[논문]사고전류 제한형 고온 초전도케이블의 통전부 특성평가

김태민; 홍공현; 한병성; 두호익

doi:10.4313/jkem.2014.27.10.657

사고전류 제한형 고온 초전도케이블의 통전부 특성평가
Evaluation on the Properties of the Current Transporting Part for Fault-Current-Limiting Type HTS Cables 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.27 no.10, 2014년, pp.657 - 661

김태민 (전북대학교 전기공학과) , 홍공현 (전북대학교 전기공학과) , 한병성 (전북대학교 전기공학과) , 두호익 (전북대학교 HOPE IT 인력양성사업단)

Abstract ▼ AI-Helper

When an abnormal condition occurs due to a fault current at a consumer location where electricity is supplied through high-Tc superconducting(HTS) cable, the HTS cable would be damaged if there is no appropriate method to protect it. The fault-current-limiting type HTS cable that is suggested in this study has a structure of transport part and limit part. It conduct a zero impedance transport current at ordinary operations and carry out a fault current limiting at extraordinary operations. To make a perfect this structure, it is essential to investigate electrical properties of transport part that comprise the fault-current-limiting type HTS cable. In this paper, transport part that comprise HTS wire with copper stabilization layer is examined the current transport properties and the stability evaluation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

기존 고온 초전도 케이블의 경우 구리 도체를 사용해 사고전류를 바이패스하여 고온 초전도 케이블을 보호하였으나, 본 논문에서는 자체적으로 사고전류를 제한할 수 있는 능력을 갖는 사고전류 제한형 고온 초전도 케이블을 제안하였다. 그리고 이 고온 초전도 케이블의 핵심 요소인 통전부를 제작하여 전류통전 능력과 저항대비 열적 안정성을 비교 고찰하였다.
기존의 고온 초전도 케이블은 무손실 전력전송이 주 목적이며, 사고전류를 제한하는 기능이 없다. 하지만 본 논문에서 제안하는 사고전류 제한형 고온 초전도 케이블은 자체적으로 사고전류를 제한하는 특성을 갖추고자 한다. 이를 위해서는 전체 고온 초전도 케이블에 일정량의 사고전류가 통전되도록 해야 한다.

제안 방법

사고 상황을 모의하기 위해 SW₁과 SW₂를 순차적으로 동작시켰으며, 기준 저항 (R₀)을 제거한 상태에서 사고 상황을 모의하였다. 20 V_rms, 25 V_rms, 30 V_rms의 전압을 인가하여 각각 578.84 A_peak, 740.93 A_peak, 924.59 A_peak의 사고전류를 통전시켰다. 전압·전류의 측정은 4단자법을 이용하였다.
기존 고온 초전도 케이블의 경우 구리 도체를 사용해 사고전류를 바이패스하여 고온 초전도 케이블을 보호하였으나, 본 논문에서는 자체적으로 사고전류를 제한할 수 있는 능력을 갖는 사고전류 제한형 고온 초전도 케이블을 제안하였다. 그리고 이 고온 초전도 케이블의 핵심 요소인 통전부를 제작하여 전류통전 능력과 저항대비 열적 안정성을 비교 고찰하였다.
사고 시 통전능력은 통전부에 사고전류 인가 후 각 선재에 전류분배가 균일하게 이뤄졌는지 여부를 기준으로 평가하였다. 또한, 차단기 동작시점 이내인 5.5주기 내에 정격전류인 196 A_peak의 약 3배, 4배, 5배에 근사하는 사고전류를 인가하여 통전능력을 분석하였다.
그러나 사고전류 제한형 고온 초전도 케이블은 기존 고온 초전도 케이블에 초전도 전류제한기의 기능을 추가한 신개념 전력기기이다. 본 논문에서 제안하는 사고전류 제한형 초전도 케이블의 구조는 통전부와 한류부로 구성된다. 자세히 설명하면 통전 파트의 초전도선재와 한류 파트의 초전도선재의 안정화층을 다르게 하고, 이에 따른 각 파트의 비저항 차이를 이용하여 상호 보완하도록 구성하였다.
그림 3은 실험장치의 구성도이다. 사고 상황을 모의하기 위해 SW₁과 SW₂를 순차적으로 동작시켰으며, 기준 저항 (R₀)을 제거한 상태에서 사고 상황을 모의하였다. 20 V_rms, 25 V_rms, 30 V_rms의 전압을 인가하여 각각 578.
사고 시 통전능력은 통전부에 사고전류 인가 후 각 선재에 전류분배가 균일하게 이뤄졌는지 여부를 기준으로 평가하였다. 또한, 차단기 동작시점 이내인 5.
표 1은 실험에서 사용된 초전도 선재의 재원이다. 사고전류 제한형 고온 초전도체의 통전부를 구성하기 위해 구리를 안정화층으로 갖는 초전도 선재 (이하 REBCO@Cu CC)를 4가닥 병렬 연결하였다. REBCO @Cu CC의 임계온도는 90 K로 49 A_rms의 임계전류를 갖는다.
실험에서 측정된 저항은 4단자법을 이용하여 측정된 전압·전류로부터 산출하였다.
54 mΩ/cm이다. 이들 자료를 기초로 해서 사고 시 발생저항을 산출하여 초전도 선재의 온도 변화를 추정함으로써 안정성을 판단하였다.
본 논문에서 제안하는 사고전류 제한형 초전도 케이블의 구조는 통전부와 한류부로 구성된다. 자세히 설명하면 통전 파트의 초전도선재와 한류 파트의 초전도선재의 안정화층을 다르게 하고, 이에 따른 각 파트의 비저항 차이를 이용하여 상호 보완하도록 구성하였다.
이를 위해 통전 특성이 뛰어난 구리를 안정화층으로 갖는 2세대 초전도 선재인 REBCO coated conductor를 이용하여 통전부 실험용 샘플을 제작하였다 [4]. 제작된 샘플을 바탕으로 사고전류 제한형 고온 초전도 케이블의 통전부 특성평가를 진행하였다. 특성평가 항목은 사고 시 전류통전 능력과 저항대비 열적 안정도 두 부분으로 나누어 진행하였다.
제작된 샘플을 바탕으로 사고전류 제한형 고온 초전도 케이블의 통전부 특성평가를 진행하였다. 특성평가 항목은 사고 시 전류통전 능력과 저항대비 열적 안정도 두 부분으로 나누어 진행하였다.

대상 데이터

두 번째는 이러한 과전류 통전 시에도, 통전부가 열적으로 안정해야한다. 이를 위해 통전 특성이 뛰어난 구리를 안정화층으로 갖는 2세대 초전도 선재인 REBCO coated conductor를 이용하여 통전부 실험용 샘플을 제작하였다 [4]. 제작된 샘플을 바탕으로 사고전류 제한형 고온 초전도 케이블의 통전부 특성평가를 진행하였다.

이론/모형

전압·전류의 측정은 4단자법을 이용하였다.

성능/효과

이 결과로부터 전체 전류분류가 정확히 일치하고 있기 때문에 과전류 통전 시에도 통전부가 무리 없이 동작하고 있음을 확인하였다. 또한 사고전류가 증가함에 따라 통전부 내에서도 전류를 제한하는 양이 점차적으로 증가하는 경향이 있음을 확인하였다. 이를 바탕으로 사고전류 제한형 초전도 케이블의 통전부에 사고 시 통전능력이 정상적으로 이루어졌고, 사고전류를 제한하는 것도 확인하였다.
통전부는 사고 시 각 초전도 선재에 전류분배가 정확히 일치하였기 때문에 전류통전 능력을 확인할 수 있었다. 또한, 예상한 바와 같이 사고전류를 5.5주기까지 약 30% 제한하는 현상도 확인하였다. 마찬가지로 역시 통전부가 계통 내 차단기 동작시점까지 180 K이하의 온도로 준안정영역에서 열적으로 매우 안정하게 동작됨을 확인하였다.
5주기까지 약 30% 제한하는 현상도 확인하였다. 마찬가지로 역시 통전부가 계통 내 차단기 동작시점까지 180 K이하의 온도로 준안정영역에서 열적으로 매우 안정하게 동작됨을 확인하였다.
앞선 두 사고에서는 준안정영역의 중간 지점인 135 K를 벗어나지 않는 것을 확인할 수 있다. 반면에 사고전류 30 V_rms / 924.59 A_peak에서는 1/2주기는 안정영역에 존재하나, 지속적으로 온도가 상승하여 5주기까지 준안정영역인 180 K로 안정한 상태이나, 5.5주기에서 열적 안정상태를 1 K 정도 초과함을 확인하였다. 하지만 초전도 선재들이 위험영역인 250 K 이내에서 동작하기 때문에, 사고전류 제한형 고온 초전도 케이블의 통전부는 열적으로 안정한 상태이다.
이를 전류 제한율로 계산하면 각각 23%, 28%, 37%이다. 이 결과로부터 전체 전류분류가 정확히 일치하고 있기 때문에 과전류 통전 시에도 통전부가 무리 없이 동작하고 있음을 확인하였다. 또한 사고전류가 증가함에 따라 통전부 내에서도 전류를 제한하는 양이 점차적으로 증가하는 경향이 있음을 확인하였다.
하지만 초전도 선재들이 위험영역인 250 K 이내에서 동작하기 때문에, 사고전류 제한형 고온 초전도 케이블의 통전부는 열적으로 안정한 상태이다. 이 결과를 바탕으로 유추해볼 때, 고온 초전도 케이블에 사고전류가 발생해도 통전부는 열적으로 안정할 것으로 사료된다.
또한 사고전류가 증가함에 따라 통전부 내에서도 전류를 제한하는 양이 점차적으로 증가하는 경향이 있음을 확인하였다. 이를 바탕으로 사고전류 제한형 초전도 케이블의 통전부에 사고 시 통전능력이 정상적으로 이루어졌고, 사고전류를 제한하는 것도 확인하였다.

후속연구

본 논문의 결과는 사고전류 제한형 고온 초전도 케이블의 특성평가 항목을 설정하는 중요 자료로 활용될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기존의 고온 초전도 케이블은 어떻게 초전도체를 보호하는가?	기존의 고온 초전도 케이블은 사고전류 발생 시 구리 도체로 이루어진 부분에 사고전류를 바이패스함으로써 초전도체를 보호해 왔다. 그러나 사고전류 제한형 고온 초전도 케이블은 기존 고온 초전도 케이블에 초전도 전류제한기의 기능을 추가한 신개념 전력기기 이다.
	사고전류 제한형 초전도 케이블에서 통전부와 한류부는 어떻게 구성되어 있는가?	본 논문에서 제안하는 사고전류 제한형 초전도 케이블의 구조는 통전부와 한류부로 구성된다. 자세히 설명하면 통전 파트의 초전도선재와 한류 파트의 초전도선재의 안정화층을 다르게 하고, 이에 따른 각 파트의 비저항 차이를 이용하여 상호 보완하도록 구성하였다.
	사고전류 제한형 고온 초전도 케이블은 어떤 전력기기인가?	기존의 고온 초전도 케이블은 사고전류 발생 시 구리 도체로 이루어진 부분에 사고전류를 바이패스함으로써 초전도체를 보호해 왔다. 그러나 사고전류 제한형 고온 초전도 케이블은 기존 고온 초전도 케이블에 초전도 전류제한기의 기능을 추가한 신개념 전력기기 이다. 본 논문에서 제안하는 사고전류 제한형 초전도 케이블의 구조는 통전부와 한류부로 구성된다.

참고문헌 (7)

S. H. Lee and J. U. Park, World of Electricity Journal, 63, 28 (2014).
J. H. Kim and K. W. Lee, Electrical Journal, 257, 19 (1998).
O. B. Hyun, The proceedings of KIEE, SFCL Development and Application, 59, 26 (2010).
D. Hazelton, Y. Xie, V. Selvamanickam, R. Anthony, J. C. Llambes, and T. Lehner, IEEE Citres, 10, 42 (2010).
M. J. Kim, H. I. Du, S. G. Du, Y. J. Kim, D. H. Lee, and B. S. Han, J. KIEEME, 22, 1067 (2009).

원문보기 상세보기
A. Ishiyama, H. Ueda, T. Ando, H. Naka, S. Bamba, and Y. Shiohara, IEEE Trans. Appl. Supercond., 17, 2430 (2007).

상세보기
S. O. Heo, T. M. Kim, B. S. Han, and H. I. Du, J. KIEEME, 26, 904 (2013).

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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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