• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2015.07a
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• pp.1122-1123
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• 2015

본 논문에서는 회전전기자형 고온초전도 발전기의 이중 계자를 제안하고 설계를 하였다. 기존의 동기발전기는 회전자가 계자이지만, 본 논문에서는 전기자를 회전자로 설계하였다. 고정자인 계자는 전기자의 내측과 외측에 위치하게 설계하여 이중계자라고 하였다. 초전도 선재는 제조사에 의해 규격이 정해져있다. 계자에 대전류를 사용하기 위해서는 적층등의 방법들이 있다. 적층하여 구리 권선으로 계자를 권선시 저항과 인덕턴스의 불균등을 제거하기 위하여 구리 권선을 일정한 간격으로 위치를 변환시키는 전위의 방법이 사용된다. 하지만 초전도 선재의 경우는 꺽기, 비틀기등의 방법이 불가능하므로 이 방법을 사용할 수 없다. 그래서 선재를 펀칭하여 선재를 전위시키는 CTCC(Continuously Transposed Coated Conductors) 등의 방법을 사용한다. 본 연구에서는 CTCC 형태의 초전도 권선을 사용하여 기본 모델과 이중계자 권선을 설계하고 특성을 비교하였다. 초전도 선재를 적층하여 사용함으로 계자부의 면적은 증가하지만 인덕턴스, 길이등의 불균등을 제거할 수 있으며 적층 선재수가 증가할수록 계자부 면적은 감소하는 장점이 발생한다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2007.07a
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• pp.1311-1312
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• 2007

본 논문에서는 YBCO coated conductor(CC) 의 접합연구와 접합된 선재의 응용을 위한 특성연구를 수행하였다. 최근에 지속적으로 연구 개발되어 본격적으로 응용이 시작되는 CC는 기본적으로 높은 인덱스 값과 자기장에 대한 임계전류의 균일성 등 다른 고온초전도에 비해 좋은 특성을 갖고 있으며 따라서 미래의 초전도 기기에 광범위하게 사용될 것으로 예상된다. CC와 같은 초전도 선재가 초전도 기기에 적용되는 경우 대부분 초전도 선재와 초전도 사이의 접합, 초전도 선재와 상전도체 사이의 접합 등의 접합들이 존재하게 된다. 접합을 위해서는 접합 땜납이 들어가게 되고 이 부분에서 저항이 발생하게 되어 손실이 발생하게 된다. 이러한 손실은 저항이 '0'이어서 손실이 적다는 초전도기기의 장점을 떨어뜨리는 요인이 될 수 있다. 따라서 CC의 접합 특성을 연구 하는 것은 초전도 기기의 성능향상에 도움을 줄 수도 있는 요인이 될 수 있다. 이 논문에서는 구리 안정화층, YBCO 층, 완충층과 기판층으로 이루어진 YBCO CC 선재를 이용하여 두 가지의 접합 방법을 이용하여 접합특성을 연구하였다.

• Superconductivity and Cryogenics
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• v.1 no.2
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• pp.14-20
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• 1999

초전도 재료는 선재의 형태로 가공하면 송전선이나 변압기, 발전기 그리고 전력 저장장치 등에 사용되어 전력계통의 효율을 극대화시킬 수 있는 재료로서 실제 응용 기기의 개발을 위해 많은 연구가 수행되고 있다. 더우기 1980년대 후반에 개발된 고온초전도 산화물 재료는 액체질수의 비등점인 77K 이상에서 초전도현상을 나타내어 초전도 현상의 응용에 대한 기대를 고조시켜 이에 대한 연구를 더욱 활성화시키고 있다. 초전도선재 연구는 그간 PIT(Powder in Tube) 공정을 이용한 Ag/Bi-2223(Ag/$Bi_2Sr_2Ca_2Cu_3O$) 선재가 높은 전기적 성질과 장선 가공상의 잇점으로 인해 많은 연구와 성과가 있었다. 그러나 Ag/Bi-2223선재는 강한 자기장 하에서 통전 능력이 현저하게 저하되는 성질 때문에 높은 자기장하에서 사용하기 위해서는 사용온도를 액체질소온도보다 상당히 낮은 20K 부근까지 낮추어야 한다는 점 때문에 전력기기 개발에 제한이 따르는 단점이 있다. 이에 반해 최근에 개발된 금속/YBCO 박막 복합선재는 높은 전기적 특성 이외에 특히 높은 자장에서도 통전 능력의 저하가 적어 제한 없이 전력기기의 모든 분야에 사용할 수 있는 특징이 있다. 따라서 1993년에 일본에서 Ni 금속기판에 물리적 증착방법으로 YBCO($YiBa_2Cu_3O$) 박막을 증착시킨 선재제조에 성공하고 있어 1996년에 Oak Ridge National Laboratories (ORNL)에서 Rolling Assisted Biaxially Textured Substrate (RaBiTS) 라는 집합조직을 형성시킨 금속기판이 개발되어 연속적인 가공의 가능성이 확인된 후 이의 특성향상 및 가공기술 개발을 위한 많은 연구가 수행되고 이다. 이 글에서는 이제 까지 개발된 금속기판을 사용한 YBCO계 초전도 박막형 선재의 제조기술 중에서 최근 가장 가능성 있는 것으로 평가되는 RABiTS 방법을 위주로 그 외에 IBAD와 ISD 방법에 관하여 소개하고 현재까지의 개발현황 및 앞으로의 전망에 대하여 간략하게 기술하고자 한다.

• The korean journal of orthodontics
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• v.37 no.2 s.121
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• pp.137-149
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• 2007

Objective: The purpose of this study was to compare changes in frictional resistance between the bracket and wire under dry and wet conditions according to a change in moment. Methods: A stainless steel bracket of $0.022"{\times}0.028"$ slot, and $0.019"{\times}0.025"$ stainless steel, beta-titanium, and nickel-titanium wires were used. A 10 mm length lever was attached to the test (sliding) brackets to generate a moment. The experimental model was designed to allow tipping until contacts were established between the wire and the mesiodistal edges of the bracket slot. The moment was generated by suspending a 100 g or 200 g weight on the end of the lever. The moments applied were $1000g{\cdot}mm\;(100g{\times}10mm)\;and\;2000g{\cdot}mm\;(200g{\times}10mm)$. The test brackets were ligated with elastomeric ligature for a constant ligation force and the fixed brackets were ligated with stainless steel ligature. Brackets were moved along the wire by means of an universal testing machine, and maximum frictional resistances were recorded. Results: Stainless steel wire showed least frictional resistance and there was no significant difference between beta-titanium and nickel-titanium except at $2000g{\cdot}mm$ moment in wet conditions. Frictional resistance of all wires increased as the moment increased from $1000g{\cdot}mm\;to\;2000g{\cdot}mm$. Under wet conditions, the frictional resistance of stainless steel wires increased in both $1000g{\cdot}mm\;and\;2000g{\cdot}mm$ moment conditions, but frictional resistance of nickel-titanium and beta-titanium increased only in $2000g{\cdot}mm$ conditions. Conclusion: These results indicated that various conditions influence on frictional resistance. Therefore, laboratory studies of frictional resistance should simulate clinical situation.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.11a
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• pp.32-32
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• 2012

화석연료의 남용으로 지구 온난화가 심화되어 환경과 생태계변화가 가속화되고 있고, 급속한 산업의 발달과 인류 삶의 질 향상에 따른 에너지 수요가 급증하고 있는 실정에 있으며, 일본 후쿠시마 원전사태로 원자력 에너지의 위험성으로 지구 인류환경은 심각한 국면을 맞이 하고 있어 대체 에너지의 하나로 핵융합 에너지 필요성이 증대되고 있다. 핵융합 에너지 연구 개발은 우리나라에서 KSTAR가 1997년부터 건설하기 시작하여 지난 2007년에 완공되어 지금 운용 중에 있고, 국제적으로 미국, EU, 러시아, 중국, 한국, 일본 인도가 참여하는 ITER 국제 공동프로젝트가 2004년에 건설을 시작하여 프랑스 카다라쉬에 실증 플란트를 건설 중에 있다. 이러한 핵융합 반응을 위해서는 10e-7이상의 높은 진공과 1억$^{\circ}C$ 이상에서 중수소와 삼중수소가 반응하여 발생하는 플라즈마를 제어 할 필요가 있으며, 초고온의 핵융합 플라즈마를 가두고 가동시키기 위해서는 약 12Tesla이상의 고자장 마그넷이 필요하다. 현재 ITER 실증 플란트에 사용되는 고자장 마그넷은 TF (Toroidal Field)코일과 CS (Central Field)코일에 Nb3Sn 초전도선재가 핵심부품으로 사용되고 있으며 ITER프로젝트에서는 약 850톤의 Nb3Sn 초전도선재가 사용될 전망이다. 그 중에서 일본 25%, EU, 러시아와 한국이 각각 20%, 중국7%, 미국8% 할당되어 참여국 대부분은 초전도선재를 전략적으로 공급하고 있다. 초전도 선재의 크롬도금은 1~2 마이크로미터 이하의 균일하고 얇은 도금 두께와 밀착성이 우수한 품질이 요구된다. 일반적으로 크롬도금은 산업현장에서 컨베이어 벨트 방식으로 장식이나, 내식성 및 내마모성의 특성을 필요로 할 때 사용되고 있으나, 선재에 크롬도금을 릴투릴(Reel to Reel) 방식으로 적용되는 경우는 세계적으로 아주 드물다. 핵융합 마그넷의 CICC(Conduct In Cable Conduit)도체를 만들기 위해서는 초전도선재를 이용, 3(Sc 2+OFC 1)$^*3^*5^*5^*6$형태로 연선과 케이블링을 하게 되며, 초전도 선재를 연선하고 케이블링을 할 때 크롬 도금층이 박리될 가능성이 있어 크롬도금 방법과 프로세스를 특별히 고안할 필요가 있다. ITER핵융합로 마그넷의 TF코일은 높이 14m, 폭 9m 최대자장 12Tesla, 최대전류 68kA, CICC도체 직경이 40mm로서 그 초전도 조관/도체 내부에 0.82mm 직경의 Nb3Sn 초전도 선재가 약 1350가닥으로 연선과 케이블링으로 구성되어 있다. ITER 핵융합 마그넷용 초전도 선재의 크롬도금은 마그넷 권선 후 Nb3Sn 초전도물질을 형성하기 위해서 $650^{\circ}C$에서 500시간 열처리를 실시하며 열처리 시 초전도 선재의 소선들 사이에 발생할 수 있는 소착을 방지하고, 초전도 선재에서 발생하는 AC loss를 감소시키며, Quench시 발생되는 열을 쉽게 확산시킴으로써, 초전도 마그넷의 열적 안정성(Thermal Stability) 향상과 필요에 따라서 소선간 통전울 가능하게 한다. 고려제강의 자회사인 케이에이티는 크롬도금 밀착성이 우수하고 도금두께 0.1마이크로 미터 이내 제어가 가능한 얇고 균일한 도금품질을 개발하여 한국형 핵융합 실험로인 KSTAR에 65톤 전량 공급하였고, 크롬 도금된 무산소동 선재 32톤과 초전도 선재 93톤을 전량 ITER 프로젝트에 공급하고 있으며, 2013년도 상반기에는 공급을 마무리할 예정이다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2011.07a
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• pp.1288-1289
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• 2011

세계가 점차적으로 "전화(電化)"됨에 따라 전기 에너지의 효과적인 분배와 사용이 급격히 중요하게 되었다. 일반 도체를 통한 전류의 흐름은 도체의 저항에 의해 줄열을 발생시켜 전기 에너지의 손실을 일으키고 결국은 에너지와 경제적 자원의 낭비를 초래하게 된다. 초전도체의 저항은 직류 전류에서는 0, 교류 전류에서는 거의 0이기 때문에 초전도체를 이용하면 전력 소자 및 기기의 부피와 무게를 현저히 줄일 수 있는 반면에 모든 전기 시스템의 효율을 향상시킬 수 있고, 에너지 사용의 절감에 따라 환경 문제에 도움을 줄 수 있다. 사고 전류 제한기의 설계에 있어서, 권선형태에 따른 솔레노이드 마그네트와 팬케이크 마그네트를 설계, 제작하여 자장 특성 및 한류 특성을 비교 하였다. 2세대 고온 초전도 선재로 불리는 YBCO 박막형 초전도 선재를 이용하여 동작 전류 증대를 위한 다병렬 솔레노이드 마그네트와 다병렬 팬케이크 마그네트를 제작하였다. 이를 이용하여 440 V/ 630 A급 초전도 사고 전류 제한기와 2 kA 급 대전류 통전 사고 전류 제한 모듈을 설계, 제작하여 단락 특성 시험을 수행하였다. 한편, 자장 응용 기기에 적용 가능한 더블 팬케이크 마그네트를 제 2 세대 초전도선재를 이용하여 설계, 시작하였다. 2세대 선재는 1세대 선재에 비하여 20 T 이상의 외부 자장에 대한 특성이 우수하여 고자장 마그네트 시스템에 더욱 적합하다. 이에 초전도 마그네트 보호를 위한 상전도 영역 전파 실험을 수행하여 CC 선재의 안정도를 측정하였다. 또한 영구전류모드 운전과 플럭스 펌프를 통한 전류 충전에 대한 연구도 병행하였다.

• Superconductivity and Cryogenics
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• v.6 no.2
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• pp.42-46
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• 2004

금속 테이프 위에 초전도층을 박막형태로 증착시켜서 제조되는 고온초전도 선재인 coated conductor (CC)는 powder-in-tube 공정으로 제조되는 1세대 고온초전도 선재에 비해 액체 질소 온도에서 높은 임계 전류 밀도와 우수한 자장 특성을 가지면서 더 경제적으로 제조 가능하기 때문에 액체질소온도에서 작동 가능한 초전도전력기기 개발에 반드시 필요한 부분으로 인식되고 있다. 최근 국내외적으로 다양한 증착 방법을 사용하여 전력기기 응용이 가능한 장선의 CC 제조공정을 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 외국의 경우 이미 CC 선재의 상업화를 위해 기업체가 중심이 되어 집중적인 연구 개발이 이루어지고 있다.(중략)

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2014.11a
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• pp.277-277
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• 2014

최근 중요성이 날로 증대되고 있는 초전도 선재의 구리도금막의 두께 균일도 개선을 위하여 선재간 간격, 첨가제 종류 및 농도 변화 및 압축응력 인가의 3가지 관점에서 연구를 진행하였고, 전류밀도를 증가시켜 생산성을 제고하면서 두께균일도를 개선할 수 있음을 확인하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2011.07a
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• pp.1117-1118
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• 2011

NMR이나 MRI와 같은 고자장을 필요로 하는 마그넷은 높은 운전전류를 갖는 초전도 선재를 이용하여 제작된다. 이때 마그넷은 여러 코일을 겹쳐서 제작하는 것이 일반적이고, 크게 내측마그넷과 외측 마그넷으로 구분할 수 있다. 본 논문에서는 15T 외측마그넷 안에서 동작하는 5T급 내측마그넷의 설계 과정을 나타내었다. 내측마그넷은 2세대 고온초전도 선재를 이용하여 설계되고, 4.2K의 액체헬륨 안에서 동작한다. 마그넷의 임계전류는 초전도 선재의 $I_c$-B 특성을 고려하여 산정하였고, 임계전류를 바탕으로 운전전류를 결정하였다. 내측마그넷의 발생자장이 5T를 만족하는 운전전류와 마그넷의 형상을 계산을 통하여 제시하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2007.04c
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• pp.80-81
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• 2007

초전도 선재에 대 전류를 흘리기 위해서는 여러 가닥의 초전도 선재를 병렬로 연결하여 사용하여야 한다. 본 논문에서는 교류 손실에 미치는 전류 분류의 영향을 알아보기 위해 6가닥의 병렬선재 분기대를 제작하고, 전류분류가 균일 할 때와 불 균일 할 때의 임계전류 및 교류 손실의 차이를 확인하였다. 홀 센서를 이용하여 각 가닥의 선재에 흐르는 전류의 값을 예측할 수 있는 방법을 제시하였다.