[논문]전압증가 시 사고 유형에 따른 3상 변압기형 초전도 한류기의 회복특성 분석

고성필; 최효상; 조용선; 박형민; 정병익; 하경훈; 최수근

전압증가 시 사고 유형에 따른 3상 변압기형 초전도 한류기의 회복특성 분석
Analysis of Recovery Characteristics on the three-phase Transformer-Type SFCL according to fault type the voltage increase 원문보기

고성필 (한국폴리텍1대학제주캠퍼스) , 최효상 (조선대학교) , 조용선 (조선대학교) , 박형민 (조선대학교) , 정병익 (조선대학교) , 하경훈 (조선대학교) , 최수근 (조선대학교)

현재 산업의 발전으로 인해 전기의 사용량이 증가하고 있는 상태이다. 이로 인하여 지락이나 단락과 같은 사고 발생 시 전류가 급격하게 증가하게 된다. 이러한 급격한 사고전류를 제한하기 위하여 본 논문에서는 재폐로 동작을 접목하여 전압 증가 시 사고유형별 3상 변압기형 초전도 한류기에 대해서 분석하였다. 재폐로 주기는 5-10-7-20주기로 설정하였고, 1선지락과 2선지락일 때 3상 변압기형 초전도 한류기의 전류제한에 대해서 분석해보면, 1선지락 일 때 2선지락 사고일 때보다 사고 제한율이 높은걸 확인 할 수 있다. 하지만 2개의 초전도 소자의 동시 ��치가 아닌 불균형 ��치가 일어나서 하나의 소자만이 전류를 제한하였다. 그리고 스위치가 open 되었을 때 초전도체의 회복특성은 전류제한과 마찬가지로 1선지락일 때 보다 빨리 회복되는 것을 확인 할 수 있다. 이처럼 사고 발생 시 사고전류를 낮게 제한하고, 재폐로 동작을 통하여 빠르게 사고 확인을 하여 사고를 차단할 수 있다고 사료된다.

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문제 정의

본 논문은 재폐로 동작에 따른 1선지락과 2선지락 사고 시 3상 변압기형 초전도 한류기의 회복특성을 분석하였다. 전압을 높게 인가할수록 1선지락과 2선지락 시 사고전류제한율이 낮아졌다.

제안 방법

이러한 사고전류를 제한하기 위하여 초전도 한류기는 이상적인 전력기기라고 할 수 있다.[1] 본 논문에서는 3상 변압기형 초전도 한류기에 재폐로 동작을 접목하여 1선지락과 2선지락일 때 3상 변압기형 초전도 한류기의 회복특성을 실험하였다. 재폐로 차단기는 배전계통에서의 가장 중요한 보호기기이다.
변압기형 초전도 한류기는 전력계통과 초전도 소자 사이에 변압기로 연결되기 때문에 초전도 소자에 직접적인 부담이 줄어드는 장점이 있다.[2] 이러한 변압기형 초전도 한류기의 장점을 통하여 초전도체의 제한특성과 회복특성을 분석하였다.
그리고 SW₁(R, S, T)은 전원인가를 위한 스위치이며, SW₂(R, S, T)는 부하저항을 단락시켜 사고를 발생시키기 위한 스위치이다. 각각의 상에 Input과 Output을 통하여 변압기형 초전도 한류기를 연결하였다. 그림2는 변압기형 초전도 한류기의 등가 회로도이다.
본 실험에서는 재폐로 동작 실험을 위하여 CO - t cycle - CO - tcycle - CO 설정하였고, 5-10-7-20-5주기로 하였다.

성능/효과

그림5는 1선지락 사고 시 3상 변압기형 초전도 한류기의 회복특성을 나타낸 곡선이다. (a)는 전압이 200V에서 초전도 소자의 회복곡선을 나타낸 것으로 R상에서는 V_RB가 퀜치되어 67.18, 83.96, 79.15[msec]동안 회복되었고, S상에서는 V_SA의 소자가 퀜치되어 71.23, 74.33, 70[msec]동안 회복되었다. T상에서는 V_TB의 소자가 퀜치되어 54.
하지만 회복곡선을 보면 상전도로 전이된 초전도 소자가 회복되는 시간이 빨라지는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 불균형 퀜치가 일어나서 두 개의 소자 중 하나의 소자만이 퀜치되는 것을 확인할 수 있었다. 이처럼 전압 증가 시 사고유형에 따라 재폐로 동작을 통하여 3상 변압기형 초전도 한류기는 사고 발생 시 빠르게 사고전류를 제한하고, 재폐로 동작으로 사고 확인 후 차단할 수 있다.
그리고 1선지락 사고 시 S상과 T상의 초전도 소자가 퀜치되어 회복되는 것은 변압기형이 일체형이기 때문에 자속이 다른 상에도 영향을 주어서 S, T상의 초전도 소자들이 회복되는 것을 확인 할 수 있다. 또한 2선지락 회복특성이 1선지락 회복특성의 회복시간이 더 빠른 것을 확인할 수 있었다. 그리고 불평형 퀜치를 막기 위해 중선선을 연결하면 동시퀜치가 일어날 것으로 사료된다.
전압이 증가되어도 2선지락시 1선지락과 마찬가지로 T상은 사고전류가 흐르지 않는 것을 확인할 수 있었다. 또한 전압이 증가할수록 사고전류제한율이 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.
전압을 높게 인가할수록 1선지락과 2선지락 시 사고전류제한율이 낮아졌다. 하지만 회복곡선을 보면 상전도로 전이된 초전도 소자가 회복되는 시간이 빨라지는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 불균형 퀜치가 일어나서 두 개의 소자 중 하나의 소자만이 퀜치되는 것을 확인할 수 있었다.

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