1) 저항형 초전도 한류기의 전력부담 특성
본 논문은 저항형 초전도 한류기에서 초전도소자의 전력부담 문제를 개선하고자 고속 한류기를 제안하였다. 위의 실험 데이터를 통해 저항형 초전도 한류기의 사 고전류 제한특성을 파악하였다. 전력부담 실험의 경우 320V를 인가하여 사고발생 시 초전도체가 받는 전력부담을 분석하였다. 그림 4-21은 1선 지락 사고시 초전도 체의 소비전력을 나타낸다. 사고발생시 초전도체의 소비전력은 퀜치시 3279.48W로 나타났다. 이후 초전도체의 임피던스 상승으로 인해 전력이 감소하지만 약 70msec 동안 전력소비가 지속적으로 이뤄지는 것을 데이터를 통해 확인할 수 있다. 그림 4-22는 2선 지락 사고시 초전도체의 소비전력을 나타낸다. 1선 지락사고와 마찬가 지로 사고발생시 초전도체의 퀜치가 발생한다. 이때 초전도체의 소비전력은 R, S 상 각각 3241.07, 3236.23W로 나타났으며 약 70msec 동안 임피던스 상승에 따라 지속적으로 감소함을 알 수 있다. 그림 4-23은 3선 지락 사고시 초전도체의 소비 전력을 나타낸다. 초전도체가 퀜치시 소비전력은 R, S, T상 각각 3207.03, 3300.78, 2485.59W로 나타났다. 이후 소비전력은 점점 감소하지만 70msec 동안 지속적으로 전력부담이 이뤄지는 것을 알 수 있다. 저항형 초전도체의 경우 사고발생시 사고 전류를 빠르게 제한할 수 있는 장점이 있으나 지속적인 전력 부담으로 인해 열화 현상이 발생하여 초전도성이 깨질 수 있는 가능성이 농후하다.
그림 4-21 1선 지락 사고시 초전도체의 소비전력
Fig. 4-21 The power consumption of superconducting element during the single line-to-ground fault
그림 4-22 2선 지락 사고시 초전도체의 소비전력
Fig. 4-22 The power consumption of superconducting element during the double line-to-ground fault
그림 4-23 3선 지락 사고시 초전도체의 소비전력
Fig. 4-23 The power consumption of superconducting element during the triple line-to-ground fault
2) 고속 한류기의 전력부담 특성
앞 절에서 살펴본 저항형 초전도 한류기의 사고유형별 소비전력 특성실험을 통해 지속적인 사고전류 제한에 따라 초전도체에서 열화의 가능성이 있을 것으로 판단 하였다. 따라서 초전도체의 전력부담을 줄이기 위해 고속 한류기를 제안하였다. 고 속 한류기는 초기 사고의 피크전류를 줄여주고 선로변경을 통해 상전도체로 사고 전류를 제한함으로써 초전도체가 받는 전력부담을 줄일 수 있었다. 그림 4-24는 1 선 지락사고시 초전도체의 소비전력을 나타낸다. 사고발생시 초전도체가 퀜치되면 서 소비전력은 3260.61W 까지 상승하고 약 6msec 동안 전력소비가 발생한다. 그 림 4-25는 2선 지락사고시 초전도체의 소비전력을 나타낸다. 사고를 모의할 때 6msec 동안 R, S상 각각 3318.51, 3405.62W 까지 상승하였고 이후 고속 한류기의 스위칭 동작에 따라 상전도체가 사고전류를 제한함으로써 초전도체의 전력부담이 생기지 않게 된다. 그림 4-26은 3선 지락사고시 초전도체의 소비전력을 보여준다.
1, 2선 지락사고와 마찬가지로 6msec 동안 R, S, T상 각각 3234.37, 3300.78, 2186.52W 까지 상승하였고 이후 고속 한류기의 스위칭 동작을 통해 전력소비가 이뤄지지 않음을 데이터를 통해 확인할 수 있다.
그림 4-24 1선 지락 사고시 초전도체의 소비전력
Fig. 4-24 The power consumption of superconducting element during the single line-to-ground fault
그림 4-25 2선 지락 사고시 초전도체의 소비전력
Fig. 4-25 The power consumption of superconducting element during
그림 4-26 3선 지락 사고시 초전도체의 소비전력
Fig. 4-26 The power consumption of superconducting element during the triple line-to-ground fault
Ⅴ. 결 론
국내의 전력수요의 대부분은 수도권 지역에 밀집되어 있기 때문에 발·변전 설비 또한 집중되어 있다. 전력수요는 지속적으로 증가하는 반면 전력설비의 증설이 제 한됨에 따라 전력공급의 문제가 발생한다. 따라서 송·배전설로의 증설과 공급신뢰 도를 향상시키기 위한 방식으로 전력계통과 전력계통을 연계하는 망상방식을 채택 하여 운용되고 있다. 하지만 계통이 연계됨에 따라 임피던스가 감소하고 고장 발 생시 대전류가 흐르게 되어 사고를 유발하게 된다. 전력계통에는 보호설비가 설치 되어 있지만 증가하는 설비와 전력계통의 연계로 인해 정격차단용량이 초과되었 다. 또한 전력계통의 내·외적 사고발생시 차단기의 오작동과 전력기기의 파손으로 이어지며 나아가 고장범위가 확대되는 문제가 발생하게 된다. 이에 따라 사고전류 저감을 위한 방안으로 다양한 기술들이 제안되었다. 그 중 초전도한류기는 영저항 특성으로 인해 손실 없이 전류를 도통시키며 사고발생시 임피던스가 상승하여 사 고전류를 저감시키는 장점을 가진다. 하지만 초전도체의 내구성과 용량증대와 같 이 해결해야 할 문제가 많이 남아있다. 본 논문은 초전도한류기의 장점유지와 문 제점을 개선할 수 있는 고속 한류기를 제안하였다. 전력계통에 고장이 발생하면 초전도체를 통해 사고전류의 피크치를 제한하고 고속 한류기의 기계적 접점을 동 작시켜 선로를 변경시키는 구조이다. 변경된 선로에는 상전도체를 삽입하여 사고 전류를 제한시키며 전력계통의 용량에 따라 상시 상전도체의 임피던스값을 조정할 수 있는 장점을 갖는다. 실험을 통해 기존 연구된 저항형 초전도 한류기와 고속 한류기의 동작 특성을 분석하였다.
- 저항형 초전도 한류기의 동작 특성
이내에 초전도체의 퀜치로 인해 빠른 사고전류 제한동작을 수행하였다. 또한 전압 증가와 1, 2, 3선 지락사고 모의시 80% 이상의 사고전류 제한 효과가 있는 것으로 나타났다. 하지만 초전도체는 내구성이 검증되지 않은 상태이며 사고발생기간 동 안 지속적으로 고장전류에 대한 부담을 가지고 있기 때문에 열화에 따른 초전도성 이 깨질 가능성이 크다.
-고속 한류기의 동작 특성
고속 한류기의 경우 기계적 접점으로 선로를 변경하여 사고전류를 우회하는 방식 이다. 사고발생시 2ms 이내 초기 피크전류는 초전도체가 제한하며 선로변경을 통 해 상전도체가 사고전류를 부담하게 된다. 상전도체의 사고전류 제한율은 60% 이 상이며 저항형 초전도 한류기보다 다소 낮은 제한율을 보인다. 하지만 기계적 접 점을 이용한 동작을 통해 안정적으로 사고전류를 제한할 수 있다. 또한 계통의 용 량에 따라 상전도체의 임피던스를 자유로이 조절할 수 있는 장점을 갖는다.
- 초전도체의 전력부담 비교
저항형 초전도 한류기와 고속 한류기의 초전도체가 받는 전력부담을 비교한 결과 저항형 초전도 한류기의 경우 사고전류를 72.56ms 동안 지속적으로 부담하며 전력 소비가 이루어졌다. 반면 고속 한류기의 경우 6.61ms 동안 초기 사고전류만을 부 담하며 안정적인 스위칭을 통해 선로가 변경되어 사고전류가 우회하기 때문에 전 력소비가 이루어지지 않음을 확인하였다.
실험 결과 고속 한류기를 적용한 경우 초기 사고전류는 저항형 초전도 한류기와 동일한 효과를 얻는 것으로 확인되었다. 하지만 선로변경을 통해 상전도체가 사고 전류를 부담하면서 제한율이 보다 낮아지는 것을 확인하였다. 상전도체의 경우 초
전도체와 같이 냉각설비가 필요하지 않기 때문에 계통 상황에 맞는 임피던스값으 로 설정할 경우 사고전류 제한율이 상승할 것으로 사료되며 개선된 효과를 얻기 위해서는 지속적인 연구가 필요할 것이다.
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