A study on characteristics for a resistive SFCL with gold layer

Gold층을 가진 저항형 초전도 한류기에 대한 특성연구

We investigated current limiting properties for an SFCL of YBCO thin film coated with an Au layer. The YBCO film of 1 mm wide and 400 nm thick could carry the current 9.6 A$_{peak}$ without quench. The SFCL limited the fault current below 7.6 A$_{peak}$, which otherwise increases above 65 A$_{peak}$ and melted down at the potential fault current of about 100 A$_{peak}$ which is 10 times greater than the quench current. This means that the Au layer successfully protected the superconducting film by dispersing the heat generated at hot spots and electrically shunting the YBCO film.

Cold 층을 입힌 저항형 초전도 한류기의 전류 제한 특성을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 고장발생후 3.2 msec 후에 quench가 발생하였으며, 부분적인 quench가 발생한 다음 시간이 지나면서 완전한 quench로 진행되었다. 즉, 선로고장에 따른 quench 발생 후 YBCO 초전도체의 gold층으로 대부분의 전류가 흐르게 되고, quench 되면서 발생하는 열도 대부분 gold층에서 흡수하여저항이 증가하였으며 이에 따른 전류감소, 전압증가 및 소비전력증가가 발생하였다. 인가전압 V$_0$=65 V$_{peak}$이고 R$_0$는 1 ${\omega}$, 그리고 R$_L$을 7.7 ${\omega}$으로 하였을 때 사고모의 위상각 0$^{\circ}$에서 고장발생후 0.9 msec 후인 9.6 A$_{peak}$ 되는 지점에서 quench가 발생하여 13.0 A$_{peak}$의 최대한류전류값을 보인후 11.4 A$_{peak}$의 전류값에서 fast quench가 완료되었다. 이때 quench 시간은0.63 msec 이었다. 저항값은 gold층에서 발생한 열때문에 점진적인 상승을 보이다가 약 3주기후에 일정한 값에 도달하였다. 한류소자의 온도는 약 11 msec 후에 상온에 도달하였으며, 3 주기후인 54 msec에는 150 $^{\circ}C$까지 상승하였다. gold 박막을 입힌 meander line은 임계전류 이상의 전류를 통전하였을 때에 용단되지 않았으며 ??치된 상태에서 3 사이클 이상 유지하였다. 약65 A$_{rms}$가 흘렀을 때에야 ??치후 3 사이클 지나용단되었다. 이러한 YBCO/gold에 의한 초전도한류기의 용량은 gold에 발생하는 열을 gold가감당할 수 있는 전류의 크기와 관련이 있으며, gold층이 YBCO 한류소자가 quench되었을 때 발생하는 열을 효과적으로 분산시킬 뿐만 아니라 전기적으로 shunt 회로 역할을 하고 있음을 확인할 수 있다. 이에 더하여 앞으로 quench 후 한류소자에서 발생할 수 있는 인덕턴스의 저감방안에 대한 설계 및 모델 탐구를 통하여 좀더 효율적인 한류소자 구성에 대한 연구를 병행하고자 한다.