[논문]변압기형 초전도 한류기의 부담 감소를 위한 전압 제어 방법

정병익; 정인성; 이유경; 정재준; 채정은; 최효상

[국내논문] 변압기형 초전도 한류기의 부담 감소를 위한 전압 제어 방법
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정병익 (조선대) , 정인성 (조선대) , 이유경 (조선대) , 정재준 (조선대) , 채정은 (조선대) , 최효상 (조선대)

변압기형 초전도 한류기는 변압기의 2차 측을 개방하여 임피던스를 발생시키고 이때 유기되는 임피던스에 의해 계통의 고장전류를 제한한다. 본 논문에서는 변압기 2차 측 개방시 발생하는 고전압을 분배하기 위한 연구이다. 변압기 2차 측에 전력용 반도체 소자를 직렬로 연결하고 계통 사고시 동시 동작하여 2차 측을 개방하도록 구성하였다. 그 결과의 변압기 2차 측의 개별 스위칭이 이루어져 전압이 분배됨을 확인하였다.

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문제 정의

본 논문에서는 변압기형 초전도 한류기의 전력 부담 감소를 위한 방을 제시하였다. 변압기형 초전도 한류기의 경우 변압기 2차 측 개방시 스위칭 서지(surge)로 인하여 큰 전압이 유기된다.
본 논문에서는 변압기형 초전도 한류기의 전력부담을 감소시키기 위한 방안에 대한 연구를 진행하였다[4]. 변압기형 초전도 한류기는 변압기 2차측 코일의 개로 동작을 통해 임피던스를 발생시켜 계통 사고시 사고전류를 제한한다.

제안 방법

변압기형 초전도 한류기의 전력 부담을 감소시키기 위하여 그림 1과 같이 변압기 2차 측 권선에 직렬로 전력용 반도체(silicon controlled rectifier: SCR)를 이용한 스위칭 소자를 설치하였다. 각각의 스위칭 소자는 동시 동작형으로 SCR 제어 시스템에 의해 동작한다.
하지만 이 경우 개폐 서지로 인하여 초전도체에 큰 전압이 유기되어 부담이 증가하게 되는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 연구에서는 변압기 2차 측에 전력용 반도체 소자를 적용하여 전압 분배를 유도하였다.
이때 2차 측 권선과 직렬 연결된 초전도체에 큰 부담을 주게 된다. 이러한 초전도체의 부담을 감소시키기 위해서 본 연구에서는 변압기 2차 측에 SCR 스위칭 소자를 설치하였다. 직렬로 연결된 SCR 스위칭 소자는 계통 사고시 동시 동작하여 개방시 발생하는 서지를 분배하여 부담하게 된다.

성능/효과

이 결과로 우선 사고전류 제한률은 약 80% 정도로 안정적인 전류제한 동작이 이루어짐을 확인할 수 있었다. 본 논문에서 주안점을 둔 변압기 2차측 권선의 전압 분배를 그림 2에서 알 수 있듯이 SCR-1, SCR-2, SCR-3 의 양단에 각각 125.73, 122.97, 110.95V가 유기됨으로써 전압이 분배됨을 확인할 수 있었다. 기존 초전도체만 적용된 경우는 초전도체 양단에 전원 전압과 같은 크기의 전압이 유기되면서 그 부담을 오로지 초전도체만으로 감당해야만 했다.
45A를 나타내었다. 이 결과로 우선 사고전류 제한률은 약 80% 정도로 안정적인 전류제한 동작이 이루어짐을 확인할 수 있었다. 본 논문에서 주안점을 둔 변압기 2차측 권선의 전압 분배를 그림 2에서 알 수 있듯이 SCR-1, SCR-2, SCR-3 의 양단에 각각 125.
각 접점이 동시 개극 함으로써 각각의 접점에 가해지는 전압을 일정하게 부담하게 되는 것이다. 이로써 변압기형 초전도 한류기의 초전도체의 부담을 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 하지만 동시 동작되어야 할 SCR 스위칭 소자가 스위칭 반주기 동안은 다소 불확실한 동작을 수행하기도 하였다.
기존 초전도체만 적용된 경우는 초전도체 양단에 전원 전압과 같은 크기의 전압이 유기되면서 그 부담을 오로지 초전도체만으로 감당해야만 했다. 하지만 본 논문에서 제안하는 구조의 변압기형 초전도 한류기는 SCR로 이루어진 스위칭 소자의 동작으로 인하여 그 부담을 현저히 감소시킬 수 있었다. 다만 동시 동작되게 설정된 SCR이 스위칭 반주기 동안 다소 차이를 보임을 볼 수 있었다.

후속연구

확실한 동작을 위해 추후 이 문제에 대한 추가적인 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다. 또한 SCR을 제어하기 위한 설비가 추가적으로 증가한다는 단점이 생기지만 향 후 실계통 적용시 고가의 초전도체 부담을 감소시킴으로써 초전도체의 사용을 줄이 수 있어서 경제적인 부담을 다소 줄일 수 있을 것이라 판단한다.
이것은 개폐서지로 인한 일시적인 현상으로 사료된다. 추후 이에 대한 연구가 병행되어야 할 것으로 사료된다.
이것은 개극 과정에서 생기는 큰 전압으로 인하여 재폐로 동작이 일어나기 때문이다. 확실한 동작을 위해 추후 이 문제에 대한 추가적인 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다. 또한 SCR을 제어하기 위한 설비가 추가적으로 증가한다는 단점이 생기지만 향 후 실계통 적용시 고가의 초전도체 부담을 감소시킴으로써 초전도체의 사용을 줄이 수 있어서 경제적인 부담을 다소 줄일 수 있을 것이라 판단한다.

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