The issue of quench is related to safety operation of large-scale superconducting magnet system fabricated by cable-in-conduit conductor. A numerical method is presented to simulate the thermal hydraulic quench characteristics in the superconducting Tokamak magnet system, One-dimensional fluid dynamic equations for supercritical helium and the equation of heat conduction for the conduit are used to describe the thermal hydraulic characteristics in the cable-in-conduit conductor. The high heat transfer approximation between supercritical helium and superconducting strands is taken into account due to strong heating induced flow of supercritical helium. The fully implicit time integration of upwind scheme for finite volume method is utilized to discretize the equations on the staggered mesh. The scheme of a new adaptive mesh is proposed for the moving boundary problem and the time term is discretized by the-implicit scheme. It remarkably reduces the CPU time by local linearization of coefficient and the compressible storage of the large sparse matrix of discretized equations. The discretized equations are solved by the IMSL. The numerical implement is discussed in detail. The validation of this method is demonstrated by comparison of the numerical results with those of the SARUMAN and the QUENCHER and experimental measurements.
Cable-In-Conduit Conductor(CICC) is widely accepted as an advanced superconductor configuration for large scale applications such as tokamak fusion reactors, MAGLEV (MAGnetic LEVitation), and SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage). The stability of CICC cooled with supercritical helium can be very high if it is operated below a certain limiting current. This limiting current can be determined by Stekly type heat balance equation. The stability characteristic of CICC for AC operation is more complicated than that of DC because there are additional instability sources which are associated with local flux change. Ramp-rate limitation is a phenomenon discovered during US-DPC (United States-Demonstration Poloidal Coil) program, which showed apparent quench current degradation associated with high dB/dt. This paper describes recent experimental investigation results on the ramp-rate limitation and discusses current imbalance, induced current, current redistribution due to local quench of the strand in the cable.
발전소 설비에서 케이블 포설을 위한 설계는 발전소 설비에 사용되어지는 케이블 유형의 다양한 형태로 인해 매우 많은 시간이 요구되고 매우 중요한 과제이다. 케이블 포설 설계 시 레이스웨이(Raceway)는 출발지(Source) 장비로부터 목적지(Destination) 장비까지의 케이블 트레이(Tray) 및 콘디트(Conduit)의 포설 구간을 의미한다. 기존의 케이블 포설 설계 과정은 모두 수기에 의해 작성되어 인적/시간적 투자손실이 크고, 케이블의 누락 및 케이블 오버필(Over Fill)과 같은 비효율적인 손실이 빈번히 발생한다. 따라서 본 논문에서는 효과적인 발전소 케이블 포설 설계를 위한 레이스웨이의 유연한 케이블 오버 필(Fill) 체크 기반의 자동화된 케이블 라우팅 경로 계산 알고리즘을 구현하였고, 제안한 자동화 케이블 라우팅 설계기법은 케이블 위치의 변화에도 유연한 레이스웨이 계산이 가능하다. 구현 결과, 케이블 라우팅 설계 프로그램은 발전소 케이블 포설 설계 사양을 준수하면서 케이블 라우팅 경로를 효과적으로 설정하고, 케이블 포설 설계 시간을 기존 대비 크게 단축하는 성능을 얻을 수 있었다.
In robotic surgery, a surgeon checks only a surgical site of patient in the progress of surgery by vision and sound information. In order to solve this limited information, the haptic function is necessary. And haptic surgical robot is also necessary to design a haptic master device. The master device for laparoscope operation with cable-conduit was developed in previous research to give haptic function. It suggested a possibility of developing a master device by using the cable-conduit. However, it is very inconvenient to use. Therefore, this paper suggests a new mechanism design structure to solve the problems of the previous work by new forming a new master device. And it has proved that it's usability is better than previous one. Furthermore it has also experimented and analyzed that a backlash of new master device is compensated by smooth backlash inverse algorithm.
The existing monitoring and control systems of utility-pipe conduit (power tunnel, cable tunnel etc) have established communication lines using optical fiber, leaky coaxial cable (LCX), and several kinds of control cable. Due to the properties of the used media, the cost of equipment is considerably high and the maintenance of the system is difficult. Also, the term of carrying out is long so that the extension of the system is in difficulty. Now it is desirable to adopt Power Line Communication (hereinafter, PLC) technology in the monitoring and control systems and use the existing low-voltage power-line for lamplight as communication line. This will lead the reduction of the construction cost and the easy maintenance of the system. In this paper, we research the characteristics of PLC in conduit, design and manufacture the field test system, and analyze the performance of the system by field test. Then, we introduce the reliable monitoring and control system of utility-pipe conduit using PLC.
The Cable-In-Conduit-Conductor (CICC) for the ITER tokamak Central Solenoid (CS) has undergone design change since the first prototype conductor sample was tested in 2010. After tests showed that the performance of initial conductor samples degraded rapidly without stabilization, an alternate design with shorter sub-cable twist pitches was tested and discovered to satisfy performance requirements, namely that the minimum current sharing temperature ($T_{cs}$) remained above a given limit under DC bias. With consistent successful performance of ITER CS conductor CICC samples using the alternate design, an attempt is made here to revisit the internal electromagnetic properties of the CICC cable design to identify any correlation with conductor performance. Results of this study suggest that there may be a simple link between the $Nb_3Sn$ CICC internal self-field and its $T_{cs}$ performance. The study also suggests that an optimization process should exist that can further improve the performance of $Nb_3Sn$ based CICC.
A Quench in cable-in-conduit (CIC) conductors is often initiated by a disturbance such as strand motion that generates a highly localized normal zone in a strand or a few strands of the CIC conductors. The localized normal zone causes current and heat transfer between a disturbed strand and neighboring strands. Electrical and thermal contact characteristics between strands thus have an effect on the transient stability of the CIC conductors. In this paper the effect of contact characteristics between strands on the CIC conductor stability is presented based on the measured heat transfer characteristics of supercritical helium (SHe) for the local heating. The quench and recovery processes of the strands for the abrupt and highly localized disturbance are analyzed at the boundary between quench and recovery.
The conduit fer superconducting cable is welded and plastically deformed during the jacketing process to make the CICC (Cable-in-Conduit-Conductors) fer a fusion magnet. The jacketing process of KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) conductors is composed of several sequential steps such as rounding, welding, sizing, and square-rolling. Since the welded zone in Incoloy 908 conduit is brittle and easy to have flaws, there may be a possibility of stress corrosion cracking during the heat treatment of coil when both the induced tensile residual stress and the concentration of oxygen in the furnace are sufficiently high. The steps of the jacketing process were simulated using the finite element method of the commercial ABAQUS code, and the stress distribution in the conduit in each step was calculated, respectively. Furthermore, the variations of residual welding stresses through the steps of the jacketing process were calculated and analyzed to anticipate the possibility of the stress corrosion cracking in the conduit. The concentrated high tensile residual welding stresses along the welding bead decrease by the plastic deformation of the following sizing step. The distribution in residual stresses in the conductor for magnet coil is mainly governed by the last step of square-rolling.
As a participant taking part in the ITER TF conductor R&D program, we developed two toroidal field conductors with variations of conduit thickness resulting in the different void fraction of the conductors. The estimated void fractions of the conductors are 31% and 33%. In this paper we present the details of the TF conductor development and performance test results of them carried out by the measurement of current sharing temperature under cyclic loading. Regarding the conductor development, the internal-Sn-processed $Nb_3Sn$ strand characteristics, strand cabling, twist pitch and characteristics of the conduit materials are presented. For the understanding of the conductor design and performance, the conductor test results are presented and the effect of the conductor design parameters such as void fraction and twist pitch is discussed based on the results.
Previous shape sensors including bend sensors and optic fiber based sensors are widely used in various applications including goniometer and surgical robots. But theses sensors have large nonlinearity, limited in the range of sensing curvature, and sometimes are expensive. This study suggests a new concept of bend sensor using cable-conduit which consists of the outer sheath and the inner wire. The outer sheath is made of helical coil whose length of the central line changes as the sheath bends. This length change of the central line can be measured with the length change of the inner cable. The modeling and the experimental results show that the output signal of the proposed sensor is linearly related with the bend angle of the sheath with root mean square error of 5.3% of $450^{\circ}$ sensing range. Also the polynomial calibration of the sensor can decrease the root mean square error to 2.1% of the full sensing range.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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