류밀도의 변화 ...10
• 2.1.2 Crack에 의한 고온초전도체 테이프의 열적 특성 변화 ...18
• 2.2 고온초전도체 한류기의 안정성 해석 ...32
• 2.2.1 한류기 내의 열교란에 대한 1차원해석 ...32
• 2.2.2 과도전류 후의 고온초전도체 박막의 Quench/회복 특성 ...37
• 3. 복합 고온초전도체의 열응력 ...41
• 3.1 초전도 한류기에 응력발생 기구(mechanism)와 해석모델 ...41
• 3.2 등방성 평판 내에 다항식으로 표현되는 온도 분포를 갖는 hot-spot에 대한 정적 응력해석 ...44
• 3.3 Hot-spot을 함유한 얇은 등방성 적층판에 대한 정적 응력해석 ...54
• 3.4 결과 요약 ...62
• 4. 유도형 한류기 및 전류도입선등의 부속설비에 대한 연구 ...64
• 4.1 고온초전도체 내부의 비선형 자기확산에 대한 1차원 해석 ...64
• 4.2 HTS 고온 초전도 전류 도입선의 최소 열손실 ...81
• 5. 연구결과 요약 ...88
• 6. 인용 문헌 ...91
• 7. 부록 ...93