The study on the dielectric characteristics of gaseous insulation medium is important for designing current leads of superconducting machines using a sub-cooled liquid nitrogen ($LN_2$) cooling method. In a sub-cooled $LN_2$ cooling system, the temperature of gaseous insulation medium surrounding current leads varies from the temperature of coolant to 300 K according to the displacement between the electrode system and the surface of sub-cooled $LN_2$. In this paper, AC withstand voltage experiments on gaseous nitrogen according to temperature are conducted. Also, AC withstand voltage experiments on gaseous nitrogen according to pressure, size of electrode, and gap length between two electrodes are performed. It is found that there is a functional relation between the electrical breakdown voltage and the field utilization factor (${\xi}$). As a result, the empirical formula for estimating an electrical breakdown voltage is deduced by adopting the concept of field utilization factors. It is expected that the experimental results presented in this paper are helpful to design current leads for a high voltage superconducting apparatus such as a superconducting fault current limiter (SFCL) using a sub-cooled $LN_2$ cooling system.
Park Dong-Keun;Ahn Min-Cheol;Yang Seong-Eun;Lee Chan-Joo;Seok Bok-Yeol;Yoon Yong-Soo;Ko Tae-Kuk
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.8
no.2
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pp.29-32
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2006
An advanced superconducting fault current limiter (SFCL) using $high-T_c$ superconducting (HTS) wire has been developed. The SFCL has a non-inductively wound magnet for reducing loss in normal state. Two types of non-inductively wound magnets, the solenoid type and the pancake type, were designed and manufactured by using Bi-2223 wire in this research. Short-circuit tests of the magnets were performed in sub-cooled $LN_2$ cooling system of 65 K. The magnets are thermally more stable and have a higher critical current in 65 K sub-cooled $LN_2$ cooling system than in 77 K saturated one. Because the resistivity of matrix at 65 K is lower than the resistivity at 77 K, the magnets generate a small resistance to reduce the fault current when the quench occurs. The magnets could limit the fault current to low current level with such a small resistance. The current limiting characteristic of the magnets was analyzed from the test result. The solenoid type was wound in parallel to make it non-inductive. The pancake type was also connected in parallel to be compared with the solenoid type in the same condition. The solenoid type was found to have a good thermal stability compared with the pancake type. It also had as large resistance as the pancake type to limit the fault current in sub-cooled $LN_2$ cooling system.
Cryogenic systems are requirement for the operation of HTS power cables. In general, HTS power cables require temperature below 77K, a temperature that can be achieved from the liquid nitrogen at latm or sub-cooled LN2 above latm. HTS power cable needs sufficient refrigeration to overcome its low temperature heat loading. This loading typically cones in two forms : (1) heat leaks from the surroundings and (2) internal heat generation. This paper explains the cooling test system of 10m HTS power cable. This system is composed of storage dewar, auto fill system, core cryostat and cold-box. Storage dewar is a LN2 storage tank and auto fill system is a LN2 supply device to the sub-cooler, Core cryostat is a LN2 flow line. Cold box is a control unit of temperature and flow rate. It is composed of control valve, flow meter, sub-cooler and circulation pump, etc..
A sub-cooled liquid nitrogen cooling system is known as a most promising method to develop large scale superconducting apparatuses such as superconducting fault current limiters and superconducting cables [1]. Gaseous helium (GHe), gaseous nitrogen ($GN_2$) and sulfur hexafluoride ($SF_6$) are commonly used for designing an high voltage applied superconducting device as an injection gaseous medium [2, 3]. In this paper, the analysis on the dielectric characteristics of GHe, $GN_2$ and $SF_6$ are conducted by designing and manufacturing sphere-to-plane electrode systems. The AC withstand voltage experiments on the various gaseous insulation media are carried out and the results are analyzed by using finite element method (FEM) considering field utilization factors (${\xi}$). It is found that the electric field intensity at sparkover ($E_{MAX}$) of insulation media exponentially decreases according to ${\xi}$ increases. Also, the empirical expressions of the functional relations between $E_{MAX}$ and ${\xi}$ of insulation media are deduced by dielectric experiments and computational analyses. It is expected that the electrical insulation design of applied superconducting devices could be performed by using the deduced empirical formulae without dielectric experiments.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.18
no.1
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pp.81-86
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2006
High temperature superconducting (HTS) power cable requires forced sub-cooled LN2 flow cooling. Liquid nitrogen is circulated by a pump and cooled back by cooling system. Typical operating temperature range is expected to be between 65 K and 77 K. The HTS power cable needs sufficient cooling to overcome its low temperature heat load. For successful cooling, the hydraulic characteristics of the HTS power cable must be well investigated to design the cables. Especially, the pressure drop in the cable is an important design parameter, because the pressure drop decides the length of the cable, size of the coolant circulation pump and circulation pressure, etc. This paper describes measurement and investigation of the pressure drop of the cooling system. In order to reduce the total pressure drop of the cooling system, the flow rate of liquid nitrogen must be controlled by rotational speed of the circulation pump.
Proceedings of the Korea Institute of Applied Superconductivity and Cryogenics Conference
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2003.02a
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pp.295-297
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2003
Cryogenic systems is requirement for the operation of HTS power cables. In general, HTS power cables require temperature below 77K, a temperature that can be achieved from the liquid nitrogen or sub-cooled LN2. HTS power cable is needed for sufficient refrigeration to overcome its low temperature heat loading. This loading typically comes in two forms : (1) heat leaks from the surroundings and (2) internal heat generation. This paper is a explanation for the cooling test of 10m HTS power cable.
An accurate prediction of the pressure drop along the flow paths is crucial in the design of advanced passive systems cooled by heavy liquid metal coolants. To date, a generic pressure drop correlation over spacer grids by Rehme has been applied extensively, which was obtained from substantial experimental data with multiple types of components. However, a few experimental studies have reported that the correlation may give large discrepancies. To provide a more reliable correlation for ring-type spacer grids, the current numerical study aims at figuring out the most critical factor among four hypothetical parameters, namely the flow area blockage ratio, number of fuel rods, type of fluid, and thickness of the spacer grid in the flow direction. Through a set of computational fluid dynamics simulations, we observed that the flow area blockage ratio dominantly influences the pressure loss characteristics, and thus its dependence should be more emphasized, whereas the other parameters have little impact. Hence, we suggest a new correlation for the drag coefficient as CB = Cν,m/ε2.7, where Cν,m is formulated by a nonlinear fit of simulation data such that Cν,m = -11.33 ln(0.02 ln(Reb)).
Kim, Heesun;Han, Young Hee;Yang, Seong-Eun;Yu, Seung-Duck;Park, Byung Jun;Park, Kijun;Yoo, Jaeun;Kim, Hye-Rim;In, Sehwan;Hong, Yong Joo;Yeom, Hankil
KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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v.1
no.1
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pp.141-144
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2015
The superconducting fault current limiter (SFCL) is an electric power device that limits the fault current immediately in a power grid. Korea Electric Power Corporation (KEPCO) has been developing a 154 kV, 2 kA SFCL since 2011 to protect power grids from increasing fault current and improve the stability and quality of electric power. This SFCL adopts 2G YBCO wires and operates at 71 K and 5 bars. In this paper, a cooling system for the 154 kV SFCL and its cooling test results are reported. This cooling system uses a Stirling-type cooler to make sub-cooled liquid nitrogen ($LN_2$), which cools the superconductor modules of the SFCL. The $LN_2$ is circulated between the cooler and the cryostat that contains superconductor modules. The $LN_2$ also plays the role of a high voltage insulator between the modules and the cryostat, so the pressure was maintained at 5 bars for high insulation performance. After installation in a test site, the cooling characteristics of the system were tested. In this operation test, some important data were measured such as temperature distribution in $LN_2$, pressure change, performance of the heat exchanger, and cooling capacity of the total system. Consequently, the results indicate that the cooling system operates well as designed.
Background: Using cryovial for freezing dog spermatozoa provides a practical method to increase extended sperm volume and shorten the time required for equilibration by using a simple freezing techniques. The purpose of this study was to determine the optimal thawing condition for dog sperm cryopreservation using cryovials. Methods: For sperm freezing, cryovials with 200 × 106 sperm/mL were cooled after the addition of tris egg yolk extender (TEY) at 4℃ for 20 min, then TEY with 4% glycerol was added and equilibrated for another 20 min before being aligned over LN2 vapor for another 20 min and plunged directly into LN2. Spermatozoa were thawed in a water bath at 37℃ for varying times (25 sec, 60 sec, 90 sec, and 120 sec) in the first experiment. In the second experiment, spermatozoa were thawed in a water bath at various temperatures and times (37℃ for 1 min, 37℃ for 1 min with gentle stirring, 24℃ for 24 min, and 75℃ for 20 sec). In these experiments, the effect of thawing conditions on motility parameters, viability (SYBR-14/PI), and acrosome integrity (PSA/FITC) of spermatozoa were investigated. Results: The post-thaw sperm motility parameters, viability, and acrosome integrity were not significantly different across the experimental groups. Conclusions: In this study, the characteristics of spermatozoa frozen using cryovials were not significantly affected by various thawing conditions.
Kim, Tae-Min;Yim, Seong-Woo;Sohn, Song-Ho;Lim, Ji-Hyun;Han, Sang-Chul;Ryu, Kyung-Woo;Yang, Hyung-Suk
KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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v.2
no.2
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pp.307-310
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2016
The operational cost for maintaining the superconductivity of high-temperature superconducting (HTS) cables needs to be reduced for feasible operation. It depends on factors such as AC loss and heat transfer from the outside. Effective operation requires design optimization and suitable operational conditions. Generally, it is known that critical currents increase and AC losses decrease as the operational temperature of liquid nitrogen ($LN_2$) is lowered. However, the cryo-cooler consumes more power to lower the temperature. To determine the effective operational temperature of the HTS cable while considering the critical current and AC loss, critical currents of the HTS cable conductor were measured under various temperature conditions using sub-cooled $LN_2$ by Stirling cryo-cooler. Next, AC losses were measured under the same conditions and their variations were analyzed. We used the results to select suitable operating conditions while considering the cryo-cooler's power consumption. We then recommended the effective operating temperature for the HTS cable system installed in an actual power grid in KEPCO's 154/22.9 kV transformer substation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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