KR100791045B1 - Hts magnet characteristic evaluation and quench protection device - Google Patents

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KR100791045B1 KR1020060124355A KR20060124355A KR100791045B1 KR 100791045 B1 KR100791045 B1 KR 100791045B1 KR 1020060124355 A KR1020060124355 A KR 1020060124355A KR 20060124355 A KR20060124355 A KR 20060124355A KR 100791045 B1 KR100791045 B1 KR 100791045B1
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백승규
이언용
이재득
김영춘
조영식
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Abstract

An HTS(High Temperature Superconductivity) magnet characteristic evaluation and quench protection apparatus is provided to protect a pancake coil from excessive voltage generated in the pancake coil due to quench, by a dump resistor. An HTS magnet characteristic evaluation and quench protection apparatus is composed of an HTS magnet(100) made of a pancake coil wound with superconductive wire rods; a dump resistor(200) connected with the pancake coil in parallel, in order to generate energy stored in the HTS magnet by resistance heat when quench occurs; a voltage tap(300) electrically connected to both ends of the pancake coil and both ends of the dump resistor to measure voltage of both ends of the dump resistor; a circuit breaker switch(400) connected with the pancake coil in series, to cut off current flowing toward a power supply when quench occurs and to make the current flow toward the dump resistor; a control-monitoring device(500) monitoring and controlling data of the HTS magnet; and a data acquisition device(600) inputting and collecting data of the HTS magnet.

Description

고온초전도 마그네트 특성평가 및 사고보호 장치{HTS magnet characteristic evaluation and quench protection device}HTS magnet characteristic evaluation and quench protection device

도 1 - 고온초전도 코일 및 고온초전도 마그네트에서의 전류-전압(I-V) 특성곡선을 나타낸 도.1 is a diagram showing a current-voltage (I-V) characteristic curve in a high temperature superconducting coil and a high temperature superconducting magnet.

도 2 - 본 발명에 따른 고온초전도 마그네트 특성 평가 장치의 주요부에 대한 모식도.Figure 2-Schematic diagram of the main part of the high temperature superconducting magnet characteristics evaluation apparatus according to the present invention.

도 3 - 본 발명에 따른 고온초전도 마그네트 특성 평가 장치의 데이타획득디바이스의 주요부에 대한 구성도.3 is a block diagram of a main part of a data acquisition device of the high-temperature superconducting magnet characteristic evaluation apparatus according to the present invention.

<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명><Description of Major Symbols Used in Drawings>

100 : 고온초전도 마그네트 200 : 보호저항100: high temperature superconducting magnet 200: protection resistance

300 : 전압탭 400 : 회로차단스위치300: voltage tap 400: circuit breaker switch

500 : 컨트롤-모니터링디바이스 600 : 데이타획득디바이스500: control-monitoring device 600: data acquisition device

610 : 섹션전압제한부 620 : 전류입력부610: section voltage limiting section 620: current inputting section

630 : 전류감소부 640 : 전원입력부630: current reducing unit 640: power input unit

650 : 현재전류표시부 660 : 전류표시부650: current display unit 660: current display unit

670 : 전압표시부670: voltage display unit

본 발명은 산화물계 고온초전도 선재가 권선된 팬케이크코일로 이루어진 마그네트의 특성을 평가하고 사고(quench)시 초전도 마그네트를 보호하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 팬케이크코일의 전류-전압특성 및 임계전류를 측정하고, 보호저항에 의해 팬케이크코일에서 사고로 인해 발생하는 과도한 전압으로부터 팬케이크코일을 보호하기 위한 고온초전도 마그네트 특성평가 및 사고보호 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for evaluating the characteristics of a magnet composed of a pancake coil wound with an oxide-based high temperature superconducting wire and to protect the superconducting magnet in the event of a quench. In particular, the current-voltage characteristics and critical current of the pancake coil are measured. And a high temperature superconducting magnet characteristic evaluation and an accident protection device for protecting the pancake coil from excessive voltage generated by an accident in the pancake coil by a protective resistance.

일반적으로 Bi-2212나 Bi-2223과 같은 1세대 고온초전도 선재, PIT선재나 YBCO와 같은 2세대 고온초전도 선재의 특성은 도 1과 같이 나타난다. 일반적으로 고온초전도 선재의 전압-전류 특성을 n값의 지수 승(power law)으로 나타내어서 고온초전도 선재의 특성을 나타낼 수 있으며, 특성방정식은 다음 수학식 1과 같다.In general, the characteristics of the first generation high temperature superconducting wires such as Bi-2212 and Bi-2223, the second generation high temperature superconducting wires such as PIT wire and YBCO are shown in FIG. In general, the voltage-current characteristics of the high-temperature superconducting wire can be represented by a power law of n-value, and thus the characteristics of the high-temperature superconducting wire can be represented, and the characteristic equation is represented by Equation 1 below.

Figure 112006090991053-pat00001
Figure 112006090991053-pat00001

여기서, V는 고온초전도 코일의 양단에 발생하는 전압이고, Vo는 고온초전도 선재의 특성 평가시 기준이 되는 전압으로 1 혹은 0.1㎶/cm으로 나타낸다. n은 Index value라고 불리며 초전도 선재의 플럭스-플로우(Flux-flow) 영역을 결정하는 역할을 한다. I는 고온초전도 코일에 흐르는 전류이고, Ic는 고온초전도 코일의 임 계전류 값이다.Here, V is a voltage generated at both ends of the high temperature superconducting coil, and V o is a voltage which is a reference voltage when evaluating the characteristics of the high temperature superconducting wire, and is represented by 1 or 0.1 mA / cm. n is called the index value and determines the flux-flow region of the superconducting wire. I is the current flowing in the high temperature superconducting coil, and I c is the threshold current value of the high temperature superconducting coil.

다음 수학식 2는 고온초전도 선재를 이용하는 고온초전도 마그네트의 경우 장선의 테이프 형상을 가지는 고온초전도 선재의 특성상 원형 혹은 팬케이크 형태로 권선되게 된다. 이 경우에 팬케이크 사이에 접합이 존재하게 되고, 접합 저항에 의한 발열로 인해 도 1에서와 같이 전류-전압(I-V) 특성곡선이 일정한 기울기를 나타내게 된다.Equation 2 is a high temperature superconducting magnet using a high temperature superconducting wire is wound in a circular or pancake form due to the characteristics of the high temperature superconducting wire having a long tape shape. In this case, a junction exists between the pancakes, and the current-voltage (I-V) characteristic curve shows a constant slope as shown in FIG. 1 due to the heat generated by the junction resistance.

Figure 112006090991053-pat00002
Figure 112006090991053-pat00002

상기와 같이 고온초전도 선재가 권선되어 이루어진 마그네트는 대전류를 통전할 수 있어 통전 전류 밀도가 매우 높고, 고자장을 발생시킬 수 있는 특징을 가지고 있다. 따라서 고온초전도 마그네트 내에 강한 전자기력이 작용되고, 저온으로 냉각되어 운전되기 때문에 열 수축으로 인한 열응력 또한 강하게 작용되는 등, 운전조건이 더욱 가혹하게 된다.As described above, the magnet formed by winding the high-temperature superconducting wire has a characteristic of being able to conduct a large current and having a very high conduction current density and generating a high magnetic field. Therefore, a strong electromagnetic force is applied in the high-temperature superconducting magnet, and since the cooling is performed at a low temperature, the thermal stress due to heat shrinkage is also strongly acted.

이와 같은 여러 가지 요인으로 인한 외부교란이 고온초전도 선재에 가해지면 초전도 상태에서 상전도 상태로 급격히 천이되는 사고현상(quench phenomenon)이 발생되어 초전도선의 저항이 급격히 증가하면서 급격한 발열 및 온도상승이 일어나게 된다.When external disturbance caused by these factors is applied to the high temperature superconducting wire, a quench phenomenon occurs that rapidly transitions from the superconducting state to the phase conducting state, and the resistance of the superconducting wire rapidly increases, causing rapid heat generation and temperature rise. .

일반적으로 고온초전도 마그네트는 대전류에서 운전되기 때문에 축적된 에너지가 매우 크고, 고온초전도 마그네트 내부의 특정부위에서 사고(quench)가 발생할 때, 이의 조속한 탐색 및 운전전류의 차단 등의 조치가 수행되지 않으면, 고온초전도 마그네트 내부의 급격한 온도 상승으로 초전도 선재의 소손(burning out) 등 치명적인 손상을 가져오게 된다. 따라서 고가의 초전도 마그네트의 안정적인 운전 및 보호방법의 개발이 반드시 필요한 실정이다.In general, since the HTS magnet is operated at a high current, the accumulated energy is very large, and when a quench occurs at a specific part inside the HTS magnet, if the action such as its rapid search and blocking of the operating current is not performed, The rapid temperature rise inside the high-temperature superconducting magnet causes fatal damage such as burning out of the superconducting wire. Therefore, it is necessary to develop a stable operation and protection method of expensive superconducting magnet.

또한 산화물계 고온초전도 마그네트의 경우에는 테이프 형태의 고온초전도 선재를 팬케이크 형태로 만들어 다수 개를 적층하는 형태로 필요한 공간에서 요구되는 형태의 자장 및 세기를 발생시키게 되는데, 각각의 팬케이크코일은 전체 마그네트의 조립된 위치에 따라서 경험하는 주위 자장이 크게 다르고, 또한 작용되는 기계적인 힘도 서로 상이하므로, 설계, 제작된 고온초전도 마그네트의 특성 평가시 개개의 팬케이크 코일의 특성 평가치 만으로는 전체 마그네트의 특성을 예측할 수 없으므로, 조립된 전체 마그네트의 특성을 적정하게 평가하여야 한다. In addition, in the case of the oxide-based high-temperature superconducting magnet, a high temperature superconducting wire in the form of a tape is formed in the form of a pancake, and a plurality of layers are laminated to generate a magnetic field and strength required in the required space. Since the surrounding magnetic field varies greatly depending on the assembled position, and the mechanical forces acting are different from each other, the characteristics of the individual pancake coils can be used to predict the characteristics of the entire magnet when evaluating the characteristics of the designed and manufactured high-temperature superconducting magnets. Therefore, the characteristics of the whole assembled magnet should be properly evaluated.

따라서 이와 같은 특성을 고려하여 고온초전도 마그네트의 최적 운전조건에 상응하는 운전전류의 측정 등 고온초전도 마그네트의 성능 평가 기법 및 장치의 개발이 필요하다. 특히 설계, 제작된 고온초전도 마그네트의 최적의 운전 조건의 산정은 고가의 고온초전도 선재의 사용을 최소화할 수 있는 하나의 방법이기도 하다.Therefore, in view of such characteristics, it is necessary to develop a performance evaluation technique and apparatus for a high temperature superconducting magnet such as measuring an operating current corresponding to an optimum operating condition of the high temperature superconducting magnet. In particular, the calculation of the optimal operating conditions of the designed and manufactured high temperature superconducting magnet is one way to minimize the use of expensive high temperature superconducting wire.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 팬케이크코일의 전류-전압특성 및 임계전류를 실시간 측정하고, 보호저항에 의해 팬케이크코일에서 사고로 인해 발생하는 과도한 전압으로부터 팬케이크코일을 보호하기 위한 고온초전도 마그네트 특성평가 및 사고보호 장치의 제공을 그 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, a high temperature for measuring the current-voltage characteristics and critical current of the pancake coil in real time, and protects the pancake coil from excessive voltage caused by an accident in the pancake coil by the protection resistor Its purpose is to provide a superconducting magnet characteristic evaluation and accident protection device.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위해 본 발명은, 초전도 선재가 권선된 팬케이크코일로 이루어진 고온초전도 마그네트와; 상기 팬케이크코일과 병렬로 연결되어, 사고발생시 고온초전도 마그네트에 저장되어 있는 에너지를 저항열로 발생시키는 보호저항과; 상기 팬케이크코일 양단 및 상기 보호저항 양단의 전압을 측정하기 위해 상기 팬케이크코일 양단 및 보호저항 양단에 각각 전기적으로 연결된 전압탭과; 상기 팬케이크코일과 직렬로 연결되어, 사고발생시 전원공급기로 흐르는 전류를 차단하고 상기 보호저항으로 전류가 흐르도록 하는 회로차단스위치와; 상기 고온초전도 마그네트의 데이타를 모니터링하고 컨트롤하기 위한 컨트롤모니터링디바이스와; 상기 고온초전도 마그네트의 데이타를 입력하고 수집하기 위한 데이타획득디바이스;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고온초전도 마그네트 특성평가 및 사고 보호 장치를 기술적 요지로 한다.The present invention to achieve the object as described above, the high-temperature superconducting magnet made of a pancake coil wound around the superconducting wire; A protection resistor connected in parallel with the pancake coil to generate energy stored in the high temperature superconducting magnet as resistance heat when an accident occurs; Voltage taps electrically connected to both ends of the pancake coil and both ends of the protection resistor to measure voltages across the pancake coil and the protection resistor; A circuit breaker switch connected in series with the pancake coil to block a current flowing to a power supply when an accident occurs and to allow a current to flow to the protection resistor; A control monitoring device for monitoring and controlling data of the high temperature superconducting magnet; A high temperature superconducting magnet characteristic evaluation and accident protection device comprising a; a data acquisition device for inputting and collecting data of the high temperature superconducting magnet as a technical gist.

또한, 상기 팬케이크코일은, 다수개가 직렬로 연결되어, 상기 전압탭이 팬케이크코일 양단에 각각 형성되어 코일섹션 전압을 측정하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a plurality of the pancake coils are connected in series, and the voltage taps are formed at both ends of the pancake coils to measure coil section voltages.

또한, 상기 데이타획득디바이스는, 고온초전도 마그네트에 사고 발생시 상기 회로차단스위치가 동작되는 전압제한값을 팬케이크코일의 각 코일섹션별로 설정하는 섹션전압제한부와; 고온초전도 마그네트 특성 테스트시에 전류의 목표값을 소정 증가율로 입력시키는 전류입력부와; 고온초전도 마그네트 특성평가 후 공급되는 전류를 점차 감소시키는 전류감소부와; 회로차단스위치에 전원을 인가하는 전원입력부와; 현재 팬케이크코일에 공급되는 전류값을 표시하는 현재전류표시부와; 시간에 따른 고온초전도 마그네트 전류의 변화를 표시하는 전류표시부와; 고온초전도 마그네트 전류 및 시간에 따른 전압의 변화를 표시하는 전압표시부;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.The data acquisition device may further include: a section voltage limiting unit configured to set a voltage limit value for operating the circuit break switch for each coil section of the pancake coil when an accident occurs in the high temperature superconducting magnet; A current input unit configured to input a target value of current at a predetermined increase rate in a high temperature superconducting magnet characteristic test; A current reduction unit for gradually reducing the current supplied after the high-temperature superconducting magnet characteristic evaluation; A power input unit for applying power to the circuit breaker switch; A current current display unit which displays a current value currently supplied to the pancake coil; A current display unit displaying a change of the high temperature superconducting magnet current with time; It is preferably configured to include a; high-temperature superconducting magnet current and a voltage display for displaying a change in voltage over time.

이에 따라 팬케이크코일의 전류-전압특성 및 임계전류를 측정하여 고온초전도 마그네트의 운전전류 및 사고전류(quench current) 측정 등 각종 특성평가를 안전하게 할 수 있고, 고온초전도 마그네트의 운전시 돌발적으로 일어날 수 있는 사고시에도 고온초전도 마그네트를 안정적으로 보호할 수 있을 뿐만 아니라 이에 의해 고가의 고온초전도 선재의 낭비를 막을 수가 있어 비용이 절감되는 이점이 있다.Accordingly, by measuring the current-voltage characteristics and the critical current of the pancake coil, it is possible to safely evaluate various characteristics such as measuring the operating current and the quench current of the high temperature superconducting magnet, and may occur suddenly during operation of the high temperature superconducting magnet. In the event of an accident, the high-temperature superconducting magnet can be stably protected, thereby preventing the waste of expensive high-temperature superconducting wires, thereby reducing the cost.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다. 도 2는 본 발명에 따른 고온초전도 마그네트 특성 평가 장치의 주요부에 대한 모식도이고, 도 3은 본 발명에 따른 고온초전도 마그네트 특성 평가 장치의 데이타획득디바이스의 주요부에 대한 구성도이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings for the preferred embodiment of the present invention will be described in detail. Figure 2 is a schematic diagram of the main part of the high temperature superconducting magnet characteristic evaluation apparatus according to the present invention, Figure 3 is a block diagram of the main part of the data acquisition device of the high temperature superconducting magnet characteristic evaluation apparatus according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고온초전도 마그네트 특성평가 및 사고 보호 장치는 고온초전도 마그네트의 특성으로써 운전전류 및 임계전류를 측정하고, 초전도 운전중 사고 발생시에 팬케이크코일에 전류가 흐르지 않도록 하여 고온초전도 마그네트를 보호하기 위한 것으로, 크게 고온초전도 마그네트(100), 보호저항(200), 전압탭(300), 회로차단스위치(400), 컨트롤-모니터링디바이스(500) 및 데이타획득디바이스(600)로 구성된다.As shown, the high-temperature superconducting magnet characteristic evaluation and accident protection device according to the present invention measures the operating current and the critical current as a characteristic of the high-temperature superconducting magnet, and prevents the current from flowing in the pancake coil during the superconducting operation, so that the high temperature superconducting To protect the magnet, it consists of a high temperature superconducting magnet 100, protection resistor 200, voltage tap 300, circuit breaker switch 400, control-monitoring device 500 and data acquisition device 600 do.

일반적으로 고온초전도 마그네트(100)는 테이프 형상을 하고 있는 고온초전도 선재가 팬케이크 또는 더블 팬케이크코일의 형태로 권선되어 형성되며, 원하는 자장 및 세기를 얻기 위해 상기 팬케이크코일을 단일개 또는 다수개로 적층하여 서로 간에 직렬로 연결시켜 사용한다. 상기 팬케이크코일로 이루어진 고온초전도 마그네트(100)는 크라이오스탯(cryostat, 냉동기)(미도시)에 부착되어 초전도 운전이 시작된다.In general, the high temperature superconducting magnet 100 is formed by winding a high temperature superconducting wire having a tape shape in the form of a pancake or a double pancake coil, and stacking the pancake coils in single or multiple pieces to obtain a desired magnetic field and strength. It is used by connecting in series. The high temperature superconducting magnet 100 made of the pancake coil is attached to a cryostat (cryostat) (not shown) to start superconducting operation.

이러한 직렬로 연결되어 있는 팬케이크코일은 팬케이크코일을 이루는 고온초전도 선재의 품질 및 접합부의 형태 및 방법, 접합상태, 권선형태, 권선수에 따라 그 성능이 상이하므로 팬케이크코일이 다수개가 직렬로 연결되어 있는 경우에는 각각의 팬케이크코일마다 특성이 상이하게 된다. 그래서 각 팬케이크코일마다 하나의 코일섹션(coil section)을 설정하고, 양단의 전압을 측정할 수 있도록 전압탭(300)을 설치한다. 따라서 일반적인 고온초전도 마그네트(100)는 팬케이크코일의 직렬연결 갯수에 대응하여 코일섹션이 형성되어 멀티-코일섹션(multi-coil section)을 이루게 된다. The pancake coils connected in series have different performances according to the quality and shape of the high temperature superconducting wires forming the pancake coil, the type and method of the junction, the bonding state, the winding type, and the number of windings, so that several pancake coils are connected in series. In this case, the characteristics are different for each pancake coil. Therefore, one coil section is set for each pancake coil, and a voltage tap 300 is installed to measure voltage at both ends. Therefore, the general high temperature superconducting magnet 100 has a coil section corresponding to the number of series of pancake coils to form a multi-coil section.

이러한 멀티-코일섹션을 이루는 다수개의 팬케이크코일이 직렬로 연결되어 원하는 자장 및 세기를 발생시키는 고온초전도 마그네트(100)는 특성 평가 및 운전에 있어, 사고(quench)로 인한 고온초전도 마그네트(100)의 손상 방지와 안정적인 특성 평가를 위해 보호회로가 필요하게 되며, 이를 위해 상기 팬케이크코일에 병렬로 보호저항(200)을 연결시키고, 사고발생 시 고온초전도 마그네트(100)에서 전원공급기(P)로 흐르는 전류를 차단하고 상기 보호저항(200)으로 마그네트의 전류가 흐를 수 있도록 작동되는 회로차단스위치(400)를 팬케이크코일과 직렬로 연결시킨다. 상기 보호저항(200) 양단에도 상기 보호저항(200)의 전압의 변화를 측정하기 위한 전압탭(300)이 설치되며, 사고발생시 고온초전도 마그네트(100)에 저장되어 있는 에너지를 열로 발산시켜 고온초전도 마그네트(100)를 보호하게 된다.The high-temperature superconducting magnet 100, which generates a desired magnetic field and strength by connecting a plurality of pancake coils constituting the multi-coil section in series, in the characteristics evaluation and operation of the high-temperature superconducting magnet 100 due to an accident (quench) In order to prevent damage and evaluate stable characteristics, a protection circuit is required. For this, the protection resistor 200 is connected to the pancake coil in parallel, and in the event of an accident, a current flowing from the high-temperature superconducting magnet 100 to the power supply P. The circuit breaker switch 400 is connected in series with the pancake coil to cut off and operate the current of the magnet to the protection resistor 200. Both ends of the protection resistor 200 are provided with a voltage tap 300 for measuring a change in the voltage of the protection resistor 200, and in the event of an accident by dissipating energy stored in the high temperature superconducting magnet 100 as heat The magnet 100 will be protected.

상기 전압탭(300)은 팬케이크코일 양단 즉, 각 코일섹션마다 설치되어 양단전압의 변화를 실시간적으로 측정하여, 임의 코일섹션에서 사고가 감지되면, 회로차단스위치(Circuit breaker switch)(400)가 작동되어 회로차단스위치(400)에 전원을 공급하는 전원공급기(power supply)(P)와 팬케이크코일과의 연결을 끊고, 보호저항(Dump Resistor)(200)으로 고온초전도 마그네트(100)에 저장된 에너지가 방출되도록 하여 고온초전도 마그네트(100)의 사고 발생지점에서 온도상승이 더 이상 일어나지 않도록 하므로써 고온초전도 마그네트(100)를 보호하게 된다.The voltage tap 300 is installed at both ends of the pancake coil, that is, at each coil section, and measures a change in voltage at both ends in real time. When an accident is detected at a certain coil section, a circuit breaker switch 400 is provided. Energy is stored in the high-temperature superconducting magnet (100) by the power supply (P) to operate the power supply (P) for operating the circuit breaker switch (400) and the pancake coil, and the protection resistor (Dump Resistor) 200 The high temperature superconducting magnet 100 is protected by preventing the temperature rise from occurring at an accident occurrence point of the high temperature superconducting magnet 100.

따라서, 멀티-코일섹션을 이루는 고온초전도 마그네트(100)에서 각 코일섹션마다 전압탭(300)이 설치되어, 각 코일에 사용된 고온초전도 선재의 길이, 고온초전도 마그네트(100) 내에서 고온초전도 선재에 작용되는 최대자장 등을 고려하여, 각 코일에서 발생될 수 있는 최대 전압상한을 설정하고, 양단전압의 변화를 실시간적으로 측정하여, 최적의 운전 조건에 맞는 운전전류의 측정 등 산화물계 고온초전도 선재로 권선되어 직렬연결된 팬케이크코일로 이루어진 멀티-코일섹션 고온초전도 마그네트(100)의 각종 특성을 평가할 수 있게 되는 것이다.Therefore, in the high temperature superconducting magnet 100 constituting the multi-coil section, the voltage tap 300 is installed for each coil section, and thus the length of the high temperature superconducting wire used in each coil, and the high temperature superconducting wire in the high temperature superconducting magnet 100. In consideration of the maximum magnetic field applied to the coil, the maximum voltage upper limit that can be generated in each coil is set, and the change in the voltage at both ends is measured in real time, and the oxide-based high-temperature superconductor It is possible to evaluate various characteristics of the multi-coil section high-temperature superconducting magnet 100 made of a pancake coil wound in a wire.

이러한 고온초전도 마그네트(100)의 특성평가 및 사고보호 과정에 있어서, 각 팬케이크코일의 전압 및 전류 특성, 임계전류 특성 등의 데이타를 평가하고 사 고(quench)의 실시간적인 탐색(운전전류) 및 보호회로(회로차단스위치)를 작동시키기 위한 것으로, 이러한 데이타를 모니터링하고 컨트롤하기 위한 컨트롤-모니터링디바이스(500)가 필요하고, 이러한 데이타를 입력하고 수집하기 위한 데이타획득디바이스(600)가 필요하게 된다. 일반적으로 상기 컨트롤-모니터링디바이스는 컴퓨터 등의 본체에 대응되며, 상기 데이타획득디바이스는 컴퓨터 등에 있어서 화면부에 대응되게 형성된다.In the characteristics evaluation and accident protection process of the high temperature superconducting magnet 100, data such as voltage and current characteristics and critical current characteristics of each pancake coil are evaluated, and real-time search (operation current) and protection of the incident (quench) are performed. In order to operate a circuit (circuit break switch), a control-monitoring device 500 for monitoring and controlling such data is required, and a data acquisition device 600 for inputting and collecting such data is required. In general, the control-monitoring device corresponds to a main body such as a computer, and the data acquisition device is formed to correspond to a screen portion of a computer.

도 3은 고온초전도 마그네트(100) 특성평가 장치의 데이타획득디바이스(600)의 디스플레이 화면이다. 섹션전압제한부(610)는 고온초전도 마그네트(100)에 사고가 발생했을 때 회로차단스위치(400)가 동작할 전압 제한 값을 각 코일섹션별로 설정할 수 있는 부분이며, 전류입력부(620)는 특성 테스트 시에 공급되는 전류의 증가율과 흘리고자 하는 전류의 목표값을 입력하는 부분, 현재전류표시부(650)는 현재 코일에 공급되는 전류값을 표시하는 부분, 전원입력부(640)는 회로차단스위치(400)에 전원을 인가하는 부분, 전압표시부(670) 및 전류표시부(660)는 고온초전도 마그네트(100)의 전류 및 시간에 따른 전압의 변화를 표시하는 부분, 전류표시부(660)는 시간에 따른 전류의 변화를 표시하는 부분 및 전류감소부(630)는 고온초전도 마그네트 특성평가 후 공급되는 전류를 상기 증가율에 대응되게 점차로 감소시키는 신호입력 부분으로 구성되어 있으며, 상기 전류입력부(620)에 의해 입력된 목표값까지 전류가 증가하도록 신호를 주는 전류신호인가부(680) 등이 포함되어 있다.3 is a display screen of the data acquisition device 600 of the high temperature superconducting magnet 100 characteristic evaluation apparatus. The section voltage limiting unit 610 is a part that can set the voltage limit value for each coil section to operate the circuit breaker switch 400 when an accident occurs in the high temperature superconducting magnet 100, the current input unit 620 is characterized A portion for inputting the increase rate of the current supplied to the test and the target value of the current to flow, the current current display unit 650 is a portion for displaying the current value currently supplied to the coil, the power input unit 640 is a circuit breaker switch ( The part for applying power to the 400, the voltage display unit 670 and the current display unit 660 is a portion for displaying the change of the voltage according to the current and time of the high temperature superconducting magnet 100, the current display unit 660 over time The current display portion and the current reducing portion 630 is composed of a signal input portion for gradually reducing the current supplied after the high-temperature superconducting magnet characteristics evaluation corresponding to the increase rate, the current input Unit may contain the 620, such as an applied current signal portion 680 to the signal current to increase up to the target value input by the.

상기와 같이 테이프 형태의 산화물계 고온초전도 선재로 권선되어진 다수개 의 팬케이크코일로 만들어진 멀티-코일섹션 초전도 마그네트는 특성 평가 및 운전 시, 운전조건이 가장 열악한 조건에서 운전되는 어느 한 코일에서 사고가 발생되게 되며, 이로 인해 이 부분에서 온도가 상승되어 사고가 점차 넓은 영역으로 전파되게 되어 마그네트 전체에 사고가 발생되거나 국부적으로 온도가 급격하게 상승되어, 고온초전도 선재가 소손(burnibg out)되는 것과 같은 코일에 심각한 손상을 일으킬 수 있다. 따라서 이와 같이 어느 코일섹션의 코일에서 가장 먼저 사고가 발생하는가를 탐지하기 위해 상기 컨트롤-모니터링디바이스(500) 및 데이타획득디바이스(600)로부터 실시간적으로 전압-전류 특성 및 임계전류를 측정하도록 하는 것이다.As described above, the multi-coil section superconducting magnet made of a plurality of pancake coils wound with a tape-type high-temperature superconducting wire of the tape type has an accident in one coil operated under the worst operating conditions when evaluating and operating characteristics. This causes the temperature to rise in this area, causing the accident to propagate to a wider area, resulting in an accident throughout the magnet or a sudden rise in temperature, resulting in burnt out of the superconducting wire. May cause serious damage. Accordingly, in order to detect the first occurrence of an accident in the coil section of the coil section, voltage-current characteristics and threshold currents are measured in real time from the control-monitoring device 500 and the data acquisition device 600. .

이와 같이 각 코일섹션의 사고 발생 유무를 실시간적으로 관찰함으로서 고온초전도 마그네트(100)의 운전을 최적의 상태로 유지할 수 있으며, 사고 발생시에도 사고의 전파 및 지속시간을 최소한으로 줄일 수 있어 고온초전도 마그네트(100)에서 일어날 수 있는 심각한 손상을 방지할 수 있게 된다.As such, by observing the occurrence of an accident in each coil section in real time, the operation of the high temperature superconducting magnet 100 can be maintained in an optimal state, and the propagation and duration of the accident can be reduced to a minimum even when an accident occurs. It is possible to prevent serious damage that may occur at (100).

본 발명의 동작 순서는 다음과 같다.The operation sequence of the present invention is as follows.

우선, 측정하고자 하는 고온초전도 마그네트(100)에 코일섹션별로 전압탭(300)을 연결하고, 각 코일섹션에 걸리는 전압의 한계치를 상기 섹션전압제한부(610)에 입력한다. 그 다음 상기 전류입력부(620)에서 테스트하고자 하는 목적에 맞게 전류 증가율을 입력하고 측정하고자 하는 전류의 목표치를 입력한다.First, the voltage tap 300 is connected to each of the coil sections to the high temperature superconducting magnet 100 to be measured, and the threshold value of the voltage applied to each coil section is input to the section voltage limiting unit 610. Next, the current input unit 620 inputs a current increase rate according to the purpose to be tested and inputs a target value of the current to be measured.

데이타획득디바이스(600)의 프로그램을 활성화시키고 DC 전원공급기(P)의 전 류를 고온초전도 마그네트(100)에 공급하도록 전류신호인가부(680)를 다운에서 업으로 위치시킨다. 그러면 전압표시부(670), 전류표시부(660)에서는 각각의 특성 그래프가 표시된다.The current signal applying unit 680 is placed from down to up to activate the program of the data acquisition device 600 and to supply the current of the DC power supply P to the high temperature superconducting magnet 100. Then, the characteristic display graphs are displayed on the voltage display unit 670 and the current display unit 660.

만약, 고온초전도 마그네트(100)에서 사고(quench)가 발생하고 코일의 코일섹션에서 섹션전압제한부(610)에서 설정한 전압값을 넘어서게 되면, 회로차단스위치(400)가 전기적으로 오픈되고 팬케이크코일에 저장된 에너지는 보호저항(200)을 통해 열로 소모되게 된다. 사고가 발생되지 않고 목표로 하는 전류값 이내에서 테스트가 끝나면 팬케이크코일에 흐르는 전류의 급격한 변화로 인해 발생할 수 있는 손상을 방지하기 위해 전류감소부(630)를 작동시켜 팬케이크코일에 공급되는 전류를 천천히 감소시켜서 전체 시스템의 동작을 멈추게 된다. 상기 전류입력부(620)에서 전류감소율과 감소시키는 전류의 목표치를 입력하고 스위치를 온에서 제로로 위치시키면 팬케이크코일에 흐르는 전류가 감소하게 되고 흐르는 전류가 0으로 감소하게 되면 프로그램이 동작을 멈추고 고온초전도 마그네트(100)의 테스트가 완료되게 된다.If, in the high temperature superconducting magnet 100, a quench occurs and the coil section of the coil exceeds the voltage set by the section voltage limiting unit 610, the circuit breaker switch 400 is electrically opened and the pancake coil Energy stored in the is consumed as heat through the protection resistor (200). When the test is completed within the target current value without an accident, the current reducing unit 630 is operated to slow down the current supplied to the pancake coil to prevent damage that may occur due to a sudden change in the current flowing in the pancake coil. Decreases the overall system operation. When the current input unit 620 inputs a current reduction rate and a target value of decreasing current, and the switch is placed on to zero, the current flowing in the pancake coil is reduced, and when the flowing current is reduced to 0, the program stops operating and the high temperature superconductivity is reduced. The test of the magnet 100 is completed.

즉, 본 발명에서는 고온초전도 마그네트(100)의 각 코일섹션에 전압탭(300)을 설치하고, 사용되는 고온초전도 선재 길이, 고온초전도 마그네트(100)에서 특정부위의 고온초전도 선재가 경험하는 자장 값 등을 고려하여 코일섹션별로 적정 전압 상한값을 설정하고, 운전전류의 상승 또는 외부 교란 등으로 유기되는 양단전압을 측정하여, 어떤 임의 코일섹션에서 측정된 전압 값이 설정된 전압상한보다 클 경우는 사고로 판정하여 회로차단스위치(400)가 작동되어 전원공급기(P)로부터 연 결을 끊고, 보호저항(200)으로 연결되도록 하여 고온초전도 마그네트(100)에 저장된 에너지를 열로 방출되도록 하여 고온초전도 마그네트(100)의 사고 발생부에서 온도상승이 더 이상 일어나지 않게 하여 고온초전도 마그네트(100)를 보호하게 되는 것이다.That is, in the present invention, the voltage taps 300 are installed in each coil section of the high temperature superconducting magnet 100, and the length of the high temperature superconducting wire used and the magnetic field value experienced by the high temperature superconducting wire of the specific portion in the high temperature superconducting magnet 100 are used. Set the upper limit of the appropriate voltage for each coil section in consideration of the above, and measure the voltage between both ends induced by the rise of operating current or external disturbance, etc., and if the voltage value measured in any arbitrary coil section is higher than the set upper limit, The circuit breaker switch 400 is operated to disconnect the power supply P, and to be connected to the protection resistor 200 so that the energy stored in the high-temperature superconducting magnet 100 is released as heat. The temperature rise no longer occurs in the accident occurrence part of the) to protect the high-temperature superconducting magnet (100).

상기 구성에 의한 본 발명은, 팬케이크코일의 전류-전압특성 및 임계전류를 측정하여 고온초전도 마그네트의 운전전류 및 임계전류(quench current) 측정 등 각종 특성평가를 안전하게 할 수 있고, 고온초전도 마그네트의 운전시 돌발적으로 일어날 수 있는 사고시에도 고온초전도 마그네트를 안정적으로 보호할 수 있을 뿐만 아니라 이에 의해 고가의 고온초전도 선재의 낭비를 막을 수가 있어 비용이 절감되는 효과가 있다.The present invention by the above configuration, by measuring the current-voltage characteristics and the critical current of the pancake coil, it is possible to safely evaluate various characteristics such as the operation current and the threshold current (quench current) measurement of the high temperature superconducting magnet, the operation of the high temperature superconducting magnet In the event of an accident that can happen suddenly during the accident can not only stably protect the high-temperature superconducting magnet, thereby preventing expensive waste of high-temperature superconducting wire, thereby reducing the cost.

Claims (4)

초전도 선재가 권선된 팬케이크코일로 이루어진 고온초전도 마그네트와;A high temperature superconducting magnet made of a pancake coil wound around a superconducting wire; 상기 팬케이크코일과 병렬로 연결되어, 사고발생시 고온초전도 마그네트에 저장되어 있는 에너지를 저항열로 발생시키는 보호저항과;A protection resistor connected in parallel with the pancake coil to generate energy stored in the high temperature superconducting magnet as resistance heat when an accident occurs; 상기 팬케이크코일 양단 및 상기 보호저항 양단의 전압을 측정하기 위해 상기 팬케이크코일 양단 및 보호저항 양단에 각각 전기적으로 연결된 전압탭과;Voltage taps electrically connected to both ends of the pancake coil and both ends of the protection resistor to measure voltages across the pancake coil and the protection resistor; 상기 팬케이크코일과 직렬로 연결되어, 사고발생시 전원공급기로 흐르는 전류를 차단하고 상기 보호저항으로 전류가 흐르도록 하는 회로차단스위치와;A circuit breaker switch connected in series with the pancake coil to block a current flowing to a power supply when an accident occurs and to allow a current to flow to the protection resistor; 상기 고온초전도 마그네트의 데이타를 모니터링하고 컨트롤하기 위한 컨트롤모니터링디바이스와;A control monitoring device for monitoring and controlling data of the high temperature superconducting magnet; 상기 고온초전도 마그네트의 데이타를 입력하고 수집하기 위한 데이타획득디바이스;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고온초전도 마그네트 특성평가 및 사고 보호 장치.High temperature superconducting magnet characteristics evaluation and accident protection device comprising a; data acquisition device for inputting and collecting data of the high temperature superconducting magnet. 제 1항에 있어서, 상기 팬케이크코일은,The method of claim 1, wherein the pancake coil, 다수개가 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 고온초전도 마그네트 특성평가 및 사고 보호 장치.High temperature superconducting magnet characteristic evaluation and accident protection device, characterized in that the plurality is connected in series. 제 2항에 있어서, 상기 전압탭은,The method of claim 2, wherein the voltage tap, 팬케이크코일 양단에 각각 형성되어 코일섹션 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 고온초전도 마그네트 특성평가 및 사고 보호 장치.High temperature superconducting magnet characteristic evaluation and accident protection device is formed on both ends of the pancake coil to measure the coil section voltage. 제 3항에 있어서, 상기 데이타획득디바이스는,The device of claim 3, wherein the data acquisition device comprises: 고온초전도 마그네트에 사고 발생시 상기 회로차단스위치가 동작되는 전압제한값을 팬케이크코일의 각 코일섹션별로 설정하는 섹션전압제한부와;A section voltage limiting unit configured to set a voltage limit for operating the circuit break switch for each coil section of the pancake coil when an accident occurs in a high temperature superconducting magnet; 고온초전도 마그네트 특성 테스트시에 전류의 목표값을 소정 증가율로 입력시키는 전류입력부와;A current input unit configured to input a target value of current at a predetermined increase rate in a high temperature superconducting magnet characteristic test; 고온초전도 마그네트 특성평가 후 공급되는 전류를 점차 감소시키는 전류감소부와;A current reduction unit for gradually reducing the current supplied after the high-temperature superconducting magnet characteristic evaluation; 회로차단스위치에 전원을 인가하는 전원입력부와;A power input unit for applying power to the circuit breaker switch; 현재 팬케이크코일에 공급되는 전류값을 표시하는 현재전류표시부와;A current current display unit which displays a current value currently supplied to the pancake coil; 시간에 따른 고온초전도 마그네트 전류의 변화를 표시하는 전류표시부와;A current display unit displaying a change of the high temperature superconducting magnet current with time; 고온초전도 마그네트 전류 및 시간에 따른 전압의 변화를 표시하는 전압표시부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고온초전도 마그네트 특성평가 및 사고 보호 장치.High-temperature superconducting magnet characteristics evaluation and accident protection device, characterized in that it comprises a; high temperature superconducting magnet current and voltage display for displaying the change of voltage over time.
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