KR101238045B1 - Apparatus for measuring critical current of superconductive devices - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초전도소자 임계전류 측정 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 초전도체가 냉각조 내에 설치되어 있는 경우에도 임계전류를 보다 정확하게 측정하는 초전도소자 임계전류 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a superconductor critical current measurement device. More particularly, the present invention relates to a superconductor threshold current measuring device that more accurately measures the threshold current even when the superconductor is installed in a cooling tank.
초전도소자는 초전도체에 흐르는 전류, 온도, 자기장의 크기가 임계 값(각각 임계전류, 임계온도, 임계자기장)보다 작을 경우에 초전도 상태가 되어 저항이 "0"이 되므로 열 발생 없이 전류를 흘려 보낼 수 있다. The superconducting element becomes superconducting when the current, temperature and magnetic field flowing in the superconductor are smaller than the threshold value (critical current, critical temperature, critical magnetic field, respectively) and the resistance becomes "0", so current can flow without heat generation. have.
따라서, 초전도소자를 이용하는 전력기기(이하, "초전도 전력기기"라고도 함)에서는 임계전류 값이 중요하다. 예를 들어, 초전도 한류기는 임계전류 이상의 고장전류가 초전도체로 만들어진 초전도 소자에 흐르면 저항이 발생하여 전류를 제한한다. 즉, 임계전류는 초전도 한류기가 한류동작을 하는 경계점이다. Therefore, in a power device using a superconducting element (hereinafter also referred to as a "superconducting power device"), the threshold current value is important. For example, a superconducting fault current limiter generates current when a fault current above a threshold current flows in a superconducting element made of a superconductor, thereby limiting the current. In other words, the critical current is the boundary point at which the superconducting current limiter operates the current limiting operation.
초전도 케이블, 초전도 변압기 등의 초전도 전력기기에 있어서는 임계전류가 이들 기기의 정격전류를 결정짓는다. 즉, 임계전류가 크면 초전도 전력기기에 큰 전류를 인가할 수 있다. 따라서, 초전도 소자의 임계전류를 정확히 측정하는 것이 필요하다. In superconducting power equipment such as superconducting cables and superconducting transformers, the critical current determines the rated current of these equipment. That is, when the threshold current is large, a large current can be applied to the superconducting power device. Therefore, it is necessary to accurately measure the critical current of the superconducting element.
이와 같이, 초전도소자의 임계전류를 정확히 측정해야만 초전도 한류기에서는 한류동작점을 정확;히 알 수 있고, 초전도 전력기기에서는 정격전류를 정확히 결정지을 수 있다. 또한, 임계전류를 정확하게 측정하는 것은 초전도 전력기기를 제작한 후 시험할 때뿐 아니라, 초전도 전력기기를 현장에 설치하여 운전하는 경우에도 초전도 전력기기의 성능이 유지되고 있는지 파악하는 데에도 필요하다. In this way, the critical current of the superconducting element must be accurately measured, so that the current operating point can be accurately known in the superconducting current limiter and the rated current can be accurately determined in the superconducting power device. In addition, the accurate measurement of the critical current is necessary not only when the superconducting power equipment is manufactured and tested, but also to determine whether the performance of the superconducting power equipment is maintained even when the superconducting power equipment is installed and operated in the field.
초전도체의 임계전류는 초전도체의 물성을 잘 반영하는 것으로 알려져 있다. 만약, 초전도 전력기기의 운전 시에 임계전류가 감소하였다면 이는 초전도체의 물성이 열화 하였음을 의미한다. 이 경우, 초전도체를 교체함으로써 초전도 전력기기의 고장을 사전에 예방할 수 있다.The critical current of the superconductor is well known to reflect the properties of the superconductor. If the critical current decreases during the operation of the superconducting power equipment, this means that the properties of the superconductor deteriorate. In this case, failure of the superconducting power equipment can be prevented in advance by replacing the superconductor.
일반적으로, 초전도체의 임계전류를 측정하는 장치는 초전도체에 직류전류를 흘려보내고 초전도체의 양단전압을 측정한 후, 전압이 일정한 값에 이르는 전류를 측정하여, 이를 초전도체의 임계전류로 측정한다. In general, a device for measuring the critical current of the superconductor sends a DC current to the superconductor, measures the voltage across the superconductor, and measures a current at which the voltage reaches a constant value, and measures this as the threshold current of the superconductor.
이러한, 초전도체의 임계전류를 측정하는 방법은 초전도체에 전압단자를 직접 부착할 수 있는 경우에만 적용할 수 있다. 초전도체는 매우 낮은 온도(예를 들어, Y계 고온 초전도체의 경우 영하 -183도 이하)에서만 초전도성을 유지할 수 있으므로, 냉각조 내부에 설치하고 전류 인입선으로 냉각조 외부에 있는 회로에 연결해야 한다The method of measuring the critical current of the superconductor can be applied only when the voltage terminal can be directly attached to the superconductor. Superconductors can maintain superconductivity only at very low temperatures (eg, below -183 degrees for high temperature superconductors in the Y series), so they must be installed inside the cooling bath and connected to circuits outside the cooling bath with current leads.
예를 들어, 초전도 한류기의 경우에는 냉각조 내부에 초전도체가 장착되어 있으므로, 특정 신호선을 냉각조 내부에 있는 초전도체에 부착해야한다. For example, in the case of a superconducting fault current limiter, a superconductor is mounted inside the cooling bath, and therefore, a specific signal line must be attached to the superconductor inside the cooling bath.
그러나, 고전압 기기에서는 절연문제 때문에 신호선을 초전도체에 부착하기 어려우므로, 신호선을 부싱에 부착한 상태에서 임계전류를 측정해야 하는 경우가 많다. 이러한 경우, 계측기가 측정하는 신호는 초전도체 양단의 전압 외에 전류인입선들 양단의 전압도 포함하게 된다. 따라서, 초전도체만의 전류-전압 곡선을 얻을 수 없어, 임계전류를 정확히 측정할 수 없는 문제가 있다. 일반적으로, 부싱에서 측정한 전압이 전류인입선의 전압과 거의 같아 초전도체 양단 전압을 유추할 수 없고, 그에 따라 임계전류를 측정하기 어려운 문제점이 있다.
However, in a high voltage device, it is difficult to attach a signal line to a superconductor due to an insulation problem, so it is often necessary to measure the threshold current with the signal line attached to the bushing. In this case, the signal measured by the meter includes the voltage across the current leads in addition to the voltage across the superconductor. Therefore, there is a problem that the current-voltage curve of only the superconductor cannot be obtained and the critical current cannot be accurately measured. In general, the voltage measured at the bushing is almost the same as the voltage of the current lead wire, so that the voltage across the superconductor cannot be inferred, thereby making it difficult to measure the critical current.
본 발명의 목적은, 초전도체가 냉각조 내에 설치되어 있는 경우에도 임계전류를 보다 정확하게 측정하는 초전도소자 임계전류 측정 장치를 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide a superconductor threshold current measuring device which more accurately measures the threshold current even when the superconductor is provided in a cooling tank.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른, 초전도소자의 임계전류를 측정하는 장치는According to an embodiment of the present invention for solving the above problems, the apparatus for measuring the critical current of the superconducting device
상기 초전도체의 양단전압을 측정하는 양단전압 측정부; 상기 전류에 대해 상기 양단전압을 미분하는 미분부; 및 상기 양단전압을 미분한 결과에서 상기 초전도체의 전류 인입선에 해당하는 저항을 제거한 결과를 토대로 임계전류를 측정하는 임계전류 측정부를 포함한다. A voltage measuring unit for measuring both ends of the superconductor; A derivative unit for differentiating the voltage between both ends of the current; And a threshold current measuring unit configured to measure a threshold current based on a result of removing a resistance corresponding to a current lead of the superconductor from the result of differentiating the voltage at both ends.
상기 측정부는 상기 초전도소자에 해당하는 부싱에 부착된 전압단자를 이용하여 상기 초전도체의 양단전압을 측정하는 것을 특징으로 한다. The measuring unit may measure the voltage between both ends of the superconductor by using a voltage terminal attached to a bushing corresponding to the superconducting element.
상기 양단전압을 미분한 결과에서 상기 초전도체의 전류 인입선에 해당하는 저항을 제거한 결과를 적분하여 상기 임계전류를 측정하는 것을 특징으로 한다.The threshold current is measured by integrating the result of removing the resistance corresponding to the current lead of the superconductor from the result of the derivative of the both ends of the voltage.
상기 미분부는 상기 초전도체에 직류 전원에 각속도 신호가 중첩된 전류가 인가된 경우에 대역 통과 필터를 이용하여 상기 양단전압을 미분하는 것을 특징으로 한다.
The differential part may differentiate the voltage between the both ends by using a band pass filter when a current in which an angular velocity signal is superimposed on a DC power source is applied to the superconductor.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른, 초전도소자의 임계전류를 측정하는 장치는According to another embodiment of the present invention for solving the above problems, an apparatus for measuring the critical current of the superconducting device
상기 초전도체의 양단전압을 측정하는 양단전압 측정부; 상기 전류에 대해 상기 양단전압을 미분하는 제1 미분부; 상기 제1 미분부의 결과를 미분하여 상기 초전도체의 전류 인입선에 해당하는 저항을 제거하는 제2 미분부; 및 상기 제2 미분부의 결과를 토대로 임계전류를 측정하는 임계전류 측정부를 포함한다. A voltage measuring unit for measuring both ends of the superconductor; A first differentiator for differentiating the both ends of the voltage with respect to the current; A second derivative to remove the resistance corresponding to the current lead of the superconductor by differentiating the result of the first differential; And a threshold current measuring unit measuring a threshold current based on the result of the second derivative.
상기 측정부는 상기 초전도소자에 해당하는 부싱에 부착된 전압단자를 이용하여 상기 초전도체의 양단전압을 측정하는 것을 특징으로 한다. The measuring unit may measure the voltage between both ends of the superconductor by using a voltage terminal attached to a bushing corresponding to the superconducting element.
상기 임계전류 측정부는 상기 제2 미분부의 결과를 두 번 적분하여 상기 임계전류를 측정하는 것을 특징으로 한다.
The threshold current measuring unit may integrate the result of the second differential unit twice to measure the threshold current.
본 발명의 실시예에 따르면, 초전도소자 임계전류 측정 장치는 초전도체가 냉각조 내에 설치되어 있는 경우에도 임계전류를 보다 정확하게 측정할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the superconducting device threshold current measuring device can more accurately measure the threshold current even when the superconductor is installed in the cooling bath.
초전도 한류기에서는 임계전류를 정확하게 측정함으로써 어느 전류수준 이상에서 초전도 소자가 동작하는지 정확히 알 수 있다. In the superconducting fault current limiter, the critical current can be accurately measured to determine exactly at which current level the superconducting element operates.
초전도 케이블, 초전도 변압기 등의 초전도 전력기기에서는 정격전류를 정확히 결정지을 수 있다. 이에 따라 초전도 전력기기에 전류를 과다하게 인가하여 기기를 열화 시키거나 반대로 과소하게 인가하여 기기의 활용도를 떨어뜨리지 않고, 전류를 적절한 수준으로 인가할 수 있게 한다. 이를 통하여 초전도 전력기기의 수명을 연장하고 초전도 전력기기의 활용도를 제고하여 투자비용을 절감하는데 기여할 수 있다. In superconducting power equipment such as superconducting cables and superconducting transformers, the rated current can be determined accurately. Accordingly, excessive current is applied to the superconducting power equipment to deteriorate the device or to the contrary, so that the current can be applied to an appropriate level without degrading the utilization of the equipment. This can contribute to reducing the investment cost by extending the life of the superconducting power equipment and improving the utilization of the superconducting power equipment.
또한, 초전도체의 임계전류는 초전도체의 물성을 잘 반영하는 것으로 알려져 있으므로, 초전도 전력기기를 운전할 때에도 임계전류를 정확히 측정하면, 초전도 소자의 상태를 파악할 수 있게 되고, 열화 시 사전에 조치함으로써 초전도 전력기기의 고장을 미연에 방지할 수 있다.
In addition, since the critical current of the superconductor is well known to reflect the properties of the superconductor, when the critical current is accurately measured even when the superconducting power device is operated, the state of the superconducting device can be grasped. It is possible to prevent the failure of the device in advance.
도 1은 일반적인 초전도소자에서 임계전류를 측정하는 회로를 나타내는 도면이다.
도 2는 임계전류의 정의를 나타내는 초전도체의 전류-전압 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 3은 임계전류 80 A, 길이 10 m인 초전도체의 전류-전압 특성을 나타낸다.
도 4는 초전도체가 냉각조 내부에 설치된 상태에서 임계전류를 측정하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 임계전류 80 A, 길이 10 m인 초전도체에 1.25 mΩ의 전류인입선이 연결된 경우의 전류-전압 곡선을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초전도소자 임계전류 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전류-전압 곡선을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 임계전류를 측정하는 구조를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 임계전류를 측정하는 구조에 해당하는 회로를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도소자 임계전류 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도체의 n 값이 20인 경우에, 부싱에서 측정한 전압의 2차 미분치를 계산한 결과를 나타내는 그래프이다. 1 is a diagram illustrating a circuit for measuring a threshold current in a general superconducting device.
2 is a graph showing the current-voltage curve of the superconductor showing the definition of the critical current.
3 shows the current-voltage characteristics of a superconductor having a threshold current of 80 A and a length of 10 m.
4 is a diagram illustrating a method of measuring a critical current in a state where a superconductor is installed in a cooling tank.
FIG. 5 shows a current-voltage curve when a current lead wire of 1.25 mΩ is connected to a superconductor having a threshold current of 80 A and a length of 10 m.
6 is a view showing a superconducting device threshold current measuring device according to an embodiment of the present invention.
7 shows a current-voltage curve according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a structure for measuring a threshold current according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a circuit corresponding to a structure for measuring a threshold current according to an embodiment of the present invention.
10 is a view showing a superconducting device threshold current measuring device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph illustrating a result of calculating a second derivative of a voltage measured by a bushing when the n value of the superconductor according to another embodiment of the present invention is 20. FIG.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, a repeated description, a known function that may obscure the gist of the present invention, and a detailed description of the configuration will be omitted. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 초전도소자 임계전류 측정 장치에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a superconducting device threshold current measuring device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 일반적인 초전도소자에서 임계전류를 측정하는 회로를 나타내는 도면이다. 또한, 도 2는 임계전류의 정의를 나타내는 초전도체의 전류-전압 곡선을 나타내는 그래프이다. 1 is a diagram illustrating a circuit for measuring a threshold current in a general superconducting device. 2 is a graph showing the current-voltage curve of the superconductor showing the definition of the critical current.
도 1을 참고하면, 임계전류는 초전도체(10)에 직류 전류를 흘리고, 초전도체 양단의 전압을 측정한 후, 초전도체 양단의 전압이 일정한 값에 이르는 경우에 해당하는 전류를 측정하여, 이를 초전도체의 임계전류로 측정한다. Referring to FIG. 1, the critical current flows a DC current through the
도 2를 참고하면, 2종 초전도체 예를 들어, 고온초전도체의 경우의 전류-전압 특성은 임계전류 주변에서 수학식 1과 같은 거듭제곱 형태로 나타낸다. Referring to FIG. 2, the current-voltage characteristics of two superconductors, for example, a high temperature superconductor, are expressed in a power form as shown in
[수학식 1][Equation 1]
여기서, Ic는 임계전류, Vc는 임계전류에서의 전압이다. Where I c is the threshold current and V c is the voltage at the threshold current.
통상적으로, 임계전류는 초전도체(10) 양단에 단위 길이당 1μV가 발생하는 전류로 정의된다. 초전도체의 품질이 좋을수록 임계전류 값과 지수 n 값이 크다.Typically, the threshold current is defined as the current at which 1 μV per unit length occurs across the
도 3은 임계전류 80 A, 길이 10 m인 초전도체의 전류-전압 특성을 나타낸다.3 shows the current-voltage characteristics of a superconductor having a threshold current of 80 A and a length of 10 m.
이러한, 초전도체의 임계전류를 측정하는 방법은 초전도체에 전압단자를 직접 부착할 수 있는 경우에만 적용할 수 있다. The method of measuring the critical current of the superconductor can be applied only when the voltage terminal can be directly attached to the superconductor.
도 4를 참고하면, 초전도체는 매우 낮은 온도에서만 초전도성을 유지할 수 있으므로, 냉각조 내부에 설치하고 전류 인입선으로 냉각조 외부에 있는 회로에 연결해야 한다Referring to FIG. 4, the superconductor can maintain superconductivity only at very low temperatures, so it must be installed inside the cooling tank and connected to a circuit outside the cooling tank by a current lead line.
초전도 한류기의 경우에는 냉각조 내부에 초전도체가 장착되어 있으므로, 특정 신호선을 냉각조 내부에 있는 초전도체에 부착해야한다. In the case of the superconducting fault current limiter, the superconductor is mounted inside the cooling bath, so a specific signal line must be attached to the superconductor inside the cooling bath.
그러나, 고전압 기기에서는 절연문제 때문에 신호선을 초전도체에 부착하기 어려우므로, 신호선을 부싱에 부착한 상태에서 임계전류를 측정해야 하는 경우가 많다. 이러한 경우, 계측기가 측정하는 신호는 초전도체 양단의 전압 외에 전류인입선들 양단의 전압도 포함하게 된다.However, in a high voltage device, it is difficult to attach a signal line to a superconductor due to an insulation problem, so it is often necessary to measure the threshold current with the signal line attached to the bushing. In this case, the signal measured by the meter includes the voltage across the current leads in addition to the voltage across the superconductor.
임계전류에서의 초전도체 양단 전압은 1 cm 당 1 μV로, 초전도체가 매우 길은 경우를 제외하면 전류인입선들 양단 전압(1,000 A에서 보통 수 V)보다 훨씬 작은 것이 보통이다. 따라서, 초전도체만의 전류-전압 곡선을 얻을 수 없어, 임계전류를 정확히 측정할 수 없는 문제가 있다. The voltage across the superconductor at the critical current is 1 μV per cm, which is typically much less than the voltage across the current leads (usually a few V at 1,000 A), except when the superconductor is very long. Therefore, there is a problem that the current-voltage curve of only the superconductor cannot be obtained and the critical current cannot be accurately measured.
도 5는 임계전류 80 A, 길이 10 m인 초전도체에 1.25 mΩ의 전류인입선이 연결된 경우의 전류-전압 곡선을 나타낸다. FIG. 5 shows a current-voltage curve when a current lead wire of 1.25 mΩ is connected to a superconductor having a threshold current of 80 A and a length of 10 m.
도 5를 참고하면, 임계전류(80 A) 근처까지의 전류에 대해서는 부싱에서 측정한 전압이 전류인입선의 전압과 거의 동일하므로, 초전도체 양단 전압을 유추할 수 없으며, 이로 인하여 임계전류를 측정하기 어렵다.
Referring to FIG. 5, since the voltage measured by the bushing is almost the same as the voltage of the current lead wire, the voltage across the superconductor cannot be inferred for the current up to the threshold current 80 A, which makes it difficult to measure the threshold current. .
다음, 본 발명의 실시예에 따른 초전도소자 임계전류 측정 장치를 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다. Next, a superconducting device threshold current measuring device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초전도소자 임계전류 측정 장치를 나타내는 도면이다. 6 is a view showing a superconducting device threshold current measuring device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 초전도소자 임계전류 측정 장치는 초전도체가 냉각조 내부에 장착된 경우에 부싱에 전압단자를 부착한다. The superconductor critical current measurement apparatus according to the embodiment of the present invention attaches a voltage terminal to the bushing when the superconductor is mounted inside the cooling bath.
도 6을 참고하면, 초전도소자 임계전류 측정 장치는 양단전압 측정부(100), 미분부(200) 및 임계전류 측정부(300)를 포함한다. Referring to FIG. 6, the superconducting device threshold current measuring device includes a
양단전압 측정부(100)는 부싱에 부착된 전압단자 간의 전압을 측정한다.The
구체적으로, 초전도체가 저항 R인 전류인입선에 연결된 경우의 전류-전압 특성은 수학식 2와 같이 나타낸다. Specifically, the current-voltage characteristic when the superconductor is connected to the current lead line, which is the resistor R, is represented by
[수학식 2]&Quot; (2) "
수학식 2를 참고하면, 전류 인입선 부분에 해당하는 첫번째 항과 초전도체 부분에 해당하는 두번째 항의 비는 "IcR/Vc" 이다. 예를 들어, 전류인입선의 저항이 1.25 mΩ이고 초전도체의 임계전류가 80 A, 길이가 10 m인 경우 두 항의 비는 100이다.Referring to
미분부(200)는 측정한 부싱에 부착된 전압단자 간의 전압을 미분한다. 여기서, 미분부(200)는 각 전류에 대한 전압단자 양단전압을 전류에 대하여 미분한다. The
부싱에 부착된 전압단자 간의 전압을 전류에 대하여 미분한 결과는 수학식 3과 같이 나타낸다. The result of differentiating the voltage between the voltage terminals attached to the bushing with respect to the current is expressed by Equation 3.
[수학식 3]&Quot; (3) "
수학식 3을 참고하면, 두 항의 비는 "IcR/nVc"이다. 예를 들어, 전류인입선의 저항이 1.25 mΩ이고 초전도체의 임계전류가 80 A, 길이가 10 m인 경우 두 항의 비는 100/n이다.Referring to Equation 3, the ratio of the two terms is "I c R / nV c ". For example, if the resistance of the current lead wire is 1.25 mΩ, the critical current of the superconductor is 80 A, and the length is 10 m, the ratio of the two terms is 100 / n.
예를 들어, 양질의 Y계 고온 초전도체의 경우 n값이 20이상이므로, 두 항의 비는 5이하로 줄어들게 된다. 즉, 미분을 하지 않은 경우에 100인 것에 비해 차이가 크게 줄어든 것이다. 이 점을 더 명확히 알 수 있도록, 위 예에서 초전도체의 n 값이 20인 경우에, 부싱에서 측정한 전압의 미분치를 계산하여 도 7에 나타내었다.For example, in the case of high-quality Y-based high-temperature superconductor, the n value is 20 or more, so the ratio of the two terms is reduced to 5 or less. In other words, the difference is greatly reduced compared to 100 when no derivative is made. To clarify this point, in the above example, when the n value of the superconductor is 20, the derivative value of the voltage measured at the bushing is calculated and shown in FIG. 7.
도 7을 참고하면, 초전도소자 임계전류 측정 장치는 도 5와 다르게 부싱에서 측정한 전압의 미분치를 이용하여 초전도체 양단의 성분을 구분할 수 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 7, it can be seen that the superconductor threshold current measuring device can distinguish components at both ends of the superconductor by using the derivative value of the voltage measured at the bushing unlike in FIG. 5.
본 발명의 실시예에 따른 부싱에 부착된 전압단자 간의 전압을 미분한 결과 즉, 미분치는 전압을 측정한 후에 수치적으로 미분함으로써 획득할 수 있겠으나, 매번 수치적으로 미분하는 것이 번거로울 뿐 아니라 계산에 따른 오차가 추가된다. 따라서, 전압을 전자적으로 미분하는 것이 바람직하다.As a result of differentiating the voltage between the voltage terminals attached to the bushing according to the embodiment of the present invention, that is, the derivative can be obtained by numerically differentiating after measuring the voltage, but it is not only cumbersome to perform numerical differentiation each time. Error is added. Therefore, it is desirable to electronically differentiate the voltage.
초전도소자 임계전류 측정 장치는 전압을 전류에 대해 전자적으로 미분하기 위하여, 전압의 미분치를 수학식 4와 같이 측정한다.The superconductor threshold current measurement device measures the derivative of the voltage as shown in Equation 4 in order to electronically differentiate the voltage with respect to the current.
[수학식 4]&Quot; (4) "
즉, 초전도소자 임계전류 측정 장치는 각 전류에 대한 전압단자 양단전압의 미분치를 측정하고, 측정한 결과를 전류에 해당하는 함수로 표시함으로써, 임계전류를 보다 정확하게 측정한다.
That is, the superconductor threshold current measurement device measures the differential value of the voltage across the voltage terminal for each current, and displays the measured result as a function corresponding to the current, thereby measuring the threshold current more accurately.
임계전류 측정부(300)는 초전도체의 양단전압을 미분한 결과로부터 전류 인입선의 저항을 빼서 초전도체 성분을 분리한 다음, 초전도체 성분을 적분하여 이를 토대로 임계전류를 측정한다. The threshold
이와 같이, 초전도소자 임계전류 측정 장치는 부싱에서 측정한 전압자체 대신 전압을 전류로 미분한 값을 측정하여 전류의 함수로 나타냄으로써 임계전류를 더욱 정확히 측정할 수 있다.
In this way, the superconductor threshold current measurement device can measure the threshold current more accurately by measuring the derivative of the voltage by the current instead of the voltage itself measured by the bushing and expressing it as a function of the current.
다음, 초전도소자 임계전류 측정 장치의 미분부(200)에서 미분하는 다른 방법을 도 8 내지 도 10을 참조하여 상세하게 설명한다. Next, another method of differentiating in the derivative 200 of the superconductor threshold current measuring apparatus will be described in detail with reference to FIGS. 8 to 10.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 임계전류를 측정하는 구조를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 임계전류를 측정하는 구조에 해당하는 회로를 나타내는 도면이다. 8 is a view showing a structure for measuring the threshold current according to an embodiment of the present invention, Figure 9 is a view showing a circuit corresponding to the structure for measuring the threshold current according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참고하면, 초전도소자 임계전류 측정 장치는 직류전류에 각속도 ω의 작은 신호를 중첩하고, 중첩된 전류를 초전도체에 인가한다. Referring to FIG. 8, the superconductor threshold current measuring device superimposes a small signal of angular velocity ω on a direct current and applies the superimposed current to the superconductor.
이러한 경우, 초전도소자 임계전류 측정 장치는 부싱에서 측정한 양단전압을 수학식 5와 같이 나타낸다. In this case, the superconductor threshold current measuring device expresses the voltage between both ends measured in the bushing as shown in Equation (5).
[수학식 5]
&Quot; (5) "
수학식 5를 참고하면, 두 번째 항은 전압의 전류에 대한 미분에 관하여 기재하고 있다. 여기서, 두번째 항은 ω 주변의 신호만을 통과시키는 도 9와 같은 필터(900)를 이용하여 분리할 수 있다. Referring to Equation 5, the second term describes the derivative of the voltage to the current. Here, the second term may be separated using a
도 9를 참고하면, 필터(900)는 대역 통과 필터(band-pass filter) 일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
Referring to FIG. 9, the
다음, 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도소자 임계전류 측정 장치를 도 10을 참조하여 상세하게 설명한다.Next, a superconducting device threshold current measuring device according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도소자 임계전류 측정 장치를 나타내는 도면이다. 10 is a view showing a superconducting device threshold current measuring device according to another embodiment of the present invention.
도 10을 참고하면, 초전도소자 임계전류 측정 장치는 양단전압 측정부(100), 제1 미분부(220), 제2 미분부(240) 및 임계전류 측정부(300)를 포함한다. Referring to FIG. 10, the superconducting device threshold current measuring device includes a
양단전압 측정부(100)는 부싱에 부착된 전압단자 간의 전압을 측정한다.The
제1 미분부(220)는 양단전압 측정부(100)에서 측정한 부싱에 부착된 전압단자 간의 전압을 미분한다. 여기서, 초전도체의 양단전압을 전류에 대하여 미분한 결과는 수학식 3과 같이 나타낸다. The first
제2 미분부(240)는 제1 미분부(220)의 결과를 미분한다. The second
구체적으로, 제2 미분부(220)에서 수학식 3을 다시 전류에 대하여 미분한 결과는 수학식 6과 같이 나타낸다. Specifically, the result of differentiating Equation 3 with respect to the current in the second
[수학식 6]&Quot; (6) "
수학식 6을 참고하면, 제2 미분부(240)에서 수학식 3을 다시 전류에 대하여 미분함으로써, 전류인입선에 대한 항이 삭제되고 초전도체에 대한 항만 남게 된다. Referring to Equation 6, by differentiating Equation 3 again with respect to the current in the second
예를 들어, 도 11은 초전도체의 n 값이 20인 경우에, 부싱에서 측정한 전압의 2차 미분치를 계산한 결과이다. 도 11을 참고하면, 초전도소자 임계전류 측정 장치는 부싱에서 측정한 양단전압을 2차 미분하여 초전도체에 관한 성분을 분리해 낼 수 있다.
For example, FIG. 11 is a result of calculating the second derivative of the voltage measured at the bushing when the n value of the superconductor is 20. FIG. Referring to FIG. 11, the superconductor threshold current measuring device may separate components related to the superconductor by second differentiating a voltage between both ends measured by the bushing.
초전도소자 임계전류 측정 장치는 전압을 전자적으로 2차 미분하기 위하여, 전압의 2차 미분치를 수학식 7과 같이 나타낸다.The superconducting device threshold current measuring device expresses the second derivative of the voltage as shown in Equation 7 in order to electronically differential the voltage.
[수학식 7][Equation 7]
임계전류 측정부(300)는 부싱에서 측정한 양단전압의 2차 미분치를 두 번 적분하고, 두 번 적분한 결과를 통해 임계전류를 측정한다. 여기서, 두 번 적분한 결과는 수학식 1(초기 조건 V(0) ≡ 0 및 dV/dI (0) ≡ 0)과 같다. The threshold
이와 같이, 본 발명에서는 부싱에서 측정한 양단전압을 전류로 2차 미분한 값을 측정하여 전류의 함수로 나타냄으로써 임계전류를 더욱 정확히 측정할 수 있다.
As described above, in the present invention, the threshold current can be measured more accurately by measuring the second derivative value of the both ends of the voltage measured by the bushing as a function of the current.
본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도소자 임계전류 측정 장치는 직류전류에 각속도 ω의 작은 신호를 중첩하고, 중첩된 전류를 초전도체에 인가한다. 이때, 부싱에서 측정한 양단전압은 수학식 8과 같이 나타낸다. The superconductor threshold current measuring device according to another embodiment of the present invention superimposes a small signal of angular velocity ω on a direct current and applies the superimposed current to the superconductor. At this time, the voltage between both ends measured in the bushing is represented by Equation (8).
[수학식 8][Equation 8]
수학식 8을 참고하면, 세 번째 항은 전압의 전류에 대한 이차 미분에 관하여 기재하고 있다. 여기서, 세 번째 항은 2ω 주변의 신호만을 통과시키는 대역 통과 필터(band-pass filter)를 이용하여 분리할 수 있다.
Referring to Equation 8, the third term describes the second derivative with respect to the current of the voltage. Here, the third term may be separated using a band-pass filter that passes only signals around 2ω.
이와 같이, 본 발명은 초전도체가 냉각조 내부에 장착되어 있는 경우 초전도체의 임계전류를 측정하는데 있어, 전압단자를 부싱에 부착한 상태에서 각 전류에 대하여 전압단자 양단 전압의 미분치를 측정하고, 측정 결과를 전류의 함수로 표시하여 부싱에서 측정한 전압으로부터 전류인입선 양단의 전압을 수월하게 제거함으로써 초전도체의 임계전류를 보다 정확하게 측정한다.As described above, the present invention measures the critical current of the superconductor when the superconductor is mounted inside the cooling bath, and measures the differential value of the voltage across the voltage terminal for each current with the voltage terminal attached to the bushing. The threshold current of the superconductor can be measured more accurately by easily removing the voltage across the current lead from the voltage measured at the bushing as a function of current.
부싱에서 측정한 전압은 전류인입선 양단 전압과 초전도체 양단 전압의 합이다. 여기서, 전류인입선 양단 전압은 대체로 전류에 비례하는 반면 양질의 초전도체 양단 전압은 임계전류 부근에서 전류에 따라 매우 빠르게 증가한다. The voltage measured at the bushing is the sum of the voltage across the current lead and the voltage across the superconductor. Here, the voltage across the lead wire is generally proportional to the current, while the voltage across the high quality superconductor increases very rapidly with the current near the critical current.
때문에, 전류에 따라 서서히 증가하는 전류인입선 양단 전압을 전류로 미분하면 값이 작은 반면, 임계전류 부근에서 빠르게 증가하는 초전도체 양단 전압을 미분하면 값이 크다. Therefore, the value is small when the voltage across the current inlet wire gradually increasing with current is small, while the value is different when the voltage across the superconductor rapidly increasing near the critical current is large.
이에 따라 전류인입선 양단 전압이 초전도체 양단 전압보다 훨씬 커서 초전도체의 임계전류를 측정하기 어려운 경우에도, 전압을 미분하여 측정하면 초전도체에 대한 값이 전류인입선에 대한 값과 비슷해져서 초전도체의 임계전류를 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다.
As a result, even when the voltage across the current lead is much greater than the voltage across the superconductor, it is difficult to measure the critical current of the superconductor. You can measure it.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
As described above, the best embodiment has been disclosed in the drawings and the specification. Although specific terms have been employed herein, they are used for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or the claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
10; 초전도체 100; 측정부
200; 미분부 220; 제1 미분부
240; 제2 미분부 300; 측정부
900; 필터10;
200;
240;
900; filter
Claims (7)
상기 초전도소자에 장착된 초전도체의 양단전압을 측정하는 양단전압 측정부;
상기 측정한 양단전압을 전류에 대해 미분하는 미분부; 및
상기 양단전압을 미분한 결과에서 상기 초전도체의 전류 인입선에 해당하는 저항을 제거한 결과를 토대로 임계전류를 측정하는 임계전류 측정부
를 포함하는 초전도소자 임계전류 측정 장치.In the device for measuring the critical current of the superconducting element,
A voltage measuring unit for measuring both ends of the superconductor mounted on the superconducting element;
A derivative unit for differentiating the measured voltage at both ends with respect to a current; And
A threshold current measuring unit for measuring a threshold current based on a result of removing the resistance corresponding to the current lead of the superconductor
Superconducting device critical current measurement device comprising a.
상기 양단전압 측정부는
상기 초전도소자에 해당하는 부싱에 부착된 전압단자를 이용하여 상기 초전도체의 양단전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 초전도소자 임계전류 측정 장치.The method according to claim 1,
The voltage measuring unit at both ends
The superconducting device threshold current measuring device, characterized in that for measuring the voltage across the superconductor using a voltage terminal attached to the bushing corresponding to the superconducting device.
상기 임계전류 측정부는
상기 양단전압을 미분한 결과에서 상기 초전도체의 전류 인입선에 해당하는 저항을 제거한 결과를 적분하여 상기 임계전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 초전도소자 임계전류 측정 장치.The method according to claim 1,
The threshold current measuring unit
And measuring the threshold current by integrating the result of removing the resistance corresponding to the current lead of the superconductor from the result of the differential of the both ends of the voltage.
상기 미분부는
상기 초전도체에 직류 전원에 각속도 신호가 중첩된 전류가 인가된 경우에 대역 통과 필터를 이용하여 상기 양단전압을 미분하는 것을 특징으로 하는 초전도소자 임계전류 측정 장치.The method according to claim 1,
The derivative part
The superconducting device threshold current measuring device, characterized in that to differentiate the voltage between the both ends by using a band pass filter when the current superimposed on the superconductor angular velocity signal is applied to the DC power supply.
상기 초전도소자에 장착된 초전도체의 양단전압을 측정하는 양단전압 측정부;
상기 측정한 양단전압을 전류에 대해 미분하는 제1 미분부;
상기 제1 미분부의 결과를 미분하여 상기 초전도체의 전류 인입선에 해당하는 저항을 제거하는 제2 미분부; 및
상기 제2 미분부의 결과를 토대로 임계전류를 측정하는 임계전류 측정부
를 포함하는 초전도소자 임계전류 측정 장치.In the device for measuring the critical current of the superconducting element,
A voltage measuring unit for measuring both ends of the superconductor mounted on the superconducting element;
A first differential part for differentiating the measured voltage at both ends with respect to a current;
A second derivative to remove the resistance corresponding to the current lead of the superconductor by differentiating the result of the first differential; And
A threshold current measuring unit measuring a threshold current based on a result of the second derivative;
Superconducting device critical current measurement device comprising a.
상기 양단전압 측정부는
상기 초전도소자에 해당하는 부싱에 부착된 전압단자를 이용하여 상기 초전도체의 양단전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 초전도소자 임계전류 측정 장치.The method according to claim 5,
The voltage measuring unit at both ends
The superconducting device threshold current measuring device, characterized in that for measuring the voltage across the superconductor using a voltage terminal attached to the bushing corresponding to the superconducting device.
상기 임계전류 측정부는
상기 제2 미분부의 결과를 두 번 적분하여 상기 임계전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 초전도소자 임계전류 측정 장치.
The method according to claim 5,
The threshold current measuring unit
And measuring the threshold current by integrating the result of the second differential part twice.
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|---|---|---|---|
| KR1020110100007A KR101238045B1 (en) | 2011-09-30 | 2011-09-30 | Apparatus for measuring critical current of superconductive devices |
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|---|---|
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Citations (4)
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| KR20000034971A (en) * | 1998-10-07 | 2000-06-26 | 가네꼬 히사시 | Superconducting current measuring circuit and superconducting current measuring device having the same |
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| KR101042002B1 (en) | 2010-01-25 | 2011-06-16 | 한국전기연구원 | Quench detection apparatus and method for high temperature superconducting coil |
-
2011
- 2011-09-30 KR KR1020110100007A patent/KR101238045B1/en active IP Right Grant
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