사회의 발전과 함께 그 수요에 따라 전력 시스템의 용량은 증가하고 있고, 그 구성 또한 복잡해지고 있다. 제 7차 전력수급 기본계획에 따르면, 2015년 전력설비 용량은 92 GW이고, 2029년 전력설비 용량은 136 GW까지 증가할 것으로 예측되고 있다. 발전설비의 경우에는 다양한 발전원을 통한 전력공급이 계획되어 있지만, 전력수송을 위한 설비의 경우 경제성 및 사회수용성을 가지는 설비의 도입을 필요로 한다. 전력 시스템의 미래를 준비하기 위한 전력수송 설비로 초전도 전력케이블이 하나의 대안으로 점쳐지고 있다. 전 세계의 다양한 프로젝트를 통해 초전도 전력케이블은 연구개발 및 실계통 적용이 진행 중이다. 초전도 전력케이블은 크게 세 가지 종류(분리형, 일괄형, 동축형)가 있고, 각 형태별 특징에 따라 적용하는 전압레벨 및 용량이 나뉘게 된다. 이중 3상 동축형 초전도 전력케이블은 동일 용량의 전력을 전송할 때에 사용되는 ...
사회의 발전과 함께 그 수요에 따라 전력 시스템의 용량은 증가하고 있고, 그 구성 또한 복잡해지고 있다. 제 7차 전력수급 기본계획에 따르면, 2015년 전력설비 용량은 92 GW이고, 2029년 전력설비 용량은 136 GW까지 증가할 것으로 예측되고 있다. 발전설비의 경우에는 다양한 발전원을 통한 전력공급이 계획되어 있지만, 전력수송을 위한 설비의 경우 경제성 및 사회수용성을 가지는 설비의 도입을 필요로 한다. 전력 시스템의 미래를 준비하기 위한 전력수송 설비로 초전도 전력케이블이 하나의 대안으로 점쳐지고 있다. 전 세계의 다양한 프로젝트를 통해 초전도 전력케이블은 연구개발 및 실계통 적용이 진행 중이다. 초전도 전력케이블은 크게 세 가지 종류(분리형, 일괄형, 동축형)가 있고, 각 형태별 특징에 따라 적용하는 전압레벨 및 용량이 나뉘게 된다. 이중 3상 동축형 초전도 전력케이블은 동일 용량의 전력을 전송할 때에 사용되는 초전도 선재의 양을 줄일 수 있고, 컴팩트한 사이즈와 함께 열침입량이 적은 특징을 가지고 있다. 3상 동축형 전력케이블은 이러한 장점에도 불구하고, 그 구조적 특징으로 인해 각 상에 임피던스 불균형을 가지고 있다. 각 상의 임피던스를 완벽하게 일치시킬 수 없지만, 케이블의 설계 과정에서 임피던스 불균형을 최소화 하는 것이 가능하다. 이를 바탕으로, 케이블의 임피던스 특성을 평가하기 위하여 22.9 kV/50 MVA급 3상 동축형 초전도 전력케이블을 설계 및 제작하였다. 주요 설계 요소들을 고려하여 설계 절차를 수립하였고, 절연 설계 및 임피던스 계산을 통해 케이블을 설계하였다. 3상 동축형 초전도 전력케이블은 여타 초전도 전력케이블과 다른 구조를 가지고 있고, 이에 케이블의 인덕턴스와 커패시턴스에 대한 정의가 필요하였고, 이를 바탕으로 케이블의 전류를 계산하기 위한 임피던스 행렬을 도출하였다. 3상 단락 상태의 회로 방정식을 통해 전류를 계산하고 이를 최소화함으로써 임피던스 불균형을 최소화 하였다. 하지만, 이러한 일련의 과정들은 복잡한 계산을 수반하고 상당한 시간을 요하기 때문에 LabVIEW를 통한 임피던스 설계 프로그램을 개발하였고, 이를 통해 2 m 길이의 케이블을 설계, 제작 및 테스트 하였다. 임피던스 불균형에 의한 영향을 분석하기에 제작된 케이블은 너무 짧은 길이를 가지기 때문에, 솔레노이드형 케이블 형태로 1 km 임피던스를 가지는 3상 동축형 초전도 전력케이블을 설계 및 제작하였다. 이를 이용하여 3상 단락 및 일선지락 사고에 대하여 PHILS를 진행하였고, 그 영향에 대해서 분석하였다. 22.9 kV/50 MVA급 계통은 RTDS내에 모의되고, 1 m 길이의 솔레노이드형 케이블을 이용하여 1 km 길이 3상 동축형 초전도 전력케이블의 임피던스를 모의하여 이를 RTDS로 전달하여 시뮬레이션을 진행하였다. 케이블 실험에서는 부하의 임피던스가 케이블의 임피던스와 비교하였을 때 그리 크지 않기 때문에, 전류의 불균형을 확인 할 수 있었지만, 1 km 길이의 임피던스를 가지는 시뮬레이션에서는 계통 전류가 정상 상태 및 과도 상태에서 평형 상태인 것을 확인 할 수 있었다. 이로서 1 km 길이의 3상 동축형 초전도 전력케이블의 경우, 부하의 임피던스에 비해 케이블의 임피던스가 현저히 작기 때문에 22.9 kV/50 MVA급 계통 구성에서 임피던스 불균형의 영향을 주지 않는 것을 확인 하였다. 본 연구를 통해, 3상 동축형 초전도 전력케이블의 설계 방법을 개발하였고, 이는 설계, 제작 및 테스트를 통해 검증되었다. 논문의 연구내용은 전력 시스템 적용을 위한 실제 규모의 3상 동축형 전력케이블의 개발에 활용될 것으로 예상된다. 더 효율적인 케이블의 개발을 위해 각 상별 다층구조를 가지는 디자인에 대한 연구가 수행되어야 한다고 판단된다.
사회의 발전과 함께 그 수요에 따라 전력 시스템의 용량은 증가하고 있고, 그 구성 또한 복잡해지고 있다. 제 7차 전력수급 기본계획에 따르면, 2015년 전력설비 용량은 92 GW이고, 2029년 전력설비 용량은 136 GW까지 증가할 것으로 예측되고 있다. 발전설비의 경우에는 다양한 발전원을 통한 전력공급이 계획되어 있지만, 전력수송을 위한 설비의 경우 경제성 및 사회수용성을 가지는 설비의 도입을 필요로 한다. 전력 시스템의 미래를 준비하기 위한 전력수송 설비로 초전도 전력케이블이 하나의 대안으로 점쳐지고 있다. 전 세계의 다양한 프로젝트를 통해 초전도 전력케이블은 연구개발 및 실계통 적용이 진행 중이다. 초전도 전력케이블은 크게 세 가지 종류(분리형, 일괄형, 동축형)가 있고, 각 형태별 특징에 따라 적용하는 전압레벨 및 용량이 나뉘게 된다. 이중 3상 동축형 초전도 전력케이블은 동일 용량의 전력을 전송할 때에 사용되는 초전도 선재의 양을 줄일 수 있고, 컴팩트한 사이즈와 함께 열침입량이 적은 특징을 가지고 있다. 3상 동축형 전력케이블은 이러한 장점에도 불구하고, 그 구조적 특징으로 인해 각 상에 임피던스 불균형을 가지고 있다. 각 상의 임피던스를 완벽하게 일치시킬 수 없지만, 케이블의 설계 과정에서 임피던스 불균형을 최소화 하는 것이 가능하다. 이를 바탕으로, 케이블의 임피던스 특성을 평가하기 위하여 22.9 kV/50 MVA급 3상 동축형 초전도 전력케이블을 설계 및 제작하였다. 주요 설계 요소들을 고려하여 설계 절차를 수립하였고, 절연 설계 및 임피던스 계산을 통해 케이블을 설계하였다. 3상 동축형 초전도 전력케이블은 여타 초전도 전력케이블과 다른 구조를 가지고 있고, 이에 케이블의 인덕턴스와 커패시턴스에 대한 정의가 필요하였고, 이를 바탕으로 케이블의 전류를 계산하기 위한 임피던스 행렬을 도출하였다. 3상 단락 상태의 회로 방정식을 통해 전류를 계산하고 이를 최소화함으로써 임피던스 불균형을 최소화 하였다. 하지만, 이러한 일련의 과정들은 복잡한 계산을 수반하고 상당한 시간을 요하기 때문에 LabVIEW를 통한 임피던스 설계 프로그램을 개발하였고, 이를 통해 2 m 길이의 케이블을 설계, 제작 및 테스트 하였다. 임피던스 불균형에 의한 영향을 분석하기에 제작된 케이블은 너무 짧은 길이를 가지기 때문에, 솔레노이드형 케이블 형태로 1 km 임피던스를 가지는 3상 동축형 초전도 전력케이블을 설계 및 제작하였다. 이를 이용하여 3상 단락 및 일선지락 사고에 대하여 PHILS를 진행하였고, 그 영향에 대해서 분석하였다. 22.9 kV/50 MVA급 계통은 RTDS내에 모의되고, 1 m 길이의 솔레노이드형 케이블을 이용하여 1 km 길이 3상 동축형 초전도 전력케이블의 임피던스를 모의하여 이를 RTDS로 전달하여 시뮬레이션을 진행하였다. 케이블 실험에서는 부하의 임피던스가 케이블의 임피던스와 비교하였을 때 그리 크지 않기 때문에, 전류의 불균형을 확인 할 수 있었지만, 1 km 길이의 임피던스를 가지는 시뮬레이션에서는 계통 전류가 정상 상태 및 과도 상태에서 평형 상태인 것을 확인 할 수 있었다. 이로서 1 km 길이의 3상 동축형 초전도 전력케이블의 경우, 부하의 임피던스에 비해 케이블의 임피던스가 현저히 작기 때문에 22.9 kV/50 MVA급 계통 구성에서 임피던스 불균형의 영향을 주지 않는 것을 확인 하였다. 본 연구를 통해, 3상 동축형 초전도 전력케이블의 설계 방법을 개발하였고, 이는 설계, 제작 및 테스트를 통해 검증되었다. 논문의 연구내용은 전력 시스템 적용을 위한 실제 규모의 3상 동축형 전력케이블의 개발에 활용될 것으로 예상된다. 더 효율적인 케이블의 개발을 위해 각 상별 다층구조를 가지는 디자인에 대한 연구가 수행되어야 한다고 판단된다.
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