[논문]변압기 권선을 이용한 자속구속형 초전도 전류제한기의 전류제한 및 전압강하 보상 특성

고석철

doi:10.4313/jkem.2012.25.12.1000

변압기 권선을 이용한 자속구속형 초전도 전류제한기의 전류제한 및 전압강하 보상 특성
Current Limiting and Voltage Sag Compensation Characteristics of Flux-Lock Type SFCL Using a Transformer Winding 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.25 no.12, 2012년, pp.1000 - 1003

Abstract ▼ AI-Helper

The superconducting fault current limiter (SFCL) can quickly limit the fault current shortly after the short circuit occurs and recover the superconducting state after the fault removes and plays a role in compensating the voltage sag of the sound feeder adjacent to the fault feeder as well as the fault current limiting operation of the fault feeder. Especially, the flux-lock type SFCL with an isolated transformer, which consists of two parallel connected coils on an iron core and the isolated transformer connected in series with one of two coils, has different voltage sag compensating and current limiting characteristics due to the winding direction and the inductance ratio of two coils. The current limiting and the voltage sag compensating characteristics of a SFCL using a transformer winding were analyzed. Through the analysis on the short-circuit tests results considering the winding direction of two coils, the SFCL designed with the additive polarity winding has shown the higher limited fault current than the SFCL designed with the subtractive polarity winding. It could be confirmed that the higher fault current limitation of the SFCL could be contributed to the higher load voltage sag compensation.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 기존까지 보고되지 않은 초전도 소자의 직접적인 전력 부담을 줄이기 위해 변압기 권선을 이용한 초전도 전류제한기의 모의단락 실험을 통해 선로 고장 시 건전상 선로의 부하전압 강하 보상 특성에 미치는 영향을 고찰하고자 하였다. 이를 위해 먼저, 모의계통 선로를 구성하였으며, 피더단에 변압기 권선을 이용한 초전도 전류제한기를 적용한 경우 제한기를 구성하는 두 코일의 권선 방향에 따른 고장전류제한 및 부하전압 강하 보상 특성을 분석하였다.
본 논문에서는 변압기 권선을 이용한 초전도 전류 제한기의 계통 적용에 따른 영향을 모의실험을 통해 분석하였다. 분석을 위해 초전도 전류제한기를 모의 계통선로의 피더 앞 단에 설치하였으며, 피더단에 변압기 권선을 이용한 초전도 전류제한기를 적용할 경우, 제한기를 구성하는 두 코일의 권선방향에 따른 고장전류제한 및 부하전압 강하 보상특성을 분석하였다.

제안 방법

그림 1은 병렬 연결된 두 코일과, 두 코일 중 하나의 직렬 연결되는 초전도 소자를 별도의 변압기 권선을 이용하여 연결함으로써 고장전류 경로로부터 분리가 가능한 자속구속형 초전도 전류제한기를 구성하였다. 이와 같이 구성된 변압기 권선을 이용하여 자속 구속형 초전도 전류제한기의 고장전류 제한 특성 분석을 위한 모의단락 회로를 구성하여 모의단락 실험을 실시하였으며, 실험 장치의 구성 요소와 각 파라미터를 표 1에 나타내었다.
그림 2는 단락사고를 모의하기 위해 스위치 SW₁을 투입한 후 SW₂를 주어진 고장주기 5주기 동안 투입하여 단락을 모의하였다. 모의한 5주기 동안 변압기 권선 및 초전도 소자를 비롯하여 자속구속형 초전도 전류제한기를 구성하는 각 권선에 유기되는 전압과 전류를 측정하여 전류 제한 및 회복 특성을 분석하였다.
를 주어진 고장주기 5주기 동안 투입하여 단락을 모의하였다. 모의한 5주기 동안 변압기 권선 및 초전도 소자를 비롯하여 자속구속형 초전도 전류제한기를 구성하는 각 권선에 유기되는 전압과 전류를 측정하여 전류 제한 및 회복 특성을 분석하였다.
본 논문에서는 변압기 권선을 이용한 초전도 전류 제한기의 계통 적용에 따른 영향을 모의실험을 통해 분석하였다. 분석을 위해 초전도 전류제한기를 모의 계통선로의 피더 앞 단에 설치하였으며, 피더단에 변압기 권선을 이용한 초전도 전류제한기를 적용할 경우, 제한기를 구성하는 두 코일의 권선방향에 따른 고장전류제한 및 부하전압 강하 보상특성을 분석하였다. 분석을 통해 가극결선한 경우가 고장전류제한율과 부하전압 강하율의 변화가 감극 결선한 경우보다 훨씬 더 향상됨을 비교할 수 있었다.
이를 위해 먼저, 모의계통 선로를 구성하였으며, 피더단에 변압기 권선을 이용한 초전도 전류제한기를 적용한 경우 제한기를 구성하는 두 코일의 권선 방향에 따른 고장전류제한 및 부하전압 강하 보상 특성을 분석하였다. 분석을 통해 고장전류 제한율과 부하전압 강하율의 변화를 비교 분석하였다.
본 논문에서는 기존까지 보고되지 않은 초전도 소자의 직접적인 전력 부담을 줄이기 위해 변압기 권선을 이용한 초전도 전류제한기의 모의단락 실험을 통해 선로 고장 시 건전상 선로의 부하전압 강하 보상 특성에 미치는 영향을 고찰하고자 하였다. 이를 위해 먼저, 모의계통 선로를 구성하였으며, 피더단에 변압기 권선을 이용한 초전도 전류제한기를 적용한 경우 제한기를 구성하는 두 코일의 권선 방향에 따른 고장전류제한 및 부하전압 강하 보상 특성을 분석하였다. 분석을 통해 고장전류 제한율과 부하전압 강하율의 변화를 비교 분석하였다.
그림 1은 병렬 연결된 두 코일과, 두 코일 중 하나의 직렬 연결되는 초전도 소자를 별도의 변압기 권선을 이용하여 연결함으로써 고장전류 경로로부터 분리가 가능한 자속구속형 초전도 전류제한기를 구성하였다. 이와 같이 구성된 변압기 권선을 이용하여 자속 구속형 초전도 전류제한기의 고장전류 제한 특성 분석을 위한 모의단락 회로를 구성하여 모의단락 실험을 실시하였으며, 실험 장치의 구성 요소와 각 파라미터를 표 1에 나타내었다.

성능/효과

각 코일과 초전도 소자에 유기되는 전압에서는 초전도 소자에 유기되는 전압 (v_sc)이 권선 방향에 관계없이 거의 같은 크기로 발생되는 것을 확인할 수 있다. 고장기간 동안에 변압기 권선을 이용한 초전도 전류제한기를 구성하는 초전도 소자의 부담을 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 고장제거 시 초전도 전류제한기의 회복 특성에서도 가극결선이나 감극결선 시 거의 비슷한 회복 시간을 갖는 것을 그림 5에서 비교할 수 있다.
분석을 위해 초전도 전류제한기를 모의 계통선로의 피더 앞 단에 설치하였으며, 피더단에 변압기 권선을 이용한 초전도 전류제한기를 적용할 경우, 제한기를 구성하는 두 코일의 권선방향에 따른 고장전류제한 및 부하전압 강하 보상특성을 분석하였다. 분석을 통해 가극결선한 경우가 고장전류제한율과 부하전압 강하율의 변화가 감극 결선한 경우보다 훨씬 더 향상됨을 비교할 수 있었다.
앞의 전류제한 및 전압강하 보상 특성에서 분석한 것과 같이 가극결선한 경우가 고장전류 제한과 부하전압 보상효과가 감극 결선한 것보다 크게 기여하는 것을 확인할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초전도 전류제한기를 실계통에 적용하기 위해 필요한 것은 무엇인가?	이를 해결하기 위한 대안으로 초전도 고유 특성을 이용한 초전도 전류제한기가 가장 이상적인 요구조건에 근접한 특성을 보유하고 있다고 평가됨에 따라 고장전류 저감을 위한 신개념의 대안으로 주목받아, 실계통에 적용하고자 하는 노력들이 활발하게 진행되고 있다 [2-4]. 초전도 전류제한기를 실계통에 적용하기 위해서는 전류제한기를 구성하는 초전도 소자의 전력 부담을 감소시켜야 하며, 이를 위한 연구들이 진행되어 왔으며 그 중에서도 코일의 자기결합을 이용한 초전도 전류제한기 모델들이 제안되어 왔다 [5-9]. 또한, 핵심소자인 초전도 소자의 직접적인 고장전류 도통을 피하고 전력부담을 감소시키기 위해 변압기 권선을 통해 분리·연결시킨 구조의 내부 전류제한 특성들을 비교 분석한 기존 논문들이 보고된 바 있다 [11].
	전력공급설비의 증가가 가져온 것은 무엇인가?	전력공급설비의 증가는 전력계통의 복잡화와 송전용량의 증가를 발생시켜 왔으며, 이로 인해 단락발생 시 고장전류가 기존 차단기의 단략 용량을 초과하는 전력계통 내 구간 개수가 증가되고 있다. 이와 같은 고장전류에 대한 대안으로 차단 내력이 큰 차단기의 교체나 고 임피던스 전력설비 또는 직렬 리액터 설치, 연계 선로의 분리 운전 등을 제안하고 있으나, 경제적, 기술적, 계통 안정도 면에서 해결해야 할 문제점들이 남아 있다 [1].
	전력공급설비의 증가로 인한 단락발생 시 고장전류에 생기는 문제에 대한 방안으로 제안된 것은 무엇이 있는가?	전력공급설비의 증가는 전력계통의 복잡화와 송전용량의 증가를 발생시켜 왔으며, 이로 인해 단락발생 시 고장전류가 기존 차단기의 단략 용량을 초과하는 전력계통 내 구간 개수가 증가되고 있다. 이와 같은 고장전류에 대한 대안으로 차단 내력이 큰 차단기의 교체나 고 임피던스 전력설비 또는 직렬 리액터 설치, 연계 선로의 분리 운전 등을 제안하고 있으나, 경제적, 기술적, 계통 안정도 면에서 해결해야 할 문제점들이 남아 있다 [1]. 이를 해결하기 위한 대안으로 초전도 고유 특성을 이용한 초전도 전류제한기가 가장 이상적인 요구조건에 근접한 특성을 보유하고 있다고 평가됨에 따라 고장전류 저감을 위한 신개념의 대안으로 주목받아, 실계통에 적용하고자 하는 노력들이 활발하게 진행되고 있다 [2-4].

참고문헌 (11)

B. W. Lee, J. S. Kang, K. B. Park, and I. S. Oh, Superconductivity and Cryogenics, 5, 10 (2003).
H. Kado and M. Ichikawa, M. Shibuya, M. Kojima, M. Kawahara, and T. Matsumura, IEEE Trans. Appl. Supercond., 15, 2051 (2005).

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H. Shimizu, Y. Yokomizu, T. Matsumura, and N. Murayama, IEEE Trans. Appl. Supercond., 12, 876 (2002).

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H. Shimizu, Y. Yokomizu, and T. Matsumura, IEEE Trans. Appl. Supercond., 14, 807 (2004).

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S. H. Lim, T. H. Han, S. W. Yim, H. S. Choi, and B. S. Han, IEEE Trans. Appl. Supercond., 17, 1827 (2007).

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S. H. Lim, Physica, C468, 2076 (2008).
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S. H. Lim and H. S. Choi, Physica, C445, 1073 (2006).
S. H. Lim, J. Electr. Eng. Technol., 2, 289 (2007).

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T. H. Han and S. H. Lim, J. KIEEME, 24, 136 (2011).

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저자의 다른 논문 :

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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