KR20110001214A - Coil current measurement apparatus of superconducting tokamak quench detection - Google Patents

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KR20110001214A
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Abstract

PURPOSE: A coil current measuring device is provided to improve the reliability of a superconducting tokamak device and to stably operate the device. CONSTITUTION: A measurement part(100) is installed in a normal bus bar which supplies a current to a superconducting coil and measures the current of the coil. A processing part(200) outputs a measurement value by analyzing the value through a mathematical algorithm. A central processing part(300) controls the superconducting are of a tokamak device by detecting a quench after receiving the detected measurement value.

Description

초전도 토카막 장치의 켄치 검출을 위한 코일전류 측정장치{Coil current measurement apparatus of superconducting tokamak Quench detection}Coil current measurement apparatus for quench detection of superconducting tokamak devices

본 발명은 초전도 토카막 장치의 켄치 검출을 위한 코일전류 측정장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 노말 버스바에 코일 전류를 측정할 목적으로 쉽게 탈부착이 가능하도록 고안된 측정수단에 의해 켄치의 검출을 실시간으로 검출하는 켄치 검출장치에 관한 것이다.The present invention relates to a coil current measuring device for detecting the quench of a superconducting tokamak device, and more particularly, to detect the quench in real time by measuring means designed to be easily detachable for the purpose of measuring coil current on a normal busbar. It relates to a quench detection device for detecting.

최근 세계적으로 에너지 개발에 관심이 부각되면서 향후 대체 에너지를 개발하기 위해 현재 국내에서 개발 중인 핵융합 실험장치인 초전도 토카막 장치(KSTAR : Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)는 플라즈마 상태의 중수소를 강한 자기장으로 가두기 위한 토로이달(TF) 코일(TF 초전도 코일)과, 플라즈마를 발생시키고 그 위치와 모양을 제어하기 위한 포로이달(PF) 코일(PF 초전도 코일)들로 구성 및 중심 코일(CS 초전도 코일)로 구성된다.Recently, as global interest in energy development has increased, KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research), a nuclear fusion experiment apparatus currently being developed in Korea to develop alternative energy in the future, is a toro for confining plasma deuterium to a strong magnetic field. It consists of a month-old (TF) coil (TF superconducting coil), a poroidal (PF) coil (PF superconducting coil) for generating plasma and controlling its position and shape, and a center coil (CS superconducting coil).

현재까지 개발된 초전도 코일은 지구자장의 26만 배에 달하는 13테슬라의 자 장을 얻을 수 있으며, 이러한 자장은 핵융합 반응에서 요구되는 플라즈마를 만들고 가두기 위해 필요한 것이다. 따라서 초전도 코일의 핵심 기술은 '관내연선도체'(CICC : Cable-in Conduit-Conductor)라고 알려진 각각의 전선을 감아 코일을 형성하여 초전도 코일을 제조함에 있다.The superconducting coils developed to date can produce 13 Tesla fields, which are 260,000 times the Earth's magnetic field, which are necessary to create and trap the plasma required for fusion reactions. Therefore, the core technology of the superconducting coil is to manufacture the superconducting coil by forming coils by winding each wire known as a cable-in conduit-conductor (CICC).

관내연선도체(CICC)는 35kA급의 대전류 운전을 위해서 360 또는 486가닥의 선재를 사각형의 금속관으로 둘러싸인 방식의 도체를 사용하여 자석을 제작하는 것으로, 초전도 코일의 운전 시 침입 또는 발생하는 열을 4.5K로 냉각하기 위해 약 5기압의 초임계 헬륨을 관내연선도체로 강제 순환시킨다.In-line twisted pair conductor (CICC) is a magnet made of conductors of 360 or 486 strands surrounded by rectangular metal tubes for 35kA class high current operation. A supercritical helium of about 5 atm is forced to circulate in the stranded conductors for cooling to K.

도 1은 국내에서 제작되는 초전도 코일을 일예로 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이 초전도 코일(SC Magnet)은 고온의 플라즈마를 진공용기 벽에 닿지 않고 가두기 위한 것으로, 그 주요장치인 토카막장치를 보유하고 있다. 상기 토카막장치는 TF(Toroidal Field) 및 PF(Poloidal Field) 코일을 사용하여 플라즈마의 생성, 구속 및 제어를 담당한다.1 is a diagram illustrating an example of a superconducting coil manufactured in Korea. As shown, a superconducting coil (SC magnet) is used to trap high-temperature plasma without touching the vacuum vessel wall, and has a main device, a tokamak device. The tokamak device is responsible for the generation, confinement, and control of plasma using a TF (Toroidal Field) and PF (Poloidal Field) coil.

TF(Toroidal Field) 및 PF(Poloidal Field)코일로 구성된 TF 초전도 코일(101)과 CS(Central Solenoid)코일로 구성된 CS 초전도 코일(103)과, PF(Poroidal Field)코일로 구성된 PF 초전도 코일(102) 및 각 초전도 코일을 연결하는 연결구조물로 이루어진다.TF superconducting coils 101 composed of TF (Toroidal Field) and PF (Poloidal Field) coils, CS superconducting coils 103 composed of Central Solenoid (CS) coils, and PF superconducting coils 102 composed of PF (Poroidal Field) coils ) And a connecting structure for connecting each superconducting coil.

상기 TF 초전도 코일(101 ; 코일)은 약 35KA의 직류전류로 운전되며, 상기 CS 초전도 코일(103)과 PF 초전도 코일(102)은 펄스운전을 하여 상호 자장변화에 의한 기전력을 토러스(도우넛) 형상의 진공용기 내부에 발생시켜 플라즈마를 생성 하고 플라즈마 전류 및 TF 자장과 함께 플라즈마를 구속시키는 역할을 수행한다.The TF superconducting coil 101 (coil) is operated with a DC current of about 35KA, and the CS superconducting coil 103 and the PF superconducting coil 102 are pulse-driven to form a torus (donut) shape due to mutual magnetic field change. It is generated inside the vacuum chamber of the plasma to generate a plasma and serves to confine the plasma along with the plasma current and TF magnetic field.

이러한 초전도 코일은 운전 도중 AC 손실(자기장 변화에 따른 전압의 유도로 발생된 전류에 의해 발생되는 손실 ; 페러데이 법칙, 오옴의 법칙), 선재와 선재사이의 마찰 혹은 선재와 지지물 사이의 마찰 그리고 접촉저항에 의한 주울(Joule)열 발생 등의 연속적인 교란에너지가 존재한다. 이러한 현상으로 인해 초전도성을 잃고 상전도로 변화는 현상을 켄치(Quench)라 하며, 켄치는 선재의 온도상승을 만들게 되며 자석의 어떤 부분의 초전도성을 파괴시킨다.These superconducting coils are characterized by AC losses during operation (losses caused by current generated by induction of voltage due to magnetic field changes; Faraday's law, Ohm's law), friction between wire and wire or friction between wire and support and contact resistance There is a continuous disturbance energy such as Joule heat generation. These phenomena lose superconductivity and change to phase conduction, the phenomenon is called quench, and the quench makes the wire rise in temperature and destroys the superconductivity of any part of the magnet.

만약 초전도성을 읽게 된 영역의 최소전파영역(Minimum propagation zone ; MPZ)보다 크게 되면 상전도 영역에서의 열 발생, 냉매로의 열전달, 그리고 비열과 열전도도에 의한 열 흡수 등의 복잡한 전기적, 열적현상에 의해 상전도 영역은 그 영역을 확장하게 된다.If it is larger than the minimum propagation zone (MPZ) of the superconducting zone, the complex electrical and thermal phenomena such as heat generation in the phase conduction zone, heat transfer to the refrigerant, and heat absorption due to specific heat and thermal conductivity As a result, the phase conduction region expands the region.

이러한 과정 동안 켄치 초기 발생점은 가장 긴 시간동안 주울열 발생에 노출되어 있기 때문에 가장 높은 온도상승을 일으킨다. 국부적인 온도상승은 자석에 심각한 영향을 가져다 줄 수 있으며, 온도상승이 어느 정도 범위에 제한되어진다고 할지라도 상전도 영역에서 나타나는 수천 내지 수만 볼트의 과전압은 권선 사이 아크의 원인이 되기도 한다.During this process, the initial point of quench has the highest temperature rise since it is exposed to Joule heat generation for the longest time. Local temperature rise can have a serious effect on the magnet, and even if the temperature rise is limited to a certain range, the overvoltage of thousands to tens of thousands of volts in the phase conduction region can cause arcing between the windings.

이러한 문제점을 해소하기 위한 토카막 장치의 초전도 코일은 켄치 검출 시스템이 필요한데, 초전도 코일의 형태 및 운전 조건 등을 고려하여 능동형 켄치 방식(Active Quench Protection)이 요구된다.In order to solve this problem, the superconducting coil of the tokamak device requires a quench detection system, and requires an active quench method in consideration of the shape and operating conditions of the superconducting coil.

따라서 초전도 토카막 장치의 안정적인 운전을 위해 앞서 설명한 바와 같은 요소들에 의해 발생되는 켄치를 검출하는 장치가 요구되며, 또한, 24시간 가동되는 토카막 장치의 특성상 실시간으로 켄치 발생여부를 감시할 수 있는 시스템이 요구된다.Therefore, a device for detecting the quench generated by the elements described above is required for the stable operation of the superconducting tokamak device, and a system capable of monitoring whether or not the quench is generated in real time due to the characteristics of the tokamak device which is operated for 24 hours is required. Required.

이에 따라 본 출원인은 대한민국 특허출원 제2007-00085134호 "초전도 토카막 장치의 켄치 검출장치 및 실시간 켄치 감시시스템"을 출원한 바와 있다. 이것은 전압탭 센서를 통해 발산된 에너지를 검출하는 것으로, 켄치 검출 방식은 운전 도중에 초전도 코일에 설치된 전압탭 센서의 신호를 이용하여 켄치를 판단하며, 켄치가 검출되면 저장된 에너지가 자석이 아니 외부의 장치에서 빠르게 소비될 수 있도록 적절한 조치를 취해줄 수 있는 기술개발을 달성하였다.Accordingly, the present applicant has filed the Republic of Korea Patent Application No. 2007-00085134 "Quench detection device and real-time quench monitoring system of the superconducting Tokamak device". This is to detect the energy dissipated through the voltage tap sensor. The quench detection method determines the quench by using the signal of the voltage tap sensor installed in the superconducting coil during operation.When the quench is detected, the stored energy is not a magnet but an external device. We have achieved technology development that will allow us to take appropriate steps to ensure rapid consumption.

하지만, 종래 켄치 검출장치는 코일에 부착된 전압탭 센서를 이용하기 때문에 센서 신호와 코일 전류와의 관계를 알 수 없기 때문에 코일 전류와 전압 신호의 상호 분석이 켄치 검출 장치의 안정성을 향상하기 위해서는 반드시 필수적이다.However, the conventional quench detector uses a voltage tap sensor attached to the coil, so the relationship between the sensor signal and the coil current is not known. Therefore, in order to improve the stability of the quench detector, the mutual analysis of the coil current and the voltage signal must It is essential.

초전도 코일의 전류를 측정하는 장치로 가장 단순한 형태의 션트 저항은 직접 노말 버스바에 결합하는 형태이므로 설치가 어렵고, Joule 발열 문제로 장치의 대형화를 초래하며, DC current transformer(DCCT)도 직접 노말 버스바에 결합하는 형태로 높은 전류를 측정하기 위해서는 매우 높은 비용이 요구되는 문제점이 있다.It is a device that measures the current of superconducting coil. The simplest form of shunt resistor is directly coupled to the normal busbar, so it is difficult to install. It also increases the size of the device due to Joule heat problem. The DC current transformer (DCCT) is also directly connected to the normal busbar. In order to measure high currents in a coupled form, there is a problem that very high cost is required.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 우선적으로 초전도 토카막 장치에서 초전도 코일의 초전도 상태를 상실케 하는 켄치를 검출하여 초전도 토카막 장치 운전의 안정성과 신뢰성을 확보하고자 하는데 그 목적이 있다.The present invention for solving the above problems is to first detect the quench to lose the superconducting state of the superconducting coil in the superconducting tokamak device to secure the stability and reliability of the superconducting tokamak device operation.

또한, 켄치 검출을 위한 검출 장치를 최소화하고 설치가 매우 용이한 켄치 검출 장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a quench detection device which minimizes the detection device for quench detection and is very easy to install.

또한, 켄치 발생여부를 실시간으로 감시하여 토카막 장치 운전의 안정성과 신뢰성을 확보하고자 하는데 그 목적이 있다.In addition, to monitor the generation of the quench in real time to achieve the stability and reliability of the operation of the Tokamak device.

또한, 네트워크망을 통해 여러 관리자가 어디에서든 켄치 발생 여부를 확인하여 좀 더 정확한 조치를 행할 수 있도록 하고자 하는데 그 목적이 있다.In addition, the purpose is to allow a number of administrators to check whether or not the quench occurs anywhere to perform more accurate actions through the network.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 초전도 토카막 장치에 구비되는 초전도 코일의 켄치를 검출하기 위한 켄치 검출 장치에 있어서, 상기 초전도 코일에 전류를 공급하는 노말 버스바에 설치되어 초전도 코일의 전류를 측정하는 측정수단, 상기 측정수단으로부터 측정된 측정값을 수학적 알고리즘을 통해 해석하여 측정값을 출력하는 처리수단 및 상기 처리수단에서 검출된 측정값을 전달받아 켄치 발생여부를 확인하여 토카막 장치의 초전도 영역을 제어하는 중앙처리수단을 포함하는 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a quench detection device for detecting the quench of the superconducting coil provided in the superconducting Tokamak apparatus, is installed in the normal bus bar for supplying a current to the superconducting coil to measure the current of the superconducting coil The measuring means, the processing means for interpreting the measured value measured by the measuring means through a mathematical algorithm and output the measured value and receiving the measured value detected by the processing means to determine whether the quench generation to determine the superconducting area of the tokamak device It characterized in that it comprises a central processing means for controlling.

또한, 상기 측정수단은, Rogowski코일을 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the measuring means is characterized by using a Rogowski coil.

또한, 상기 처리수단은, 상기 측정수단과 전기적으로 연결되는 터미널, 상기 터미널에서 제공되는 아날로고 신호를 증폭시키는 증폭부, 상기 증폭부에서 제공되는 아날로고 신호를 디지털 신호로 변환시키는 디지타이저 및 상기 디지타이저를 통해 제공되는 전압값을 수학적 모델링을 통해 해석하여 켄치 발생여부를 검출하는 컴퓨터로 구성되는 것을 특징으로 한다.The processing means may include a terminal electrically connected to the measuring means, an amplifier for amplifying an analog signal provided from the terminal, a digitizer for converting an analog signal provided from the amplifier into a digital signal, and the digitizer. It is characterized by consisting of a computer to detect the generation of the quench by analyzing the voltage value provided through the mathematical modeling.

또한, 상기 처리수단은, 초전도 토카막 장치의 1회 운전 동안 발생하는 펄스전류를 측정하며, 1회 운전 시간은 최대 300초 이내인 것을 특징으로 한다.In addition, the processing means, the pulse current generated during one operation of the superconducting Tokamak apparatus, characterized in that the one operation time is up to 300 seconds.

또한, 상기 처리수단과 중앙처리수단은, 이더넷을 통한 네트워크망으로 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, the processing means and the central processing means, characterized in that connected to the network via Ethernet.

또한, 상기 처리수단은, 수치적분 방식으로 초전도 코일에 흐르는 펄스 전류를 계산한 후 켄치 검출에 이용되는 것을 특징으로 한다.The processing means may be used for quench detection after calculating the pulse current flowing through the superconducting coil by numerical integration.

또한, 상기 처리수단은, 상기 측정수단에서 발생되는 2차 전압을 노말 버스바에 해당하는 1차 전류에 환산하는 것을 특징으로 한다.The processing means may convert the secondary voltage generated by the measuring means into a primary current corresponding to a normal bus bar.

또한, 상기 중앙처리수단은, 초전도 버스라인을 통해 초전도 코일로 전류를 공급하는 MPS를 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the central processing means, characterized in that for controlling the MPS for supplying current to the superconducting coil through the superconducting bus line.

또한, 상기 측정수단은, 상기 노말 버스바에 설치되어 이와 자기적으로 결합함에 따라 core-less 트랜스를 형성하는 것에 의해 전류를 검출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the measuring means is installed on the normal bus bar, characterized in that for detecting the current by forming a core-less transformer as magnetically coupled thereto.

또한, 상기 측정수단은, 수학식

Figure 112009039639025-PAT00001
를 통해 전압을 시간 적분하여 측정값을 산출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the measuring means,
Figure 112009039639025-PAT00001
It is characterized by calculating the measured value by integrating the voltage over time.

또한, 초전도 토카막 장치에 구비되는 초전도 코일의 켄치를 검출하기 위한 켄치 검출 장치에 있어서, 상기 초전도 코일에 전류를 공급하는 노말 버스바에 설치되어 초전도 코일에 흐르는 전류를 검출하기 위한 측정수단 및 상기 측정수단으로부터 측정된 측정값을 수학적 알고리즘을 통해 해석하여 최종값을 출력하는 처리수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Further, a quench detection device for detecting a quench of a superconducting coil provided in a superconducting tokamak device, comprising: measuring means for detecting a current flowing through a superconducting coil provided in a normal bus bar for supplying current to the superconducting coil; It is characterized in that it comprises a processing means for outputting the final value by interpreting the measured value measured from the mathematical algorithm.

또한, 상기 처리수단은, 상기 측정수단과 연결되는 터미널, 상기 터미널에서 제공되는 전압을 전달받는 증폭부, 상기 증폭부에서 제공되는 전압값을 수치화하는 디지타이저 및 상기 디지타이저를 통해 제공되는 전압값을 수학적 모델링을 통해 해석하여 켄치 발생여부를 검출하는 컴퓨터로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the processing means, the terminal connected to the measuring means, the amplifier receiving the voltage provided from the terminal, the digitizer for digitizing the voltage value provided from the amplifier and the voltage value provided through the digitizer mathematically It is characterized by consisting of a computer that analyzes through modeling to detect the generation of quench.

또한, 상기 측정수단은, Rogowski코일을 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the measuring means is characterized by using a Rogowski coil.

또한, 상기 측정수단은, 수학식

Figure 112009039639025-PAT00002
를 통해 전압을 시간 적분하여 측정값을 산출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the measuring means,
Figure 112009039639025-PAT00002
It is characterized by calculating the measured value by integrating the voltage over time.

이와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 초전도 토카막 장치의 운전 중 여러 가지 요인들로 인해 초전도 코일의 초전도성이 상실되는 현상인 켄치 발생을 본 발명으로 인해 기존의 켄치 검출장치의 안정성을 크게 향상시켜 초전도 토카막 장치의 안정적인 운전과 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.The present invention constructed and operated as described above greatly improves the stability of the conventional quench detection device due to various effects of quench generation of the superconducting coil due to various factors during operation of the superconducting tokamak device. It is effective to secure stable operation and reliability of the device.

또한, 켄치 발생을 검출하고 이를 실시간으로 모니터링 할 수 있기 때문에 한층 더 높은 안정적인 운전과 네트워크망을 통해 어디서든지 여러 관리자가 확인할 수 있기 때문에 상황에 따라 좀 더 정확한 조치를 행할 수 있는 효과가 있다.In addition, since it is possible to detect the occurrence of the quench and monitor it in real time, it is possible to perform more accurate actions according to the situation because multiple managers can check it anywhere through higher stable operation and network.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 초전도 토카막 장치의 켄치 검출을 위한 코일전류 측정장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the coil current measuring device for detecting the quench of the superconducting tokamak device according to the present invention with reference to the accompanying drawings in detail as follows.

도 2는 본 발명에 따른 초전도 토카막 장치의 켄치 검출을 위한 코일전류 측정장치를 나타낸 개략도, 도 3은 본 발명에 따른 켄치 검출을 위한 측정수단인 Rogowski코일의 개략도, 도 4는 본 발명에 따른 Rogowski코일의 전기특성의 등가회로를 나타낸 도면, 도 5는 본 발명에 따른 Rogowski코일의 층간 용량의 모델을 도시한 도면, 도 6은 측정수단이 노말 버스바에 설치된 상태를 나타낸 상태도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a coil current measuring device for detecting the quench of the superconducting tokamak device according to the present invention, Figure 3 is a schematic diagram of a Rogowski coil as a measuring means for detecting the quench according to the present invention, Figure 4 is a Rogowski according to the present invention Figure 5 shows an equivalent circuit of the electrical characteristics of the coil, Figure 5 shows a model of the interlayer capacitance of the Rogowski coil according to the present invention, Figure 6 is a state diagram showing a state in which the measuring means is installed in the normal bus bar.

본 발명에 따른 초전도 토카막 장치의 초전도 토카막 장치에 구비되는 초전도 코일의 켄치를 검출하기 위한 켄치 검출 장치에 있어서, 상기 초전도 코일(400)에 전류를 공급하는 노말 버스바(410)에 설치되어 초전도 코일에 흐르는 전류를 검 출하기 위한 측정수단(100) 상기 측정수단으로부터 측정된 측정값을 수학적 알고리즘을 통해 해석하여 최종값을 출력하는 처리수단(200) 및 상기 처리수단에서 검출된 측정값을 전달받아 켄치발생 여부를 확인하여 토카막 장치의 초전도 영역을 제어하는 중앙처리수단(300)을 포함한다.In the quench detection device for detecting the quench of the superconducting coil provided in the superconducting tokamak device of the superconducting tokamak device according to the present invention, the superconducting coil is provided in the normal bus bar 410 for supplying current to the superconducting coil 400 Measuring means (100) for detecting the current flowing through the processing means 200 for interpreting the measured value measured by the measuring means through a mathematical algorithm and outputting the final value and the measured value detected by the processing means is quenched It includes a central processing unit 300 for controlling the superconducting area of the tokamak apparatus by checking whether or not it occurs.

측정수단(100)은 초전도 코일 및 버스라인의 켄치 발생여부를 측정하기 위해 초전도 코일로 전류를 공급하기 위한 노말 버스바(410)에 설치되어 초전도 코일의 전류를 측정하기 위한 것으로, 본 발명의 주요 기술적 요지로 상기 측정수단으로는 노말 버스바에 설치할 수 있는 Rogowski(로고스키)코일을 사용하는 것으로 한다.Measuring means 100 is to be installed in the normal bus bar 410 for supplying a current to the superconducting coil to measure whether the superconducting coil and the bus line quench generation, to measure the current of the superconducting coil, the main of the present invention As a technical point, the measuring means is to use a Rogowski coil which can be installed in a normal bus bar.

Rogowski코일은 원환상(toroidal)의 감은 선 및 이것의 내부를 지나는 되감은 선으로 구성되는 코일로써, 주로 교류전류나 펄스전류의 측정에 사용된다. 일반적인 계기용 변류기(current transformer, CT)와 비교하여 Rogowski코일은 자성코어를 가지고 있지 않기 때문에 히스테리시스나 포화, 자기손실을 갖지 않으며 소형/경량의 특징이 있다.Rogowski coil is a coil consisting of a toroidal winding line and a rewinding line passing through it. It is mainly used for measuring AC current or pulse current. Compared to conventional current transformers (CTs), Rogowski coils do not have a magnetic core, so they do not have hysteresis, saturation, or magnetic loss, and are compact and lightweight.

도 2는 Rogowski코일의 개념도를 나타낸 것으로, 측정대상의 전류가 흐르는 노말 버스바는 상기 Rogowski 코일과 자기적으로 결합하여 core-less트랜스를 형성한다. 따라서 노말 버스바는 1차 도체라고 불리고, 측정대상의 전류는 1차 전류로 한다. 또한, 상기 Rogowski코일에서 발생하는 유도전압은 2차 전압으로 한다.2 is a conceptual diagram of a Rogowski coil, in which a normal bus bar through which a current to be measured flows is magnetically coupled to the Rogowski coil to form a core-less transformer. Therefore, normal busbars are called primary conductors, and the current to be measured is the primary current. In addition, the induced voltage generated in the Rogowski coil is a secondary voltage.

원형단면을 가진 Rogowski코일에 대해, 감은 축은 투자율을 μ(H/m), 감은 축의 단면반경을 r(m), 주반경을 R(m), 도선의 감은 수를 N이라고 한다면, 1차 전 류 I(A)에 의해 Rogowski코일에 발생한 기전력 es(V)는 아래 수학식 1로 표시된다.For Rogowski coils with a circular cross section, the winding axis has a permeability μ (H / m), the cross section radius of the winding axis is r (m), the main radius is R (m), and the number of turns of the conductor is N, The electromotive force e s (V) generated in the Rogowski coil by the current I (A) is represented by Equation 1 below.

Figure 112009039639025-PAT00003
Figure 112009039639025-PAT00003

여기에서 KR 상기 Rogowski 코일의 상호 유도계수이다. 1차 전류는 상기 수학식 1을 시간 적분하여 아래 수학식 2로 표시된다.Where K R is the mutual induction coefficient of the Rogowski coil. The primary current is expressed by Equation 2 below by integrating Equation 1 above.

Figure 112009039639025-PAT00004
Figure 112009039639025-PAT00004

만약 1차 전류가 정현파 교류전류라면, 상기 수학식 1과 같은 2차 전압을 교류 전압계를 사용하여 측정하고, 실효전압을 실효전류로 환산하는 것에 의해, 1차 전류는 간단히 산출된다. 이것에 대해 1차 전류가 정현파 교류전류가 아니라면, 적분기를 사용하여 상기 수학식 2와 같은 시간 적분을 할 필요가 있다.If the primary current is a sinusoidal AC current, the primary current is simply calculated by measuring the secondary voltage as shown in Equation 1 using an AC voltmeter and converting the effective voltage into an effective current. On the other hand, if the primary current is not a sinusoidal alternating current, it is necessary to perform time integration as in Equation 2 using an integrator.

상기 Rogowski코일의 전기특성의 등가회로는 도 3과 같이 표시된다. 여기서 감은 선의 저항은 rc (Ω), 자기 인덕턴스를 L(H), 감은 선의 분포용량과 동축케이블의 정전용량을 합성한 것을 C(F), 동축케이블 끝머리에서의 ringing을 방지하기 위한 damping 저항을 Rd (Ω)로 표시한다.An equivalent circuit of the electrical characteristics of the Rogowski coil is shown in FIG. The resistance of the wound wire is r c (Ω), the magnetic inductance is L (H), the distribution capacity of the wound wire is combined with the capacitance of the coaxial cable, C (F), and the damping resistance to prevent ringing at the coaxial cable end. Denotes R d (Ω).

원형단면을 가진 Rogowski코일의 자기 인덕턴스 L은 아래 수학식 3으로 표시된다.Rogowski coil's magnetic inductance L having a circular cross section is represented by Equation 3 below.

Figure 112009039639025-PAT00005
Figure 112009039639025-PAT00005

상기 Rogowski코일의 감은 선 부분을 도 4에 나타낸 바와 같이 모델화하여 감은 선부분의 유전율을 ε(F/m), 내반경을 α(m), 외반경을 b(m), 길이를

Figure 112009039639025-PAT00006
(m), 층수를 n으로 한다면, Rogowski코일의 층간용량 Cs(F)는 아래 수학식 4와 같이 표시된다.The wound wire portion of the Rogowski coil is modeled as shown in Fig. 4, and the permittivity of the wound wire portion is ε (F / m), the inner radius is α (m), the outer radius is b (m), and the length is
Figure 112009039639025-PAT00006
(m) If the number of floors is n, the interlayer capacity Cs (F) of the Rogowski coil is expressed as in Equation 4 below.

Figure 112009039639025-PAT00007
Figure 112009039639025-PAT00007

위와 같이, Rogowski코일은 순수한 전압원이 아니라, 그 자체의 내부에 RLC회로를 갖는다. 특히 고주파 영역에서는 gain(동축케이블 끝머리에서의 전압

Figure 112009039639025-PAT00008
/코일에 발생하는 기전력
Figure 112009039639025-PAT00009
), 위상, 공진주파수 등의 주파수 특성에 주의가 필요 하다.As above, the Rogowski coil is not a pure voltage source, but has an RLC circuit inside itself. Especially in the high frequency range, gain (voltage at the end of coaxial cable)
Figure 112009039639025-PAT00008
EMF generated in the coil
Figure 112009039639025-PAT00009
Attention should be paid to the frequency characteristics such as), phase, and resonant frequency.

수치적분법이라는 것은 함수의 미분치에 가중치를 곱하고 수치적으로 가산하여 답을 구하는 수법으로, 미분방정식을 대수적으로 적분하여 답을 구하는 대수적 적분법과는 다르다. 일반적인 수법으로 Newton-Cotes formulas를 사용한 수법과 Gaussian quadrature가 있다. 이것들은 분할통치전략에 근거한 수법이고, 큰 집합에 대한 적분을 작은 집합의 적분으로 분할하고서 값을 구한다. 단, 고차적분에서는 이 수법들을 사용한 계산량은 방대해지기 때문에, Monte Carlo method와 같은 확률적 알고리즘이나 sparse grid method와 같은 최적화 알고리즘 등의 방법이 적용된다. 본 발명에서는 일반적인 Newton-Cotes formulas를 사용한 수치적분법을 사용한다.The numerical integration method is a method of multiplying the derivative value of a function by a weight and adding it numerically to find an answer. It is different from the algebraic integration method in which the differential equation is algebraically integrated to find an answer. Common techniques include the Newton-Cotes formulas and Gaussian quadrature. These are techniques based on the division rule strategy, and are obtained by dividing the integral over a large set by the integration over a small set. However, at higher order integrations, the calculations using these methods are enormous, so probabilistic algorithms such as the Monte Carlo method or optimization algorithms such as the sparse grid method are applied. In the present invention, a numerical integration method using general Newton-Cotes formulas is used.

Newton-Cotes formulas는 구분구적법에 관한 총칭으로 Newton-Cotes formulas에서 "닫힌 경우"의 공식과 "열린 경우"의 공식이라는 2가지가 있다. 본 발명에서는 "닫힌 경우"를 다루며, 이 경우의 n차 공식은 Lagrangian interpolation을 사용하여 아래 수학식 5와 같이 나타낸다.Newton-Cotes formulas are the generic terms for the delimiter method, and there are two types of formulas in the Newton-Cotes formulas: "closed" and "open". In the present invention, the "closed case" is dealt with, and the nth-order formula in this case is represented by Equation 5 below using Lagrangian interpolation.

Figure 112009039639025-PAT00010
Figure 112009039639025-PAT00010

여기서, L(x)은 주어진 요소{(

Figure 112009039639025-PAT00011
}에 관한 Lagrangian interpolation에 의한 보간다항식이다. 이 식은 Newton-Cotes formulas가 취한 값이 함수 f전체가 아닌
Figure 112009039639025-PAT00012
만으로 정하는 것을 의미한다. 1차에서 4차까지의 공식을 아래에 나타낸다. 적분치의 요소수는 미분치의 요소수의 (1/차수)가 되고, 예를 들면 4차의 공식이라면 1/4이 된다. 이 때문에 고차 공식에서는 요소수(시간해상도)의 감소에 주의할 필요가 있다.Where L (x) is a given element {(
Figure 112009039639025-PAT00011
} Is a Lagrangian interpolation of Lagrangian interpolation. This expression assumes that the value taken by the Newton-Cotes formulas is not a function
Figure 112009039639025-PAT00012
It means to decide only. The first to fourth formulas are shown below. The number of elements of the integral value is (1 / order) of the number of elements of the derivative value, for example, 1/4 of the fourth order formula. For this reason, attention must be paid to the reduction of the number of elements (time resolution) in higher order formulas.

1차수 Trapezium fule1st order Trapezium fule

Figure 112009039639025-PAT00013
, 오차항
Figure 112009039639025-PAT00014
expression
Figure 112009039639025-PAT00013
, Error term
Figure 112009039639025-PAT00014

2차수 Simpson's fule2nd Simpson's fule

Figure 112009039639025-PAT00015
, 오차항
Figure 112009039639025-PAT00016
expression
Figure 112009039639025-PAT00015
, Error term
Figure 112009039639025-PAT00016

3차수 3/8 rule3rd order 3/8 rule

Figure 112009039639025-PAT00017
, 오차항 -
Figure 112009039639025-PAT00018
expression
Figure 112009039639025-PAT00017
, Error term-
Figure 112009039639025-PAT00018

4차수 Bool's rule4th order Bool's rule

Figure 112009039639025-PAT00019
, 오차항
Figure 112009039639025-PAT00020
expression
Figure 112009039639025-PAT00019
, Error term
Figure 112009039639025-PAT00020

우선, 초전도 코일 및 초전도 버스라인의 켄치 검출을 위한 적용에 앞서 상 기 Rogowski코일의 임피던스를 측정한다. 임피던스의 측정은 공지의 RCL미터를 사용하여 Rogowski코일의 저항 R(Ω), 자기 인덕턴스 L(H), 상호 인덕턴스 M(H)을 측정한다. 통전전류는 약 10mA, 교류의 주파수는 50Hz에서 1MHz까지이다. 본 발명에서 사용된 RCL미터의 일예로 FLUKE사의 PM6306이다.First, the impedance of the Rogowski coil is measured prior to application for quench detection of the superconducting coil and the superconducting bus line. The impedance is measured using a known RCL meter to measure the resistance R (Ω), magnetic inductance L (H) and mutual inductance M (H) of the Rogowski coil. The carrying current is about 10mA, and the frequency of alternating current is from 50Hz to 1MHz. An example of an RCL meter used in the present invention is PM6306 manufactured by FLUKE.

상호 인덕턴스 M은 Rogowski코일의 상호 유도계수

Figure 112009039639025-PAT00021
와 같다. 이 상호 유도계수
Figure 112009039639025-PAT00022
은 극히 작아 1차측에 전류 리드 1가닥을 통하게 하는 것만으로 측정할 수 없다. 그리하여 Rogowski코일의 1차측에 절연피복 도선을 100회 감아 상호 인덕턴스를 측정하고, 이 측정치의 1/00을 M 및
Figure 112009039639025-PAT00023
이라고 했다.Mutual inductance M is the mutual induction coefficient of Rogowski coil
Figure 112009039639025-PAT00021
Same as This mutual induction coefficient
Figure 112009039639025-PAT00022
Is extremely small and cannot be measured simply by passing a single current lead on the primary side. Thus, the mutual inductance is measured by winding the insulated conductor 100 times on the primary side of the Rogowski coil and measuring 1/00 of this measurement by M and
Figure 112009039639025-PAT00023
I said.

여기서 아래 표에 나타낸 사양에 근거해 상호 유도계수

Figure 112009039639025-PAT00024
(H)를 산출해본다. 1차 전류의 실효치를 I(A), 2차 전압의 실효치를 V(V), 각 주파수를
Figure 112009039639025-PAT00025
(rad/s), 주파수를
Figure 112009039639025-PAT00026
(Hz)라고 한다면, 상기 수학식 1에서 Rogowski코일의 상호 유도계수
Figure 112009039639025-PAT00027
은 아래 수학식 6과 같이 나타난다.Where the mutual induction coefficient is based on the specifications shown in the table below
Figure 112009039639025-PAT00024
Calculate (H) The effective value of the primary current is I (A), the effective value of the secondary voltage is V (V), and each frequency
Figure 112009039639025-PAT00025
(rad / s), frequency
Figure 112009039639025-PAT00026
(Hz), the mutual induction coefficient of the Rogowski coil in Equation 1
Figure 112009039639025-PAT00027
Is represented by Equation 6 below.

Figure 112009039639025-PAT00028
Figure 112009039639025-PAT00028

V=0.2 V, I = 630A,

Figure 112009039639025-PAT00029
= 60Hz를 상기 수학식 6에 대입하면,
Figure 112009039639025-PAT00030
=0.84
Figure 112009039639025-PAT00031
H이다. 단 이 값은 출고된 Rogowski코일의 기본 사양값에 근거한 계산치로, 만일 사양 이 틀릴 경우에는 이 계산치는 정확하지 않다.V = 0.2 V, I = 630 A,
Figure 112009039639025-PAT00029
= 60 Hz in Equation 6,
Figure 112009039639025-PAT00030
= 0.84
Figure 112009039639025-PAT00031
H. However, this value is based on the Rogowski coil's default specification, which is incorrect if the specification is incorrect.

항목Item 사양Specifications 1차 전류Primary current 630A(*)630A (*) 2차 전압Secondary voltage 200mV(*)200 mV (*) 변류비 오차Current ratio error ±1.0%± 1.0% 위상각 오차Phase angle error ±60분± 60 minutes Case 재질Case material Nylon6 GF 30%(black)Nylon 6 GF 30% (black) Wire 재질Wire material TeflonTeflon Wire 길이Wire length 80mm(twisted)80 mm (twisted) 코일 moldingCoil molding Epoxy(black)Epoxy (black)

앞서 설명한 바와 같이 측정수단으로 사용되는 상기 Rogowski코일의 사양과 그의 해석을 위한 수학적 모델링은 일실시예에 불과할 뿐, 얼마든지 변경될 수 있다는 것은 물론이다.As described above, the specification of the Rogowski coil used as the measuring means and the mathematical modeling for the interpretation thereof are merely an example and may be changed.

이처럼 Rogowski코일과 수치적분을 실행하는 후술한 처리수단을 사용하여 100A정도의 작은 펄스전류를 140s 정도의 장시간에 걸쳐 측정한다. 적분 처리하는 리얼타임의 아닌 먼저 Rogowski코일의 2차 전압을 측정하는 동안에 1차 도체에 펄스전류를 반복 흐르게 하여 그것을 끝낸 후에 측정된 2차 전압을 컴퓨터를 사용하여 처리한다. 펄스전류 정상부의 길이는 3s정도이고, 전류변화 속도는 20 내지 500A/s이다.In this way, a small pulse current of about 100 A is measured over a long time of about 140 s using a Rogowski coil and a processing means described later for performing numerical integration. During the measurement of the Rogowski coil's secondary voltage, rather than in real-time integrating, the pulsed current is repeatedly flown through the primary conductor, and then the measured secondary voltage is processed using a computer. The length of the pulse current summit is about 3 s and the rate of change of the current is 20 to 500 A / s.

처리수단(200)은 상기 측정수단인 Rogowski코일에서 측정된 값(2차 전압)을 입력받아 앞서 언급한 바와 같이 수학적 모델링을 위한 소프트웨어를 통해 값을 출력한다. 더불어 상기 처리수단은 PXI 시스템을 적용한 것으로, 스캐너 방식을 이용하여 값을 해당 신호를 처리한다.The processing means 200 receives a value (secondary voltage) measured by the Rogowski coil, which is the measuring means, and outputs a value through software for mathematical modeling as mentioned above. In addition, the processing means is a PXI system is applied, the value of the signal processing using a scanner method.

또한, 바람직하게는 앞서 설명한 수치적분을 실행하는 퍼스널 컴퓨터를 사용 하여 상기 측정수단에서 측정된 값을 제공받아 해석한다. 이때 상기 측정수단(100)과 처리수단을 연결하기 전기적으로 상호 연결하기 위하여 터미널(210), 증폭부(220), 디지타이저(230) 및 컴퓨터(240 ; PC)로 구성되고 이들이 순차적으로 연결되어 측정수단에서 측정된 측정값을 전달받도록 구성한다. 상기 터미널(210)은 Rogowski코일의 신호케이블이 처리수단(200)에 유입되기 전의 전기적인 단자대이며, 상기 증폭부(220)는 수치적분을 수행하기 위한 디지털 변환전에 측정수단(100)의 아날로그 신호를 증폭하여 SNR(Signal to Noise Ratio)를 향상시키기 위한 것이다.Further, it is preferable to receive and interpret the value measured by the measuring means by using a personal computer that executes the numerical integration described above. At this time, it is composed of a terminal 210, an amplifier 220, a digitizer 230 and a computer (240; PC) in order to electrically connect the measuring means 100 and the processing means, these are sequentially connected and measured Configure the means to receive the measured values measured. The terminal 210 is an electrical terminal block before the signal cable of the Rogowski coil flows into the processing means 200, and the amplification part 220 is an analog signal of the measuring means 100 before digital conversion for performing numerical integration. By amplifying the signal to improve the signal to noise ratio (SNR).

또한, 상기 디지타이저(230)는 증폭부(220)에 의해 증폭된 아날로그 신호를 디지털로 변화시키고, 이 디지털 신호는 상기 컴퓨터에 의해 최종적으로 분석/처리하게 된다.In addition, the digitizer 230 converts the analog signal amplified by the amplifier 220 into digital, which is finally analyzed / processed by the computer.

1차 전류의 파형은 출력전압, 출력전류, 그것들의 변화율(slew rates), 대기시간에 의해 정의된다. Rogowski코일의 전압 측정과 1차 전류 통전은 LabVIEW 프로그램에 의해 자동적으로 연동하게 된다.The waveform of the primary current is defined by the output voltage, the output current, their slew rates, and the latency. The Rogowski coil's voltage measurement and primary current energization are automatically coordinated by the LabVIEW program.

검출된 샘플링 속도는 채널 당 10kS/s이나, 2점마다 평균치를 산출하여 속도를 5kS/s로 떨어뜨린 후에 측정치를 상기 컴퓨터에 기록한다. 이와 같은 속도로 측정하는 이유는 상기 증폭부(220)의 low-pass필터의 주파수 10kHz에 될 수 있는 가까운 속도로 샘플링 하는 것에 의해 aliasing noise를 가능한 줄이기 위해서이다.The detected sampling rate is 10 kS / s per channel, but averages every two points to drop the rate to 5 kS / s and then record the measurements on the computer. The reason for measuring at such a rate is to reduce aliasing noise as much as possible by sampling at a close rate that can be 10 kHz of the low-pass filter of the amplifier 220.

이처럼 본 발명은 노말 버스라인에 설치되어 여기에 흐르는 전류에 따른 자기적 결합에 의해 측정수단에서 발생되는 2차 전압을 측정수단을 통해 검출하고 이 를 처리수단에 의해 검출하여 초전도 코일에 흐르는 전류를 측정하여 초전도 코일과 초전도 버스라인의 켄치 검출에 이용될 수 있다.As such, the present invention detects the secondary voltage generated by the measuring means by the magnetic coupling according to the current flowing in the normal bus line through the measuring means and detects the current by the processing means to detect the current flowing in the superconducting coil. The measurement can be used for quench detection of superconducting coils and superconducting buslines.

또한, 본 발명에 따른 다른 실시예로 켄치 발생여부를 실시간으로 모니터링하고 이를 제어하기 위한 구성이 제안된다.In addition, in another embodiment according to the present invention is proposed a configuration for monitoring and controlling the generation of the quench in real time.

중앙처리수단(300)은 상기 처리수단(200)과 연결되어 켄치 발생 여부를 실시간으로 모니터링 및 제어하기 위하여 구비되는 것으로, 상기 중앙처리수단은 상기 처리수단의 컴퓨터(240)와 이더넷을 통한 네트워크망(LAN)으로 연결되어 원거리에서 모니터링과 제어를 할 수 있으며, 초전도 코일로 전류를 공급하는 MPS(magnet Power Supply)의 제어도 담당한다.The central processing means 300 is connected to the processing means 200 and is provided to monitor and control whether or not a quench occurs in real time. The central processing means is a computer network of the processing means and a network via Ethernet. It can be monitored and controlled at a long distance by connecting to a LAN and is also responsible for controlling the MPS (magnet power supply) that supplies current to the superconducting coil.

상기 처리수단에 검출된 켄치 발생여부를 실시간으로 전송하며, 중앙처리수단(중앙서버)에서는 관리자에 의한 모니터링을 통해 확인하고 MPS를 제어하여 켄치 발생 시 신속히 처리한다.Whether the quench is detected is transmitted to the processing means in real time, and the central processing means (central server) confirms through monitoring by the administrator and controls the MPS to quickly process the quench generation.

상기 중앙처리수단은 일반적인 PC가 되며, 도면에 나타내진 않았지만, 디스플레이부, 네트워크와 연결되기 위한 인터페이스, 켄치 발생에 따른 안전 제어를 위한 설정부 등 다양한 기능을 부가되어 있다.The central processing unit may be a general PC, and although not shown in the drawing, various functions such as a display unit, an interface for connecting to a network, and a setting unit for safety control according to quench generation are added.

이와 같이 구성되는 본 발명은 저비용의 Rogowski코일을 이용하여 초전도 코일과 초전도 버스라인의 켄치 검출을 위해 노말 버스바(normal bus bar)에 설치하여 초전도 코일의 켄치 발생여부를 용이하게 검출할 수 있는 이점이 있다.The present invention configured as described above has the advantage that it is easy to detect the occurrence of the quench of the superconducting coil by installing a normal bus bar for detecting the quench of the superconducting coil and the superconducting bus line using the low-cost Rogowski coil. There is this.

또한, 24시간 운전되는 토카막 장치의 초전도 코일(자석)에서 발생되는 켄치를 실시간으로 중앙처리수단을 통해 관리자에 의한 모니터링과 제어가능하고 이에 따른 긴급 상황에서도 신속한 조치를 행할 수 있게 된다.In addition, the quench generated in the superconducting coil (magnet) of the tokamak device operated for 24 hours can be monitored and controlled by an administrator through a central processing unit in real time, and thus quick actions can be performed even in an emergency situation.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. While the invention has been described and illustrated in connection with a preferred embodiment for illustrating the principles of the invention, the invention is not limited to the construction and operation as shown and described.

오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.Rather, those skilled in the art will appreciate that many modifications and variations of the present invention are possible without departing from the spirit and scope of the appended claims. And all such modifications and changes as fall within the scope of the present invention are therefore to be regarded as being within the scope of the present invention.

도 1은 초전도 토카막 장치에 구성되는 초전도 코일 시스템의 부분 절개도,1 is a partial cutaway view of a superconducting coil system constructed in a superconducting tokamak device,

도 2는 본 발명에 따른 초전도 토카막 장치의 켄치 검출을 위한 코일전류 측정장치를 나타낸 개략도,Figure 2 is a schematic diagram showing a coil current measuring device for detecting the quench of the superconducting tokamak device according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 켄치 검출을 위한 측정수단인 Rogowski코일의 개략도,3 is a schematic diagram of a Rogowski coil as a measuring means for detecting the quench according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 Rogowski코일의 전기특성의 등가회로를 나타낸 도면,4 is a view showing an equivalent circuit of the electrical characteristics of the Rogowski coil according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 Rogowski코일의 층간 용량의 모델을 도시한 도면,5 shows a model of the interlayer capacity of a Rogowski coil according to the invention,

도 6은 측정수단이 노말 버스바에 설치된 상태를 나타낸 상태도.Figure 6 is a state diagram showing a state in which the measuring means is installed on the normal bus bar.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : 측정수단 200 : 처리수단100: measuring means 200: processing means

210 : 터미널 220 : 증폭부210: terminal 220: amplifier

230 : 디지타이저 240 : 컴퓨터230: Digitizer 240: Computer

300 : 중앙처리수단 400 : 초전도 코일300: central processing unit 400: superconducting coil

410 : 노말 버스바410: normal busbar

Claims (14)

초전도 토카막 장치에 구비되는 초전도 코일의 켄치를 검출하기 위한 켄치 검출 장치에 있어서,A quench detection device for detecting a quench of a superconducting coil provided in a superconducting tokamak device, 상기 초전도 코일에 전류를 공급하는 노말 버스바에 설치되어 초전도 코일의 전류를 측정하는 측정수단;Measuring means installed in a normal bus bar for supplying current to the superconducting coil and measuring current of the superconducting coil; 상기 측정수단으로부터 측정된 측정값을 수학적 알고리즘을 통해 해석하여 측정값을 출력하는 처리수단; 및Processing means for interpreting the measured value measured from the measuring means through a mathematical algorithm and outputting the measured value; And 상기 처리수단에서 검출된 측정값을 전달받아 켄치 발생여부를 확인하여 토카막 장치의 초전도 영역을 제어하는 중앙처리수단;을 포함하는 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 토카막 장치의 켄치 검출을 위한 코일전류 측정장치.Coil current measuring device for detecting the quench of the superconducting tokamak device, characterized in that it comprises a; central processing means for controlling the superconducting area of the tokamak device by receiving the measured value detected by the processing means to determine whether the quench is generated. . 제 1항에 있어서, 상기 측정수단은,The method of claim 1, wherein the measuring means, Rogowski코일을 사용하는 것을 특징으로 하는 초전도 토카막 장치의 켄치 검출을 위한 코일전류 측정장치.Coil current measurement device for quench detection of a superconducting tokamak device, characterized by using a Rogowski coil. 제 1항에 있어서, 상기 처리수단은,The method of claim 1, wherein the processing means, 상기 측정수단과 전기적으로 연결되는 터미널;A terminal electrically connected to the measuring means; 상기 터미널에서 제공되는 아날로고 신호를 증폭시키는 증폭부;An amplifier for amplifying an analog signal provided from the terminal; 상기 증폭부에서 제공되는 아날로고 신호를 디지털 신호로 변환시키는 디지타이저; 및A digitizer for converting an analog signal provided by the amplifier into a digital signal; And 상기 디지타이저를 통해 제공되는 전압값을 수학적 모델링을 통해 해석하여 켄치 발생여부를 검출하는 컴퓨터;로 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 토카막 장치의 켄치 검출 장치.A quench detection device for a superconducting tokamak device, comprising: a computer for detecting whether a quench is generated by analyzing a voltage value provided through the digitizer through mathematical modeling. 제 1항에 있어서, 상기 처리수단은,The method of claim 1, wherein the processing means, 초전도 토카막 장치의 1회 운전 동안 발생하는 펄스전류를 측정하며, 1회 운전 시간은 최대 300초 이내인 것을 특징으로 하는 초전도 토카막 장치의 켄치 검출을 위한 코일전류 측정장치.A coil current measuring device for detecting a quench of a superconducting tokamak device, wherein the pulse current generated during one operation of the superconducting tokamak device is measured, and the one time of operation is within a maximum of 300 seconds. 제 1항에 있어서, 상기 처리수단과 중앙처리수단은,The method of claim 1, wherein the processing means and the central processing means, 이더넷을 통한 네트워크망으로 연결되는 것을 특징으로 하는 초전도 토카막 장치의 켄치 검출을 위한 코일전류 측정장치.Coil current measuring device for detecting the quench of the superconducting tokamak device, characterized in that connected to the network through the Ethernet. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 처리수단은,The method of claim 1 or 3, wherein the processing means, 수치적분 방식으로 초전도 코일에 흐르는 펄스 전류를 계산한 후 켄치 검출에 이용되는 것을 특징으로 하는 초전도 토카막 장치의 켄치 검출을 위한 코일전류 측정장치.A coil current measuring device for detecting a quench of a superconducting tokamak device, characterized in that it is used for quench detection after calculating the pulse current flowing through the superconducting coil by the numerical integration method. 제 1항에 있어서, 상기 처리수단은,The method of claim 1, wherein the processing means, 상기 측정수단에서 발생되는 2차 전압을 노말 버스바에 해당하는 1차 전류에 환산하는 것을 특징으로 하는 초전도 토카막 장치의 켄치 검출을 위한 코일전류 측정장치.A coil current measuring device for detecting a quench of a superconducting tokamak device, characterized in that the secondary voltage generated by the measuring means is converted into a primary current corresponding to a normal bus bar. 제 1항에 있어서, 상기 중앙처리수단은,The method of claim 1, wherein the central processing means, 초전도 버스라인을 통해 초전도 코일로 전류를 공급하는 MPS를 제어하는 것을 특징으로 하는 초전도 토카막 장치의 켄치 검출을 위한 코일전류 측정장치.A coil current measuring device for quench detection of a superconducting tokamak device, characterized in that for controlling the MPS supplying current to the superconducting coil through the superconducting bus line. 제 1항에 있어서, 상기 측정수단은,The method of claim 1, wherein the measuring means, 상기 노말 버스바에 설치되어 이와 자기적으로 결합함에 따라 core-less 트랜스를 형성하는 것에 의해 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 초전도 토카막 장치의 켄치 검출을 위한 코일전류 측정장치.The coil current measuring device for detecting the quench of the superconducting tokamak device, characterized in that the current is detected by forming a core-less transformer as installed in the normal bus bar and magnetically coupled thereto. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 측정수단은,The method of claim 1 or 2, wherein the measuring means, 수학식
Figure 112009039639025-PAT00032
를 통해 전압을 시간 적분하여 측정값을 산출하는 것을 특징으로 하는 초전도 토카막 장치의 켄치 검출을 위한 코일전류 측정장치.
Equation
Figure 112009039639025-PAT00032
Coil current measuring device for detecting the quench of the superconducting tokamak device, characterized in that to calculate the measured value by integrating the voltage over time.
초전도 토카막 장치에 구비되는 초전도 코일의 켄치를 검출하기 위한 켄치 검출 장치에 있어서,A quench detection device for detecting a quench of a superconducting coil provided in a superconducting tokamak device, 상기 초전도 코일에 전류를 공급하는 노말 버스바에 설치되어 초전도 코일에 흐르는 전류를 측정하기 위한 측정수단; 및Measuring means installed in a normal bus bar for supplying current to the superconducting coil and measuring current flowing through the superconducting coil; And 상기 측정수단으로부터 측정된 측정값을 수학적 알고리즘을 통해 해석하여 최종값을 출력하는 처리수단;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 토카막 장치의 켄치 검출을 위한 코일전류 측정장치.And a processing means for interpreting the measured value measured by the measuring means through a mathematical algorithm and outputting a final value. The coil current measuring device for detecting the quench of the superconducting tokamak device, comprising: a. 제 11항에 있어서, 상기 처리수단은,The method of claim 11, wherein the processing means, 상기 측정수단과 연결되는 터미널;A terminal connected with the measuring means; 상기 터미널에서 제공되는 전압을 전달받는 증폭부;An amplifier receiving the voltage provided from the terminal; 상기 증폭부에서 제공되는 전압값을 수치화하는 디지타이저; 및A digitizer for digitizing the voltage value provided by the amplifier; And 상기 디지타이저를 통해 제공되는 전압값을 수학적 모델링을 통해 해석하여 켄치 발생여부를 검출하는 컴퓨터;로 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 토카막 장치의 켄치 검출 장치.A quench detection device for a superconducting tokamak device, comprising: a computer for detecting whether a quench is generated by analyzing a voltage value provided through the digitizer through mathematical modeling. 제 11항에 있어서, 상기 측정수단은,The method of claim 11, wherein the measuring means, Rogowski코일을 사용하는 것을 특징으로 하는 초전도 토카막 장치의 켄치 검출을 위한 코일전류 측정장치.Coil current measurement device for quench detection of a superconducting tokamak device, characterized by using a Rogowski coil. 제 11항에 있어서, 상기 측정수단은,The method of claim 11, wherein the measuring means, 수학식
Figure 112009039639025-PAT00033
를 통해 전압을 시간 적분하여 측정값을 산출하는 것을 특징으로 하는 초전도 토카막 장치의 켄치 검출을 위한 코일전류 측정장치.
Equation
Figure 112009039639025-PAT00033
Coil current measuring device for detecting the quench of the superconducting tokamak device, characterized in that to calculate the measured value by integrating the voltage over time.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004172485A (en) 2002-11-21 2004-06-17 Nagoya Industrial Science Research Inst Quenching detecting method and equipment of superconductive coil,
JP4490788B2 (en) 2004-10-29 2010-06-30 株式会社東芝 Superconducting current lead quench detection device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018178653A3 (en) * 2017-03-31 2018-11-15 Tokamak Energy Ltd High temperature superconductor tape for quench detection in superconducting magnets
US11101059B2 (en) 2017-03-31 2021-08-24 Tokamak Energy Ltd Quench detection in superconducting magnets

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