시제품인 특성평가장치와 성능평가를 위한 전원 및 측정장치

한국전기연구원(원장유태환, KERI) 재료응용연구본부 초전도연구센터 손명환 박사팀은 초전도 전력기기개발에 필요한 '초전도 전력기기 용전도 냉각형 초전도 특성평가장치'의 국산화개발에 성공했다고 12월 20일 밝혔다.
이번에 개발한 '초전도 전력기기 용전도 냉각형 초전도 특성평가장치'는 한국에너지기술평가원의 지원을 받은 전력원천기술개발사업의 일환으로 이뤄졌으며, 냉매를 사용하지 않고 영하 263℃(10K) 정도의 극저온 뿐만아니라 3T(Tesla)의 강한 자장하에서 초전도체의 임계전류를 정확하게 측정할 수 있는 특징을 갖고 있다. 더욱이 이 장치는 MgB₂초전도체에 관한 임계전류도 자장을 인가한 조건에서 측정이 가능하다.
기존의 특성평가장치는 시편 크기가 수 ㎜ 정도여서 초전도 선재에 직접 전류를 흘려서 하는 선재의 안정성 실험은 할 수가 없었다. '초전도 전력기기 용전도 냉각형 초전도 특성평가장치'는 이런 단점을 보완해 25㎝정도의 긴 초전도 선재를 사용할 수 있고, 길이10㎝×폭1.5㎝범위에서는 자장균일도가 1% 이하가 되도록해 자장을 인가한 조건에서 고온 초전도 선재의 안정성 실험 등에도 활용이 가능하다. 또한 임계전류의 자장방향의 존성을 측정하기 위해 시편 홀더 전체를 회전할 수 있도록 고안했다.
한편, 이번 장치의 개발이전까지는 초전도 전력기기를 개발하는 데 있어 액체질소(77K)나 값비싼 액체헬륨(4.2K)을 임계전류 측정의 냉매로 사용했으며, 운전온도 20~77K 영역 그리고 자장 0~3T 중에서 정확한 임계전류값 측정이 불가능했다. 특히 초전도체의 경우 온도가 내려갈수록 임계전류값이 증가하는 특성으로 인해 전류 도입부에서 주울 열(Joule Heat)이 발생, 200A 이상의 전류를 흘려 실험하기가 매우 어려웠다.
손박사팀이 개발한 이 장치에는 히터가 내장돼 있어서 사용자가 원하는 10K 이상의 온도로 유지가 가능하고, 외부로 부터의 열침입을 최소화하기 위해 2단 냉동기가 장착돼 있다. 아울러 전류 도입부에는 자체 설계 · 제작한 고온초전도 선재를 리드선으로 활용했으며, 시편주변에 최대 자장3T가 인가된 조건에서 시험전류는 300A까지 통전이 가능하다.
손 박사팀은 고온초전도 자석 및 고온초전도 전류리드, 그리고 2종의 시편홀더 등과 관련해 국내 특허를 5건 출원했으며, 참여기업인 ㈜CVE에 이 기술을 이전해 고온 초전도 자석, 고온 초전도 전류리드 및 특성평가장치의 상용화를 추진할 방침이다.

글_전화영 기자 <KERI (055)280-1114 / www.keri.re.kr>