KR101446877B1 - Component device of Tri-axial HTS power cable - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초전도 전력케이블에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3상 동축형 초전도 케이블이 실 계통에 적용할 수 있는지를 미리 검증하고 과도상태를 분석할 수 있도록 하는 3상 동축형 초전도 전력케이블의 컴포넌트 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a superconducting power cable, and more particularly, to a component device of a three-phase coaxial superconducting power cable, which is capable of verifying whether a three-phase coaxial superconducting cable can be applied to an actual system, .
초전도 케이블은 송전선과 지중 케이블에서 전기를 전송하는데 사용하는 구리와 알루미늄 대신 초전도 물질이 이용된다. 이러한 초전도 케이블은 영하 196도 이하의 극저온 상태에서는 전기 저항이 제로(zero)가 된다는 '초전도 현상'을 응용한 기술로서, 케이블 안에 액체 질소를 흘려 넣어 영하 196도로 만든 상태에서 전력이 안정적으로 공급되는지를 확인할 필요가 있다. Superconducting cables use superconducting materials instead of copper and aluminum, which are used to transfer electricity from transmission lines and underground cables. This superconducting cable is a technology applying 'superconductivity phenomenon' that the electric resistance becomes zero at a cryogenic temperature below minus 196 degrees Celsius. It is a technique to supply electric power stably at a temperature of minus 196 degrees .
특히 초전도 케이블 중에서, 3상 동축형 초전도 전력 케이블은 3상이 하나의 축을 중심으로 층을 이루는 구조를 제공한다. 이는 기존의 다른 초전도 케이블에 비해 초전도선량을 약 1/2 수준, 절연지의 사용량은 3상 일괄형의 약 2/3 수준으로 줄임으로써 코아 직경을 감소시켜 경제적이고 컴팩트한 초전도 전력 케이블을 제조할 수 있다. 또한 3상 전류의 벡터 합이 제로('0')에 가까우며 쉴드층에 흐르는 전류가 작기 때문에 초전도 쉴드층 권선이 없고 외부에 3상을 모두 감싸는 구리 재질의 쉴드층을 갖고 3상 연합 공정이 불필요하기 때문에 제조공정을 단순화할 수 있어 생산 원가를 절감할 수도 있다.Among the superconducting cables in particular, a three-phase coaxial superconducting power cable provides a structure in which three phases are layered about one axis. It can reduce the core diameter by reducing the superconducting dose by about 1/2 of the conventional superconducting cable and the amount of the insulating paper by about 2/3 of that of the 3-phase bundle type, thereby manufacturing economical and compact superconducting power cable have. Since the vector sum of the three-phase current is close to zero and the current flowing through the shield layer is small, there is no superconducting shield layer winding and a shielding layer of copper that surrounds all three phases on the outside. It is possible to simplify the manufacturing process and reduce the production cost.
한편 3상 동축형 초전도 전력 케이블은 과도 상태일 경우뿐만 아니라 정상 상태일 경우에도 구리 케이블과 다른 운전 특성을 제공한다. 즉, 초전도 케이블은 정상 상태, 예를 들면 케이블 초전도 상태가 잘 유지되고 정격 전류가 흐를 때에는 초전도 전력 케이블의 저항은 제로(zero, '0')이다. Three-phase coaxial superconducting power cables, on the other hand, provide copper and other operating characteristics not only in transient conditions but also in steady state conditions. That is, when the superconducting cable is in a steady state, for example, the cable superconducting state is maintained well and the rated current flows, the resistance of the superconducting power cable is zero ('0').
그러나 사고로 인한 과전류 또는 냉각 시스템의 고장으로 퀀치(quench)가 발생했을 때에, 초전도체는 퀀치 저항을 가지게 된다. 이러한 퀀치 저항으로 인해 발열이 발생하게 되면 임계전류는 감소하게 되고, 따라서 이후에 더 쉽게 퀀치가 발생하는 악순환이 나타나는 특성이 있다. However, when a quench occurs due to an accidental overcurrent or a failure of the cooling system, the superconductor has a quench resistance. The quench resistance causes a decrease in the critical current when a heat is generated, and thus, a vicious cycle in which a quenching occurs more easily occurs thereafter.
또한, 3상 동축형 초전도 케이블은 액체 질소에 의해 절연, 냉각되는데, 만약 사고 발생으로 인하여 케이블의 온도가 증가하게 되어 액체 질소의 끓는 점에 도달하게 되면 절연 파괴되는 사고를 초래한다. Also, the three-phase coaxial superconducting cable is insulated and cooled by liquid nitrogen. If the temperature of the cable is increased due to an accident, reaching the boiling point of liquid nitrogen causes an insulation breakdown.
그렇기 때문에, 3상 동축형 초전도 케이블의 개발 단계에서는 이를 실제 전력 시스템에 적용하기 전에 시뮬레이션과 각종 실험 등을 통해 3상 동축형 초전도 케이블의 기본적인 성능 점검은 물론 운전특성 등을 검증하는 테스트가 사전에 실시되어야 한다. Therefore, in the development stage of the 3-phase coaxial superconducting cable, it is necessary to test the basic performance of the 3-phase coaxial superconducting cable, as well as the operation characteristics, through simulation and various experiments before applying it to the actual power system. .
하지만, 전술한 바와 같이 3상 동축형 초전도 전력 케이블은 기존의 전력 케이블과 다른 운전특성을 제공하고 있다. 또한 기존의 일반 시뮬레이션 프로그램은 다른 기존의 발전기나 저항, 구리 케이블의 컴포넌트를 제공하지만, 3상 동축형 초전도 전력 케이블에 대해서는 컴포넌트를 제공하지 못하고 있다. However, as described above, the three-phase coaxial superconducting power cable provides different operating characteristics from the conventional power cable. In addition, existing conventional simulation programs provide components of other conventional generators, resistors and copper cables, but they do not provide components for three-phase coaxial superconducting power cables.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 3상 동축형 초전도 전력 케이블의 전기적 특성 및 물리적 특성을 반영하여 그 3상 동축형 초전도 전력 케이블이 실 계통에 적용 가능한지에 대한 검증 및 분석 작업이 가능하도록 하는 3상 동축형 초전도 전력케이블의 컴포넌트 장치를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a method of verifying and analyzing whether the three-phase coaxial superconducting power cable can be applied to a real system by reflecting the electrical characteristics and physical characteristics of the three- Phase coaxial type superconducting power cable.
즉 본 발명은 시뮬레이션을 통해 3상 동축형 초전도 전력 케이블의 저항과 온도를 예측하여 케이블의 안정도와 과도 상태의 특성을 확인하기 위함이다. That is, the present invention is to simulate the stability and transient characteristics of a cable by predicting the resistance and temperature of a three-phase coaxial superconducting power cable through simulation.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 전류 입력부, 케이블 파라미터 입력부, 액체질소 물성 입력부를 구비하는 입력 유닛; 상기 입력 유닛의 입력 값에 따라 3상 동축 전력 케이블의 인덕턴스(inductance) 및 커패시턴스(capacitance)을 계산하는 계산 유닛; 및 상기 계산 유닛에서 계산된 값을 출력하는 출력 유닛을 포함하고, 상기 출력 유닛의 출력 값은 상기 3상 동축 전력 케이블의 시뮬레이션 모델에 적용되는 3상 동축형 초전도 전력케이블의 컴포넌트 장치를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an input unit including a current input unit, a cable parameter input unit, and a liquid nitrogen property input unit. A calculation unit for calculating an inductance and a capacitance of the three-phase coaxial power cable according to an input value of the input unit; And an output unit outputting a value calculated in the calculation unit, wherein the output value of the output unit is applied to a simulation model of the three-phase coaxial power cable.
그리고 상기 전류 입력부는 시뮬레이션 모델의 구동 전류 값(Iop: operating current)을 입력받고, 상기 케이블 파라미터 입력부는 전력 케이블의 유전율(permittivity), 반경(radius), 와인딩 피치 및 방향(winding pitch & direction), 길이(cable length), 임계전류(critical current), 발열량(electricity heat value/external intrusion heat value)을 입력받고, 상기 액체질소 물성 입력부는 액체 질소(LN2)의 특성, 액체 질소의 유량, 입력단의 액체 질소 온도 값을 입력받는다. The current input unit receives a driving current value I op of the simulation model and the cable parameter input unit calculates a permittivity, a radius, a winding pitch and a direction of the power cable, A cable length, a critical current, and an electric heat value / external intrusion heat value, and the liquid nitrogen property input unit receives a characteristic of liquid nitrogen (LN 2 ), a flow rate of liquid nitrogen, The temperature of the liquid nitrogen is input.
그리고 상기 계산 유닛은 상기 3상 동축 전력 케이블의 저항(resistance) 값을 계산하여 더 출력하되, 상기 저항은 상기 3상 동축형 초전도 케이블의 표면온도와 액체 질소의 온도를 이용한다. Further, the calculation unit calculates and outputs a resistance value of the three-phase coaxial power cable, wherein the resistance uses the surface temperature of the three-phase coaxial superconducting cable and the temperature of the liquid nitrogen.
또한 상기 시뮬레이션 모델은 22.9 kV/50 MVA class 계통에 적용하는 전력 케이블이다. Also, the simulation model is a power cable applied to the 22.9 kV / 50 MVA class system.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명은, 전류 입력부, 케이블 파라미터 입력부, 액체질소 물성 입력부를 구비하는 입력유닛을 통해 각종 정보를 입력하면, 입력된 정보를 기초로 하여 계산을 수행하여 전력 케이블의 인덕턴스, 커패시턴스, 저항값을 출력하고, 이를 시뮬레이션 모델에 적용하는 컴포넌트 장치를 제공하고 있다.According to the present invention having such a configuration, when various types of information are input through an input unit including a current input unit, a cable parameter input unit, and a liquid nitrogen property input unit, calculation is performed based on the input information to calculate the inductance, capacitance , And a component device that outputs a resistance value and applies it to a simulation model.
따라서, 본 발명은 3상 동축형 초전도 전력 케이블을 실 계통에 적용하기 전에 시뮬레이션을 통해 충분히 검증 및 분석을 할 수 있는 이점이 있다. Therefore, the present invention has an advantage that it can be sufficiently verified and analyzed through simulation before applying the three-phase coaxial superconducting power cable to the actual system.
도 1은 3상 동축형 초전도 전력 케이블의 구조도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 다른 3상 동축형 초전도 전력 케이블의 컴포넌트 구성도이다.
도 3 및 도 4는 3상 동축형 초전도 케이블을 PSCAD/EMTDC을 이용하여 모델링한 시뮬레이션 모델 1 is a structural view of a three-phase coaxial superconducting power cable
2 is a component diagram of a three-phase coaxial superconducting power cable according to a preferred embodiment of the present invention.
FIGS. 3 and 4 show simulation models in which three-phase coaxial superconducting cables are modeled using PSCAD / EMTDC
본 발명은 3상 동축형 초전도 전력 케이블이 실 계통에 적용가능한가에 대한 검증과 과도상태 분석을 위한 3상 동축형 초전도 전력케이블의 컴포넌트 장치를 제공하는 것에 기술적 특징이 있다. The present invention is characterized by providing a component device of a three-phase coaxial superconducting power cable for verifying the applicability of a three-phase coaxial superconducting power cable to an actual system and for analyzing a transient state.
그리고 본 실시 예를 설명함에 있어, 3상 동축형 초전도 전력케이블 이외에 이를 케이블, 전력케이블, 초전도 전력케이블과 같이 혼용하여 사용하기도 할 것이다. 그렇기 때문에 상기와 같이 서로 다른 명칭으로 칭하여 설명하더라도 이는 3상 동축형 초전도 전력 케이블임을 유의하도록 한다. In describing the present embodiment, in addition to the three-phase coaxial superconducting power cable, a cable, a power cable, and a superconducting power cable may be used in combination. Therefore, it should be noted that this is a three-phase coaxial superconducting power cable even if it is referred to as a different name as described above.
이하 본 발명에 의한 3상 동축형 초전도 전력케이블의 컴포넌트 장치의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of a component device of a three-phase coaxial superconducting power cable according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
우선, 도 1을 참조하여 3상 동축형 초전도 전력 케이블 구조에 대해 설명한다. 도 1은 3상 동축형 초전도 전력 케이블의 구조이다. First, the structure of a three-phase coaxial superconducting power cable will be described with reference to Fig. 1 shows the structure of a three-phase coaxial superconducting power cable.
이를 보면, 각각의 위상(즉, A상, B상, C상)을 구성하는 3개의 초전도 와이어(10)(20)(30)가 배치되고, 각 초전도 와이어(10)(20)(30) 사이 공간에는 케이블의 초전도 상태를 얻기 위해 극저온 유전체(cryogenic dielectric material), 즉 LN2(12)(22)(32)가 채워진다. 그리고 초전도 와이어(10)(20)(30)의 중앙에는 포머(40)가 구성되고, 단열관(50) 내측에는 구리 쉴드층(copper shield layer)(60)이 구성된다. 즉 포머(40)의 외주에 반경 방향 외측으로 위상별 초전도 와이어(10)(20)(30)가 층간 절연층(12)(22)(32)을 사이에 두고 동심으로 배치된 형태이다. In this case, three
또한, 기본적으로 3상 동축형 초전도 전력 케이블은 초전도체를 극저온 상태로 유지하기 위한 냉매(LN2)가 상기 포머(40) 측으로 들어가서 상기 구리 쉴드층(60) 쪽으로 되돌아 나오며 냉각되는 구조를 제공한다. In addition, the three-phase coaxial superconducting power cable basically provides a structure in which the coolant LN 2 for maintaining the superconductor at a cryogenic temperature enters the former 40 side and returns to the
본 발명은 도 1에 도시한 3상 동축형 초전도 전력케이블의 전기적 특성 및 물리적 특성을 반영하여 실제 계통에 적용 가능한가를 시뮬레이션하기 위한 것이다. 이를 위해 도 2의 컴포넌트 장치 구성도를 이용한다. The present invention is intended to simulate the applicability of the three-phase coaxial-type superconducting power cable shown in Fig. 1 to an actual system in consideration of electrical characteristics and physical characteristics. To this end, the component device configuration diagram of FIG. 2 is used.
즉, 컴포넌트는 전력 해석용 시뮬레이션 툴(tool)인 PSCAD/EMTDC(Power Systems Computer Aided Design/ElectroMagnetic Transients for DC)를 이용하여개발하였고, 상기 컴포넌트는 포트란어로 구성된다. 그리고 시뮬레이션 툴이 동작될 때 상기 컴포넌트에서 출력되는 값은 시뮬레이션 모델의 가변 컴포넌트에 적용되게 된다. 또한 상기 시뮬레이션 모델은 전압은 22.9 kV이고, 용량(capacity)는 50 MVA class 계통에 적용함을 예를 들 것이다.That is, the component was developed using PSCAD / EMTDC (Power Systems Computer Aided Design / ElectroMagnetic Transients for DC) which is a simulation tool for power analysis, and the component is composed of Fortran. And when the simulation tool is operated, the value output from the component is applied to the variable component of the simulation model. Also, the simulation model will be described in which the voltage is 22.9 kV and the capacity is applied to the 50 MVA class system.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 다른 3상 동축형 초전도 전력 케이블의 컴포넌트 구성도이다. 2 is a component diagram of a three-phase coaxial superconducting power cable according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이 3상 동축형 초전도 전력 케이블의 컴포넌트 장치(100)는 입력 유닛(110), 계산 유닛(120) 및 출력 유닛(130)을 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 2, a
입력 유닛(110)은 전류 입력부(112), 케이블 파라미터 입력부(114), 액체질소 물성 입력부(116)를 포함한다. 전류 입력부(112)는 시뮬레이션 회로의 구동 전류 값(Iop: operating current)을 입력받는다. 케이블 파리미터 입력부(114)는 전력 케이블의 유전율(permittivity), 반경(radius), 와인딩 피치 및 방향(winding pitch & direction), 길이(cable length), 임계전류(critical current), 발열량(electricity heat value/external intrusion heat value) 등을 포함한다. 액체질소 물성 입력부(116)는 액체 질소(LN2)의 특성, 액체 질소의 유량, 입력단의 액체 질소 온도 값을 포함한다. The
계산 유닛(120)은 전력 케이블의 인덕턴스, 커패시턴스, 저항 및 표면 온도, 액체 질소(LN2)의 온도 등을 계산하기 위한 각각의 계산부(122)(124)(126)(128)(129)가 제공된다. 이러한 계산부(122)(124)(126)(128)(129)에 의해 계산 동작은 아래에서 자세하게 설명하는 수학식 등에 의해 계산되는바, 후술하여 설명하기로 한다. The
출력 유닛(130)은 상기 계산 유닛(120)에서 계산된 각종 값들을 출력한다. 그리고 출력 유닛(130)에서 출력되는 값들은 초전도 전력 케이블의 시뮬레이션 모델의 가변 컴포넌트에 적용된다. The
상기의 시뮬레이션 모델은 예로 도 3 및 도 4에 도시하였다. The above simulation model is shown in Figs. 3 and 4 as an example.
즉, 도 3은 3상 동축형 초전도 케이블을 PSCAD/EMTDC을 이용하여 모델링한 것으로 22.9 kV/50 MVA의 계통에 적용한 예이다. That is, FIG. 3 shows an example in which a 3-phase coaxial superconducting cable is modeled using PSCAD / EMTDC and applied to a system of 22.9 kV / 50 MVA.
이를 보면 1 km 3상 동축형 초전도 전력 케이블(A), 5 km 분배 라인(B) 및 부하(C)가 연결된 구성이다. 그리고 회로의 선로 임피던스로 인덕턴스, 커패시턴스, 저항이 적용되고 있다. In this case, 1 km 3-phase coaxial superconducting power cable (A), 5 km distribution line (B) and load (C) are connected. Inductance, capacitance, and resistance are applied to the line impedance of the circuit.
도 4는 3상 동축형 초전도 케이블을 PSCAD/EMTDC을 이용하여 모델링한 것으로 22.9 kV/50 MVA의 계통에 적용한 예이다. 이를 보면 1km 3상 동축형 초전도 케이블(A) 및 부하(B)가 연결된 구성이다. 그리고 이 역시 회로의 선로 임피던스로 인덕턴스, 커패시턴스, 저항이 적용되고 있으며, 아울러 모든 선로 임피던스가 가변 컨트롤이 가능한 구성을 갖는다. FIG. 4 shows an example in which a 3-phase coaxial superconducting cable is modeled using PSCAD / EMTDC and applied to a system of 22.9 kV / 50 MVA. In this case, a 1 km 3-phase coaxial superconducting cable (A) and a load (B) are connected. In addition, inductance, capacitance, and resistance are applied to the line impedance of the circuit, and all the line impedance can be variably controlled.
다음에는 상술한 컴포넌트 장치(100)를 통해 출력되는 3상 동축형 초전도 케이블의 인덕턴스, 커패시턴스, 저항을 계산하는 수학식에 대해 설명하기로 한다. 이어지는 설명에서는 각각의 값을 구하는 경과는 생략하고, 이에 대한 간단한 설명과 함께 최종 수학식만을 기재하기로 한다. Next, a formula for calculating the inductance, capacitance, and resistance of the three-phase coaxial superconducting cable output through the above-described
먼저, 인덕턴스 값 추출 방정식이다. 인덕턴스는 인덕턴스 계산부(122)가 자기 인덕턴스 및 상호 인덕턴스로 구분하고 다음의 방정식을 통해 계산한다. First, the inductance value extraction equation. The inductance is divided by the
다음은 커패시턴스 계산부(124)에 의한 커패시턴스 값 추출 방정식이다. The following is a capacitance value extraction equation by the
여기서, 상기 수학식 1 내지 수학식 3에 개시된 파라미터는 다음과 같다. 즉, Lself은 자기 인덕턴스, Mij 및 Mji은 상호 인덕턴스, Cij은 커패시턴스, ri은 케이블의 내부 반경, rj은 케이블의 외부 반경, μ0은 자유공간의 투과율, lpi과 lpj은 케이블 내부 및 외부의 와인딩 피치, ai 및 aj는 와이딩 방향성 팩터로 1 및 -1, D는 자기장 return path까지의 거리, ε0은 자유공간의 유전율, εr은 유전체의 유전율을 의미합니다.Here, the parameters disclosed in the above Equations (1) to (3) are as follows. That is, L self is the self inductance, M ij And M ji are mutual inductances, C ij is the capacitance, r i is the inner radius of the cable, r j is the outer radius of the cable, μ 0 is the permeability of the free space, l pi and l pj are the internal and external winding pitch, a i and a j are the directional directionality factors 1 and -1, D is the distance to the magnetic field return path, ε 0 is the permittivity of the free space, and ε r is the permittivity of the dielectric.
다음은 저항 계산부(126)에 의한 저항(resistance) 값 추출 방정식이다. 여기서 저항은 상술한 바와 같이 3상 동축형 초전도 케이블의 표면온도와 액체 질소(LN2)의 온도를 이용하게 된다. 즉 전력 케이블의 전류와 전력 케이블의 표면온도의 임계전류를 이용하는 것이다.The following is a resistance value extraction equation by the
즉 저항은 다음 수학식 4에 의해 계산된다. That is, the resistance is calculated by the following equation (4).
그리고 3상 동축형 초전도 케이블의 표면온도는 표면온도 계산부(128)에 의해 다음의 수학식 5와 같이 계산된다.The surface temperature of the three-phase coaxial superconducting cable is calculated by the surface
여기서, I : Operating current (A), m : Mass(g), △T : Temperature variation(K), t : time(50㎲), R :Resistance of conductor(Ω), C : Specific heat (J/g·K), △H : Heat value variation (J)을 말한다. R: Resistance of conductor (Ω), C: Specific heat (J / C), I: Operating current (A) g · K), and ΔH is the heat value variation (J).
그리고 상기 Qcond는 다음 수학식 6과 같다.The above-mentioned Q cond is expressed by Equation (6).
여기서, λ : thermal conductivity, T : temperature, L: length, r : radius이다. Here, λ: thermal conductivity, T: temperature, L: length, and r: radius.
그리고 액체 질소의 온도 계산은 액체질소 온도 계산부(129)가 다음의 수학식 7 및 수학식 8을 이용하여 수행한다. 즉 액체 질소의 온도는 전력 케이블을 극저온 상태로 유지하기 위하여 포머(40)로 유입되고 구리 쉴드층(60) 측으로 통해 유출되는 2개의 경로를 제공하는바, 각각에 대한 온도 정보가 필요하다. The temperature of the liquid nitrogen is calculated by the liquid nitrogen
여기서, 상기 수학식 5 및 수학식 6에 기재된 파라미터는 다음과 같다. Here, the parameters described in Equations (5) and (6) are as follows.
Q는 Heat value(즉 mC△T), Q0는 External intrusion heat value, M은 Mass, Cp는 Specific heat capacity, K는 Thermal conductivity, T0은 LN2의 초기 온도, T1은 LN2 temperature of inner core, T2은 LN2 temperature of external cryostat, L은 Total length, x는 length이다. Q is Heat value (i.e. mC △ T), Q 0 is External intrusion heat value, M is Mass, C p is Specific heat capacity, K is Thermal conductivity, T 0 is the initial temperature, T 1 of LN 2 is LN 2 temperature of inner core, T 2 is LN 2 temperature of external cryostat, L is total length, and x is length.
이처럼 본 실시 예는 전력 시뮬레이션 툴에 의해 개발된 컴포넌트 장치를 제공하고, 시뮬레이션 툴이 동작할 때 컴포넌트의 입력 유닛에 입력되는 값들을 기반으로 출력 값들을 출력한다. 그리고 상기 출력되는 값들은 실 계통에 적용할 수 있도록 임의로 모델링 된 시뮬레이션 모델에 적용한다. Thus, the present embodiment provides a component device developed by a power simulation tool and outputs output values based on values input to the input unit of the component when the simulation tool is operated. And the output values are applied to a simulation model arbitrarily modeled so as to be applicable to the real system.
이와 같은 시뮬레이션 모델의 결과로는 고장 전류, 전력 케이블 저항, 전력 케이블 표면 및 액체 질소의 온도 변화 등이다. 또한 3상 전류에서 불평형을 초래하는 고장 전류에 의해 케이블의 퀀치(quench) 현상도 알 수 있도록 보여준다. The results of this simulation model are fault current, power cable resistance, power cable surface and liquid nitrogen temperature changes. It also shows the quench phenomenon of the cable caused by the fault current that causes imbalance in the 3-phase current.
따라서 본 실시 예는 3상 동축형 초전도 전력 케이블을 실 계통에 적용할 수 있는지를 미리 검증하고 분석할 수 있는 것이다.Therefore, this embodiment can verify and analyze whether a three-phase coaxial superconducting power cable can be applied to a real system.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면 3상 동축형 초전도 전력케이블을 실 계통에 적용하기 전에 시뮬레이션을 통한 검증 및 분석 과정이 가능함을 알 수 있다. As described above, according to the embodiment of the present invention, the verification and analysis process can be performed through simulation before applying the three-phase coaxial superconducting power cable to the actual system.
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent that modifications, variations and equivalents of other embodiments are possible. Therefore, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
110 : 입력 유닛 112 : 전류 입력부
114 : 케이블 파리미터 입력부 116 : 액체질소 물성 입력부
120 : 계산 유닛 122 : 인덕턴스 계산부
124 : 커패시턴스 계산부 126 : 저항 계산부
128 : 표면온도 계산부 129 : 액체질소 온도 계산부
130 : 출력 유닛110: input unit 112: current input unit
114: cable parameter input unit 116: liquid nitrogen property input unit
120: calculation unit 122: inductance calculation unit
124: Capacitance calculation unit 126: Resistance calculation unit
128: surface temperature calculation unit 129: liquid nitrogen temperature calculation unit
130: Output unit
Claims (4)
상기 입력 유닛의 입력 값에 따라 3상 동축 전력 케이블의 인덕턴스(inductance) 및 커패시턴스(capacitance)을 계산하는 계산 유닛; 및
상기 계산 유닛에서 계산된 값을 출력하는 출력 유닛을 포함하고,
상기 출력 유닛의 출력 값은 상기 3상 동축 전력 케이블의 시뮬레이션 모델에 적용되는 3상 동축형 초전도 전력케이블의 컴포넌트 장치.An input unit having a current input unit, a cable parameter input unit, and a liquid nitrogen property input unit;
A calculation unit for calculating an inductance and a capacitance of the three-phase coaxial power cable according to an input value of the input unit; And
And an output unit for outputting a value calculated by the calculation unit,
Wherein the output value of said output unit is applied to a simulation model of said three-phase coaxial power cable.
상기 전류 입력부는 시뮬레이션 모델의 구동 전류 값(Iop: operating current)을 입력받고,
상기 케이블 파라미터 입력부는 전력 케이블의 유전율(permittivity), 반경(radius), 와인딩 피치 및 방향(winding pitch & direction), 길이(cable length), 임계전류(critical current), 발열량(electricity heat value/external intrusion heat value)을 입력받고,
상기 액체질소 물성 입력부는 액체 질소(LN2)의 특성, 액체 질소의 유량, 입력단의 액체 질소 온도 값을 입력받는 3상 동축형 초전도 전력케이블의 컴포넌트 장치.The method according to claim 1,
The current input unit receives the driving current value (I op ) of the simulation model,
The cable parameter input unit includes a permittivity, a radius, a winding pitch and a direction, a cable length, a critical current, an electricity heat value / external intrusion heat value,
Wherein the liquid nitrogen physical property input unit receives a characteristic of liquid nitrogen (LN 2 ), a flow rate of liquid nitrogen, and a liquid nitrogen temperature value at an input end of the three-phase coaxial superconducting power cable.
상기 계산 유닛은,
상기 3상 동축 전력 케이블의 표면온도, 액체질소 온도값 및 저항(resistance)을 계산하도록 표면온도 계산부, 액체질소 온도 계산부 및 저항 계산부를 더 포함하고,
상기 입력 유닛의 입력 값에 따라 상기 액체질소 온도 계산부에 의해 계산된 액체 질소의 온도값을 기초로 하여 상기 표면온도 계산부가 상기 표면온도를 계산하고, 상기 저항 계산부는 상기 표면온도를 이용하여 상기 저항을 계산하는 3상 동축형 초전도 전력케이블의 컴포넌트 장치.The method according to claim 1,
Wherein the calculation unit comprises:
Further comprising a surface temperature calculation unit, a liquid nitrogen temperature calculation unit, and a resistance calculation unit to calculate a surface temperature, a liquid nitrogen temperature value, and a resistance of the three-phase coaxial power cable,
Wherein the surface temperature calculation unit calculates the surface temperature based on the temperature value of the liquid nitrogen calculated by the liquid nitrogen temperature calculation unit according to the input value of the input unit, Component device of a three - phase coaxial superconducting power cable calculating resistance.
상기 시뮬레이션 모델은,
22.9 kV/50 MVA class 계통에 적용하는 전력 케이블인 3상 동축형 초전도전력케이블의 컴포넌트 장치.The method according to claim 1,
In the simulation model,
A component device of a 3-phase coaxial superconducting power cable, which is a power cable for 22.9 kV / 50 MVA class systems.
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|---|---|---|---|---|
| CN112100809A (en) * | 2020-08-10 | 2020-12-18 | 华南理工大学 | Method for designing three-phase coaxial superconducting cable based on multi-physical-field coupling simulation |
| CN114910703A (en) * | 2022-03-28 | 2022-08-16 | 国网上海市电力公司 | Dielectric spectrum-based monitoring method for precooling process of superconducting cable |
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| KR20050112000A (en) * | 2004-05-24 | 2005-11-29 | 한국전기연구원 | Method for manufacturing the superconducting power transmission cable |
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2013
- 2013-07-16 KR KR1020130083691A patent/KR101446877B1/en active IP Right Grant
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