Kim, Woo-Jin;Pang, Man-Sik;Kim, Hae-Jong;Cho, Jeon-Wook;Kim, Sang-Hyun
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.26
no.7
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pp.545-549
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2013
To realize the high-Tc superconducting (HTS) DC cable system, it is important to study not only high current capacity and low loss of conductor but also optimum electrical insulation at cryogenic temperature. A model HTS DC cable system consists of a HTS conductor, semi-conductor, cooling system and insulating materials. Polypropylene laminated paper (PPLP) has been widely adopted as insulating material for HTS machines. However, the fundamental insulation characteristics of PPLP for the development of HTS DC cable have not been revealed satisfactorily until now. In this paper, we will discuss mainly on the breakdown characteristics of 3 sheets PPLP in liquid nitrogen ($LN_2$). The characteristics of the diameter, location of butt-gap, distance between butt-gap length, pressure effect, polarity effect under DC and impulse voltage were studied. Also, the DC polarity reversal breakdown voltage of mini-model cable was measured in $LN_2$ under 0.4 MPa.
Choe, Yeong-Rak;Kim, Jeong-Hyeon;Kim, Jong-Min;Park, Sungkyun;Park, Kang Hyun;Lee, Jae-Myung
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.30
no.5
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pp.349-355
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2016
Divinycell, which functions as both insulation and a supporting structure, is generally applied in the NO96-type liquefied natural gas (LNG) insulation system. Polymer-material-based Divinycell, which has a high strength and low weight, has been widely used in the offshore, transportation, wind power generation, and civil engineering fields. In particular, this type of material receives attention as an insulation material because its thermal conductivity can be lowered depending on the ambient temperature. However, it is difficult to obtain research results for Divinycell, even though the component materials of the NO96-type LNG cargo containment system, such as 36% nickel steel (invar steel), plywood, perlite, and glass wool, have been extensively studied and reported. In the present study, temperature and strain-rate dependent compressive tests on Divinycell were performed. Both the quantitative experimental data and elastic recovery are discussed. Finally, the mechanical characteristics of Divinycell were compared to the results of polyurethane foam insulation material.
In the present study, composite insulation mat was reinforced over polyurethane foam (PUF) to improve the thermal performance and impact resistance of the PUF applied to the liquefied natural gas carrier insulation system. The composite insulation mat used Kevlar, aerogel, and cryogel composite mat that can be applied in a cryogenic environment. The thermal conductivity was measured at $20^{\circ}C$ to investigate the thermal performance, and the drop impact test was carried out under impact energy of 30 J at $20^{\circ}C$, $-163^{\circ}C$ to investigate the impact resistance. The measured thermal performance was compared with neat PUF through effective thermal conductivity theoretical value. The shock resistance was evaluated of contact force, contact time, and absorb energy. In experimental results, cryogel composite mat was the best performance in terms of thermal performance, and aerogel composite mat was the best performance in terms of impact resistance.
Plywood is a laminated wood material where alternating layers are perpendicular to each other. It is used in a liquefied natural gas (LNG) carrier for an insulation system because it has excellent durability, a light weight, and high stiffness. An LNG cargo containment system (LNG CCS) is subjected to loads from gravity, sloshing impact, hydrostatic pressure, and thermal expansion. Shear forces are applied to an LNG CCS locally by these loads. For these reasons, the materials in an LNG CCS must have good mechanical performance. This study evaluated the shear behavior of plywood. This evaluation was conducted from room temperature ($25^{\circ}C$) to cryogenic temperature ($-163^{\circ}C$), which is the actual operating environment of an LNG storage tank. Based on the plywood used in an LNG storage tank, a shear test was conducted on specimens with thicknesses of 9 mm and 12 mm. Analyses were performed on how the temperature and thickness of the plywood affected the shear strength. Regardless of the thickness, the strength increased as the temperature decreased. The 9 mm thick plywood had greater strength than the 12 mm thick specimen, and this tendency became clearer as the temperature decreased.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2005.11a
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pp.149-150
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2005
According to the trend for electric power equipment of high capacity and reduction of its size, the needs for the new high performance electric equipments become more and more important. On of the possible solution is high temperature superconducting (HTS) power application. Following the successful development of practical HTS wires, there have been renewed activities in developing superconducting power equipment. HTS equipments have to be operated in a coolant such as liquid nitrogen ($LN_2$) or cooled by conduction-cooling method such as using Gifford-McMahon (G-M) cryocooler to maintain the temperature below critical level. In this paper, the dielectric strength of unfilled epoxy and filled epoxy in $LN_2$ was analyzed. The filled epoxy composite not only compensates for this fragile property but enhances its dielectric strength.
$SF_6$ gas has been used as arc quenching and insulating medium for high and extra high voltage switching devices due to its high dielectric strength, its excellent arc-quenching capabilities, its high chemical stability and non toxicity. Despite of its significant contributions, the gas was classified as one of the greenhouse gas in the Kyoto Protocol. Thus, many researches are conducted to find out the replacement materials and to develop the $SF_6$ gas useless electrical equipment. This paper describes experiments on the temperature change-related breakdown characteristics of $SF_6$ gas ($SF_6$) and $SF_6$ liquid ($LSF_6$) in a model GIS(Gas-Insulated Switchgear) chamber in order to show the possibility of more stable and safe usages of $SF_6$ gas. The breakdown characteristics are classified into three stages, namely the gas stage of $SF_6$ according to Paschen's law, the coexisting stage of $SF_6$ gas with liquid in considerable deviation at lower temperature, and the stage of $LSF_6$ and remaining air. The result shows that the ability of the $LSF_6$ insulation is higher than the high-pressurized $SF_6$. Moreover, it reveals that the breakdown characteristics of $LSF_6$ are produced by bubble-formed $LSF_6$ evaporation and bubbles caused by high electric emission and the corona. In addition, the property of dielectric breakdown of $LSF_6$ is determined by electrode form, electrode arrangement, bubble formation and movement, arc extinguishing capacity of the media, difficulty in corona formation, and the distance between electrodes. The bubble formation and flow separation phenomena were identified for $LSF_6$. It provides fundamental data not only for $SF_6$ gas useless equipment but also for electric insulation design of high-temperature superconductor and cryogenic equipment machinery, which will be developed in future studies.
Lee, Hongseok;Mo, Young Kyu;Lee, Onyou;Kim, Junil;Bang, Seungmin;Kang, Jong O;Nam, Seokho;Kang, Hyoungku
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.17
no.1
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pp.44-47
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2015
High voltage superconducting apparatuses have been developed presently around the world under AC and DC sources. In order to improve electrical reliability of superconducting apparatuses with AC and DC networks, a study on the DC as well as the AC electrical breakdown characteristics of cryogenic insulations should be conducted for developing a high voltage superconducting apparatus. Recently, a sub-cooled liquid nitrogen cooling system is known to be promising method for developing a high voltage superconducting apparatus. A sub-cooled liquid nitrogen cooling system uses gaseous nitrogen to control the pressure and enhance the dielectric characteristics. However, the dielectric characteristics of gaseous nitrogen are not enough to satisfy the grade of insulation for a high voltage superconducting apparatus. In this case, the application of solid insulating barriers is regarded as an effective method to reinforce the dielectric characteristics of a high voltage superconducting apparatus. In this paper, it is dealt with a barrier effect on the DC and AC dielectric characteristics of gaseous nitrogen with respect to the position and number of solid insulating barriers. As results, the DC and AC electrical breakdown characteristics by various barrier effects is verified.
Kim, D.L;Kim, S.H.;S. Cho;H.S. Yang;Kim, D.H.;H.S. Ryoo;K.C. Seong
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.5
no.1
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pp.107-110
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2003
High Temperature Superconductor (HTS) transmission cable can carry more than 2 to 5 times higher electricity and also obtain substantially lower transmission losses than conventional cables. Liquid nitrogen is to be used to cool the HTS power cable and its cost is much cheaper than the liquid helium used for the cooling of metal superconducting wire. In Korea the HTS power cable development project has been ongoing since July, 2001 with the basic specifications of 22.9kV, 50MVA and told dielectric type as the first 3-year stage. The cryogenic system of the HTS cable is composed of HTS cable cryostat termination and refrigeration system. Termination of HTS cable is a connecting part between copper electrical cable at room temperature and HTS cable at liquid nitrogen temperature. In order to design the termination cryostat, it is required that the conduction heat leak and Joule heating on the current lead be reduced, the cryostat be insulated electrically and good vacuum insulation be maintained during long time operation. Heat loads calculations on the copper current lead have been performed by analytical and numerical method and the feasibility study fer the other candidate materials has also been executed.
The mechanical, electrical and thermal characteristics of insulating materials may significantly affect the performance and reliability of electrical devices using superconductors. General method to provide insulating layer between coated conductors is wrapping coated conductor with Kapton tape. But uniform and compact wrapping without failure or delamination in whole coverage for long length conductor is not a simple task and need careful control. Coating of insulating layer directly on coated conductor is desirable for providing compact insulating layer rather than wrapping insulating layers around conductor. Ceramic added polymer has been widely used as an insulating material for electric machine because of its good electrical insulating properties as well as excellent heat resistance and fairy good mechanical properties. The insulating layer of coated conductor should have high breakdown voltage and possesses suitable mechanical strength and maintain adhesiveness at the cryogenic temperature where it is used and withstand stress from thermal cycling. The insulating and mechanical properties of polymer can be improved by adding functional filler. In this study, insulating layer has been made by adding ceramic particles such as $SiO_2$ to a polymer resin. The size, amount and morphology of added ceramic powder was controlled and their effect on dielectric property of the final composite was measured and discussed for optimum composite fabrication.
Proceedings of the Korea Institute of Applied Superconductivity and Cryogenics Conference
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2003.10a
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pp.226-229
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2003
Following the successful development of practical high temperature superconducting (HTS) wires, there has been renewed activity in the development of superconducting power equipments. HTS equipments must be operated in the coolant, such as liquid nitrogen (L$N_2$) or cooled by cooler, such as GM-cryocooler to maintain the temperature below critical temperature. In this paper, dielectric strength of some insulating materials, such as epoxy, teflon, and glass fiber reinforced plastic (GFRP) in L$N_2$was measured. Surface breakdown voltage of GFRP which is basic property in design of HTS solenoid coil was measured. Epoxy is a goof insulating material but it is fragile at cryogenic temperature. The multi-layer insulating method of current lead is suggested to compensate this fragile property. It consists of teflon tape layer and epoxy layer fixed with texture. Based on these measurements, the 6.6㎸ class HTS magnet for DC reactor type high-T$_{c}$ superconducting fault current limiter (SFCL) was successfully fabricated and tested.d.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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