KR100441955B1 - 하이브리드형 초전도한류기의 직렬연결에 대한 괜치시점조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 저항스위치를 사용한 초전도 한류기에서 직렬연결된 한류소자간에 필연적으로 발생되는 파워 불균형을 해소하고자 철심 코아를 이용한 하이브리드형 초전도한류기의 도입을 통하여 한류소자간에 동시괜치를 통한 동시저항발생을 유도하는것 으로서, 먼저 하이브리드형 초전도한류기의 직렬연결에 대한 괜치시점 조절방법으로 변압기 코아 여러개를 이용하여 1차측을 하나로 연결하고 2차측을 각각 초전도 한류소자에 연결함으로써 1차측과 2차측의 자속결합을 통하여 초전도 한류소자간 괜치저항발생 시작시점의 차이를 줄이는 것과, 변압기 코아한개를 써서 1차측에 계통 선로를 연결한 다음 2차측에 여러개의 권선을 감는 구조를 함으로써 1, 2차측 권선간에 자속결합 뿐만 아니라 2차측 상호간에도 자속결합을 이룸으로써 2차측 전류가 상호작용을 통한 재분배가 발생하도록 설계하여 각 권선에 연결된 초전도 한류소자의 동시괜치를 유도할 수 있도록 하는 것이다.

Description

하이브리드형 초전도한류기의 직렬연결에 대한 괜치시점 조절장치{quench controllor of hybrid type superconducting fault current limiters for their serial connection}

본 발명은 하이브리드형 초전도한류기의 직렬연결에 대한 괜치시점 조절장치에 관한 것으로서, 더 자세하게는 여러개의 변압기 코아를 사용하여 1차측 권선을 직렬연결하여 전력계통의 선로와 연결한 다음 2차측 권선에 각각 초전도 한류소자를 연결함으로써 1, 2차측 권선간에 자속결합을 유도시킴으로서, 2차측 권선의 한류소자간 괜치시작시점이 서로 약간 다르더라도 1, 2차측 권선간의 자속결합에 의하여 2차측 권선간에 전류재분배를 유도하여 괜치시작시점의 차이를 줄여주게 되며, 1, 2차측 권선간에 변압기 코아 1개만을 사용하여 2차측 권선간에도 자속결합을 유도하여 1, 2차측 권선간 및 2차측 권선간의 자속결합을 상호 유도하여 2차측 권선간의 전류재분배를 촉진시켜 2차측 권선이 마치 병렬연결된 것처럼 거동하도록 하여 동시괜치를 구현하는 하이브리드형 초전도한류기의 직렬연결에 대한 괜치시점 조절장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전력계통의 어느 한 곳에 1선 지락사고와 같은 계통 사고가 발생하였을 때, 사고지점에서 가장 가까운 차단기가 동작하여 사고를 제거하게 된다. 이때 차단기의 동작시간은 3∼6 cycle (약 50∼100 msec) 이 소요되는데, 차단기의 전단에 설치하여 운용되는 초전도 한류기는 사고전류를 신속하게 미리 설계된 값으로 억제(약 1 msec이내)하여 선로에 연결되어 있는 각종 기기의 손상을 억제할 뿐만 아니라 차단기의 차단용량을 증대하는 효과를 가져온다.

이러한 초전도 한류기를 실용화급으로 개발하기 위해서는 한류소자간 직렬연결이 필수적이다.

그러나 단순직렬연결은 한류소자간의 작은 괜치전류밀도의 차이에도 심한 파워불균형을 초래한다. 이러한 파워불균형은 먼저 괜치되는 한류소자에 션트저항을 병렬로 연결함으로써 해결할 수는 있으나 이는 션트저항에서의 저항손을 피할 수 없을 뿐만 아니라 인가전압에 따라 션트저항값이 달라지는 단점을 가지고 있다.

따라서 한류소자간 안정적인 동시괜치구현은 초전도 한류기 운전의 안정성 및 실용화를 위한 전압등급 상승을 위해 매우 중요한 요소이다.

초전도 한류기는 일정전류에 대해서는 전기저항이 "0"가 되고 설계치 이상의 과전류에 대해서는 상전도체화 되어 전기저항이 순간적으로 발생하는(이상 "괜치현상") 초전도체 고유의 성질을 이용하는 기기이다.

종래의 직렬연결시 동시괜치 유도방안은 괜치가 먼저 시작되는 소자순으로 션트저항을 병렬로 연결하여 인가전압에 따라 적절히 션트저항값을 조절함으로써 한류소자간 동시괜치를 유도하는 방안이 사용되었다.

그러나, 이 종래의 방법은 사고 발생시 션트저항으로 일부 전류가 통전됨으로써 저항손이 발생하고, 인가전압에 따라 션트저항값을 조절해 주어야 하며, 여러개의 션트저항을 사용하기 때문에 부피가 지나치게 커지는 단점을 안고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 첫 번째로 하이브리드형 초전도 한류기의 직렬연결시 각 한류소자간에 필연적으로 발생하는 괜치시작시점의 상이에서 비롯되는 심한 파워불균형을 해소하고자 여러개의 변압기 코아를 사용하여 1차측을 직렬로 연결하고, 2차측 권선의 각각에 초전도 한류소자를 연결함으로써 1, 2차 권선간에 자속결합을 통하여 괜치시작시점의 차이를 줄여주는 방법을 제시하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 하이브리드형 초전도 한류기에 한 개의 변압기 코아를 사용하여 2차측 코아에 상호 독립된 권선을 여러개 감아 한류소자를 연결함으로써 1, 2차 권선간의 자속결합뿐만 아니라 2차측 권선간에도 자속결합을 유도하여 사고시 한류소자간 전류재분배를 더욱 촉진하여 동시괜치를 유도하는 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막형 초전도 한류기의 구부러짐 형태로 패턴한 모양의 정면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 여러개의 변압기 코아를 사용한 경우의 1, 2차측 권선의 결선도를 나타내는 회로도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단 한 개의 변압기 코아를 사용한 경우의 하이브리드형 초전도한류기에 사고 발생장치를 연결한 회로 시험장치를 나타내는 회로도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초전도 한류소자의 단순 직렬연결시 괜치시작시점의 차이를 나타내는 그래프이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 여러개의 변압기 코아를 사용한 경우 초전도 한류소자의 괜치시작시점의 개선파형을 나타내는 그래프이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 한 개의 변압기 코아를 사용한 경우 초전도 한류소자의 동시괜치구현 파형을 나타내는 그래프이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 초전도 한류기를 포함한 전력계통시스템의 개략도를 나타내는 블럭 구성도이다.

-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-

10. 입력단자 11. 출력단자

12. 사고발생장치 13. 하이브리등형 초전도 한류기

14. 데이터 획득장치

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.

참고로 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 하이브리드형 초전도 한류기(13)는 전류를 입력하기 위한 입력단자(10)와, 상기 하이브리드형 초전도 한류기(13)를 통과한 전류를 출력단으로 출력하기 위한 출력하기 위한 출력단자(11), 싱기 입력단자(10)와 상기 출력단자(11)를 통해 송전선로의 일부로 사용되며 초전도체로 이루어지는 것으로서 구부림 형태로 이루어져 있다.

또한, 상기 하이브리드형 초전도 한류기(13)는 입력단자(10)로부터 입력되는 전류를 통해 사고를 발생시키고 일정시간동안 전류를 흘려준 다음 회로를 개로하는 사고발생장치(12)와, 출력신호를 검출하고 분석하기 위한 데이타 획득장치(14)가 연결되어 있다.

첨부된 도면 도 1은 본 발명에 따른 초전도 한류기(13)를 구부림 형태로 패턴한 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 하이브리드형 초전도 한류기(13)에서 여러개의 변압기 코아를 사용한 경우의 초전도 한류소자의 결선 회로도를 나타낸다. 도 3은 한 개의 변압기 코아를 사용한 경우 1, 2차측 권선과 초전도 한류소자를 결선하는방법을 보여주는 결선 회로도를 나타내며, 도 4는 괜치 전류밀도가 거의 똑같은 3개의 초전도 한류소자를 단순히 직렬로 연결하였을 때 괜치시작시점의 현저한 차이를 보여주는 데이터이다.

도 3에서 보듯이 본 발명의 (V₀)은 시스템의 정격전압을 나타내며, (R₀)은 자속 누설에 의한 상차를 보정하기 위한 표준저항으로써 0.5 [Ω]이다. 부하저항 (R_L)은 정상상태 전류와 가혹한 조건에 대한 실험을 위하여 필요에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 여기서는 정상상태에서 회로에 흐르는 전류값이 임계전류이하가 되도록 조절하였다.

이때 회로 소자값은 박막의 임계전류 및 전류제한 특성을 고려하고 최초 괜치조건 및 최종 전류제한 조건을 감안하여 필요한 값으로 결정한다. 여기서 중요한 점은 사고발생장치(12)에서 정상전류의 20 ∼ 30배 이상의 사고전류를 3∼7 cycle 동안 흘려준 다음 곧바로 사고발생장치(12)를 통하여 전류를 끊어준 다음 액체질소내에서 급속하게 냉각을 하여야 한다.

도 4에서 보듯이 본 발명은 괜치된 한류기3(여기서는 SFCL3)가 대부분의 파워를 감당하고 한류기2(SFCL2)의 경우는 전혀 괜치가 발생하지 않았다는 것이다. 아래식 (1)과 (2)는 단순 직렬연결의 경우 인가전압과 직렬로 표준저항(R0)과 부하저항(RL)을 삽입한 다음, 다수의 초전도 한류기(SFCL1, SFCL2, SFCL3)를 직렬로 연결한 경우의 회로 방정식을 나타낸다. 수식에서 알 수 있는 바와 같이 한류기간 상호결합은 전혀 없음을 확인할 수 있다.

이렇게 되면 먼저 괜치된 한류기3(여기서는 SFCL3)가 감당할 수 있는 전압값 이상으로는 인가전압을 올릴 수 없기 때문에 직렬연결의 의미가 거의 없어지게 된다.

본 발명의 도 5는 여러개의 변압기 코아를 사용하여 1차측 권선을 직렬연결한 다음, 2차측에 각각 초전도 한류기를 연결한 구조에 대한 한류기(13)의 괜치시작시점에 대한 데이터로서 도 4에 비하여 각 한류소자가 갖는 괜치시작시점의 차이가 현저히 개선되었음을 확인할 수 있다. 아래 수식 (3) 내지 (6)은 도 2의 회로도를 회로 방정식으로 나타낸 것이다. 수식에서 확인할 수 있는 바와 같이 수식 (1)와 (2)에 비하여 1, 2차측간의 자속결합 항목이 추가되어 있다.

본 발명의 도 6에서는 단 한 개의 변압기 코아를 사용하여 2차측 코아에 여러개의 권선을 한 다음, 각 권선에 초전도 한류기(13)를 연결한 구조에서 괜치시작시점을 보여주는 데이터이다. 도 6에서 보는 바와 같이 2차측 권선간의 자속결합이 강화되어 한류소자간에 동시괜치가 구현되는 것을 확인할 수 있다. 아래 수식 (7)내지 수식(10)은 도 3의 회로도를 회로 방정식으로 나타낸 것이다. 수식에서 확인할 수 있는 바와 같이 수식 (3)내지 (6)에 나타나 있는 1, 2차측간의 자속결합 항목에다가 2차측 상호간의 자속결합 항목이 추가되어 있다.

이 방법은 지금까지 동시괜치를 유도하기 위해 사용된 션트저항 삽입 방법의 번거로음을 피하면서도 거의 완벽하게 동시괜치를 유도할 뿐만 아니라 션트저항이 갖는 저항손도 현저히 개선하는 효과를 갖고 있다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 하이브리드형 초전도 한류기에 대하여 첫째로여러개의 변압기 코아를 사용하여 1, 2차 권선간에 자속결합을 유도함으로써 초전도 한류소자간 괜치시작시점의 차이를 현저하게 줄여주는 메카니즘을 제시하였으며, 두 번째로 단 한 개의 변압기 코아를 사용하여 1, 2차측 권선뿐만 아니라 2차 권선간에도 자속결합을 강화함으로써 초전도 한류소자간 괜치시작시점을 동일하게 하는 동시괜치를 유도하는 효과를 가져올 수 있다.

Claims (2)

1. (삭제)
2. (정정)하이브리드형 초전도 한류기에 있어서 상기 하이브리드형 초전도한류기가 단일개의 변압기 코아에 1차측 및 2차측 권선과 2차측 권선간에 자속 결합되어 괜치시작시점 혹은 저항 발생시점의 차이를 제거하는 하이브리드형 초전도한류기의 직렬연결에 대한 괜치시점 조절장치.