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배전용 변전소 주변압기 중성점에 초전도 전류제한기 적용시 전류제한특성 분석
김진석*, 김명후*, 유일경*, 문종필*, 임성훈*, 김재철*, 현옥배**
숭실대학교*, 한국전력연구원**
Limiting Current Characteristics using Superconducting Fault Current Limiter on Neutral Line of Main Transformer in Distribution Substation
Jin-Seok Kim*, Myoung-Hoo Kim*, Il-Kyoung You*, Jong-Fil Moon*, Sung-Hun Lim*, Jae-Chul Kim*, Ok-Bae Hyun**
Soongsil University*, KEPRI**
Abstract - In this paper, the effect of SFCL which was applied on neutral line of main transformer in distribution substation was analyzed in addition to the position of SFCL among some cases which are studied. The result about the limiting current was compared with the effect with SFCL applied on feeder. The limiting current characteristics are similar to the effect of SFCL on feeder.
Therefore, this application of SFCL is required to protection coordination such as SFCL is applied on feeder.
1. 서 론
지속적인 전력수요의 증가로 인해 전력계통의 용량도 점차 증가하여 계통 고장시 고장전류가 급격히 증가하고 있다. 이 증가한 고장전류에 의하여 계통에 설치되어있는 차단기 및 보호기기의 차단용량을 초과하 여 계통에 악영향을 미치게 된다[1]. 이 고장전류를 감소시키는 여러 방 안이 있지만, 최근 평상시 전력손실을 줄이고, 고장전류를 저감할 수 있 는 방안인 초전도 전류제한기에 대한 많은 연구가 진행 중이다[2-3].
계통에 초전도 전류제한기를 적용할 때 변압기 2차측, 각 피더 인출 점, 모선의 병렬연결점에 설치하는 방안에 대해 전류제한특성 및 보호기 기에 대한 재정정 방안이 연구되었다. 이러한 적용위치보다 계통에서 빈 번히 발생하는 지락 고장에 대하여 초전도 전류제한기를 적용하고자 변 전소 주변압기 중성점에 설치하는 방안이 있다.
본 논문에서는 변전소 주변압기 중성점에 초전도 전류제한기를 적용 시 고장전류가 제한되는 특징에 대하여 분석하였다.
2. 본 론
2.1 배전계통 모델링
본 논문에서 초전도 전류제한기를 적용하기 위해 <그림 1>과 같이 배전계통을 모델링하였다. 모델링한 배전계통의 부하는 45 [MVA]이고, 2개의 일반 부하 피더와 1개의 집중 부하 피더로 구성하였다. 이 배전계 통은 <표 1>과 같이 적용이 되었고, 주변압기의 중성점에 2 [Ω]의 상 전도 저항을 갖는 초전도 전류제한기를 설치하였다. 고장 모의를 위한
<그림 1> 배전계통 모델링
항목 데이터
전원임피던스 154[㎸] / 1.75[%]
변압기 154/22.9[㎸], 45[MVA] / 15[%]
선로임피던스 (ALOC 160㎟)
Z
0= 8.68 + j22.86 [%]
Z
1= 3.48 + j7.44 [%]
부하
피더1 : 10[MVA] / p.f 95[%]
피더2 : 9[MVA] / p.f 95[%]
피더3 : 26[MVA] / p.f 95[%]
<표 1> 배전계통 모의 데이터
고장 발생점은 모선으로부터 1,500 [m]의 거리를 갖으며, 고장시 전류가 중성선에 흐르도록 비대칭 고장인 1선 지락 고장을 발생하였다. 이때, 선로에 고장전류에 대해 계통 보호를 위하여 각 피더에 차단기가 설치 되었으며, 일정 시간에 동작하도록 설정하였다.
2.2 시뮬레이션 결과
실험은 변전소 주변압기 2차측에 초전도 전류제한기의 설치 전․후에 대하여 고장전류의 저감 특징 및 피더 1에 적용하였을 경우 고장전류가 저감되는 특징을 비교 분석하였다[4].
<그림 2>는 초전도 전류제한기를 설치하지 하지 않은 경우 1선 지락 고장에서 흐르는 고장전류를 나타낸다. (a)는 피더 1에 흐르는 전류로 고장 발생 전 부하전류가 흐르지만, 고장으로 전류가 크게 증가하는 것 을 볼 수 있다. (b)는 중성선에 흐르는 전류로 평상시에 대칭 상태에 의 하여 흐르는 전류가 없지만, 비대칭 고장인 1선 지락고장으로 비대칭 성 분의 전류가 흐르는 것을 볼 수가 있다.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
-12 12 -9 -6 -3 0 3 6 9 -12 12 -9 -6 -3 0 3 6 9
C u rr en t [k A ]
Time [sec]
(b)
Cu rre n t [ k A ] (a)
<그림 2> 초전도 전류제한기 미설치시 고장전류 (a) 피더 1에 흐르는 전류
(b) 중성선에 흐르는 전류
<그림 3>은 각 피더 인출점에 초전도 전류제한기를 설치하여 1선 지 락고장을 발생하였을 경우 고장전류를 보여준다. 이는 변전소 주변압기 중성점에 초전도 전류제한기를 설치하였을 경우와 비교하기 위하여 실 행하였다[5]. 그 결과 초전도 전류제한기의 동작으로 피더 1에 흐르는 고장전류((a))와 비대칭 성분의 고장전류가 흐르는 중성선의 고장전류 ((b)) 모두 저감되는 특징을 볼 수가 있다.
<그림 4>는 초전도 전류제한기를 주변압기 중성점에 적용한 경우로 고장 발생시에 중성선에 비대칭 전류가 흐르는 점을 볼 수 있으며, 여기 에 흐르는 고장전류가 초전도 전류제한기에 의하여 저감되는 특징도 확 인 할 수 있다. 또한, 중성선에 흐르는 비대칭전류가 저감됨으로써 피더 1에 흐르는 고장전류 역시 저감되는 특징을 확인 할 수 있다.
<그림 5>는 앞의 두 사례에 대하여 비교하기 위한 그림이다. 그림에 서 나타나는 결과로 초전도 전류제한기를 설치하기 전의 고장전류가 각 피더 인출점과 변전소 주변압기 중성점에 설치하여 저감되는 특징을 볼 수 있으며, 각 사례에 대한 고장전류가 같은 고장 회로에 의하여 동일한 고장전류 저감 효과를 보여주는 점을 알 수 있다.
<그림 6>은 초전도 전류제한기를 변전소 주변압기 중성점에 설치하
였을 경우 초전도 전류제한기가 갖는 상전도 저항의 크기에 따라 고장
2009년도 대한전기학회 하계학술대회 논문집 2009. 7. 14 - 1 7
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0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
-12 12 -9 -6 -3 0 3 6 9 -12 12 -9 -6 -3 0 3 6 9
Without SFCL
Cu rre n t [k A ]
Time [sec]
(b) With SFCL 5ohm (a)
With SFCL 5ohm
With SFCL 2ohm With SFCL 2ohm Without SFCL
Cu rre n t [k A ]
<그림 6> 초전도 전류제한기의 저항크기에 따른 전류저감 특징 (a) 피더 1에 설치시
(b) 중성선에 설치시
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
-12 12 -9 -6 -3 0 3 6 9 -12 12 -9 -6 -3 0 3 6 9
Without SFCL
With SFCL With SFCL Without SFCL
Curren t [kA ] Cur re n t [kA]
Time [sec]
(b) (a)
<그림 3> 피더 1에 초전도 전류제한시 설치시 (a) 피더 1에 흐르는 전류
(b) 중성선에 흐르는 전류
-12 12 -9 -6 -3 0 3 6 9
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
-12 12 -9 -6 -3 0 3 6 9
Without SFCL Without SFCL
Curre n t [kA ]
(b) (a)
With SFCL
With SFCL
Current [kA]
