Kim, Woo-Seok;Park, Kyeong-Dal;Joo, Hyeong-Gil;Han, Jin-Ho;Hong, Gye-Won;Park, Jungho;Heesuck Song;Kim, Sung-Hoon;Hahn, Song-yop
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.5
no.1
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pp.48-51
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2003
A 1 MVA transformer with BSCCO-2223 high Tc superconducting (HTS) tapes was designed. The rated voltages of each sides of the transformer are 22.0 kV and 6.6 kV respectively. Double pancake HTS windings, which have advantages of insulations and distribution of high voltage, were adopted. Four HTS tapes were wound in parallel fer the windings of low voltage side. Each winding was composed of several double pancake windings made of four parallel conductors were transposed in order to distribute the currents equally in each conductor. A core of the transformer was designed as a shell type core made of laminated silicon steel plate and the core is separated with the windings by a cryostat with a room temperature bore. The operating temperature of HTS windings will be 65K with liquid nitrogen, and a cooling system using a cryocooler was proposed and designed conceptually. This HTS transformer is going to be manufactured in near future based on the design parameters presented in this paper.
Yang Seong Eun;Bae Duck Kweon;Ahn Min Cheol;Kang Hyoung Ku;Seok Bok Yeol;Chang Ho Myung;Kim Sang Hyun;Ko Tae Kuk
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.7
no.1
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pp.42-46
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2005
The resistive type high temperature superconducting fault current limiter (HTSFCL) limits the fault current using the resistance generated by fault current. The generated resistance by fault current makes large pulse power which makes the operation of HTSFCL unstable. So, the cryogenic cooling system of the resistive type HTSFCL must diffuse and eliminate the pulse energy very quickly. Although the best way is to make wide direct contact area between HTS winding and coolant as much as possible, HTS winding also needs the impregnation layer which fixes and protects it from electromagnetic force. This paper deals with the thermal conductivity and dielectric strength of some epoxy compounds for the impregnation of high temperature superconducting (HTS) winding in liquid nitrogen. The measured data can be used in the optimal design of impregnation for HTS winding. Aluminar filling increased the thermal conductivity of epoxy compounds. Hardener also affected the thermal and electric characteristic of epoxy compounds.
Since the KSTAR superconducting magnet structure should be maintained at a cryogenic temperature of about 4 K, even a small amount of heat might be a major cause of the temperature rise of the structure. The Joule heating by eddy currents induced in the magnet structure during the KSTAR operation was found to be a critical parameter for designing the cooling scheme of the magnet structure as well as defining the requirements of the refrigerator for the cryogenic system. Based on the Joule heating calculation, it was revealed that the bulk temperature rise of the magnet coil structure was less than 1 K. The local maximum temperature especially at the inboard leg of the TF coil structure increased as high as about 21 K for the plasma vertical disruption scenario. For the CS coil structure, the maximum temperature was obtained from the PF fast discharging scenario. This means that the vertical disruption and PF fast discharging scenarios are the major scenarios for the design of TF and CS coil structures, respectively. For the reference scenario, the location of maximum temperature spot changes according to the transient current variation of each PF coil.
Park, Sang-Ho;Kim, Yun-Gil;Lee, Se-Yeon;Choi, Kyeong-Dal;Hahn, Song-Yop;Lee, Ji-Kwang
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.13
no.2
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pp.9-12
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2011
Superconducting motor has a lot of benefits from high power density for ship propulsions, so a number of research project are in progress worldwide. Despite of all the benefits, there is always a difficulty of cryo-moving part for conventional air-core superconducting synchronous motors. In order to get rid of this moving cryogenic part, we propose a homopolar superconducting synchronous motor, which has high temperature superconducting armature and field coils. The rotor is supposed to be made of iron only and excited by the stationary HTS field coils. The stationary field coils make the cooling system simple and easy to realize because there is no cryo-moving part. A design result of a 10 hp homopolar synchronous motor is presented in this paper. The self and mutual inductance of the motor having the size of air gap as variable parameter are calculated by a 3-dimemsional finite element method. The value of design variables such as the dimension of a motor and the number of turns, etc. is decided by performing the coordinate transformation of the calculated inductance. The operating frequency is supposed to be below 5 Hz for low rotating speed which is needed for a purpose of ship propulsion. Low frequency also has the benefit of low AC losses.
Recently, many researches on the system of superconducting power supply and superconducting magnetic energy storage (SMES) using high temperature superconducting (HTS) tapes has been progressed. Those kinds of superconducting devices use the heater trigger switches that have a control delay problem at moments of heating up and cooling down. One way to reduce the time delay is using a different HTS tape at trigger part. For example, HTS tape having lower critical temperature can reduce time delay of heating up and heating down stage for heater trigger operation. This paper deals with resistances joint with different kinds of HTS tapes which have different properties to verify usefulness of the suggested method. Three kinds of commercial HTS tapes with different specifications are selected as samples and two kinds of solders are used for comparison. Joint is performed with temperature and pressure controllable joint machine and the joint characteristics are analyzed under the repeatable conditions.
Transient heat transfer caused by an impulsive heating in subcooled liquid nitrogen is investigated experimentally. This study is part of out ongoing efforts directed to a stable cryogenic cooling system lot superconducting fault current limiters (SFCL). A thin heater attached by epoxy on one surface of a GFRP plate is immersed in liquid-nitrogen bath at temperatures between 77 K and 55 K. A strong heat flux up to $150W/cm^2$ is generated lot 100 ms, and the temperature of the heater sulfate is measured as a function of time. The behavior of bubbles on the heating surface can be explained by comparing the measured temperature history for vertical and two horizontal (up and down) orientations. It is concluded that the subcooling of liquid nitrogen below 70 K is very effective in suppressing bubbles, resulting in better thermal protection and faster recovery from an impulsive heat.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.3
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pp.588-593
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2007
The 600kJ class high temperature superconducting magnetic energy storage (HTS SMES) system is being developed by Korean Electrotechnology Research Institute (KERI). The system is operated in cryogenic temperature and high vacuum condition. The SMS magnet was cooled by conduction cooling method using a Gifford-McMahon cycle cryocooler. Thus, electric insulation design at cryogenic temperature and high vacuum is a key and an important element that should be established to accomplish compact design is a big advantage of HTS SMES. This paper describes the electric insulation design, fabrication and experimental results for a mini model of conduction cooled HTS SMES.
KSTAR in-vessel cryo-pump has been installed in the vacuum vessel top and bottom side with up-down symmetry for the better plasma density control in the D-shape H-mode. The cryogenic helium lines of the in-vessel cryo-pump are located at the vertical positions from the vacuum vessel torus center 2,000 mm. The inductive electrical potential has been optimized to reduce risk of electrical breakdown during plasma disruption. In-vessel cryo-pump consists of three parts of coaxial circular shape components; cryo-panel, thermal shield and particle shield. The cryo-panel is cooled down to below 4.5 K. The cryo-panel and thermal shields were made by Inconel 625 tube for higher mechanical strength. The thermal shields and their cooling tubes were annealed in air environment to improve the thermal radiation emissivity on the surface. Surface of cryo-panel was electro-polished to minimize the thermal radiation heat load. The in-vessel cryo-pump was pre-assembled on a test bed in 180 degree segment base. The leak test was carried out after the thermal shock between room temperature to $LN_2$ one before installing them into vacuum vessel. Two segments were welded together in the vacuum vessel and final leak test was performed after the thermal shock. Commissioning of the in-vessel cryo-pump was carried out using a temporary liquid helium supply system.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.58
no.1
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pp.132-136
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2009
Recently, for improvement of the magnetic field of high temperature superconductor (HTS) apparatus, many studies investigating on operating in the range of $20{\sim}65\;K$ with liquid helium or the conducting method using cryocooler are actively reviewed. Also, the cooling method using solid nitrogen as cryogen is being suggested. Since the nitrogen has very large specific heat in solid state, it is expected that it can be operated for a long time without a continuous supply of cooling energy. However, there are still insufficient data on the characteristics of solid nitrogen such as thermodynamic properties and liquid-solid phase change. Especially, there was almost no study done on the electrical insulation properties of solid nitrogen so far. In this study, solid nitrogen to find the electrical characteristics was made by using cryocooler and cryostat, and investigated the flashover discharge and breakdown. The results of this study will be useful as a basic data for electrical insulation design of the HTS system using solid nitrogen as cryogen.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.8
no.2
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pp.39-50
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2000
Thermodynamic cycle analysis is presented to estimate the maximum liquefaction rate of hydrogen for various systems using a Gifford-McMahon(GM) cryocooler. Since the present authors` previous experiments showed that the gaseous hydrogen was liquefied approximately at the rate of 5.1 mg/s from the direct contact with a commercial two-stage GM refrigerator, this study has been proposed to predict how much the liquefaction rate can be increased in different configurations using the GM cooler and with improved heat exchangers. The optimal operating conditions have been analytically sought with real properties of normal hydrogen for the Linde-Hampson(L-H) system precooled by single-stage GM, the direct-contact system with two-stage GM, the L-H system precooled by two-stage GM, and the direct-contact system with helium GM-JT (Joule-Thomson). The maximum liquefaction rate has been predicted to be only about 7 times greater than the previous experiment, even though the highly effective heat exchangers may be employed. It is concluded that the liquefaction rate is limited mainly because of the cooling capacity of the commercially available GM cryocoolers and a practical scale of hydrogen liquefaction is possible only if the GM cooler has a greater capacity at 70-100 K.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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