[논문]배전계통의 고장 전류 제한을 위한 초전도 한류기 적용시 고장발생 위치에 따른 영향 분석

김명현; 김진석; 임성훈; 김재철

doi:10.5207/jieie.2011.25.9.044

배전계통의 고장 전류 제한을 위한 초전도 한류기 적용시 고장발생 위치에 따른 영향 분석
Analysis of Fault Point's Distant Effect in Power Distribution System with Superconducting Fault Current Limiter 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.25 no.9, 2011년, pp.44 - 49

김명현 (숭실대학교 공대 전기공학부) , 김진석 (숭실대학교 대학원 전기공학과) , 임성훈 (숭실대학교 전기공학부) , 김재철 (숭실대학교 전기공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Due to increase of fault current, various superconducting fault current limiter (SFCL) are researched. We studied a power distribution system with SFCL. Along the way, we knew characteristics of fault current according to a distance from substation to fault point. Fault current is reduced by distance`s increase from substation. Also, SFCL.s effects are decreased by distance too. Therefore, we analyzed the fault current by a distance from substation to fault point when a SFCL was applied into a power distribution system. We simulated using a PSCAD/EMTDC.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 고장지점 변화에 따른 고장 전류의 분포를 고려한 초전도 한류기의 적용방안에 관한 연구는 부족하다고 판단된다. 그러므로 고장 발생 지점에 따른 고장전류를 분석하고 초전도 한류기 적용방안을 고려해 보고자 한다.
이 회로에서 사용된 초전도 한류기는 저항형을 사용하였다[8-9]. 본 논문에서는 고장 발생 거리에 따른 고장 전류의 변화를 초전도 한류기의 적용 위치에 따라 확인하기 위한 회로로 구성을 하였고 이 구성은 3절에서 다루었다. 모델링 회로에 관련된 설계 변수는 표 1에 나타내었다.
본 논문에서는 배전계통에 초전도 한류기 적용시 고장 발생 위치에 따른 고장 전류의 분포를 확인하였다. 초전도 한류기 미적용시 고장 전류는 고장점이 변전소로부터 거리가 멀수록 고장 전류는 작아짐을 알 수 있었다.

가설 설정

시뮬레이션 조건은 가장 큰 고장 전류를 대상으로 하기 위하여 3상 단락 고장을 가정하였고 고장은 6 cycle 동안 지속되도록 하였다[7].

제안 방법

5[Ω] 이상의 상전도 저항을 갖는 초전도 한류기를 적용시 차단기 차단 전류 범위 내로 고장 전류가 저감됨을 확인하였다. 그러나 각 피더마다 초전도 한류기를 적용하는 것은 비효율적이므로 변압기 2차측에 초전도 한류기를 적용하여 해당 변압기가 담당하는 피더 모두의 고장 전류 저감 효과를 확인하고 이에 대한 고장전류 분포를 확인하였다.
066[s]에서 고장 전류의 실효치가 최대가 됨을 확인 하였다. 따라서 이 시점을 기준으로 초전도 한류기 투입시의 변화를 비교 분석하였다. 이 시점을 사용시 변전소로부터 고장 발생 지점 간의 거리에 따른 최대 고장 전류 크기 편차가 크지 않아 오차가 적으므로 분석 기준 시점으로서 타당성을 부여하였다.
5[Ω]씩 증가시켜 적용하였고 미적용시 까지 포함하여 총 5가지의 케이스로 나누어 시뮬레이션을 실행하였다[5-6]. 또한 고장 발생 거리에 따른 고장 전류 크기 분포와 초전도 한류기의 효과를 분석하기 위하여 변전소로부터 총 거리가 10[km]인 선로를 구성하고 초전도 한류기 적용 지점 이후부터 0.5[km] 간격으로 고장 전류 분포를 확인하였다.
앞선 내용에서 피더 인출점에 고장 발생시 고장 전류가 차단기 차단 전류를 초과함으로 이를 방지하기 위해 피더 인출점과 변압기 2차측에 초전도 한류기를 적용하였고, 초전도 한류기의 상전도 저항 크기 별로 고장 전류 저감 효과를 확인하였다. 그 결과 0.
그림 3은 초전도 한류기를 모델링 회로의 피더 인출점에 적용함을 나타낸다. 초전도 한류기 미적용시 피더 인출점에서 고장이 발생하면 차단기의 정격 차단 전류를 초과하므로 그림 3과 같이 피더 인출점에 초전도 한류기를 적용 한 후에 시뮬레이션을 진행하였다.
초전도 한류기 적용시 고장 발생 거리에 따른 고장 전류 저감 효과 분포 해석을 위해 PSCAD/EMTDC를 이용하여 모델링 회로를 그림 1과 같이 구현하였다. 이 회로에서 사용된 초전도 한류기는 저항형을 사용하였다[8-9].
초전도 한류기는 고장발생시 초전도 소자가 갖는 상전도 저항 크기에 따라 회로에 나타나는 효과가 다르므로 초전도 한류기의 상전도 저항을 0[Ω]에서 2[Ω]까지 0.5[Ω]씩 증가시켜 적용하였고 미적용시 까지 포함하여 총 5가지의 케이스로 나누어 시뮬레이션을 실행하였다[5-6].

성능/효과

고장 전류는 거리에 따라 감소되고 저감률은 고장 전류와 마찬가지로 피더 인출점에서 가장 크며 거리가 증가함에 따라 저감률도 감소함을 확인할 수 있다. 또한 초전도 한류기의 적용 위치에 따른 고장 전류 저감률의 차이는 0〜2[km] 구간에서 매우 작게 나타나고 이후 구간은 같음을 확인할 수 있다.
그 결과 0.5[Ω] 이상의 상전도 저항을 갖는 초전도 한류기를 적용시 차단기 차단 전류 범위 내로 고장 전류가 저감됨을 확인하였다.
앞선 초전도 한류기의 피더측 적용과 같이 고장 전류 저감 효과를 확인할 수 있었으며, 전 구간에 걸쳐서 고장전류의 저감 효과가 나타남을 볼 수 있었다. 또한 상전도 저항이 증가하면 고장 전류 저감 효과가 비례함을 확인할 수 있었다.
이는 거리 임피던스의 특성 때문이다. 또한 초전도 한류기가 고장 발생시 갖게되는 상전도 저항의 크기가 클수록 고장 전류 저감 효과가 비례함을 확인하였다.
시뮬레이션 결과, 그림 4에서 초전도 한류기 미적용시 곡선을 통해 초전도 한류기 미적용시 피더 인출점 고장 전류가 12.5[kA]를 넘는 것이 확인 가능하고 초전도 한류기 적용 결과 곡선을 통해 초전도 한류기 적용시 차단기 정격 차단 전류 12.5[kA]를 넘는 차단기가 개선되어 보호기기의 동작 신뢰성을 다시 회복 할 수 있었다. 모델링 회로의 경우 0.
시뮬레이션 결과, 초전도 한류기를 피더 인출점에 적용한 결과와 유사함을 보였다. 변압기 2차측에 초전도 한류기 적용시에도 차단기 정격 차단 전류 12.
그림 6은 초전도 한류기를 변압기 2차측에 적용시 고장 발생 거리에 따른 고장 전류 크기의 분포를 나타낸다. 앞선 초전도 한류기의 피더측 적용과 같이 고장 전류 저감 효과를 확인할 수 있었으며, 전 구간에 걸쳐서 고장전류의 저감 효과가 나타남을 볼 수 있었다. 또한 상전도 저항이 증가하면 고장 전류 저감 효과가 비례함을 확인할 수 있었다.
이와 같은 결과는 초전도 한류기를 각 피더마다 초전도 한류기를 설치하여 얻는 효과와 변압기 2차측에 설치를 하여 변압기와 연계된 모든 피더들이 받는 효과가 유사함으로 초전도 한류기 설치 수를 줄일 수 있다는 결론을 얻을 수 있다. 이는 초전도 한류기 설치시 경제적 이득을 기대할 수 있다.
본 논문에서는 배전계통에 초전도 한류기 적용시 고장 발생 위치에 따른 고장 전류의 분포를 확인하였다. 초전도 한류기 미적용시 고장 전류는 고장점이 변전소로부터 거리가 멀수록 고장 전류는 작아짐을 알 수 있었다. 초전도 한류기 적용시에는 전 구간에 걸쳐 고장 전류 저감 효과가 나타나지만 고장점이 초전도 한류기로부터 멀수록 초전도 한류기의 저감효과는 작아진다.
초전도 한류기를 미적용한 시뮬레이션 결과를 통해 0.066[s]에서 고장 전류의 실효치가 최대가 됨을 확인 하였다. 따라서 이 시점을 기준으로 초전도 한류기 투입시의 변화를 비교 분석하였다.
초전도 한류기의 적용 위치를 2가지 경우로 나눠 시뮬레이션 및 분석해본 결과로는 피더 인출점과 변압기 2차측 적용 위치 모두 비슷한 저감 효과와 고장 전류 분포를 보였다.

후속연구

결과적으로, 초전도 한류기를 계통에 적용시 사전에 고장점 거리에 따른 고장 전류의 분포를 확인하여 차단기의 정격 차단 전류를 초과하는 차단기 판별, 상전도 저항 크기 선정, 설치 위치 등 고려사항들을 확인함으로써 효과적인 적용 계획 수립이 가능할 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초전도 한류기 도입으로 인해 어떤 연구가 진행되어 왔는가?	초전도 한류기 도입으로 인한 고장 전류 저감, 모선전압 효과 등의 초전도 한류기 적용에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 그러나 고장지점 변화에 따른 고장 전류의 분포를 고려한 초전도 한류기의 적용방안에 관한 연구는 부족하다고 판단된다.
	변압기의 대용량화의 문제점은?	대표적으로 현재 적용되어 있는 변압기의 대용량화가 논의되고 있다. 변압기의 대용량화는 계통 전체의 임피던스 감소를 초래하고 이로 인하여 고장 전류의 증가를 야기시키고 있다. 이러한 문제의 결과로 기존에 적용되어 있던 차단기 및 보호기기들의 동작 특성이 변화되어 계통 내에서 차단용량 초과나 오작동 및 부동작 등의 결과를 초래할 수 있다.
	초전도 한류기의 역할은?	초전도 한류기는 평상시에 초전도 상태로 저항을 갖지 않아 전력 손실이 없고, 고장 발생시에만 상전도 저항이 발생한다. 이를 통해 고장 전류를 빠르게 감지 및 제한하여 고장 전류를 저감시킴으로써 전력계통을 안전하게 보호할 수 있다[3-5].

참고문헌 (9)

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김진석, "배전변전소에 대용량 변압기 적용시 초전도 전류제한기 적용방안 연구", 숭실대학교 일반대학원, 2009.
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상세보기
B. Gromall, G. Ries, W. Schmidt, H.-P. Kraemer, B. Seebacherm B. Utz, R. Nies, and H.-W. Newmuller, "Resistive fault current limiter with YBCO films-100 kVA functional model", IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 9, no. 2, pp. 656-659, June 1999.

상세보기
김진석, 임성훈, 안재민, 문종필, 김재철, 김철환, 현옥배, "배전계통에 초전도 한류기 적용시 전류제한 특성", 08년도 대한전기학회 하계학술대회 논문집. pp. 21-22, 2008.
김진석, 김명후, 류일경, 문종필, 임성훈, 김재철, "배전변전소에 대용량변압기로 교체 적용시 보호협조를 위한 초전도 한류기의 임피던스 분석", 대한전기학회 논문집, vol. 58, no8. pp. 1479-1484, 2009.
조승식, "최신 배전시스템 공학", 북스힐, 2006.
H. Kameda, and H. Taniguchi, "Setting Method of Specific Parameter of a Superconducting Fault Current Limiter Considering the Operation of Power System Protection", IEEE Trans. Appl Supercond., vol. 9, no. 2, pp. 1355-1360 June 1999.

상세보기
S. H. Lim, H. S. Choi, and B. S. Han, "Fault Current Limiting Characteristics due to Winding Direction between Coil 1 and Coil 2 in a flux-lock type SFCL", Phys. C, vol. 416, pp. 34-42, Nov. 2004.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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