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송전급 한류형 고온초전도 케이블의 핵심기술 원문보기

초전도와 저온공학 = Superconductivity and cryogenics, v.19 no.2, 2017년, pp.2 - 5  

고태국 (연세대학교 전기전자공학부) ,  송승현 (연세대학교 전기전자공학부)

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문제 정의

  • 본 연구는 한국전력공사 전력산업 기초 연구과제의 일환으로 한류형 고온초전도 케이블의 핵심기술을 개발하기 위한 것이다. 과제 수행을 통해 회복특성을 고려한 한류형 고온초전도 케이블의 코어 개념설계 및 정상 시 균등전류분배를 위한 기초 프로그램 개발이 목적이며, 이를 통한 관련 분야 고급 인력 양성을 기대하고 있다.
  • 기존에 세계적으로 활발히 연구가 진행된 고온초전도 케이블과 차별화된 성능을 갖는 한류형 고온초전도 케이블의 개발은 국내·외 관련 산업체의 기술 경쟁력 제고에도 크게 기여할 것으로 기대된다. 그렇기 때문이 이 글에서는 한류형 고온초전도 케이블 설계를 위한 핵심기술 연구에 관하여 기술하고자 한다.
  • 본 연구는 한국전력공사 전력산업 기초 연구과제의 일환으로 한류형 고온초전도 케이블의 핵심기술을 개발하기 위한 것이다. 과제 수행을 통해 회복특성을 고려한 한류형 고온초전도 케이블의 코어 개념설계 및 정상 시 균등전류분배를 위한 기초 프로그램 개발이 목적이며, 이를 통한 관련 분야 고급 인력 양성을 기대하고 있다.

가설 설정

  • 포머와 액체냉매 사이의 열전달은 액체냉매 의 물성 및 질량 유량등이 고려된 heat transfer function에 따르도록 설계할 수 있으며, 케이블의 inlet에서부터 outlet 방향으로 액체냉매가 순환하기 때문에 동일한 방향으로 온도 전파가 이루어진다고 가정하 였다. 즉 포머와 케이블의 열전달은 케이블의 축 방향 및 반경 방향으로 이루어진다고 가정하였다. 이때 사고지속 시간 후에 outlet에서 상승된 액체냉매의 온도가 냉매의 가압조건에 따른 기화 온도를 넘지 않도록 포머 단면적의 크기를 조절해야 한다.
  • 포머와 액체냉매 사이의 열전달은 액체냉매 의 물성 및 질량 유량등이 고려된 heat transfer function에 따르도록 설계할 수 있으며, 케이블의 inlet에서부터 outlet 방향으로 액체냉매가 순환하기 때문에 동일한 방향으로 온도 전파가 이루어진다고 가정하 였다. 즉 포머와 케이블의 열전달은 케이블의 축 방향 및 반경 방향으로 이루어진다고 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
한류형 고온초전도 케이블은 어떤 기능을 갖는가? 한류형 고온초전도 케이블은 정상 운전 시, 통전층의 초전도 선재로 통전되던 정격전류가 사고 시, 정격전류의 수십배에 달하는 사고전류를 포머로 우회시키며, 여러 설계 파라미터를 고려하여 설계된 포머의 단면적에 대응하는 한류 임피던스를 이용해 사고전류의 크기를 감소시키는 기능을 갖는다. 단위 길이 당 한류 임피던스의 크기를 결정하는 포머의 단면적 설계는 그림 2에서 보이는 설계 순서도를 따른다.
X/R ratio는 무엇을 뜻하는가? X/R ratio는 케이블 및 케이블이 연결된 계통의 유도성 임피던스와 저항의 비로 나타내어지며, 사고 전류의 첫 peak의 크기를 증가시키기 때문에 케이블 설계 시 고려되어야 한다. 사고지속 시간은 적용개소에 따라 다르며, 배전급에서 60Hz 계통 기준 0.
초전도 케이블에서 각 통전층의 균등전류 분배를 위해 선재의 pitch angle(α)조절이 필요한 이유는 무엇인가? 초전도 케이블에서 각 통전층의 직경은 각기 상이하기 때문에 인덕턴스의 차이가 발생하며, 이로 인해 불균등 전류 분배 현상이 발생하게 된다. 따라서 각 통전층의 균등전류 분배를 위해 인덕턴스 조절이 필요하여 이는 통전층에 권선되는 선재의 pitch angle(α)조절을 통해 가능하다.
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참고문헌 (5)

  1. 심기덕, "22.9kV, 50MVA급 고온 초전도 전력케이블 코어의 설계 및 통전특성에 관한 연구" 연세대학교 대학원 학위 논문 2011년 2월 

  2. S. Kruger Olsen et al., "Loss and Inductance Investigations in a 4-layer Superconducting Prototype Cable Conductor", IEEE Trans. on Applied Superconductivity, Vol. 9, No. 2, pp. 833-836, 1999 

    상세보기 crossref

  3. Kwak, N-S., and J. Lee, "An implementation of New Selection Strategies in a Genetic Algorithm-Population Recombination and Elitist Refinement", Engineering Optimization, Vol. 43(12), pp. 1367-1384, 2001 

  4. K. Sim, S. Kim, J, Cho, H, Jang, and S, Hwang, "Design and Current Transporting Characteristics of 80 kV Direct Current High Temperature Superconducting Cable Core, " IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 23, No. 3, Jun. 2013, Art. ID. 5401804. 

    상세보기

  5. K. Sim et al., "DC critical current and AC loss measurement of the 100m 22.9 kV/50MVA HTS cable", Phys. C, Supercond., vol. 468, pp. 2018-2022, Dec. 2008. 

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