KR100805284B1 - 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더및 그 홀더가 장착된 가속시험장치 - Google Patents

고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더및 그 홀더가 장착된 가속시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고온초전도 선재의 굽힘변형률에 따른 특성을 평가하기 위한 고온초전도 선재 홀더 및 그 홀더가 장착된 시험장치에 관한 것으로서, 로(ρ)자 형상으로 형성되어 머리부에서 꼬리부로 갈수록 곡률반경이 연속적으로 증가되며, 테두리를 따라 고온초전도 선재를 감아 고온초전도 선재에 상기 곡률반경에 따른 굽힘변형이 인가되는 것을 특징으로 하는 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더를 기술적 요지로 한다. 또한, 상기 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더가 압력챔버듀어 내부에 장착되어 고온초전도 선재의 실제 작동조건 하에서 임계전류가 측정되는 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더가 장착된 가속시험장치를 또 다른 기술적 요지로 한다. 이에 따라 곡률반경이 연속적으로 변하는 홀더에 고온초전도 선재를 감음으로써 고온초전도 선재에 용이하게 굽힘변형을 가할 수 있어, 고온초전도 선재의 임계전류에 미치는 굽힘변형률 특성을 신속하고, 용이하게 측정할 수 있고 또한 상기 홀더에 감기는 고온초전도 선재는 기계적으로 결합되어 접촉되는 방식이므로, 반복 냉각/승온에 따른 열영향과 반복납땜에 따른 영향을 배제할 수 있어 고온초전도 선재의 실제 작동조건하에서 굽힘변형률 특성을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 1회의 냉각으로 굽힘변형률 특성을 측정할 수 있으므로 시험시간 및 냉매를 절약할 수 있으며, 또한, 이러한 압력챔버듀어를 사용함으로써 고온초전도 복합 선재의 신뢰성 확보 측면에서 선재의 배불룩(ballooning) 현상, 초전도 박막층과 기판재(substrate) 또는 안 정화재(stablizer) 사이의 층간분리(delamination) 현상을 단시간에 용이하게 파악할 수 있는 이점이 있다.
고온초전도 선재 임계전류측정 굽힘변형 홀더 골다크식 곡률반경

Description

고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더 및 그 홀더가 장착된 가속시험장치{Holder for Measurement of Bending Strain Effect on Critical Current in HTS Superconducting Tapes and Accelerated Test Apparatus adopting The Holder}
도 1 - 종래 기술에 따른 곡률반경이 다른 다수개의 홀더에 의한 고온초전도 선재의 굽힘변형률 특성을 측정하는 방법에 있어서 그 홀더를 나타낸 도.
도 2 - 종래 기술에 따른 골다크식 굽힘시험기의 사시도.
도 3 - 본 발명에 따른 홀더에 대한 사시도.
도 4 - 본 발명에 따른 홀더에 테이프가 감기는 형태를 나타낸 도.
도 5 - 본 발명에 따른 압력챔버듀어의 주요부에 대한 단면도.
도 6 - 본 발명에 따른 압력챔버듀어의 커버조립체에 대한 정면도.
<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>
10 : 고온초전도 선재
100 : 홀더 110 : 몸체
111 : 선재가이드부 112 : 결합공
120 : 선재고정부 121 : 커버블록
130 : 전류연결단자 140 : 전압측정단자
200 : 압력챔버듀어 210 :본체
220 : 지지대 230 : 커버조립체
231 : 전류인입용단자 232 : 질소공급구
233 : 압력계 234 : 자동감압밸브
235 : 전압단자 및 신호선용 단자소켓
본 발명은 고온초전도 선재의 굽힘변형률에 따른 특성을 평가하기 위한 고온초전도 선재 홀더 및 그 홀더가 장착된 시험장치에 관한 것으로서, 특히 연속적인 곡률반경을 부여한 로(ρ)자 형상의 시료홀더를 사용함으로서 반복 냉각과 납땜에 따른 열 열향을 배제한 상태에서 고온초전도 선재의 임계전류에 미치는 굽힘변형률의 영향을 평가할 수 있고, 저온, 가압 등 다양한 조건에서 고온초전도 선재의 임계전류에 미치는 굽힘변형률 특성을 평가할 수 있는 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더가 장착된 가속시험장치에 관한 것이다.
물체의 전기저항이 0인 물질을 초전도체라고 한다. 액체헬륨의 온도인 4K 근처에서 전류저항이 0에 가까운 물질을 저온 초전도체(LTS), 액체 헬륨보다 고온인 액체질소 온도인 77K에서 초전도 현상을 보이는 물질을 고온초전도체(HTS)라 일컫는다. 각종 고온초전도체는 그 임계온도가 77K 이상이어서 냉각재로 77K의 비등점을 갖는 액체질소를 사용하게 되는데, 이것은 액체헬륨에 비해 가격이 매우 저렴하 다는 장점을 갖고 있어서 고온초전도체의 연구가 활발히 진행되고 있다.
고온초전도 선재는 크게 PIT(power-in-tube)법으로 만들어진 BSCCO 선재와 최근에 개발이 한창 진행 중인 REBCO CC(coated conductor)선재로 나눌 수 있다. 고온초전도체는 높은 임계온도와 임계전류밀도, 그리고 높은 상부임계역을 나타내기 때문에 초전도 마그넷 또는 케이블, 모터, 발전기 등 전력용 기기에 적용이 기대되고 있다.
최근의 선재가공기술과 냉동기 공학분야의 진보는 이들의 실용화 가능성을 한층 증대시켜 주었다. 초전도체를 마그넷 등에 적용 시 여러가지 형태의 하중이나 응력이 작용하여 변형을 일으키게 된다. 그 예로, 와인딩부에서 후프응력(인장변형률), 냉각시 열수축률 차에 따른 압축변형률, 그리고 선재의 와인딩 과정에서 발생하는 굽힘 및 비틀림 변형 등이 있다. 따라서, 마그넷 설계를 위해서는 고온 초전도 선재의 기계적 특성평가와 더불어 강화방안의 강구 또한 필요하다. 특히 고온 초전도체를 전력기기에 적용하기 위해서는 임계전류(Ic)의 굽힘변형률 특성 평가가 기기의 안전설계 및 신뢰성 확보를 위해 중요하고 필요하다.
산화물계 초전도체는 화합물계와 달리 기계적 손상이 발생하게 되면 임계전류 등 초전도 특성의 비가역적 저하를 나타내게 된다. 지금까지는 임계전류의 저하에 미치는 굽힘변형률 효과가 최소굽힘 작업 반경 등에 관한 연구가 주로 진행되어 오고 있다.
통상적으로 고온초전도체에서 임계전류의 주요 열화기구는 초전도 필라멘트 혹은 초전도 박막부에서 균열 형성에 따른 전송 전류의 비가역적인 저하라고 확립되어 있다. 즉 임계전류의 저하 시작은 초전도체부에 균열 개시에 기인하고, 발생한 균열의 진전 거동에 따라서 임계전류의 열화특성이 영향을 받게 된다는 것이 알려져 있다.
한편 선재의 전기-기계적 특성의 개선을 하기 위하여 여러가지 방안들이 개발되어 오고 있는데, BSCCO 선재의 경우, 다심선화, 시스재료의 합금화, 선재를 스테인리스강 또는 동합금 포일로 외부 보강하는 방안이, CC선재에서는 기판재료의 고강도화, 외부보강과 실링(Hermetic) 처리가 행해져 오고 있다.
한편 고온초전도 테이프 선재의 기계적 특성 및 임계전류의 굽힘변형률 효과 측정과 관련하여 FRP 시료홀더를 사용하는 방법에 기초한 표준시험법이 제안되었고, 최근에는 시료의 굽힘 반경을 연속적으로 변화시킬 수 있는 골다크(Goldacker)식 굽힘시험기가 개발되어 시험기를 사용하여 얻어진 데이터는 지금까지 FRP 시료홀더를 사용하여 얻은 결과와 비교 검토되고 있다.
따라서 종래의 굽힘변형률 측정은 소정의 곡률반경을 갖는 일련의 다수개 시료홀더에 초전도체를 부착한 후 냉매 속에서 임계전류를 측정하는 것을 반복하는 방법과, 장비를 이용하여 냉매 속에서 시료에 굽힘변형을 가해 임계전류를 측정할 수 있는 골다크식 굽힘시험기를 이용하는 방법이 있다. 이는 도 1과 도 2에 각각 나타내었다.
도 1에 도시된 바와 같이 FRP 시료홀더를 사용하는 방법은, 각각 일련의 곡률변경을 가지는 FRP시료홀더의 양쪽 구리전류단자에 시료를 납땜하여 결합한 후 액체질소 속에서 냉각하여 임계전류를 측정한 후, 선재를 상온에서 건조 후 다음 곡률반경을 갖는 시료홀더에 결합하여 액체질소 속에서 다시 냉각하여 임계전류를 측정하는 것을 반복하여 굽힘변형률의 증가에 따른 고온초전도 테이프의 임계전류의 변형률 의존성을 실험적으로 구하게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이 골다크식 굽힘시험기의 경우 시료 부착 후 냉매 속에서 장비를 이용하여 소정의 굽힘변형률을 부가하여 임계전류를 측정하게 된다.
또한 FRP시료홀더는 사용하는 방법은 일련의 곡률반경을 갖는 복수개의 시료홀더를 연속적으로 사용하여야 하므로 각 시료홀더에 시료를 결합하기 위해 반복 납땜에 따른 열 영향과 반복 냉각에 따른 열 변형의 영향을 배제할 수 없었고, 많은 시험시간 및 냉매 사용량이 필요하였다.
또한 이러한 종래의 방식으로는 굽힘변형률 변화에 따른 임계전류의 측정에 많은 시간과 노력이 소요될 뿐만 아니라, 고온초전도 테이프 선재에서 임계전류를 측정해야함으로 많은 제약과 변수들이 생기게 된다.
또한 종래의 방식으로는 고온초전도 선재의 실제 적용조건인 진공, 가압, 온도변동 조건 하에서는 연속적으로 굽힘변형을 가하면서 임계전류를 측정하는 것은 불가능하였다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 연속적인 곡률반경을 부여한 로(ρ)자 형상의 시료홀더를 사용함으로서 반복 냉각과 납땜에 따른 열 열향을 배제한 상태에서 고온초전도 선재의 임계전류에 미치는 굽힘변형률의 영 향을 평가할 수 있는 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더의 제공을 그 목적으로 한다.
그리고, 로(ρ)자 형상의 시료홀더를 압력챔버듀어에 장착하여 저온, 가압 등 다양한 조건에서 고온초전도 선재의 임계전류에 미치는 굽힘변형률 특성 평가할 수 있는 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더가 장착된 가속시험장치의 제공을 또 다른 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위해 본 발명은, 로(ρ)자 형상으로 형성되어 머리부에서 꼬리부로 갈수록 곡률반경이 연속적으로 증가되며, 테두리를 따라 고온초전도 선재를 감아 고온초전도 선재에 상기 곡률반경에 따른 굽힘변형이 인가되는 것을 특징으로 하는 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더를 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더는, 로(ρ)자 형상의 몸체와; 상기 몸체의 양단부에 각각 형성된 선재고정부와; 상기 선재고정부에 형성되어 상기 고온초전도 선재에 전류를 인가하는 전류연결단자; 상기 몸체 상면 테두리를 따라 특정지점에 다수개가 형성되어 상기 고온초전도 선재의 특정지점 간의 전압에 의한 임계전류를 측정하는 전압측정단자;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 몸체는, FRP재질로 형성되며, 측면을 따라 선재가이드부가 더 형성되고, 로(ρ)자 형상의 머리부 중심에 결합공이 더 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 선재고정부는 상기 전류연결단자와 커버블록 사이에 삽입되어 상기 커버블록의 나사조임에 의해 고온초전도 선재를 고정시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더가 압력챔버듀어 내부에 장착되어 고온초전도 선재의 실제 작동조건 하에서 임계전류가 측정되는 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더가 장착된 가속시험장치를 또 다른 기술적 요지로 한다.
여기에서 상기 압력챔버듀어는, 본체와; 상기 본체 내부에 형성되며, 상기 홀더가 고정되는 지지대와; 상기 본체를 밀폐시키며, 상기 홀더에 감긴 고온초전도 선재에 전류를 인가하는 전류인입용단자와, 상기 본체에 액체질소를 충진시키는 질소공급구와, 상기 본체 내부의 압력을 측정하는 압력계와, 상기 압력계에 의해 측정된 압력에 따라 본체 내부의 압력을 적절하게 조절시키는 자동감압밸브와, 상기 고온초전도 선재의 전압을 측정하기 위한 전압단자 및 상기 홀더의 곡률반경에 따른 상기 전압단자의 온오프 신호를 출력하기 위한 신호선용 단자소켓이 장착된 커버조립체;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이에 따라 곡률반경이 연속적으로 변하는 홀더에 고온초전도 선재를 감음으로써 고온초전도 선재에 용이하게 굽힘변형을 가할 수 있어, 고온초전도 선재의 임계전류에 미치는 굽힘변형률 특성을 신속하고, 용이하게 측정할 수 있고 또한 상기 홀더에 감기는 고온초전도 선재는 기계적으로 결합되어 접촉되는 방식이므로, 반복 냉각/승온에 따른 열영향과 반복납땜에 따른 영향을 배제할 수 있어 고온초전도 선재의 실제 작동조건하에서 굽힘변형률 특성을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 1회의 냉각으로 굽힘변형률 특성을 측정할 수 있으므로 시험시간 및 냉매를 절약할 수 있으며, 또한, 이러한 압력챔버듀어를 사용함으로써 고온초전도 복합 선재의 신뢰성 확보 측면에서 선재의 배불룩(ballooning) 현상, 초전도 박막층과 기판재(substrate) 또는 안정화재(stablizer) 사이의 층간분리(delamination) 현상을 단시간에 용이하게 파악할 수 있는 이점이 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다. 도 3은 본 발명에 따른 홀더에 대한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 홀더에 테이프가 감기는 형태를 나타낸 도이고, 도 5는 본 발명에 따른 압력챔버듀어의 주요부에 대한 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 압력챔버듀어의 커버조립체에 대한 정면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 고온초전도 선재(10)의 굽힘변형에 따른 임계전류측정용 홀더(100)는 머리부가 원형으로 형성되어 곡률반경이 연속적으로 증가하면서 꼬리부에서는 직선형을 이루는, 그리스문자의 로(ρ)자 형상으로 형성되며, 테두리를 따라 고온초전도 선재(10)를 감아 고온초전도 선재(10)에 상기 곡률반경에 따른 굽힘변형이 인가되도록 한다.
상기 로(ρ)자 형상의 홀더(100)의 곡률반경은 로(ρ)자의 머리부에서 꼬리부로 갈수록 연속적으로 증가되도록 형성되되, 상기 곡률반경은 고온초전도 선재(10)에 작용하는 굽힘변형률이 다음 수학식1에 의하도록 형성한다.
εb = t/2R x 100(%)
여기에서 t는 고온초전도 선재(10)의 두께이며, R은 곡률반경에 해당한다. 사용자는 필요에 따라 굽힘변형률이 0%(직선)에서 단계적으로 증가되도록 상기 홀더(100)를 형성시키거나, 굽힘변형률이 연속적으로 증가되도록 상기 홀더(100)를 형성시킬 수 있어, 실험목적 및 고온초전도 선재(10)의 용도에 따라 적절한 형상을 선택할 수 있다.
또한 상기 홀더(100)는 몸체(110), 고온초전도 선재(10)를 고정시키는 선재고정부(120), 전류연결단자(130), 전압측정단자(140)로 구성되는 것이 바람직하다.
먼저, 상기 몸체(110)는 내구성, 내화성, 내온성, 가공성 등이 뛰어난 절연재인 FRP재질로 형성되며, 사용목적에 따라 로(ρ)자의 머리부가 소정의 곡률반경을 가지도록 성형한다.
또한 상기 몸체(110)는 측면을 따라 선재가이드부(111)가 더 형성되어, 테두리를 따라 고온초전도 선재(10)를 감을 때 상기 선재가이드부(111)를 따라 고온초전도 선재(10)를 감아 고온초전도 선재(10)가 상기 몸체(110) 측면의 일정한 지점에서 감길 수 있도록 하여 고온초전도 선재(10)에 휨변형이 발생하지 않도록 한다.
또한 상기 몸체(110)는 로(ρ)자 형상의 머리부 중심에 결합공(112)이 더 형성되며, 이는 고온초전도 선재(10)를 몸체(110)에 감을 때 상기 결합공(112)에 지지체를 삽입하여 상기 몸체(110)가 움직이지 않도록 고정시킨 상태에서 선재를 감을 수 있도록 하여, 사용자의 편의를 도모한 것이다. 상기 결합공(112)은 지지체의 형상에 따라 다각형상으로 형성되거나, 원형으로 형성될 수 있다.
그리고 상기 선재고정부(120)는 상기 몸체(110)의 양단부, 즉 로(ρ)자의 머리부와 꼬리부에 각각 나사(122) 결합되어 형성되며, 몸체(110)의 테두리에 감긴 고온초전도 선재(10)를 상기 몸체(110)에 밀착고정시키는 역할을 하게 된다. 여기에서 상기 선재고정부(120)는 상기 고온초전도 선재(10)를 납땜식으로 고정시키는 것이 아니라 기계적으로 결합시켜, 착탈이 용이하며 납땜에 의한 열영향을 배제하도록 하였으며, 이를 위해 상기 선재고정부(120)는 커버블록(121)과 후술할 전류연결단자(130)와의 사이에 상기 고온초전도 선재(10)를 삽입시키고, 상기 커버블록(121)을 나사(122)를 이용해서 조임으로써 고온초전도 선재(10)를 기계적으로 결합시킴과 동시에 전류연결단자(130)와 전기적으로 접속되도록 하였다.
다음으로 상기 전류연결단자(130)는 상기 선재고정부(120)에 인접되어 형성되며, 구리로 형성되어 상기 고온초전도 선재(10)와 전기적으로 접속되도록 하여 상기 고온초전도 선재(10)에 전류를 인가하도록 한 것이다. 상기 전류연결단자(130)는 상기 선재고정부(120)가 형성된 위치인 상기 몸체(110)의 머리부와 꼬리부에 각각 형성되어 시험대상인 상기 고온초전도 선재(10) 전체에 전류가 흐르도록 한다.
그리고 상기 전압측정단자(140)는 상기 몸체(110) 상면 테두리를 따라 특정지점에 다수개가 형성되어 상기 고온초전도 선재(10)의 특정지점 간의 전압에 의한 임계전류를 측정하도록 한 것이다. 이러한 방식은 4단자법에 의한 저항을 측정하는 것으로 상기 저항값으로부터 임계전류(저항값이 갑자기 증가된 지점)를 측정할 수 있는 것이다. 여기에서 상기 특정지점은 상기 곡률반경이 단계적으로 변하도록 형성된 경우에는 각 곡률반경이 변하는 양단 경계부 지점을 의미하며, 상기 곡률반경이 연속적으로 변하도록 형성된 경우에는 사용자가 임의로 나눈 지점을 의미한다.
상기와 같이 구성된 고온초전도 선재(10)의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더(100)는 압력챔버듀어(200) 내부에 장착되어 고온초전도 선재(10)의 실제 작동조건 하에서 임계전류를 측정할 수 있도록 한다. 상기 압력챔버듀어(200)는 고온초전도 선재(10)의 실제 작동조건인 저온, 가압 또는 감압 등의 조건에서 임계전류를 측정할 수 있도록 하는 것으로, 고온초전도 선재(10)의 굽힘변형에 따른 고온초전도 선재(10)의 실제 적용에 있어서 발생할 수 있는 여러가지 원인을 임의로 발생시킬 수 있도록 하는 장치이다.
상기 압력챔버듀어(200)는 크게 본체(210), 상기 본체(210) 내부에 삽입되어 상기 홀더(100)를 고정시키는 지지대(220), 상기 본체(210)를 밀폐시키는 커버조립체(230)로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 본체(210)는 내부에 액체질소가 채워질 수 있도록 형성된 드럼 형상으로 형성되며, 상기 지지대(220)는 FRP소재로 형성되어 상기 홀더(100)를 고정시킨다. 상기 홀더(100)는 지지대(220)와의 결합을 위하여 상기 몸체(110)의 적당한 위치에 나사공(s)이 형성되어 상기 지지대(220)와 나사결합된다.
그리고 상기 커버조립체(230)는 상기 본체(210)를 밀폐시키도록 상부에서 덮도록 형성되며, 상기 홀더(100)에 감긴 고온초전도 선재(10)에 전류를 인가하는 전류인입용단자(231), 상기 본체(210)에 액체질소를 충진시키는 질소공급구(232), 상 기 본체(210) 내부의 압력을 측정하는 압력계(233), 상기 압력계(233)에 의해 측정된 압력에 따라 본체(210) 내부의 압력을 적절하게 조절시키는 자동감압밸브(234), 상기 고온초전도 선재(10)의 전압을 측정하기 위한 전압단자 및 상기 홀더(100)의 곡률반경에 따른 상기 전압단자의 온오프 신호를 출력하기 위한 신호선용 단자소켓(235)이 장착되어 있다.
즉 상기 전류인입용단자(231)는 상기 홀더(100)의 전류연결단자(130)와 전기적으로 연결되며, 상기 전압단자 및 신호선용 단자소켓(235)은 상기 홀더(100)의 전압측정단자(140)와 전기적으로 연결되도록 형성된다. 상기 질소공급구(232)는 실험의 초기에는 상기 커버조립체(230)를 열고 적절한 량의 액체질소를 투입하지만, 실험도중 액체질소가 증발하는 경우에는 상기 질소공급구(232)로 액체질소를 충진할 수 있도록 하는 것이며, 액체질소의 증발에 의해 본체(210) 내부의 압력이 증가하는 경우에는 이는 상기 압력계(233)로 내부 압력을 측정하여 소정의 압력으로 감압시킬 수 있으며, 이는 상기 자동감압밸브(234)에 의해 수행되게 된다.
이러한 압력챔버듀어(200)에 의해 고온초전도 선재(10)의 실제 적용조건하에서 고온초전도 선재(10)의 굽힘변형에 따른 임계전류를 측정할 수 있는 것이며, 실제 적용하에서 발생할 수 있는 감압, 가압 등의 조건에 의해서도 고온초전도 굽힘변형에 따른 임계전류를 측정할 수 있는 것이다.
이하에서는 본 발명의 작용효과에 대해 살펴보고자 한다.
도 3 및 도 4는 로(ρ)자 형상을 한 FRP재질의 홀더(100)를 보여준다. 여기 서 홀더(100)는 곡률반경이 무한대(R1)인 즉 고온초전도 선재(10)에 있어서의 굽힘변형률이 0인 부분에서부터 시작하여 선재의 두께에 따른 소정의 굽힘변형률을 부가할 수 있도록 일정 길이를 갖는 곡률반경(R2, R3, R4, R5, R6) 부분을 연속적으로 연결한 형상을 갖는다. 상기 홀더(100)의 머리부와 꼬리부에는 구리 전류연결단자(130)와 곡률반경을 갖는 부분 사이에는 상당길이의 직선부가 위치하게 된다.
이후 고온초전도 선재(10)의 결합은 먼저 고온초전도 선재(10)의 한쪽 단을 곡률반경이 가장 작은 쪽 전류연결단자(130) 위에 올려놓고 커버블록(121)을 덮고 나사(122)로 체결하여 고정한다. 상기 고온초전도 선재(10)를 곡률반경이 작은 부분에서부터 고무지우개 등으로 눌러 지지하여 고온초전도 선재(10)와 홀더(100) 사이에 간극에 생기지 않도록 주의하면서 곡률반경이 큰 부분 쪽으로 감아서 전류연결단자(130) 위에 올려놓고 커버블록(121)으로 체결한다.
그 다음, 임계전류 측정에 필요한 전압측정을 위해 각 굽힘변형률 해당 곡률반경 부분의 특정지점인 양단 경계부에 전압측정단자(140)를 설치한다. 이후 고온초전도 선재(10)에는 전압측정단자(140), 홀더(100)에는 전류리드선을 연결하여 77K까지 냉각한 후 임계전류를 측정하게 된다. 이때 임계전류는 곡률반경이 가장 작은 부분에서부터 측정을 시작하여야 하며, 순차적으로 굽힘변형률이 작은 쪽으로 임계전류를 측정해가는 순서를 따라야 한다. 이는 일반적으로 굽힘변형률이 큰 고온초전도 선재(10)가 임계전류가 더 낮다고 판단되므로 낮은 임계전류가 흐르는 쪽부터 측정하여 실험대상이 되는 고온초전도 선재(10)에 과부하가 인가되지 않도록 하는 것이다.
도 5 및 도 6은 저온, 가압조건 하에서 고온초전도 선재(10)에서 임계전류의 굽힘변형률 의존성 시험을 위한 장치이다. 상기 고온초전도 선재(10)를 감은 홀더(100)를 스테인리스강제로 형성된 커버조립체(230)에 설치한 FRP지지대(220)에 고정한다. 상기 카바조립체에는 전류인입용단자(231), 전압단자 및 신호선용 단자소켓(235), 압력계(233), 자동감압밸브(234), 질소공급구(232) 등이 설치된다.
이후 상기 본체(210)에 액체질소를 채운 후 카바조립체를 넣은 후 밀폐 고정한다. 시간의 경과에 따라 발생하는 액체질소의 기화는 상기 압력챔버듀어(200) 내부의 압력을 상승시키게 되고, 이를 자동감압밸브(234)로 조절함으로써 일정 가압조건하에서 일련의 굽힘변형률에서 임계전류의 측정이 가능하게 된다. 또한 가압조건하에서 장시간 유지시킴으로써 테이프 선재 내부로 액체질소의 확산 침투로 인해 상온 승온시 발생하는 선재의 변형현상을 시험할 수 있게 된다.
이러한 조건하에서 시험은 고온초전도 복합선재인 BSCCO 선재에서는 배불룩현상(ballooning)과 CC선재에서 박막 초전도층과 기판 사이에 발생이 예상되는 층간분리(delamination) 거동의 단시간 내 실험을 가능하게 하여, 초전도 복합 테이프 선재의 신뢰성 평가를 위한 가속시험법을 적용할 수 있게 되는 것이다.
상기 구성에 의한 본 발명은, 곡률반경이 연속적으로 변하는 홀더에 고온초전도 선재를 감음으로써 고온초전도 선재에 용이하게 굽힘변형을 가할 수 있어, 고온초전도 선재의 임계전류에 미치는 굽힘변형률 특성을 신속하고, 용이하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한 상기 홀더에 감기는 고온초전도 선재는 기계적으로 결합되어 접촉되는 방식이므로, 종래의 시험법과는 달리 반복 냉각/승온에 따른 열영향과 반복납땜에 따른 영향을 배제할 수 있어 고온초전도 선재의 실제 작동조건하에서 굽힘변형률 특성을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 1회의 냉각으로 전 영역의 굽힘변형률 특성을 측정할 수 있으므로 시험시간 및 냉매의 절약 효과가 있다.
또한, 이러한 압력챔버듀어를 사용함으로써 고온초전도 복합 선재의 신뢰성 확보 측면에서 선재의 배불룩(ballooning) 현상, 초전도 박막층과 기판재(substrate) 또는 안정화재(stablizer) 사이의 층간분리(delamination) 현상을 단시간에 용이하게 파악할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 로(ρ)자 형상으로 형성되어 머리부에서 꼬리부로 갈수록 곡률반경이 연속적으로 증가되며, 테두리를 따라 고온초전도 선재를 감아 고온초전도 선재에 상기 곡률반경에 따른 굽힘변형이 인가되는 것을 특징으로 하는 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더는,
    로(ρ)자 형상의 몸체와;
    상기 몸체의 양단부에 각각 형성된 선재고정부와;
    상기 선재고정부에 형성되어 상기 고온초전도 선재에 전류를 인가하는 전류연결단자;
    상기 몸체 상면 테두리를 따라 특정지점에 다수개가 형성되어 상기 고온초전도 선재의 특정지점 간의 전압에 의한 임계전류를 측정하는 전압측정단자;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 몸체는,
    측면을 따라 선재가이드부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 고온초전도 선재 의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 몸체는,
    로(ρ)자 형상의 머리부 중심에 결합공이 더 형성된 것을 특징으로 하는 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 몸체는,
    FRP재질로 형성된 것을 특징으로 하는 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 선재고정부는,
    상기 전류연결단자와 커버블록 사이에 삽입되어 상기 커버블록의 나사조임에 의해 고온초전도 선재를 고정시키는 것을 특징으로 하는 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더.
  7. 제 1항 내지 제 6항의 어느 한 항에 의한 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더가 압력챔버듀어 내부에 장착되어 고온초전도 선재의 실제 작동조건 하에서 임계전류가 측정되는 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더가 장착된 가속시험장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 압력챔버듀어는,
    본체와;
    상기 본체 내부에 형성되며, 상기 홀더가 고정되는 지지대와;
    상기 본체를 밀폐시키며, 상기 홀더에 감긴 고온초전도 선재에 전류를 인가하는 전류인입용단자와, 상기 본체에 액체질소를 충진시키는 질소공급구와, 상기 본체 내부의 압력을 측정하는 압력계와, 상기 압력계에 의해 측정된 압력에 따라 본체 내부의 압력을 조절시키는 자동감압밸브와, 상기 고온초전도 선재의 전압을 측정하기 위한 전압단자 및 상기 홀더의 곡률반경에 따른 상기 전압단자의 온오프 신호를 출력하기 위한 신호선용 단자소켓이 장착된 커버조립체;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고온초전도 선재의 굽힘변형에 따른 임계전류 측정용 홀더가 장착된 가속시험장치.
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