Bi-2223 HTS current leads for a superconducting magnetic energy storage(SMES) magnet were designed and manufactured. The HTS leads composed of Bi-2223/AgAu tapes and stainless steel former were connected to conventional vapor-cooled copper leads. The heat input to the liquid helium through the HTS lead was 0.39 W/lead when the warm end part's temperature is 65 K. And, the critical current of the HTS leads was about 1.6 kA when the warm end part's temperature is 80 K. The measured those values are well consistent with computed values.
The 22.9kV/630A superconducting fault current limiter (SFCL) is developed by the KEPRI-LSIS collaboration group. This resistive SFCL uses three pairs of conduction-cooled current leads. When the SFCL system is in the fault mode. the current flows 20 times more than the steady state. Therefore. it is important that the current lead is designed to have the thermal stability in order to minimize the heat input of the cold-end. This paper presents the design and performance results of a pair of conduction-cooled brass current leads considering both cases that the SFCL system operates at the steady state and the fault current.
KIEE International Transactions on Power Engineering
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v.3A
no.2
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pp.100-108
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2003
This paper presents the design and performance results of a pair of 6-kA high-temperature superconducting (HTS)-copper current leads, in which, over a short length at the warm end (e.g.,77K) of each HTS section, comprised of paralleled Bi-2223/Ag-Au tapes, is operated in the current-sharing mode. Because of their reliance on vapor cooling, the leads are applicable only to liquid helium cooled superconducting magnets such as those used in high-energy Physics accelerators and fusion machines. The experimental measurements have demonstrated that key performance data of the new 6-kA HTS-Copper leads agree reasonably well with those expected from design.
In this paper, a high-temperature superconductor(HTS) current lead operating in current sharing mode is described. The minimum heat dissipation and the optimum safety factor(cross-sectional area) is obtained analytically for partial current sharing HTS leads. It is assumed that the current lead is in conduction cooled state, and the sheath material is the alloy of silver and gold. The reduced cross-sectional area results partial current sharing state, and consequently reduces conduction heat transfer, but the Joule heat generation is increased. The optimized HTS current lead is different from the conventional copper leads. In the copper leads, the minimum heat dissipation is obtained for the zero gradient of temperature at warm end. However, the temperature gradient at warm end is not zero when the HTS lead operates at minimum dissipation state.
KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) current lead system (CLS) has a role to interconnect magnet power supply (MPS) in room temperature (300 K) and superconducting (SC) bus-line, electrically. For the first plasma experiments, it should be assembled 4 current leads (CL) on toroidal field (TF) current lead box (CLB) and 14 leads on poloidal field (PF) CLB. Two current leads, with the design currents 17.5 kA, and SC bus-lines are connected in parallel to supply 35 kA DC currents on TF magnet. Whereas, it could supply $20\;{\sim}\;26\;kA$ to each pairs of PF magnets during more than 350 s. At the cold terminals of the leads, there are joined SC bus-lines and it was constructed helium coolant control system, aside from main tokamak system, to protect heat flux through current leads and enhanced Joule heat due to supplied currents. Throughout the establishment processes, it was tested the high vacuum pumping, helium leak of the helium lines and hardwares mounted between the helium lines, flow controls for CL, and liquid nitrogen cool-down of possible parts (current leads, CL helium lines, and thermal shield helium lines for CLB), for the accomplishment of the required performances.
High-temperature superconducting (HTS) rotating machines always require an electric current of from several hundreds to several thousand amperes to be led from outside into cold region of the field coil. Heat losses through the current leads then assume tremendous importance. Consequently, it is necessary to acquire optimal design for the leads which would achieve minimum heat loss during operation of machines for a given electrical current. In this paper, conduction cooled current lead type of 10 MW-Class HTS rotating machine will be chosen, a conceptual design will be discussed and performed relied on the least heat lost estimation between conventional metal lead and partially HTS lead. In addition, steady-state thermal characteristic of each one also is considered and illustrated.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.16
no.5
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pp.418-423
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2003
AC loss is an important issue in the design of high-T$\sub$c/ superconducting power cables which consist of a number of Bi-2223 tapes wound on a former. In the cables, the tapes have different critical currents intrinsically. And they are electrically connected to each other and current leads. These make loss measurements considerably complex, especially for short samples of laboratory size. So special cautions are required in the positioning of voltage leads for measuring the true loss voltage. In this work we have prepared a conductor composed of three Bi-2223 tapes with different critical currents. The critical current and AC loss characteristics in the conductor have experimentally investigated. The results show that for uniform current distributions the conductor's critical current is proportional to the critical current of the Bi-2223 tape to which a voltage lead is attached. However it depends on the current non-uniformity parameter in the conductor rather than the tape's critical currents for nonuniform current distributions. The loss tests indicate that the AC loss is dependent on arrangements of voltage leads but not on their contact positions. The measured losses in the conductor also agree well with the sum of the transport losses measured in each Bi-2223 tape.
Current leads are one of the important components for carrying the current to the coil in the superconducting magnet system. Heat leakage through the current lead is the major factor of entire heat load in the cryogenic system because current leads carry the current from room temperature to near 4 K, connecting thermally each other. Therefore, minimization heat load through current lead can reduce the operating temperature of superconducting magnet. The semi-retractable current lead, composed of multi-contact connector and HTS element, is one of good options. Comprehension of Multi-contact connector's structure, contact resistance and heat generation is essential for estimating heat generation in current leads. Multi-contact connector has several louvers inside of socket and the shape, number, size of louvers are different with the size of connector. Therefore contact area, current path and contact resistance are also different. In this study, the contact resistance in multi-contact connector is measured using the electrical power as a function of connector's size and temperature. Also, the unique correlation of electrical contact resistance is derived and heat generation is estimated for superconducting magnet application.
Park, Hae-Yong;Kim, Kwang-Min;Kim, Dae-Won;Kim, A-Rong;Park, Min-Won;Yu, In-Keun;Kim, Seok-Ho;Sim, Ki-Deok;Sohn, Myung-Hwan
Proceedings of the KIEE Conference
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2009.07a
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pp.599_600
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2009
In superconducting magnetic energy storage (SMES) systems, the current leads are usually divided into two parts. Normal metals like brass or copper are often used in the first part from the room temperature to the 1st stage of the cryocooler. Their dimensions were decided to minimize the conduction heat penetration and Ohm's heat generation. The second part down to the cryogenic coil is made of high temperature superconductor (HTS). HTS current leads can reduce the conductive heat penetration because they have poor thermal conductivity and generate no Ohm's heat generation. The brass current lead and the HTS current lead were designed and fabricated for application to the 10kJ class SMES system. The HTS current lead is 300A class. The HTS current lead was stacked with 2 HTS layers using the $Bi_2Sr_2Ca_2Cu_3O_x$ (BSCCO)/Ag. In this paper, we introduce the design procedure of the current leads and discuss the test results of the current leads.
Proceedings of the Korea Institute of Applied Superconductivity and Cryogenics Conference
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2001.02a
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pp.84-88
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2001
The optimum cross-sectional area Profile of gas-cooled high-temperature superconductor (HTS) current lead is analyzed to have minimum helium boil-off rate. The conventional constant area HTS lead has much higher helium consumption than the optimum HTS lead considered in this study. The optimum HTS lead has variable cross-sectional area to have constant safety factor. An analytical formula of optimum shape of lead and temperature profile are obtained. For multi-step HTS current leads, the optimum tape lengths and minimum heat dissipation rate are also formulated. The developed formulations are applied to the Bi-2223 material, and the differences between constant area, constant safety-factor, and multi-step current leads are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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