a. 1선 지락사고
그림 3-18(a),(b)는 중성선이 있을 때 일체형 삼상 변압기형 초전도 한류 기와 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기의 1선지락 사고 시 3번의 사고가 발생하는 재폐로 동작책무에 따른 사고전류의 제한특성 파형을 나타낸 것이 다.그리고 각 상의 1,2차 권선의 비는 NP:NS:NT = 4:1:1로 설정하였고,인 가전압은 200V이다.그림 3-18(a)은 일체형 삼상 변압기형 초전도 한류기로 R상의 사고전류는 각각 32[A],30.53[A],30.8[A]로 제한되었다.그리고 그림 3-18(b)은 분리형 삼상변압기형 초전도 한류기로 각각 19.47[A],18[A], 19.07[A]로 제한되었다.일체형과 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기는 중 성선이 없을 때와 사고전류 제한파형이 크게 차이가 없는 것을 확인할 수 있다.이는 중성선 유무에 관계없이 초전도 소자가 사고전류를 제한하기 때 문이다.
그림 3-18(c)와 (d)는 280V 전압 인가 시 일체형과 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기의 사고전류 제한파형을 나타낸 것이다.그림 3-18(c)은 일체 형 삼상변압기형 초전도 한류기로 R상의 사고전류는 각각 36[A],33.07[A], 35.2[A]로 제한되었다.그림 3-18(d)은 분리형 삼상변압기형 초전도 한류기 로 R상의 사고전류는 각각 19.60[A],19.28[A],19.40[A]로 제한되었다.전압 이 증가하여도 두 변압기형 초전도 한류기는 중성선이 없을 때와 별 차이가 나지 않는 것을 확인할 수 있다.
그림 3-18중성선이 있는 삼상 변압기형 초전도 한류기의 1선 지락사고 시 사고전류 제한파형((a),(b)=200V,(c),(d)=280V)
Fig.3-18Limitingfaultcurrentwaveformsofthethreephase transformer-typeSFCL withaneutrallinewhen thesingle
그림 3-19(a),(b)는 200V 인가 시 재폐로 동작책무에 따른 일체형과 분리 형 삼상 변압기형 초전도 한류기의 회복파형을 나타낸 것이다.그림 3-19(a) 은 일체형 삼상 변압기형 초전도 한류기로 각 상의 초전도 소자 2개가 모두 동시퀜치되어 각각 18.25[msec],15.27[msec],17.1[msec]동안 회복되었다.그 림 3-19(b)은 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기로 R상의 초전도 소자 2 개가 동시퀜치되어 각각 17.51[msec],15.24[msec],13.11[msec]동안 회복되 었다.두 변압기형 삼상 초전도 한류기는 중성선이 없는 경우보다 있는 경 우 회복시간이 짧아지는 것을 확인할 수 있다.이는 중성선이 없는 경우 각 상 하나의 소자만이 사고전류를 부담하였지만 중성선이 있는 경우 각 상 2 개의 초전도 소자가 사고전류를 분담하여 제한하기 때문에 훨씬 빠른 시간 에 회복되는 것이다.그리고 일체형 보다 분리형 삼상 변압기형 초전도 한 류기가 중성선 유무에 관계없이 빠르게 회복하는 것을 확인할 수 있다.
그림 3-19(c),(d)는 280V 전압 인가 시 일체형과 분리형 삼상 변압기형 초 전도 한류기의 회복파형을 나타낸 것이다.그림 3-19(c)는 일체형 삼상 변압 기형 초전도 한류기로 각 상 초전도 소자 2개 모두 동시퀜치되어 각각 39.68[msce],40.22[msce],41.98[msce]동안 회복되었다.그림 3-19(d)는 분리 형 삼상 변압기형 초전도 한류기로 R상의 초전도 소자 2개가 동시 퀜치되 어 각각 24.12[msce],24.06[msce],23.43[msec]동안 회복되었다. 두 변압기 형 삼상 초전도 한류기는 전압이 증가할수록 그리고 사고주기가 길수록 중 성선이 없을 경우보다 회복시간이 많이 단축된 것을 확인할 수 있다.
그림 3-19중성선이 있는 3상 변압기형 초전도 한류기의 1선 지락사고 시 회복특성파형((a),(b)=200V,(c),(d)=280V)
Fig.3-19Recoverywaveformsofasuperconductingelementinthethree phasetransformer-typeSFCL withaneutrallinewhenthesingle
그림 3-20은 1선 지락사고 시 전압증가에 따른 초전도 소자의 회복시간을 나타낸 곡선이다.전압이 증가할수록 초전도 소자가 받는 전력량이 증가하 기 때문에 회복시간이 증가하게 되는 것을 확인할 수 있다.그리고 일체형 과 분리형 삼상변압기형 초전도 한류기는 중성선이 없을 때보다 중성선이 있는 경우 더 빠른 시간에 회복하는 것을 확인할 수 있다.
그림 3-201선 지락사고 시 전압증가에 따른 회복시간 곡선
Fig.3-20Recoverytimecurvesaccordingtoappliedvoltageduringthe singleline-to-groundfault
b. 2선 지락사고
그림 3-21은 중성선이 있는 경우 일체형과 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기의 재폐로 동작책무에 따른 2선지락 사고전류의 제한파형을 나타낸 것이다.각 상의 1,2차 권선의 수는 NP:NS:NT = 4:1:1이고,각 상 인가전압 은 200V,280V이다.
그림 3-21(a)은 일체형 삼상 변압기형 초전도 한류기로 R상의 사고전류는 각각 65.47[A],65.07[A],64.8[A]로 제한되었고,S상의 사고전류는 각각 -60.53[A],-59.2[A],-59.07[A]로 제한되었다.그림 3-21(b)는 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기로 R상의 사고전류는 각각 18.8[A], 17.73[A], 17.73[A]로 제한되었고,S상의 사고전류는 -18.93[A],-18.4[A],-19.2[A]로 제한되었다.2선 지락사고 발생 시에도 두 변압기형 삼상 초전도 한류기는 중성선의 유무에 관계없이 사고전류 제한파형의 차이가 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다.
그림 3-21(c)은 일체형 삼상변압기형 초전도 한류기로 R상의 사고전류는 각각 90.93[A],89.87 [A],89.9[A]로 제한되었고,S상의 사고전류는 각각 -85.33[A],-83.6[A],-83.07[A]로 제한되었다.그림 3-21(d)은 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기로 R상의 사고전류는 각각 19.33[A], 18.27[A], 19.07[A]로 제한되었고, S상의 사고전류는 각각 -31.31[A], -29.2[A], -29.2[A]로 제한되었다.전압이 증가하여도 두 변압기형 삼상 초전도 한류기 는 중성선의 유무에 크게 달라진 점이 없는 것을 확인할 수 있다.
그림 3-21중성선이 있는 3상 변압기형 초전도 한류기의 2선 지락사고 시 사고전류 제한파형 ((a),(b)=200V,(c),(d)=280V)
Fig.3-21Limitingfaultcurrentwaveformsofthethreephase transformer-typeSFCL withaneutrallinewhenthedouble line-to-groundfaultgenerated((a),(b)=200V,(c),(d)=280V)
그림 3-22(a),(b)는 200V 인가 시 일체형과 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기의 재폐로 동작책무에 따른 회복파형을 나타낸 것이다.그림 3-22(a) 는 일체형 삼상 변압기형 초전도 한류기로 각 상의 초전도 소자 2개가 동시 퀜치가 되어서 각각 16.39[msec],14.89[msec],13.02[msec]동안 회복되었다.
그림 3-22(b)는 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기로 R상과 S상의 초전 도 소자 2개가 동시퀜치가 되어서 각각 14.24 [msec],12.16[msec],10.72 [msec]동안 회복되었다.두 변압기형 삼상 초전도 한류기는 2선 지락사고일 때도 마찬가지로 중성선 유무에 따라 회복시간이 짧아지는 것을 확인할 수 있다.이는 1선 지락사고 회복특성과 같은 이유이다.그림 3-22(c),(d)는 280V 전압 인가 시 일체형과 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기의 재폐 로 동작책무에 따른 회복파형을 나타낸 것이다.그림 3-22(c)는 일체형 삼상 변압기형 초전도 한류기로 초전도 소자 6개가 동시퀜치가 일어나서 각각 20.47[msec],23.08[msec],26.38[msec]동안 회복되었다.그림 3-22(d)는 분리 형 삼상변압기형 초전도 한류기로 R상과 S상의 초전도 소자 2개가 퀜치되 어 각각 21.63[msec],19.25[msec],24.95[msec]동안 회복되었다.일체형 삼상 변압기형 초전도 한류기는 전압이 증가하더라도 중성선이 없는 경우보다 회 복시간이 짧아지는 것을 확인할 수 있다.이는 초전도 소자 6개가 동시퀜치 가 일어나서 초전도 소자가 받는 전력량을 분담하였기 때문이다.분리형 삼 상 변압기형 초전도 한류기는 발생한 사고상의 초전도 소자 2개가 동시퀜치 되어 전력량을 분담하였기 때문에 회복시간이 짧아진 것이다.
그림 3-22중성선이 있는 삼상 변압기형 초전도 한류기의 2선 지락사고 시 회복특성파형 ((a),(b)=200V,(c),(d)=280V)
Fig.3-22Recoverywaveformsofasuperconductingelementinthethree phasetransformer-typeSFCL withaneutrallinewhenthedouble
line-to-groundfaultgenerated((a),(b)=200V,(c),(d)=280V)
그림 3-23은 2선 지락사고 시 전압증가에 따른 초전도 소자의 회복시간을 나타낸 곡선이다.두 변압기형 삼상 변압기형 초전도 한류기는 중성선이 없 을 경우와 비교하였을 때 중성선이 있는 경우 회복시간이 짧아지는 것을 확 인할 수 있다.그리고 일체형 삼상변압기형 초전도 한류기는 6개의 초전도 소자가 전력부담을 하기 때문에 분리형 삼상변압기형 초전도 한류기와 거의 비슷한 회복시간을 나타내고 있는 것을 확인할 수 있다.
그림 3-232선 지락사고 시 전압증가에 따른 회복시간 곡선
Fig.3-23Recoverytimecurvesaccordingtoappliedvoltageduringthe doubleline-to-groundfault
c. 3선 지락사고
그림 3-24(a),(b)는 200V 전압 인가 시 일체형과 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기의 재폐로 동작책무에 따른 3선 지락사고전류 제한파형을 나 타낸 것이다.각 상의 1,2차 권선의 수는 NP:NS:NT =4:1:1이다.
그림 3-24(a)는 일체형 삼상 변압기형 초전도 한류기로 R상의 사고전류는 각각 66.67[A], 66[A], 65.73[A]로 제한되었고, S상의 사고전류는 각각 -60.27[A],-59.2[A],-58.8[A]로 제한되었다.그리고 T상의 사고전류는 각각 21.87[A],19.2[A],20.53[A]로 제한되었다.그림 3-24(b)는 분리형 삼상 변압 기형 초전도 한류기로 R상의 사고전류는 각각 18.8[A],17.87[A],18.7[A]로 제한되었고,S상의 사고전류는 각각 -18.93[A],-18.13[A],-18.87[A]로 제한 되었다.그리고 T상의 사고전류는 각각 14.8[A],14.4[A],14.67[A]로 제한 되었다.3선 지락사고 역시 두 변압기형 삼상 초전도 한류기는 중성선 유무 에 사고전류 제한이 큰 영향을 받지 않는 것을 확인할 수 있다.
그림 3-24(c),(d)는 280V 전원 인가 시 일체형과 분리형 삼상 변압기형 초 전도 한류기의 사고전류 제한파형을 나타낸 것이다.그림 3-24(c)는 일체형 삼상 변압기형 초전도 한류기로 R상의 사고전류는 각각 92.4[A],91.6[A], 91.3[A]로 제한되었고, S상의 사고전류는 각각 -85.33[A], -84.4 [A], -83.6[A]로 제한되었다.그리고 T상의 사고전류는 각각 22.53[A],20.13[A], 21.87[A]로 제한되었다.그림 3-24(d)는 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류 기로 R상의 사고전류는 각각 19.33[A],18.27[A],19.07[A]로 제한되었고,S 상의 사고전류는 각각 -29.2[A],-28.67[A],-27.73[A]로 제한되었다.그리고 T상의 사고전류는 각각 17.07[A],16.53[A],17.07[A]로 제한되었다.전압이 증가하더라도 두 변압기형 삼상 초전도 한류기는 중성선 유무에 관계없이 사고전류 제한의 차이가 없는 것을 확인할 수 있다.
그림.3-24중성선이 있는 삼상 변압기형 초전도 한류기의 3선 지락사고 시 사고전류 제한파형 ((a),(b)=200V,(c),(d)=280V)
Fig.3-24Limitingfaultcurrentwaveformsofthethreephase transformer-typeSFCL withaneutrallinewhenthetriple
그림 3-25(a),(b)는 200V 전압 인가 시 일체형과 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기의 재폐로 동작책무에 따른 회복파형을 나타낸 것이다.그림 3-25(a)는 일체형 삼상변압기형 초전도 한류기로 초전도 소자 6개가 동시퀜 치가 되어서 각각 15.35[msec],14.18[msec],15.48[msec]동안 회복되었다.그 리고 그림 3-25(b)는 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기로 각 상의 초전 도 소자 6개 모두 동시퀜치가 되어서 각각 13.44[msec],10.88 [msec], 12.75[msec]동안 회복되었다.일체형 삼상 변압기형 초전도 한류기가 다른 사고일 때보다 초전도 소자의 회복시간이 짧아진 것을 확인할 수 있는데 이 는 하나의 철심에 3상이 결합되어 있으므로 각 상의 초전도 소자가 사고전 류를 분담하였기 때문이다.그리고 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기 또 한 각 상의 초전도 소자들이 사고전류를 분담하였기 때문에 중성선이 없을 때보다 빠른 회복시간을 나타낸 것이다.그림 3-25(c),(d)는 280V 전압 인 가 시 일체형과 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기의 재폐로 동작책무에 따른 회복파형을 나타낸 것이다.그림 3-25(c)는 일체형 삼상 변압기형 초전 도 한류기로 각 상의 초전도 소자가 모두 동시퀜치되어 각각 27.84[msec], 26.52[msec],35.01[msec]동안 회복되었다.그림 3-25(d)는 분리형 삼상 변압 기형 초전도 한류기로 각 상의 초전도 소자가 모두 동시퀜치되어 각각 20.99[msec],25.41[msec],20.55[msec]동안 회복되었다.두 변압기형 삼상 초 전도 한류기는 전압이 증가하더라도 각 상의 초전도 소자의 동시퀜치로 다 른 지락사고의 회복시간보다 빠른 것을 확인할 수 있다.
그림 3-25중성선이 있는 삼상 변압기형 초전도 한류기의 3선 지락사고 시 회복특성파형((a),(b)=200V,(c),(d)=280V)
Fig.3-25Recoverywaveformsofasuperconductingelementinthethree phasetransformer-typeSFCL withaneutrallinewhenthetriple
그림 3-26은 3선 지락사고 시 전압증가에 따른 회복시간 곡선을 나타낸 것 이다.앞선 중성선이 없는 경우와 비교 시 두 변압기형 3상 초전도 한류기 의 초전도 소자 회복시간은 전압이 증가하더라도 많이 짧아진 것을 확인할 수 있다.이는 일체형 삼상변압기형 초전도 한류기는 6개의 초전도 소자가 모두 동시퀜치가 되어서 초전도 소자의 전력분담을 하기 때문에 빠른 시간 에 회복할 수 있으며,분리형 삼상변압기형 초전도 한류기는 발생한 사고상 의 초전도 소자 2개가 전력분담하기 때문에 중성선이 없을 때보다 빠른 회 복시간을 나타내고 있는 것이다.
그림 3-263선 지락사고 시 전압증가에 따른 회복시간 곡선
Fig.3-26Recoverytimecurvesaccordingtoappliedvoltageduringthe tripleline-to-groundfault
I V. 결 론
본 논문에서는 일체형과 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기의 사고유형 별 동작특성을 분석하였으며,중성선 유무에 따른 동작특성을 비교 분석하 였다.일체형 삼상 변압기형 초전도 한류기는 하나의 철심에 3상이 연결되 어 있는 구조를 가지고 있고,분리형 삼상변압기형 초전도 한류기는 하나의 철심에 한상만 연결되어 있는 구조이다.
그리고 본 논문에서 제시하고 있는 일체형 삼상 변압기형 초전도 한류기 에서 사고가 발생하였을 때 건전상에도 영향을 주게 되어 초전도 소자의 퀜 치현상이 발생하는 현상들을 분리형 삼상변압기형 초전도 한류기를 통하여 해결하였다.이러한 분석결과를 토대로 3상 시스템에서 발생하는 지락사고 를 실험함으로써 일체형 삼상 변압기형 초전도 한류기와 분리형 삼상 변압 기형 초전도 한류기의 사고전류 제한특성과 회복특성을 비교 분석하였다.
이러한 분석을 통하여 본 논문에서 얻은 결과는 다음과 같이 요약할 수 있 다.
1.일체형 삼상 변압기형 초전도 한류기는 사고가 발생하여 사고전류를 제 한할 때 사고가 발생한 상뿐만 아니라 사고가 발생하지 않는 건전상의 전류 도 증가하게 되었다.이는 하나의 철심에 3상이 연결되어 있으므로 사고가 발생한 상에서 자속이 발생하여 건전상에 영향을 끼치게 되기 때문이다.이 때 자속의 영향을 받은 건전상에서 전류가 발생하여 정상전류보다 높은 전 류가 흐르게 되는 것이다.그에 반해 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기 는 하나의 철심에 하나의 상만을 연결하기 때문에 사고가 발생하더라도 다 른 건전상에는 전혀 영향을 주지 않고 발생한 사고상의 사고전류만을 제한 하게 되므로 일체형 보다 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기가 사고전류 를 낮게 제한할 수 있었다.
2.분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기는 일체형 삼상 변압기형 초전도 한 류기보다 회복시간이 80msec이내에 회복되었다.중성선이 있는 경우에는 50msec이내에 모든 초전도 소자가 회복하는 것을 확인할 수 있었다.이는 중성선이 있는 경우에는 초전도 소자 모두 균일하게 소비전력을 분담하기 때문이고,중성선이 없는 경우에는 각 상의 초전도 소자 2개 중 하나의 소 자만이 퀜치되어 회복하기 때문에 회복시간이 길어지는 것을 확인할 수 있 었다.
이러한 분석결과로부터 분리형 삼상 변압기형 초전도 한류기는 일체형 삼상 변압기형 초전도 한류기보다 높은 사고전류 제한율을 가지고 있으며,빠른 회복시간으로 사고가 발생하였을 때 차단기의 역할을 분담할 수 있을 것으 로 생각된다.
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