KR101066965B1 - 초전도 케이블 보호 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초전도 케이블 보호 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 초전도 케이블을 고장전류로부터 보호하는 초전도 케이블 보호 장치에 있어서, 초전도 케이블에 내재되며 초전도 케이블의 각 상별 초전도 코어에 자기적으로 결합된 쉴드선 및 쉴드선과 초전도 코어 사이에 초전도 케이블의 작용 인덕턴스를 조절하는 저항 조절부를 포함하되, 각 상별 초전도 코어 중 어느 하나의 초전도 코어에서 측정된 상별 전류 또는 초전도 케이블에서 측정된 3상 전류 중 어느 하나의 전류가 설정된 기준전류값 이상의 고장전류가 인가되면 저항 조절부의 저항을 증가시키는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 보호 장치를 제공할 수 있다.

Description

초전도 케이블 보호 장치 및 방법{PROTECTIVE DEVICE AND METHOD FOR SUPER CONDUCTOR CABLE}
본 발명은 초전도 케이블 보호 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전력 계통의 보호는 과전류 계전기에서 고장 전류를 검출하면 차단기를 동작시켜 고장전류를 차단한다. 이때, 차단기에서 고장을 감시하고 차단하는 데는 수 내지 수십 사이클의 시간이 필요하나, 이 시간 동안 고장 전류는 전력 케이블에 정상전류 또는 정격전류의 수 내지 수십배의 전류가 흐른다.
이러한 고장전류는 전력 계통 및 부하에 공급되어 계통을 구성하는 전력 기기 또는 부하를 파손할 수 있다.
초전도체를 이용한 초전도 케이블의 경우 차단기를 사용할 경우에, 고장 전류를 감지하고 차단하는 데 수 내지 수십 사이클의 시간이 흐르면 초전도 케이블을 구성하는 냉매가 증발하는 퀸치(quench) 현상이 발생한다. 즉, 초전도 케이블은케이블의 초전도체는 초전도 상태에서 저항이 0[Ω]인 특성을 갖지만 초전도 상태를 벗어나면 일반 도체인 구리에 비해 더 큰 저항을 갖게 된다. 초전도 케이블이 초전도 상태에서 동작하다 고장 전류에 의해 상전도 상태로 상태가 변하면 저항에 의한 발열이 발생되며 발열에 의해 퀸치 현상이 발생되어 초전도 케이블을 사용할 수 없게 되는 문제가 있다.
또한, 초전도 케이블이 연결된 전력 계통에 고장 전류가 인가되면 상술한 바와 같이, 전력 기기 또는 부하 기기가 파손될 수 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 고장전류가 발생하면 초전도 코어와 병렬 연결된자기적으로 결합된 쉴드선의 저항을 가변하여 초전도 케이블의 작용 인덕턴스를 가변시켜 초전도 케이블에 인가되는 고장전류를 제한할 수 있는 초전도 케이블 보호 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하는 과제는 고장전류가 발생하면 초전도 코어와 병렬 연결된자기적으로 결합된 쉴드선을 오픈 시키는 차단기를 이용하여 초전도 케이블에 고장전류 인가로 인한 파손을 방지할 수 있는 초전도 케이블 보호 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 초전도 케이블을 고장전류로부터 보호하는 초전도 케이블 보호 장치에 있어서, 초전도 케이블에 내재되며 상기 초전도 케이블의 각 상별 초전도 코어에 병렬로 연결된코어와 자기적으로 결합된 쉴드선; 및 상기 쉴드선과 상기 초전도 코어 사이에 상기 초전도 케이블의 작용 인덕턴스를 조절하는 저항 조절부를 포함하되, 상기 각 상별 초전도 코어 중 어느 하나의 초전도 코어에서 측정된 상별 전류 또는 상기 초전도 케이블에서 측정된 3상 전류 중 어느 하나의 전류가 설정된 기준전류값 이상의 고장전류가 인가되면 상기 저항 조절부의 저항을 증가시키는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 보호 장치를 제공할 수 있다.
상기 초전도 케이블 보호 장치는 상기 초전도 케이블에 전류 공급을 차단하는 제1 차단기를 더 포함할 수 있다.
상기 저항 조절부는 초전도체로 형성되어 상기 쉴드선의 저항을 가변하는 가변 저항 소자일 수 있다.
상기 초전도 케이블 보호 장치는 상기 고장전류가 증가하면 상기 가변 저항의 저항값을 증가시킬 수 있다.
상기 저항 조절부는 상기 쉴드선에 공급되는 전력을 차단하는 제2 차단기일 수 있다.
상기 제2 차단기는 상기 고장전류가 인가되면 상기 쉴드선에 인가되는 전류를 차단할 수 있다.
상기 기준전류값은 상기 초전도 케이블의 정격전류와 상기 초전도 케이블의 안전성 함수와의 곱으로 계산될 수 있다.
상기 쉴드선은 각 상별로 구비되며, 상기 각 상별로 구비된 쉴드선은 서로 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 초전도 케이블을 사용하는 전력 계통을 보호하는 초전도 케이블 보호 방법에 있어서, (a) 초전도 케이블의 각 상별 전류 또는 3상 전류를 측정하는 단계; (b) 상기 측정된 상별 전류 또는 상기 3상 전류를 설정된 기준전류값과 비교하는 단계; (c) 상기 상별 전류 또는 상기 3상 전류가 상기 기준전류값 이상일 경우 상기 초전도 케이블의 각 상별 초전도 코어와 병렬로 연결된자기적으로 결합된 쉴드선과 연결된 저항 조절부의 저항값을 가변하여 상기 초전도 케이블의 작용 인덕턴스를 가변하는 단계; 및 (d) 제1 차단기를 차단하여 상기 초전도 케이블에 공급되는 전류를 차단하는 단계를 포함하는 초전도 케이블 보호 방법을 제공할 수 있다.
상기 기준전류값은 상기 초전도 케이블의 정격전류와, 상기 초전도 케이블의 안전성 함수와의 곱으로 계산될 수 있다.
상기 단계 (c)는 상기 상별 전류가 상기 기준전류값 이상일 경우 제2 차단기를 차단하여 상기 쉴드선에 인가되는 전류를 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 쉴드선에 저항 조절부를 구비하여 고장전류가 인가되면 수 사이클 이내에 초전도 케이블에 인가되는 고장전류를 줄여 초전도 케이블의 발열을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 전력 계통에 고장이 발생하여 고장전류가 발생하면 수 사이클 이내에 고장전류를 저감시킬 수 있어 초전도 케이블 발열로 인한 퀸치 현상을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 전력 계통에 고장이 발생하여도 초전도 케이블에 인가되는 고장전류가 급속히 저감되어 계통에 설치된 전력 기기 또는 부하에 설치된 기기의 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 계통 시스템을 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 초전도 케이블에 연결된 초전도 케이블 보호 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 도 1에 도시된 초전도 케이블의 단면을 도시한 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 초전도 케이블의 a상 초전도 코어를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초전도 케이블 보호 방법을 순차적으로 도시한 흐름도.
도 6a 내지 6c는 초전도 케이블 보호 장치의 모의 실험을 위한 회로도들.
도 7a 내지 도 7c는 도 6a 내지 6c의 회로도에서 고장종류에 따라 고장 시험을 실시한 이후의 전체 고장 전류 파형을 도시한 그래프들.
도 8a 내지 도 8c는 고장 시작점에서 고장 전류 파형을 확대한 그래프들.
도 9는 도 6a 내지 6c의 회로도에 각 상별로 고장전류를 비교한 그래프.
도 10은 도 6a 내지 6c의 회로도에서 각 고장 시험별로 발생되는 초전도 케이블의 온도를 비교한 그래프.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 초전도 케이블 보호장치, 이를 이용한 초전도 케이블 보호 장치 및 방법에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 계통과 초전도 케이블 보호 장치를 계략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 전력 계통은 변압기(700), 제1 차단기(200), 제3 차단기(500), 제4 차단기(600), 초전도 케이블(100), 일반 전력 케이블(400), 부하(800)를 포함하며, 초전도 케이블 보호 장치는 쉴드선(도 2의 151 내지 153) 및 저항 조절부(300)를 포함한다.
변압기(700)는 통상의 변압기기로, 고전압을 저전압으로 변압한다. 본 발명의 실시 예에서 변압기(700)는 154kV의 고전압을 22.9kV의 저전압으로 변압한다.
제1 차단기(200)는 초전도 케이블(100)과 변압기(700) 사이에 형성되어 초전도 케이블(100)에 인가되는 전류를 차단한다. 제1 차단기(200)는 과부하, 1선 지락, 선간 단락, 3상 단락 등의 원인으로 고장전류가 발생하면 초전도 케이블(100)에 인가되는 전류를 차단한다.
제2 차단기는 초전도 케이블(100)의 쉴드선에 인가되는 전류를 차단한다. 제2 차단기에 대한 설명은 후술하도록 한다.
제3 차단기(500)는 일반 전력 케이블(400)과 변압기(700) 사이에 형성되어 고장전류 발생 시 일반 전력 케이블로 인가되는 전류를 차단할 수 있다.
제4 차단기(600)는 변압기(700)측에 형성되어 변압기(700) 이후의 케이블에 인가되는 전류를 차단한다.
초전도 케이블(100)은 초전도 현상을 이용하여 초전도 상태에서 저항을 0옴으로 유지하여 부하(800)에 전력을 전송한다.
일반 전력 케이블(400)은 부하(800)에 전력을 공급한다.
본 발명에서는 초전도 케이블(100)과 일반 전력 케이블(400)이 동시에 사용된 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 전력 계통이 초전도 케이블(100) 만으로 이루어질 수 있다.
저항 조절부(300)는 고장 전류 발생시 저항을 증가시켜 초전도 케이블(100)과 쉴드선 사이의 작용 인덕턴스를 증가시킨다. 초전도 케이블(100)은 작용 인덕턴스가 증가하면 케이블에 흐르는 전류량을 제한할 수 있다. 이에 따라, 고장전류 발생시 신속하게 전류를 제한하여 전력 계통의 기기 또는 초전도 케이블의 손상을 방지할 수 있다.
저항 조절부(300)는 초전도체로 제조된 가변저항 또는 제2 차단기를 사용할 수 있다.
가변저항은 고장전류가 인가되면 저항이 증가하여 쉴드선의 임피던스를 증가시켜 쉴드선을 통해 흐르는 전류를 감소시킬 수 있다.
제2 차단기는 가변 저항을 대체하여 쉴드선에 배치될 수 있다. 제2 차단기는 고장전류가 인가되면 쉴드선을 오픈시켜 쉴드선에 인가되는 전류를 차단한다.
이에 대한 설명은 도 2 내지 도 11을 참조하여 더 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 케이블 보호 장치를 계략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 초전도 케이블의 일 실시 예를 도시한 단면도이며, 도 4는 도 3에 도시된 제1 초전도 코어를 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 초전도 케이블(100)은 3상의 초전도 코어들(110 내지 130)을 포함할 수 있다.
초전도 케이블(100)은 3상의 초전도 코어들(110 내지 130)을 감싸며, 냉각하는 액체질소(105), 액체질소(105) 외측에 액체질소(105)를 내재하는 내부관(104), 내부관(104) 외측에 열절연체(103), 열절연체(103) 외측에 외부관(102) 및 케이블 외피(101)를 포함한다. 여기서, 내부관(104)은 주름진관 형태로 형성될 수 있다.
a상 초전도 코어(110), b상 초전도 코어(120), c상 초전도 코어(130) 각각은 포머(111), 초전도선(112), 절연체(113), 쉴드선(151) 및 외피(114)를 포함할 수 있다. 초전도선(112)과 쉴드선(151)은 초전도체로 형성될 수 있다.
쉴드선(151)은 초전도 코어(110)와 자기적으로 결합된다. 쉴드선(151)에는 저항 조절부(300)가 형성될 수 있다. 도 2에서는 저항 조절부(300)로 가변 저항(310)을 사용한 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 저항 조절부(300)로 스위치 소자를 사용할 수 있다, 스위치 소자는 예를 들면 차단기일 수 있다.
쉴드선(151)은 도 2에 도시된 바와 같이, 3상의 초전도 쉴드선들(151 내지 153)이 서로 연결될 수 있다. 서로 연결된 3상의 초전도 쉴드선들(151 내지 153)은 어느 하나의 쉴드선에 저항이 증가하면 다른 상의 저항도 동시에 증가하여 각 상에 흐르는 전류를 조절할 수 있다.
가변 저항(310)은 초전도체로 형성될 수 있다. 가변 저항(310)은 각 상별 전류를 측정하는 과전류 계전기(210 내지 230)에서 측정된 전류량에 따라 저항값이 조절된다. 가변 저항(310)은 각 상별로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 초전도 케이블(100)에 쉴드선(151) 및 쉴드선(151)에 연결된 저항 조절부(300)를 이용하여 초전도 케이블(100)의 작용 인덕턴스를 조절함으로써 고장전류 발생시 고장전류가 인가된 이후 수 사이클 이내에 초전도 케이블(100)에 흐르는 전류를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 저항 조절부(300)에 스위치 소자인 제2 차단기를 사용할 수 있다. 제2 차단기는 쉴드선(151)과 초전도 코어(110) 사이에 형성되어 전력 계통에 고장전류 발생 시 쉴드선(151)을 오픈시킨다.
이때, 제2 차단기는 각 상별 전류 또는 3상 전류가 기준전류값 이상일 경우 동작한다. 기준전류값은 수학식 1과 같이 초전도 케이블의 정격전류와 초전도 케이블의 안전성 함수와의 곱으로 계산된다.
[수학식 1]
I = Irated × F(I)
(I는 초전도 케이블의 각 상별 전류 또는 3상 전류임, Irated는 초전도 케이블의 정격전류임, F(I)는 초전도 케이블의 안전성 함수임.)
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초전도 케이블 보호 방법을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 초전도 케이블의 각 상별 전류를 측정하는 단계(S100), 상기 측정된 상별 전류를 설정된 기준전류값과 비교하는 단계(S200), 상별 전류가 기준전류값 이상일 경우 상기 초전도 케이블의 각 상별 초전도 코어와 병렬로 연결된자기적으로 결합된 쉴드선의 저항값을 가변하여 초전도 케이블의 작용 인덕턴스를 가변하는 단계(S300) 및 제1 차단기를 차단하여 상기 초전도 케이블에 공급되는 전류를 차단하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
먼저, 전력 계통에 구비된 과전류계전기를 통해 초전도 케이블에 인가되는 각 상별 전류를 측정한다.(S100)
각 상별 전류 또는 3상 전류를 기준전류값과 비교한다. 여기서, 기준전류값은 고장전류를 나타낼 수 있다.
상기 각 상별 전류가 기준 전류값 이상일 경우에 쉴드선과 연결된 저항 조절부의 저항값을 가변하여 쉴드선에 흐르는 전류를 조절한다. 쉴드선에 흐르는 전류가 조절되면 초전도 케이블의 작용 인덕턴스가 조절되어 초전도 케이블에 흐르는 전류가 조절될 수 있다.(S300)
예를 들면, 측정된 상별 전류 또는 3상 전류가 기준전류값보다 클 경우에 저항 조절부의 저항이 증가된다. 저항 조절부의 저항이 증가하면 쉴드선에 흐르는 전류가 줄어들어 초전도 케이블의 작용 인덕턴스가 증가한다. 이에 따라, 초전도 케이블에 흐르는 전류가 줄어들어 초전도 케이블의 발열을 줄이고, 퀸치 현상을 방지할 수 있다.
이어서, 초전도 케이블과 변압기 사이에 설치된 제1 차단기를 차단하여 초전도 케이블에 흐르는 전류를 완전히 차단할 수 있다.(S400)
여기서, 상별 전류 또는 3상 전류가 기준전류값 보다 작을 경우 제1 차단기는 닫힌 상태로 유지되며, 쉴드선에 연결된 저항 조절부의 저항이 0옴으로 유지된다.
한편, 저항 조절부로 제2 차단기가 사용될 경우 각 상별 전류 또는 3상 전류가 기준전류값 이상이 될 경우 제2 차단기가 작동하여 쉴드선에 흐르는 전류를 차단한다.
이에 따라, 초전도 케이블의 상호작용 인덕턴스를 줄여 초전도 케이블에 흐르는 전류를 줄일 수 있다.
여기서, 상기 기준전류값은 수학식 1에서 계산된 값이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 전력 계통에 고장이 발생하여 고장 전류가 흐를 때 제1 차단기의 동작 시간 이전에 초전도 케이블에 흐르는 전류량을 줄여 초전도 케이블에서 발생하는 발열을 줄이고, 퀸치 현상을 방지할 수 있다.
도 6a 내지 6c는 초전도 케이블 보호 장치의 모의 실험을 위한 회로도들이다. 도 6a는 초전도 케이블과 변압기 사이에 차단기가 설치되어 차단기만 동작할 때를 예를 들어 도시한 회로도(case1)이고, 6b는 초전도 한류기가 설치된 것을 예를 들어 도시한 회로도(case2)이며, 6c는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 케이블 보호 장치를 예를 들어 도시한 회로도(case3)이다.
도 6a 내지 6c의 실험 조건은 표 1에서와 같이 1선 지락고장, 선간 단락 고장 및 3상 단락고장의 3가지 조건을 가지고 실험한다.
케이스(case) 고장점 고장종류(공통) 고장시간(sec)
1 FT1 1선 지락, 선간 단락, 3상 단락 0.5
2 FT2 0.5
3 FT3 0.5
본 실험에서는 1선 지락 고장의 경우 a상을 지락 시켜 측정하였으며, 선간 단락 고장의 경우 a상과 b상간의 선간 단락을 시킨 후 측정하였고, 3상 단락은 a, b, c상을 단락시켜 측정하였다. 고장시간은 0.5초로 동일하게 적용하였다.
도 7a 내지 도 7c는 도 6a 내지 6c의 회로도에 표 1의 고장종류에 따라 고장 시험을 실시한 이후의 전체 고장 전류 파형을 도시한 그래프들이고, 도 8a 내지 도 8c는 고장 시작점에서 고장 전류 파형을 확대한 그래프들이다.
도 7a 내지 도 8c를 살펴보면 도 6b와 도 6c의 회로도에서 실험한 파형이 도 6a에서 실험한 파형에 비해 고장전류가 크게 감소한 것을 확인할 수 있다.
도 9는 도 6a 내지 6c의 회로도(case 1 내지 case3)에 각 상별로 고장전류를 비교한 그래프이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 1선 지락시에 a상의 결과를 살펴보면 case3에서 case 1에 비에 더 작은 고장전류가 측정된 것을 확인할 수 있다. 또한, 선간 단락 및 3상 단락 시험에서도 case3가 case1보다 더 작은 고장전류가 측정된 것을 확인할 수 있다.
도 10은 도 6a 내지 6c의 회로도(case 1 내지 case3)에서 각 고장 시험별로 발생되는 초전도 케이블의 온도를 비교한 그래프이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 1선 지락 시험 및 선간 단락 시험의 경우 case1에 비해 낮은 온도를 유지하고 있으며, 3상 단락 시험의 경우에는 모든 시험회로에서 비슷한 온도 특성을 가지는 것을 확인할 수 있다. 특히, 선간 단락 시험에서는 case3가 case1 및 case2보다 온도가 더 낮은 것을 확인할 수 있다.
표 2는 도 6a 내지 6c의 회로도(case 1 내지 case3)에서 고장 시험별 데이터 값을 도시한 표이고, 표 3은 고장전류 제한 %를 나타낸 표이다.
1선 지락(a상) 선간단락(a-b상) 3상 단락
고장전류 온도 고장전류 온도 고장전류 온도
Case1 a 상 6.352 84.4 7.961 85.1　 8.735 85.5　
b 상 1.547 66.4 7.342 84.9　 8.737 85.7　
c 상 1.505 66.4 1.363 66.4　 8.735 85.7　
Case2 a 상 4.786 87.1 4.857 87.1　 4.854 87.1　
b 상 1.358 66.4 4.945 87.2　 5.231 88.0　
c 상 1.368 66.4 1.368 67.2　 5.188 87.9　
Case3 a 상 5.324 83.9 5.845 84.0　 6.386 84.2　
b 상 1.446 66.4 5.382 83.6　 6.33 84.3　
c 상 1.381 66.4 1.356 66.4　 6.234 84.4　
　 1선지락(a상) 선간단락(a-b상) 3상단락 평균
(case2/case1)×100 75% 61% 56% 64%
(case3/case1)×100 84% 73% 73% 77%
표 2 및 표 3에서와 같이 초전도 케이블의 고장시 보호를 위해 초전도 한류기의 설치와 초전도케이블의 쉴드선 차단을 비교하면, 초전도 한류기가 동작함으로써 고장전류를 64[%], 초전도케이블의 쉴드선 저항값 조절로 고장전류를 77[%] 제한하였다. 그러므로 초전도케이블의 쉴드선의 저항값 조절을 통해 초전도한류기와 비슷한 특성을 나타낼 수 있음을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 초전도 케이블
110: a상 초전도 코어
120: b상 초전도 코어
130: c상 초전도 코어
151 내지 153: 초전도 쉴드선
200: 제1 차단기
210 내지 230: 과전류 계전기
300: 저항 조절부
310: 가변 저항
400: 일반 전력 케이블
500: 제3 차단기
600: 제 4 차단기
700: 변압기
800: 부하

Claims (11)

  1. 초전도 케이블을 고장전류로부터 보호하는 초전도 케이블 보호 장치에 있어서,
    초전도 케이블에 내재되며 상기 초전도 케이블의 각 상별 초전도 코어에 자기적으로 결합된 쉴드선; 및
    상기 쉴드선과 상기 초전도 코어 사이에 상기 초전도 케이블의 작용 인덕턴스를 조절하는 저항 조절부를 포함하되,
    상기 각 상별 초전도 코어 중 어느 하나의 초전도 코어에서 측정된 상별 전류 또는 상기 초전도 케이블에서 측정된 3상 전류 중 어느 하나의 전류가 설정된 기준전류값 이상의 고장전류가 인가되면 상기 저항 조절부의 저항을 증가시키는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 보호 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초전도 케이블에 전류 공급을 차단하는 제1 차단기를 더 포함하는 초전도 케이블 보호 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항 조절부는
    초전도체로 형성되어 상기 쉴드선의 저항을 가변하는 가변 저항 소자인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 보호 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 고장전류가 증가하면 상기 가변 저항의 저항값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 보호 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 저항 조절부는
    상기 쉴드선에 공급되는 전력을 차단하는 제2 차단기인 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 보호 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 차단기는 상기 고장전류가 인가되면 상기 쉴드선에 인가되는 전류를 차단하는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 보호 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준전류값은 상기 초전도 케이블의 정격전류와 상기 초전도 케이블의 안전성 함수와의 곱으로 계산되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 보호 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉴드선은 각 상별로 구비되며, 상기 각 상별로 구비된 쉴드선은 서로 연결된 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 보호 장치.
  9. 초전도 케이블을 사용하는 전력 계통을 보호하는 초전도 케이블 보호 방법에 있어서,
    (a) 초전도 케이블의 각 상별 전류 또는 3상 전류를 측정하는 단계;
    (b) 상기 측정된 상별 전류 또는 상기 3상 전류를 설정된 기준전류값과 비교하는 단계;
    (c) 상기 상별 전류 또는 상기 3상 전류가 상기 기준전류값 이상일 경우 상기 초전도 케이블의 각 상별 초전도 코어와 자기적으로 결합된 쉴드선과 연결된 저항 조절부의 저항값을 가변하여 상기 초전도 케이블의 작용 인덕턴스를 가변하는 단계; 및
    (d) 제1 차단기를 차단하여 상기 초전도 케이블에 공급되는 전류를 차단하는 단계를 포함하는 초전도 케이블 보호 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기준전류값은
    상기 초전도 케이블의 정격전류와, 상기 초전도 케이블의 안전성 함수와의 곱으로 계산되는 것을 특징으로 하는 초전도 케이블 보호 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 단계 (c)는
    상기 상별 전류가 상기 기준전류값 이상일 경우 제2 차단기를 차단하여 상기 쉴드선에 인가되는 전류를 차단하는 단계를 더 포함하는 초전도 케이블 보호 방법.
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