초전도체를 적용한 전류제한기의 연구

소개글

요약

산업 발전에 따른 전력수요가 지속적으로 증가하고 전력 수요지가 서울, 부산에 집중되며, 단기간에 설비가 증설됨에 따라 이에 전원설비 규모 또한 커져 전력계통의 고장전류가 계속 증대되고 있다. 증대되고 있는 고장전류를 안전하게 차단시키기 위해 차단기의 내력을 크게 하거나 현재 사용하고 있는 차단기의 내력에 맞춰서 고장전류의 크기를 억제해야 하는 방안이 있다. 이러한 방안을 모색하던 중에 초전도전류제한기(이하 초전도 한류기)가 개발되었다. 전력계통에서 한류기의 역할은 계통사고로 인한 고장전류 발생 시 소자에 가해지는 기계적, 열적, 전기적 스트레스, 피해를 제한하는 역할을 한다. 초전도 한류기를 계통에 적용함으로써 고장전류가 초전도 한류기에 흐르면서 퀜치(quench)를 유도시키게 되고 그로 인하여 초전도체의 저항이 비선형적으로 커지게 된다. 이러한 한류기의 특성으로 고장전류를 저감하고 신속한 차단 및 고장을 고립화 시키며 신속한 복구를 할 수 있다. 또한 고장의 파급을 제거하여 공급 신뢰도를 향상시키고 전력기기 기준을 완화하는 효과 기대할 수 있다.

목차

요약 iv

제 1 장 서 론 1

제 2 장 초전도체 원리 및 특성 3
2.1 초전도체의 발견 3
2.2 초전도체의 원리 및 성질 4
2.2.1 마이스너효과 4
2.2.2 BCS이론 7
2.2.3 장벽을 뚫고 9
2.3 초전도체의 종류 11


제 3 장 초전도체의 응용분야 14
3.1 응용분야 현황 14
3.2 초전도 한류기 15
3.2.1 초전도한류기의 필요성 15
3.2.2 초전도 한류기의 동작원리 및 종류 18
3.2.3 초전도 한류기의 국내외 연구 동향 20
3.2.4 초전도한류기의 실험 22
3.2.5 초전도한류기의 기대효과 및 활용방안 24


제 4 장 결론 25


參考文獻 25

본문내용

2.1 초전도체의 발견
초전도체의 발견과 오늘날까지의 발달은 과학적 진보의 아주 좋은 한 예이다. 매번 대단히 많은 과학자들에 의해 진전이 이루어졌기도 하지만 아주 중요한 발전은 한줌의 연구자들에 의해 이루어졌었다. 이제 다음과 같이 우리는 이 분야의 발견에 대해 알아보자.
1900년까지 수많은 불황성기체들이 액화가 되어 대략 절대온도 2도의 낮은 온도 영역까지 물성 연구가 가능해졌다. 라이덴에 있는 카멜링 오네스의 실험실에서는 금속의 전기전도도가 온도가 낮아짐에 따라 어떻게 변하는가를 연구하고 있었다. 세 가지 가능성이 제시되었는데 첫째는 전자가 원자에 얼어붙어서 부도체적인 성질을 보일 것이다. 둘째는 전자가 결정 내의 결함들에 의해 산란되어 전기저항이 절대온도 영도에서 일정한 값을 갖게 될 것이다. 셋째는 온도가 영에 접근함에 따라 저항이 천천히 영이 될 것이다.

[그림 2-1] 수은의 온도에 따른 저항변화

[그림 2-1]은 수은의 온도에 따른 저항변화의 특성이다. 그런데 [그림 2-1]에서 보듯이 수은에 대해 실험을 해 본 결과, 온도가 낮아짐에 따라 저항이 천천히 줄어드는 것이 측정되었다. 그러나 눈에 띄는 현상은 저항이 절대온도 4.2도에서 갑자기 영이 되고 그 이하의 낮은 온도에서도 계속 영으로 남아있는 것이었다. 이러한 결과는 다른 금속들에서도 측정되었고 카멜링 오네스는 이같은 물질의 새로운 상태를 초전도체라고 이름 지었다.
초전도체로 만들어진 고리에 온도가 초전도 상전이 온도 Tc보다 높을 때 자기장을 가한 상태에서 온도를 Tc보다 낮추면 외부자기장을 꺼준 상태에서도 전류가 유도된다. 이 전류는 무한정 남아 있으므로 Tc 이하에서 저항이 영이라는 사실과 일치한다.
이 실험적 사실이 다른 실험실에서도 재현 가능하다는 것을 정립하기 위하여 영속전류가 흐르고 있는 초전도 고리를 담고 있는 냉각장치를 라이덴에서 캠브릿지로 옮겨왔는데 캠브릿지의 실험실에서도 여전히 이 영속전류가 흐르고 있는 사실이 관측되었다. 이로부터 초전도체는 저항이 영인 상태인 것으로 받아들여지게 되었다. 오늘날, 우리는 지름 1 cm의 단면적을 갖는 고리형 도선에 흐르는 전류가 다 사라질 때까지는 우주의 나이만큼의 시간이 걸린다는 사실을 알고 있고, 이 때문에 초전도체는 적절한 이름이다.



제 4 장 결 론
현재 필요에 의한 한류기의 개발이 진행되고 있는 상황에서 선진국의 경우 송전급 개발 단계에 있고 국내는 배전급 한류기의 개발 완료 상태이다. 특히 하이브리드 한류기 개발로 초전도체의 사용을 최소화하여 경제성을 향상 시켰다. 전 세계적으로 초전도 한류기의 수요가 발생하는 상황에서 실증 시험을 통한 안정과 신뢰성, 용량성이 확보된다면 세계시장에서 확고히 자리매김할 수 있을 것이다. 또한 초전도 한류기는 상온 상태에서 제작 조립되고 냉각된 다음 운전된다. 제작 후 냉각의 과정에서 초전도선을 포함한 장치의 많은 부분이 열수축에 의한 변형, 온도 변화에 따른 물성 변화를 겪게 된다. 또한 초전도 장치가 문제없이 냉각되어 동작 되고 있다 하더라도, 열 침입이나 발열에 의해 온도 상승, 열팽창에

참고 자료

없음