[논문]초전도 전력케이블의 1선 지락고장 특성 해석에 관한 연구

제향호; 방종현; 김재호; 심기덕; 조전욱; 장현만; 이수길; 박민원; 유인근

초전도 전력케이블의 1선 지락고장 특성 해석에 관한 연구
A Study on the Single Line-to-Ground Fault Analysis of HTS Power Cable 원문보기

제향호 (창원대학교) , 방종현 (창원대학교) , 김재호 (창원대학교) , 심기덕 (한국전기연구원) , 조전욱 (한국전기연구원) , 장현만 (LS전선) , 이수길 (LS전선) , 박민원 (창원대학교) , 유인근 (창원대학교)

High temperature superconducting(HTS) power cable is expected to be used for power transmission lines supplying electric power for densely populated cities in the near future. Commercializing of HTS power cable is coming. Simulation is required for safety before install of HTS power cable, 3 fabrication model used at the power system simulation. In this paper, we shows a single line-to ground fault analysis in the grid system which has a loom length HTS power cable. The authors developed a single line-to-ground fault current calculation method which is considering the shield layer of HTS power cable. In the calculation, the T type equivalent circuit is used to derive the mutual inductance of the HTS power cable.

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문제 정의

본 논문에서는 기존의 선로에서의 1선 지락고장계산법과는 다른 HTS 전력케이블이 설치된 선로에서의 1선 지락고장계산법을 소개하였다. HTS 전력케이블을 실제계통에 연결하기 위해선 고장계산 같은 전기적인 해석이 먼저 이루어져야 한다.

가설 설정

초전도 전력케이블을 실제계통 천로에 적용하기 위해서는 다양한 연구가 선행되어야 하는데, 그 중 PSCADZEMTDC 프로그램을 이용한 시뮬레이션 연구도 하나의 조온 방법이다[4]. 본 논문에서든 기존의 1선 지락고장 계산법과는 다론 HTS 전력케이블이 적용된 선보에서의 ?선 지락고장계산법을 소개하고 비교를 하였으며, 1선 지락고장이 발생하더라도 고장전류가 HTS 전력케이블의 임계전류를 넘지 않는다고 즉, 퀜치가 발생하지 않는다고 가정을 하여 분석하였다.

제안 방법

HTS 전력케이블이 설치된 선로에 1선 지락고장발생시의 고장전류 값을 수작업으로 풀었을 때와 PSCAD/EMTDC를 이용한 시뮬레이션 값을 비교하였다.
기존의 배전선로 ACSR 160mm² 4km를 앞단에 설치하고 그 뒤에 HTS 천력케이블 100mf 연결하였다. 그리고 HTS 전력케이블의 통전층과 쉴드층을 모두 고려 하였다.
HTS 전력케이블은 기존의 선로와는 다르게 통전층에서 쉴드충으로 거의 모든 전류가 유도가 되기 때문에 기존선로의 1선 지락고장 계산법과는 다른 방식이 적용되어져야 한다. 새롭게 개발된 고장계산법에 따라 T자형 둥가임피던스를 이용한 수작업계산과 전자기 과도해석 프로그램인 PSCAD/EMTDC를 이용하여 시뮬레이션 되어진 계산 값을 비교한 결과 충분히 신뢰 있는 결과를 얻을 수 있었고 1선 지락고장 시 통전층과 쉴드층의 전류 벡터도를 통해 HTS 전력케이블의 고장해석을 하였다. 또한, 쉴드층 중성선에 관한 연구는 동일한 연구팀에 의해 본 학회에 발표 될 예정이다.
자기적 결합을 하고 있다. 통전충에서 쉴드층으로 유도전류를 고려하여 통전충과 쉴드층의 자기 인덕턴스값과 상호 인덕턴스값을 사용하였다
통전층의 A, B, C상 그리고 영상 전류와 쉴드층의 A, B, C상 전류를 측정하여 벡터도를 그려보았다. 시뮬레이션에서 HTS 전력 케이블의 쉴드층을 폐회로로 만들어 한쪽만 접지 시켰을 때 그림 7과 같이 A상에 1선 지락고장 발생 시 고장전류 벡터합이 0이 되는 평형한 전류 벡터 도를 구해낼 수 있었다.

성능/효과

벡터도를 그려보았다. 시뮬레이션에서 HTS 전력 케이블의 쉴드층을 폐회로로 만들어 한쪽만 접지 시켰을 때 그림 7과 같이 A상에 1선 지락고장 발생 시 고장전류 벡터합이 0이 되는 평형한 전류 벡터 도를 구해낼 수 있었다. 통전층은 기존 선로와 동일하게 고장전류의 벡터 합은 영상 전류와 동일함을 확인 하였다.

후속연구

새롭게 개발된 고장계산법에 따라 T자형 둥가임피던스를 이용한 수작업계산과 전자기 과도해석 프로그램인 PSCAD/EMTDC를 이용하여 시뮬레이션 되어진 계산 값을 비교한 결과 충분히 신뢰 있는 결과를 얻을 수 있었고 1선 지락고장 시 통전층과 쉴드층의 전류 벡터도를 통해 HTS 전력케이블의 고장해석을 하였다. 또한, 쉴드층 중성선에 관한 연구는 동일한 연구팀에 의해 본 학회에 발표 될 예정이다.

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