차단부 선정 및 동작성능 실험

2. 차단부 선정 및 동작성능 실험

b. DC 차단기 동작성능 실험 : Susol M-DCCB

그림 4-19는 LS산전의 Susol DC 회로 차단기의 동작성능 실험 그래프이다.

초전도체는 DC 차단기의 동작지연시간 동안 전류 및 전력을 분담하며, 차단기의 차단내력을 초과하는 고장전류가 발생할 경우 고장전류의 크기를 차단내력 이하로 제한하는 역할을 한다. 만약, 초전도체가 고장전류의 크기를 과제한 하여 차단기의 트립전류 이하까지 제한시킬 경우 DC 차단기를 개방되지 않는다. 즉, 초전도체에 인가되는 전력이 과부담 되어 초전도체의 파손 가능성만 증대된다. 초전도체의 최소 및 최대 한류 임피던스 크기를 선정하기 위해 상용 DC 차단기인 Susol. DC 차단기의 최소 트립전류 측정실험을 진행하였다. 본 논문을 위해 구축된 DC 전력 시험설비는 최대 고장전류를 1[kA]까지 모의할 수 있으나, 환경적인 요인으로 인해 최대 800[A]까지 발생 가능하다. 그러므로 정격전류 16, 32, 50[A]인 차단기만 선정 하여 실험하였다. 인가전압은 611[V]이고 정상부하는 26.91[Ω]으로 설정하였다.

그림 4-19 (a), (b) 정격전류 16[A] DC 차단기의 최소 트립전류를 측정한 그래 프이다. 그림 4-20 (a)는 고장부하를 1.8[Ω]으로 설정하여 366[A]의 고장전류를 발 생시켰다. 그 결과, 고장전류는 약 94[msec]동안 도통되다가 그 이후에 정상전류 크기와 같게 감소되었다. 이는 차단기가 트립동작을 수행하지 못해 사고발생장치 시스템에서 메인차단기가 자동으로 고장신호를 차단한 것이다. 그림 4-20 (b)는 고장 부하를 1.61[Ω]으로 설정하여 380[A]의 고장을 모의하였다. 그 결과 차단기는 주 차단기가 강제로 차단하는 동작시간인 94[msec] 보다 빠른 약 24.23[msec]

이내에 트립되었고 고장전류 감소율은 15.68[A/msec]이다.

그림 4-19 (c), (d)는 정격전류 32[A] DC 차단기의 트립전류 측정그래프이다.

그림 4-19 (c)는 고장 부하를 1.67[Ω]으로 설정하여 365[A]의 고장전류를 모의하였 다. 그 결과, 그림 4-19 (a)와 같이 94[msec] 이후에 고장선로가 개방되었고 이는 차단기가 트립동작을 수행하지 못하였음을 의미한다. 그림 4-19 (d)는 고장부하를 1.58[Ω]으로 설정하였고 고장전류는 387[A]이다. 이때 약 17.48[A/msec]로 고장전류 크기를 감소시켜 주 차단기의 동작시간 이내에 차단이 완료되었다.

(a) 16[A] DCCB, RF=1.81[Ω] (b) 16[A] DCCB, RF=1.61[Ω]

(c) 32[A] DCCB, RF=1.67[Ω] (d) 32[A] DCCB, RF=1.58[Ω]

(e) 50[A] DCCB, RF=1.29[Ω] (f) 50[A] DCCB, RF=1.13[Ω]

Fig. 4-19 Susol DCCB minimum trip current measurement

그림 4-19 (e), (f)는 정격전류 50[A] DC 차단기의 최소 트립전류 측정 그래프이 다. 그림 4-19 (e)는 고장부하를 1.29[Ω]으로 설정하였다. 이에 따라 고장전류의 크기는 475[A]가 발생하였다. 그림 4-19 (a), (c)와 마찬가지로 약 94[msec] 이후 고 장신호가 차단된 것을 보면 차단기가 트립동작을 수행하지 못하였음을 알 수 있다.

그림 4-19 (f)는 고장 부하를 1.13[Ω]으로 설정하여 약 542[A]의 고장전류를 발생시 킨 그래프이다. 마찬가지로 1[msec]에 15.48[A]의 기울기로 고장전류의 크기를 감소 시켜 주 차단기보다 빠르게 고장전류를 소호시켜 차단동작이 완료됨을 확인하였다.

Susol DC 차단기 최소 트립전류를 측정한 동작특성 실험은 초전도선재의 설계 사양 중 최대 한류 임피던스 크기를 선정할 때 고려되는 요소이다. 초전도선재의 최대 한류 임피던스 크기는 결합되는 DC 차단기의 차단 용량에 따라 다르다.

위에서 제시된 차단기를 기준으로 보면, 초전도선재가 16, 32[A]용 차단기와 결합 될 경우, 초전도선재는 최대 1.57[Ω]을 초과하지 않도록 설계해야 한다. 그리고 50[A]용 차단기와 초전도선재가 결합될 경우 초전도선재의 최대 한류 임피던스 크기는 1.1[Ω]을 넘지 않도록 설계해야 한다. 왜냐하면 초전도선재의 한류 임피던 스 크기가 위에서 제시된 최대 한류 임피던스 크기인 1.57, 1.1[Ω]보다 더 큰 값으 로 설계될 경우 초전도선재가 고장전류의 크기를 차단기의 트립전류 보다 더욱 낮게 제한함으로써 차단기가 동작을 하지 않게 된다. 차단기가 차단동작을 수행하 지 않음으로써 초전도선재는 단시간이 아닌 고장이 발생되는 시간 내내 온전히 전력을 부담하게 된다. 한류형 초전도 DC 차단기에서 초전도선재의 역할은 DC 차단기의 계전 및 접점 개극으로 인해 발생되는 단시간인 지연동작 구간에 고장을 분담하는 역할이다. 즉, 최소 사용으로 최대한의 효과를 도출하는 것이 목표이다.

그러나 차단기가 동작하지 않아 고장이 발생하는 전 구간동안 고장을 부담할 경우 초전도선재는 파손 및 손상될 가능성이 크다. 초전도선재의 파손 및 손상을 예방하거나 초전도선재가 파손될 경우에 소요되는 경제적인 비용은 차단기 교체와 는 비교할 수 없을 정도의 큰 비용이 발생할 수 있으므로 설계할 때 반드시 고려 해서 설계해야 하며 다음 장에서 실험을 진행할 때 주의 깊게 분석할 부분이다,