본 논문에서는 개방철심을 갖는 자기차폐식 유도형 고온초전도한류기를 제작하고, 단락 특성 실험을 수행하였다.
고온초전도한류기의 특성을 파악하기 위해 유한요소법을 도입하여 3차원 전자장 특성 해석을 수행하였다. 해석 모델은 10 kVA급 한류기로 설정하여 정상 상태와 사고 상태에서의 한류기의 인덕턴스, 자장의 분포 등을 관철하였다. 발전기가 포함된 계통에서의 한류기에 의한 발전기 안전성 향상을 검증하기 위해 발전기 ...
본 논문에서는 개방철심을 갖는 자기차폐식 유도형 고온초전도한류기를 제작하고, 단락 특성 실험을 수행하였다.
고온초전도한류기의 특성을 파악하기 위해 유한요소법을 도입하여 3차원 전자장 특성 해석을 수행하였다. 해석 모델은 10 kVA급 한류기로 설정하여 정상 상태와 사고 상태에서의 한류기의 인덕턴스, 자장의 분포 등을 관철하였다. 발전기가 포함된 계통에서의 한류기에 의한 발전기 안전성 향상을 검증하기 위해 발전기 모델링과 한류기 모델링을 통해 시뮬레이션 하였으며, 다기의 3상 발전기와 다수의 3상 부하가 연결된 모의 계통 시뮬레이션을 통해 부하 보호를 위한 사고 전류 감소 효과를 확인하였다. 10 kVA급 한류기를 제작하기 위해 여러 요소를 해석하였으며, 단락 특성 실험을 통해 공급 전력과 임피던스, 인덕턴스와의 상관관계를 관찰하였다. 이를 통해 얻어진 결론은 아래와 같다.
1. 정상 상태에서는 자속이 초전도체의 차폐전류에 의해 한류기 내부로 침투하지 못하는 현상을 보였으며, 약간의 누설자속만이 존재하는 것을 알았다. 그 누설자속으로 인해 발생되는 인덕턴스는 약 2.5 mH가 되었다. 또한 사고 발생시에는 초전도체의 자속 차폐효과가 사라져 철심 내부로 자속이 침투하게 되었고 그로 인해 발생한 인덕턴스는 29.2 mH가 되었다.
2. 발전기의 보호 효과는 동기각 이탈 방지 등으로 나타났으며, 부하의 보호 효과는 각 사고 종류마다 해석하여 사고전류의 50 %이하 수준으로 감소함을 통해 확인하였다.
3. 무접촉 방식의 초전도체 임계전류 측정법을 이용하여 초전도 튜브의 임계전류를 측정하였으며, 초전도 튜브만을 냉각하기 위한 냉각기 제작시 필요한 ？치로 인한 액체 질소의 발열량 등을 알아보았다. BSCCO 2212 고온초전도 튜브를 이용한 100 V급 한류기가 이용된 경우 사고 후 5 주기안에 약 18 liter의 액체 질소가 방출되는 것을 확인하였다.
4. 10 kVA급 한류기를 제작하여 단락 특성 실험을 하였으며, 사고 전류 제한 효과를 확인하였다. 철심을 개조하여 단면이 원에 가까운 모습을 하도록 만드는데, 이는 사고 발생시 큰 임피던스 발생을 위해서이다. 또한, 정상 상태에서의 임피던스와 사고 상태에서의 임피던스의 차이점을 계산을 통해 알아보았고, 그 결과 공급된 전력에 따라 임피던스 발생의 속도가 결정됨을 알 수 있었다.
5. 공급전원이 1 kV인 경우의 단락 특성 실험을 통해 1/4 주기 만에 전체 임피던스의 약 70 %가 발생하여 400 V급에 비해 훨씬 빠른 임피던스 발생을 보였으며, 전체적인 임피던스의 크기도 크다는 것을 알 수 있었다.
본 논문에서는 개방철심을 갖는 자기차폐식 유도형 고온초전도한류기를 제작하고, 단락 특성 실험을 수행하였다.
고온초전도한류기의 특성을 파악하기 위해 유한요소법을 도입하여 3차원 전자장 특성 해석을 수행하였다. 해석 모델은 10 kVA급 한류기로 설정하여 정상 상태와 사고 상태에서의 한류기의 인덕턴스, 자장의 분포 등을 관철하였다. 발전기가 포함된 계통에서의 한류기에 의한 발전기 안전성 향상을 검증하기 위해 발전기 모델링과 한류기 모델링을 통해 시뮬레이션 하였으며, 다기의 3상 발전기와 다수의 3상 부하가 연결된 모의 계통 시뮬레이션을 통해 부하 보호를 위한 사고 전류 감소 효과를 확인하였다. 10 kVA급 한류기를 제작하기 위해 여러 요소를 해석하였으며, 단락 특성 실험을 통해 공급 전력과 임피던스, 인덕턴스와의 상관관계를 관찰하였다. 이를 통해 얻어진 결론은 아래와 같다.
1. 정상 상태에서는 자속이 초전도체의 차폐전류에 의해 한류기 내부로 침투하지 못하는 현상을 보였으며, 약간의 누설자속만이 존재하는 것을 알았다. 그 누설자속으로 인해 발생되는 인덕턴스는 약 2.5 mH가 되었다. 또한 사고 발생시에는 초전도체의 자속 차폐효과가 사라져 철심 내부로 자속이 침투하게 되었고 그로 인해 발생한 인덕턴스는 29.2 mH가 되었다.
2. 발전기의 보호 효과는 동기각 이탈 방지 등으로 나타났으며, 부하의 보호 효과는 각 사고 종류마다 해석하여 사고전류의 50 %이하 수준으로 감소함을 통해 확인하였다.
3. 무접촉 방식의 초전도체 임계전류 측정법을 이용하여 초전도 튜브의 임계전류를 측정하였으며, 초전도 튜브만을 냉각하기 위한 냉각기 제작시 필요한 ？치로 인한 액체 질소의 발열량 등을 알아보았다. BSCCO 2212 고온초전도 튜브를 이용한 100 V급 한류기가 이용된 경우 사고 후 5 주기안에 약 18 liter의 액체 질소가 방출되는 것을 확인하였다.
4. 10 kVA급 한류기를 제작하여 단락 특성 실험을 하였으며, 사고 전류 제한 효과를 확인하였다. 철심을 개조하여 단면이 원에 가까운 모습을 하도록 만드는데, 이는 사고 발생시 큰 임피던스 발생을 위해서이다. 또한, 정상 상태에서의 임피던스와 사고 상태에서의 임피던스의 차이점을 계산을 통해 알아보았고, 그 결과 공급된 전력에 따라 임피던스 발생의 속도가 결정됨을 알 수 있었다.
5. 공급전원이 1 kV인 경우의 단락 특성 실험을 통해 1/4 주기 만에 전체 임피던스의 약 70 %가 발생하여 400 V급에 비해 훨씬 빠른 임피던스 발생을 보였으며, 전체적인 임피던스의 크기도 크다는 것을 알 수 있었다.
In this thesis, the inductive high-tc superconducting fault current limiters (SFCL) with an open core were fabricated and we performed the short circuit tests of them.
To analyze the electromagnetic characteristics of SFCL, the finite element method (FEM) was introduced in 3-dimensional model. The S...
In this thesis, the inductive high-tc superconducting fault current limiters (SFCL) with an open core were fabricated and we performed the short circuit tests of them.
To analyze the electromagnetic characteristics of SFCL, the finite element method (FEM) was introduced in 3-dimensional model. The SFCL model was set to have a rated power of 10 kVA, and the inductance and magnetic field distributions were observed in normal condition as well as in fault condition. To prove the improvement of safety of generators in power system by SFCL, the generator and SFCL were modeled with their electrical equivalent circuits and some equations. The pseudo power system was designed to find the reduction of fault current through simulations in all cases of fault. To fabricate the 10 kVA SFCL, element analyses were performed. The relationships between the power supplied and impedance were observed through the short circuit tests. Through these analyses and experiments, the conclusios were found as follows
1. In normal condition, the flux could not exist in SFCL by the screening current of superconductors. But, leakage flux was found to generate a little impedance of 2.5 mH. In fault condition, the flux could penetrate the SFCL by extinguishing the flux-shielding effects of superconductors and the impedance was 29.2 mH at that time.
2. The protection effect of generator was proved in the form of prohibition from the breakaway of power angle. The reduction rate of fault current was under 50 % in all case of fault.
3. Using contact less method, the critical current of a superconducting tube was measured. To manufacture the cryostat for refrigeration of superconducting tubes, the generation of heat was calculated in fault condition. In case of 100 V SFCL with a BSCCO 2212 tube, 18 liters of liquid nitrogen was vaporized in 5 periods after fault.
4. 10 kVA SFCL with an open core was fabricated and the short circuit tests were performed to find the reduction of fault current. To increase the impedance in fault condition, the cross section of the iron core was made nearly to be circle. Using the experimental data, the impedances in normal condition as well as in fault condition were calculated and the impedance generation velocity was found to be dependant on the power supplied.
5. The short circuit tests with a source voltage of 1 kV were performed. In a quarter period after fault, the 70 % of total impedance was generated and its velocity was faster than that with a source voltage of 400 V and also the total impedance was larger than that with a source voltage of 400 V.
In this thesis, the inductive high-tc superconducting fault current limiters (SFCL) with an open core were fabricated and we performed the short circuit tests of them.
To analyze the electromagnetic characteristics of SFCL, the finite element method (FEM) was introduced in 3-dimensional model. The SFCL model was set to have a rated power of 10 kVA, and the inductance and magnetic field distributions were observed in normal condition as well as in fault condition. To prove the improvement of safety of generators in power system by SFCL, the generator and SFCL were modeled with their electrical equivalent circuits and some equations. The pseudo power system was designed to find the reduction of fault current through simulations in all cases of fault. To fabricate the 10 kVA SFCL, element analyses were performed. The relationships between the power supplied and impedance were observed through the short circuit tests. Through these analyses and experiments, the conclusios were found as follows
1. In normal condition, the flux could not exist in SFCL by the screening current of superconductors. But, leakage flux was found to generate a little impedance of 2.5 mH. In fault condition, the flux could penetrate the SFCL by extinguishing the flux-shielding effects of superconductors and the impedance was 29.2 mH at that time.
2. The protection effect of generator was proved in the form of prohibition from the breakaway of power angle. The reduction rate of fault current was under 50 % in all case of fault.
3. Using contact less method, the critical current of a superconducting tube was measured. To manufacture the cryostat for refrigeration of superconducting tubes, the generation of heat was calculated in fault condition. In case of 100 V SFCL with a BSCCO 2212 tube, 18 liters of liquid nitrogen was vaporized in 5 periods after fault.
4. 10 kVA SFCL with an open core was fabricated and the short circuit tests were performed to find the reduction of fault current. To increase the impedance in fault condition, the cross section of the iron core was made nearly to be circle. Using the experimental data, the impedances in normal condition as well as in fault condition were calculated and the impedance generation velocity was found to be dependant on the power supplied.
5. The short circuit tests with a source voltage of 1 kV were performed. In a quarter period after fault, the 70 % of total impedance was generated and its velocity was faster than that with a source voltage of 400 V and also the total impedance was larger than that with a source voltage of 400 V.
Keyword
#고온초전도한류기
#개방철심
#누설 자속
#발전기 보호
#임피던스 발생 속도
#Superconducting fault current limiter(SFCL)
#open core
#leakage flux
#protection effect of generator
#impedance generation velocity
학위논문 정보
저자
이찬주
학위수여기관
연세대학교 대학원
학위구분
국내박사
학과
전기전자공학과
지도교수
고태국
발행연도
2002
총페이지
viii, 95p.
키워드
고온초전도한류기,
개방철심,
누설 자속,
발전기 보호,
임피던스 발생 속도,
Superconducting fault current limiter(SFCL),
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