KR101685994B1

KR101685994B1 - 고장 전류 전송 제한 기술

Info

Publication number: KR101685994B1
Application number: KR1020127000953A
Authority: KR
Inventors: 카세근 디. 테클렛사딕; 로저 비. 피시; 폴 제이. 머피
Original assignee: 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2016-12-13
Also published as: CN102576799B; CN102576799A; WO2010151583A2; US9391450B2; JP5864416B2; US8467158B2; TW201112554A; KR20120037466A; EP2446489A2; WO2010151583A3; EP2446489B1; US20140323313A1; JP2016067201A; US20130201588A1; TWI487227B; US20100296208A1; JP2012531881A; US8804288B2

Abstract

고전압 전송 네트워크에서 이점을 가지고 사용될 수 있는 초전도 고장 전류 리미터의 새로운 형태가 개시된다. 상기 초전도 고장 전류 리미터는 상기 전송 네트워크에 연결되는 두 개의 단자들에 전기적으로 연결된다. 초전도 회로는 그라운드로부터 전기적으로 고립된 인클로저 또는 탱크 내에 위치한다. 따라서, 상기 인클로저와 상기 초전도 회로 사이의 전압차 및 상기 인클로저와 상기 단자들 사이의 전압차는 현재 배치(current deployment)들에서 존재하는 것보다 상당히 작다. 일 실시예에서, 상기 인클로저는 상기 단자들 중의 하나에 전기적으로 연결된다. 다른 실시예에서, 상기 인클로저는 상기 단자들로부터 전기적으로 고립된다. 상기 초전도 고장 전류 리미터는 다른 유사한 회로들과 결합하여 넓은 범위의 전류 전송 네트워크 형태를 제공할 수 있다.

Description

고장 전류 전송 제한 기술{TECHNIQUE FOR LIMITING TRANSMISSION OF FAULT CURRENT}

본 발명은 고장 전류 전송 제한 기술에 관한 것이다.

전기 전력 전송 및 분배 네트워크들에서 고장 전류 조건(fault current condition)이 발생할 수 있다. 상기 고장 전류 조건은 상기 네트워크에 존재하는 결함들 또는 쇼트 회로(short circuit)들에 의해 야기되는, 상기 네트워크를 통해 흐르는 전류의 갑작스런 서지(abrupt surge)를 말한다. 상기 결함들의 원인은 험한 날씨 또는 넘어진 나무들에 기인한 상기 전송 전력 라인들의 다우닝(downing; 넘어짐)과 그라운딩(grounding; 접지) 및 상기 네트워크를 강타하는 번개를 포함할 수 있다. 상기 결함들이 발생할 때, 큰 부하(load)가 순간적으로 나타난다. 그에 응답하여, 상기 네트워크는 많은 양의 전류(즉, 과도 전류)를 상기 부하 또는 상기 결함들에 전달한다. 이러한 서지 또는 고장 전류는 상기 네트워크 또는 상기 네트워크에 연결되어 있는 설비들에 피해(damage)를 주기 때문에 바람직하지 않다. 특히, 상기 네트워크 및 상기 네트워크에 연결되어 있는 설비들이 타버릴 수도 있고, 몇몇 경우에는 폭발할 수도 있다.

고장 전류들에 의하여 야기되는 피해들로부터 전력 설비들을 보호할 수 있는 시스템들 중의 하나가 회로 차단기(circuit breaker)이다. 고장 전류가 검출되었을 때, 상기 회로 차단기는 상기 회로를 기계적으로 열어(open) 과도 전류가 흐르는 것을 방해할 수 있다.

상기 고장 전류를 제한하는 다른 시스템은 초전도 고장 전류 리미터(Superconducting Fault Current Limiter; SCFCL)이다. 일반적으로, 초전도 고장 전류 리미터(SCFCL)는 임계 온도 레벨(Tc), 임계 자기장 레벨(Hc) 및 임계 전류 레벨(Lc) 아래에서 거의 제로 저항성(zero resistivity)을 나타내는 초전도 회로(superconducting circuit)를 포함한다. 만약, 상기 조건들 중에서 적어도 하나 이상이 상기 임계 레벨(Tc, Hc, Lc) 위에서 일어난다면, 상기 회로는 꺼지고(close) 저항성을 나타내게 된다.

정상 동작 동안, 초전도 고장 전류 리미터(SCFCL)의 초전도 회로는 상기 임계 레벨(Tc, Hc, Lc) 아래에서 유지된다. 결함이 발생하면, 상기 조건들 중에서 하나 이상이 상기 임계 레벨(Tc, Hc, Lc) 위에서 일어난다. 순간적으로, 초전도 고장 전류 리미터(SCFCL) 내의 초전도 회로는 꺼지고 저항성을 나타내며, 그에 의해 상기 고장 전류의 전송이 제한된다. 상기 쇼트 회로 결함이 제거된 후 소정의 시간 지연이 있은 뒤에, 상기 임계 레벨(Tc, Hc, Lc)은 정상 값들로 돌아오고, 전류는 상기 네트워크와 상기 초전도 고장 전류 리미터(SCFCL)를 통하여 전송된다.

고장 전류들을 제한할 수 있음에도 불구하고, 전력 전송 네트워크에서 현재 사용되는 초전도 고장 전류 리미터들은 만족스럽지 않다. 예를 들어, 종래의 초전도 고장 전류 리미터(SCFCL)는 높은 전압 전송 네트워크들을 지지할 수 없다. 또한, 종래의 초전도 고장 전류 리미터(SCFCL)는 기술적인 결핍(한계) 때문에 큰 공간(footprint)을 요구한다. 이에, 새로운 형태의 초전도 고장 전류 리미터(SCFCL)가 필요하다.

본 발명의 목적은 고장 전류 전송 제한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

고장 전류의 전송을 제한하기 위한 새로운 기술들이 개시된다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 기술은 새로운 형태의 고장 전류 전송 제한 장치로 구현될 수 있다. 상기 장치는 그라운드(ground)로부터 전기적으로 분리되어 그라운드 전위(ground potential)로부터 전기적으로 고립되는 인클로저(enclosure), 적어도 하나 이상이 하나 이상의 전류 전송 라인(current carrying line)에 전기적으로 연결되는 제 1 및 제 2 단자들, 및 상기 인클로저에 포함되고 상기 제 1 및 제 2 단자들에 전기적으로 연결되는 제 1 초전도 회로(superconducting circuit)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 인클로저는 전기 절연 물질을 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 인클로저는 전기 전도성을 가질 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 인클로저는 상기 제 1 및 제 2 단자들로부터 전기적으로 고립될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 제 1 전압은 상기 제 1 단자의 전압이고, 제 2 전압은 상기 제 2 단자의 전압이며, 상기 인클로저의 전압은 상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압 사이의 전압일 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 인클로저는 상기 제 1 및 제 2 단자들 중에서 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 장치는 상기 인클로저를 지지하고, 상기 인클로저와 상기 그라운드 사이에 위치하며, 상기 인클로저를 상기 그라운드로부터 전기적으로 고립시키는 지지대(support)를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 장치는 상기 초전도 회로를 기 설정된 온도 이하로 유지시키기 위하여 상기 인클로저 내부에 위치하는 냉각제(coolant)를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 장치는 상기 인클로저를 위로 지지하고 상기 그라운드로부터 전기적으로 고립되는 플랫폼(platform)을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 장치는 상기 플랫폼에 의하여 지지되는 제 2 인클로저, 제 3 및 제 4 단자들, 및 상기 제 2 인클로저에 포함되고 상기 제 3 및 제 4 단자들에 전기적으로 연결되는 제 2 초전도 회로를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 장치는 상기 인클로저와 상기 플랫폼 사이에 위치하여 상기 인클로저와 상기 제 2 인클로저를 전기적으로 고립시키는 지지대들을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 제 3 및 제 4 단자들이 각각 하나 이상의 전류 분배 라인(current distribution line)들에 전기적으로 연결될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 제 3 단자는 상기 제 1 및 제 2 단자들 중에서 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 장치는 적어도 하나 이상이 하나 이상의 전류 전송 라인들에 전기적으로 연결되는 제 3 및 제 4 단자들, 및 상기 인클로저에 포함되고 상기 제 3 및 제 4 단자들에 전기적으로 연결되는 제 2 초전도 회로를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 장치는 적어도 하나 이상이 하나 이상의 전류 전송 라인들에 전기적으로 연결되는 제 5 및 제 6 단자들, 및 상기 인클로저에 포함되고 상기 제 5 및 제 6 단자들에 전기적으로 연결되는 제 3 초전도 회로를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 제 1 초전도 회로와 상기 인클로저 사이의 여유 길이(clearance length)는 250센티미터(cm) 이하일 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 제 1 초전도 회로와 상기 인클로저 사이의 상기 여유 길이는 대략 8cm에서 25cm 사이일 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 기술은 제 1 및 제 2 단자들을 하나 이상의 전류 전송 라인들에 전기적으로 연결시키는 단계, 인클로저에 포함되는 초전도 회로를 상기 제 1 및 제 2 단자들에 전기적으로 연결하여 고장 전류가 지나가는 경로를 제공하는 단계, 및 상기 인클로저를 상기 제 1 및 제 2 단자들로부터 전기적으로 고립시키는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 기술은 전도성 인클로저를 이용하는 단계, 및 상기 인클로저를 상기 제 1 및 제 2 단자들 중의 하나에 전기적으로 연결시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 기술은 고장 전류 제한 방법으로 구현될 수 있다. 상기 고장 전류 제한 방법은 복수의 부싱 절연체(bushing insulator)들 및 하우징(housing)을 포함하는 회로 차단기(circuit breaker)를 제공하는 단계, 및 상기 회로 차단기에 전기적으로 연결되고, 인클로저, 제 1 및 제 2 단자들 및 제 1 초전도 회로를 포함하는 고장 전류 리미터(fault current limiter)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 하우징은 대기(atmosphere)에 노출되고, 그라운드 전위(ground potential)로 유지되며, 그라운드로부터 제 1 수직 거리만큼 떨어져 있다. 또한, 상기 제 1 초전도 회로는 상기 인클로저에 포함되고, 상기 제 1 및 제 2 단자들에 전기적으로 연결된다. 나아가, 상기 인클로저는 상기 그라운드로부터 제 2 수직 거리만큼 떨어져 있고, 상기 제 2 수직 거리는 상기 제 1 수직 거리보다 클 수 있다.

이하, 본 발명은 첨부된 도면들에 나타난 예시적인 실시예들을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다. 예시적인 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명하더라도, 본 발명은 그에 한정되는 것이 아니다. 본 명세서의 개시에 접근할 수 있는 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 여기에서 설명된 본 발명의 범위 내에 있고 본 발명이 중요하게 사용될 수 있는 다른 분야들에서의 사용뿐 만 아니라, 추가적인 구현들, 변형들 및 실시예들을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예들에 따른 고장 전류 전송 제한 장치 및 방법은 높은 전압 전송 네트워크를 지지할 수 있다. 다만, 본 발명의 효과는 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 이해를 보다 용이하게 하기 위하여, 아래 도면들이 참조될 수 있다. 아래 도면들은 일정한 축적(scale)을 가지고 그려진 것은 아니다. 나아가, 아래 도면들은 본 발명을 한정하는 것이 아닌 단지 예시적인 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 고장 전류 제한 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1b는 본 발명의 초전도 고장 전류 제한 시스템에 구비되는 고장 전류 제한 유닛들을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도 고장 전류 제한 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도 고장 전류 제한 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부 션트 리액터(internal shunt reactor)들을 이용한 초전도 고장 전류 제한 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 외부 션트 리액터(external shunt reactor)를 이용한 초전도 고장 전류 제한 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도 고장 전류 제한 시스템의 측면도 및 평면도를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도 고장 전류 제한 시스템의 측면도 및 평면도를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도 고장 전류 제한 시스템을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도 고장 전류 제한 시스템을 나타내는 도면이다.

여기서, 초전도 고장 전류 리미터의 여러 실시예들이 소개된다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명에 포함된 실시예들이 단지 설명을 위하여 제시된 것임을 이해할 수 있을 것이다. 명확화 및 간소화를 위하여, 이미 알려진 부분들(parts), 특징들(features) 및 기능들(functions)은 생략될 수 있다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 고장 전류 제한(Superconducting Fault Current Limiting; SCFCL) 시스템(100)이 도시되어 있다. 상기 실시예에서, 초전도 고장 전류 제한 시스템(100)은 하나 이상의 모듈들(110)을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 초전도 고장 전류 제한 시스템(100)에서 상기 모듈들(110)의 개수는 제한되지 않는다. 예를 들어, 초전도 고장 전류 제한 시스템(100)은 서로 동일한 세 개의 단상 모듈(single phase module)들을 포함할 수 있다. 상기 모듈들은 직렬로 연결되거나, 또는 병렬 회로 내에서 연결될 수 있다. 명확화 및 간소화를 위하여, 초전도 고장 전류 제한 시스템(100)의 설명은 하나의 단상 모듈(110)로 제한될 것이다.

초전도 고장 전류 제한 시스템(100)의 상기 모듈(110)은 그 내부에 챔버(chamber)를 정의하는 인클로저(enclosure)(112) 또는 탱크(tank)(112)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 인클로저(112) 또는 탱크(112)는 섬유 유리(fiberglass) 또는 다른 절연 물질로 만들어진, 열적으로(thermally) 및/또는 전기적으로(electrically) 절연되는 탱크(112)일 수 있다. 상기 실시예에서, 상기 탱크(112)는 내층(inner layer)(112b), 외층(outer layer)(112a) 및 그 사이에 끼워져 열적으로 및/또는 전기적으로 절연시키는 매개물(medium)을 포함하는 금속 탱크(metallic tank)이다.

상기 탱크(112) 내에 하나 이상의 고장 전류 제한 유닛들(120)이 존재할 수 있다. 다만, 명확화 및 간소화를 위하여, 상기 고장 전류 제한 유닛들(120)은 블록(block)으로 도시되어 있다. 본 실시예에서, 상기 모듈(110)은 단상 고장 전류 제한 유닛(120)을 갖는 단상 모듈(110)일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 모듈(110)은 세 개의 단상 고장 전류 제한 유닛들(120)을 갖는 3상 모듈(three phase module)일 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 초전도 회로들(122), 제 1 엔드캡(end cap)(124) 및 제 2 엔드캡(126)이 상기 고장 전류 제한 유닛들(120)에 위치할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 엔드캡(124, 126)은 코로나 쉴드(corona shield)일 수 있다. 본 발명에서, 상기 고장 전류 제한 유닛(120)은 상기 탱크(112)로부터 250 센티미터(250) 또는 그 이하의 여유 길이(clearance length)를 가질 수 있다. 바람직하게, 상기 여유 길이는 8센티미터(cm) 내지 25센티미터(cm)일 수 있다. 여기에서, 상기 여유 길이는 상기 하나 이상의 초전도 회로들(122)과 상기 탱크(112) 사이의 가장 짧은 길이로 명명될 수 있다.

도 1a를 다시 참조하면, 상기 모듈(110)은 또한 하나 이상의 전기 부싱들(electrical bushings)(116)을 포함할 수 있다. 상기 부싱들(116)은 내부 전도성 물질(미도시) 및 외부 절연체(outer insulator)를 포함할 수 있다. 초전도 고장 전류 제한 모듈(110)을 전송 네트워크(미도시)에 연결하기 위하여, 상기 부싱들(116)의 말단(distal end)은 단자들(144, 146)을 거쳐 각 전류 라인(142)에 연결될 수 있다. 상기 전류 라인들(142)은 전력을 하나의 위치에서 다른 위치로(예를 들어, 전류 소스에서 전류 최종 유저들로) 또는, 전력 또는 전류 분배 라인들로 전송하기 위하여 사용되는 전송 라인들일 수 있다. 상기 부싱들(116) 내부의 상기 내부 전도성 물질은 상기 부싱들(116)의 상기 단자들(144, 146)을 상기 고장 전류 제한 유닛(120)에 연결시킬 수 있다. 동시에, 상기 외부 절연체는 상기 내부 전도성 물질로부터 상기 인클로저(112) 또는 상기 탱크(112)를 절연시키기 위하여 사용될 수 있다. 이에, 상기 탱크(112) 및 상기 단자들(144, 146)은 서로 다른 전기 전위(electrical potential)들을 가질 수 있다. 실시예에 따라, 초전도 고장 전류 제한 모듈(110)은 상기 전기 부싱들(116)에 포함된 상기 전도성 물질을 연결시키기 위하여 선택적인 내부 션트 리액터(internal shunt reactor)(118), 외부 션트 리액터(external shunt reactor)(148), 또는 이들 모두를 가질 수 있다. 그러나, 본 발명이 내부 션트 리액터(118), 외부 션트 리액터(148), 또는 이들 모두를 가지지 않는 초전도 고장 전류 제한 모듈(110)을 배제하는 것은 아니다.

하나 이상의 고장 전류 제한 유닛들(120)의 온도는 상기 탱크(112)에 포함된 냉각제(coolant)(114)에 의하여 원하는 온도 범위로 유지될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 하나 이상의 고장 전류 제한 유닛들(120)은 낮은 온도(예를 들어, ~77

K)로 유지되는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 낮은 온도로 유지시키기 위하여, 냉각제(114)로서 액체 질소(liquid nitrogen) 또는 헬륨 가스(helium gas)가 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 하나 이상의 고장 전류 제한 유닛들(120)의 온도는 다른 온도 범위로 유지되는 것이 바람직할 수 있다. 이 때, 가스 형태 또는 액체 형태의 다른 종류의 냉각제가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 상기 고장 전류 제한 유닛들(120)의 온도는 방(room) 온도로 유지되는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 경우에, 방 온도로 유지되는 공기 역시 상기 냉각제(114)로서 사용될 수 있다. 상기 냉각제(114)가 주입될 때, 상기 냉각제(114)는 공급 라인(feed line)(미도시) 및 상기 탱크(112)에 연결된 포트(port)(115)를 거쳐 상기 탱크(112)에 들어갈 수 있다. 본 발명에서, 상기 공급 라인 및 상기 포트(115)는 열적 및/또는 전기적 절연 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 상기 공급 라인 및 상기 포트(115)가 열적 및/또는 전기적 전도성 물질을 포함하는 것을 배제하지는 않는다. 만약, 상기 공급 라인 및 상기 포트(115)가 상기 탱크(112)의 그라운딩(grounding; 접지) 또는 그에 포함되는 컴포넌트(component)를 제공하지 않는다면, 상기 공급 라인 및 상기 포트(115)는 어떤 종류의 물질로도 만들어질 수 있다.

본 실시예에서, 상기 탱크(112)는 선택적인 외부 지지대(optional external support)(134)에 의하여 상기 그라운드(Ground)로부터 지지될 수 있다. 한편, 상기 고장 전류 제한 유닛들(120)은 선택적인 내부 지지대(optional internal support)(132)에 의하여 상기 탱크(112)로부터 지지될 수 있다. 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들은 상기 고장 전류 제한 유닛들(120)이 몇몇 다른 컴포넌트들에 의하여 상기 탱크(112)로부터 지지될 수 있는 것이므로, 상기 내부 지지대들(132) 모두는 선택적이라는 점을 이해할 수 있을 것이다. 비록 구비되어 있을 지라도, 상기 내부 지지대(132)는 반드시 하부로부터 상기 고장 전류 제한 유닛들(120)을 지지할 필요는 없고, 상기 고장 전류 제한 유닛들(120)의 상부 또는 측면부로부터 상기 고장 전류 제한 유닛들(120)을 지지할 수 있다. 마찬가지로, 상기 탱크(112)도 몇몇 다른 컴포넌트들에 의하여 그라운드(Ground)로부터 지지될 수 있다. 또한, 만약 구비되어 있다면, 상기 외부 지지대(134)는 반드시 상기 탱크(112)의 하부로부터 상기 탱크(112)를 지지할 필요는 없고, 상기 탱크(112)의 상부 또는 측면부로부터 상기 탱크(112)를 지지할 수도 있다.

만약 구비되어 있다면, 상기 내부 지지대(132) 및 상기 외부 지지대(134)는 각각 열적 및/또는 전기적 절연 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명이 열적 및/또는 전기적 전도성 내부 지지대(132) 및 외부 지지대(134)를 배제하는 것은 아니다. 만약, 열적 및/또는 전기적 전도성 외부 지지대(134)가 사용된다면, 상기 탱크(112)를 그라운드(Ground)로부터 전기적으로 고립시키기 위하여 상기 지지대(134)와 상기 그라운드(Ground) 사이에 전기적 절연 물질이 제공되는 것이 바람직할 수 있다.

하나 이상의 초전도 고장 전류 제한 모듈들(110)을 가진 초전도 고장 전류 제한 시스템(100)은 전류 분배 네트워크(current distribution network)로 병합될(incorporated) 수 있다. 상기 탱크(112)는 전송 라인들(142)에 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나, 상기 탱크(112)는 절연체로서 동작하는 공기(air)에 의하여 그라운드(Ground)로부터 전기적으로 분리될 수 있고, 선택적으로 외부 지지대(134)에 의하여 그라운드(Ground)로부터 전기적으로 분리될 수도 있다. 상술한 바와 같이, 상기 탱크(112)는 몇몇 실시예들에서 금속 탱크(112)일 수 있다. 상기 실시예들에서, 상기 탱크(112)는 일반적으로 상기 단자들(144, 146)의 전압에 가까운 전압으로 플로팅될 수 있다. 정상 동작 동안에, 상기 전송 라인들(142a, 142b)의 전압이 거의 이상적으로 유지됨에 따라, 상기 탱크(112)의 전압은 전송 라인들(142) 상에 전송되는 전압과 거의 동일할 수 있다. 고장(fault) 동안에는, 상기 금속 탱크의 전압은 상기 전송 라인들(142a, 142b)의 전압 사이에 있을 수 있다.

정상 동작 동안에, 전송 라인(142)의 전류는 제 1 단자(144)에서 제 2 단자(146)로 상기 부싱들(bushings)(116) 및 상기 고장 전류 제한 유닛(120)을 거쳐 상기 초전도 고장 전류 제한 모듈(110)을 통해 전송될 수 있다. 고장 전류 제한 유닛(120)에서, 초전도 회로(122)는 임계 온도(Tc), 임계 자기장(Hc) 및 임계 전류(Ic)보다 낮게 유지되고, 초전도 상태를 유지한다. 고장이 일어나면, 상기 모듈(110)로 전송되는 상기 고장 전류는 상기 초전도 회로(122)의 동작 파라미터들(즉, 온도(To), 자기장(Ho) 및 전류(Io)) 중에서 적어도 하나 이상을 임계 온도(Tc), 임계 자기장(Hc) 및 임계 전류(Ic)보다 높게 증가시킬 수 있다. 고장 전류의 초전도 고장 전류 제한 모듈(110)을 통한 전송을 미리 정의한 값(바람직하게, 50%)으로 감소시키기 위하여, 상기 초전도 회로(122)의 저항은 증가된다. 초전도 고장 전류 제한 모듈(110)을 이용하여 제한된 전류는 시스템 오퍼레이터의 사양(systems operators' specification)에 따라 10%에서 90%까지 변동될 수 있다. 상기 고장 전류가 가라앉은 후에는, 상기 초전도 회로(122)는 초전도 상태로 돌아와 거의 제로 저항(zero resistance)이 될 수 있다. 이러한 과정은 리커버리 사이클(recovery cycle)로 명명될 수 있다.

본 발명에서, 상기 모듈(110)의 상기 탱크(112)는 그라운드(Ground)와 전기적으로 분리되어 있다. 게다가, 고전압 설계 도전(high voltage design challenge)들이 전기 절연체로서 동작하는 예를 들어, 공기에 의해 상기 모듈(110) 외부에서 이루어질 수 있다. 그 결과, 높은 전압 하에서 동작하기 위해 포함되어야만 하는, 탱크(112) 내의 특별한 고전압 설계 및 고전압 부싱 설계가 필요 없을 수 있다. 그러므로, 상기 모듈(110)의 디자인은 간소화될 수 있다. 게다가, 상기 모듈(110)의 치수(dimension; 크기)는 더 작아질 수 있다. 상기 모듈(110)의 상기 탱크(112)가 전기 전도성 물질로 만들어진다고 하더라도, 예를 들어, 상기 탱크(112)를 그라운드(Ground)로부터 제거하고, 그라운드(Ground)에 대하여 상기 탱크(112)를 전기적으로 플로팅시킴으로써, 상기 탱크(112)가 0(zero)이 아닌 전기 전위로 유지될 수 있다. 상기 탱크(112)의 전압은 상기 탱크(112), 상기 네트워크 및 그라운드(Ground) 사이의 전기 절연의 양(amount)에 따라 달라질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 지지 구조들(132, 134)은 상기 모듈(110)과 그라운드(Ground) 사이에 전압 분배기(voltage divider)를 형성할 수 있고, 상기 탱크(112)의 전기 전위는 그라운드(Ground)보다 크고, 단자 전압보다는 작은 값일 수 있다.

본 발명에서, 상기 모듈(110)은 바람직하게 아래의 예시적인 사양을 가질 수 있다.

* 정격 제한 고장 전류(rated limited fault current)에서 고장 동안의 최대 전압 = 10kV rms

* 최대 부하 전류 = 1.2kA rms

* 최대 고장 전류 = 40kA rms

* 정격 제한 고장 전류에서 고장 동안의 최대 임피던스 = 0.25Ω

다시 말하면, 상기 전류 리미터 모듈(current limiter module)(110)의 임피던스는 고장 조건에서 0.25Ω까지 증가할 수 있다. 상기 모듈(110)은 40kA rms의 최대 고장 전류를 견딜 수 있다. 이러한 값들에 기초하여, 상기 모듈(110)에 걸친 최대 전압 전위는 0.25Ω * 40kA rms일 수 있다. 이러한 파라미터들에 알면, 일반적으로 발생할 수 있는 전류 이하의 최대 고장 전류 및 다양한 시스템 전압들을 사용하는 다양한 전송 네트워크들을 설계할 수 있다.

만약, 상기 네트워크가 138kV, 1200A 및 63kA의 고장 전송 라인의 시스템 전압을 갖는 3상 시스템을 요구한다면, 이러한 특성들에 기초하여 아래의 사양이 계산될 수 있다.

* 상 전압(phase voltage)(단,

으로 정의됨)은 80kV이다.

* 시스템 쇼트 회로 임피던스는 상기 상 전압을 최대 고장 전류로 나눔으로써 계산되거나,

일 수 있다.

* 초전도 고장 전류 제한 모듈에 의해 허용된 최대 고장 전류는 40kA이다. 그래서, 전류 감소 요구치(current reduction requirement)는 적어도

이거나, 또는 37%이다.

40kA 이하의 최대 고장 전류를 얻기 위하여, 상기 네트워크의 임피던스는

보다 크거나, 또는 2Ω이다. 초전도 고장 전류 제한 모듈의 개수는 원하는 임피던스(즉, 2.0Ω)에서 상기 시스템 쇼트 회로 임피던스(즉, 1.26Ω)를 빼고, 그 결과를 0.25Ω(즉, 하나의 초전도 고장 전류 제한 모듈의 임피던스)로 나눔으로써 결정될 수 있다. 마진(margin)이 허락하는 선에서, 요구되는 10kV 초전도 고장 전류 제한 유닛들의 개수는 4로 결정될 수 있다. 이에 기초하여, 모든 모듈들의 전체 초전도 고장 전류 제한 임피던스는 4*0.25Ω 또는 1.0Ω이다. 이에, 제한 고장 전류는

또는 35kA로 주어지고, 상기 고장 전류 감소는

또는 44%로 주어진다.

[표 1]은 채용될 수 있는 다른 구성들을 보여준다. 아래에 나타난 실시예들에서, 제한 전류는 40kA 아래로 유지된다. 각 구성의 시스템 전압 및 상 전압은 변화될 수 있다. 초전도 고장 전류 제한의 결과가 계산되고, 그에 기초하여 제한 전류 및 전류 감소가 계산될 수 있다.

<다양한 시스템 구성들을 위한 요구 사항들>

하나 이상의 모듈들(110)을 구비하는 초전도 고장 전류 제한 시스템(100)은 많은 이점들을 제공한다. 상술한 바와 같이, 상기 모듈(110)의 치수는 그라운드에 전기적으로 연결된 모듈의 치수에 비하여 훨씬 더 작아질 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 초전도 고장 전류 제한 모듈(110)은 250cm 또는 그 이하의 여유 길이를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 상기 여유 길이는 8cm에서 25cm 정도로 작을 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 여유 길이는 하나 이상의 초전도 회로들(122) 및 상기 탱크(112) 사이의 최단 거리일 수 있다. 이것은 그라운드에 전기적으로 연결된 탱크와 상이할 수 있다. 후자의 경우, 상기 여유 길이는 90인치 정도로 클 수 있다.

후자의 경우, 큰 치수는 상기 초전도 회로와 상기 탱크 사이의 아크 경로(arc path) 때문일 수 있다. 고장 조건 동안에, 상기 탱크 내부의 온도는 실질적으로 증가할 수 있다. 액체 질소가 냉각제로서 사용되는 경우, 온도 상승은 상기 액체 질소가 질소 가스 거품(nitrogen gas bubble)들을 형성하게 하는 원인이 될 수 있다. 상기 초전도 회로 전압으로부터의 높은 전기장은 상기 거품들이 상기 초전도 회로에서부터 상기 탱크까지 이어지게(line up) 하는 원인이 될 수 있다. 질소 가스가 액체 질소에 비하여 나쁜 전기 절연체이므로, 상기 거품들은 약한 유전 경로(weak dielectric path)를 제공할 수 있다. 이러한 약한 유전 경로에 의하여, 아크 플래시오버(arc flashover)가 상기 초전도 회로와 상기 탱크 사이에 일어날 수 있다. 만약, 상기 탱크가 그라운드 전위로 유지되면, 상기 아크 경로는 상기 거품들을 거쳐 상기 초전도 회로, 상기 탱크 및 상기 그라운드를 연결하면서 형성될 수 있다. 그 결과, 고전압 브레이크다운(high voltage breakdown)이 다른 고장의 원인이 되면서 일어날 수 있다. 이러한 경로의 형성을 방지하는 하나의 방법은 상기 여유 길이를 증가시키는 것이다. 그것에 의하여, 상기 탱크와 상기 초전도 회로 사이에 완전한 경로가 형성될 가능성을 감소시킬 수 있다. 그러나, 상기 탱크와 상기 초전도 회로 사이의 거리 증가는 필수적으로 상기 초전도 고장 전류 제한 모듈의 공간을 증가시키게 된다. 본 발명에서, 그라운드 전압 레벨 이상으로 유지되는 상기 탱크는, 상기 초전도 회로에서 상기 탱크로 거품들이 이어지는 경우에도, 상기 초전도 회로에서 그라운드로 아크 전류(arcing current)가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 이에, 본 발명의 초전도 고장 전류 제한 시스템(100)은 더 작은 공간에도 불구하고 추가적인 고장을 방지할 수 있고, 전력 전송 및 분배 시스템들에 중요하게 요구되는 우수한 고전압 성능(superior high voltage performance)을 가진 컴팩트한(compact) 초전도 고장 전류 제한 장치를 제공할 수 있다.

또한, 더 작은 치수는 수직 또는 수평적으로 지향된(oriented) 모듈들(110)을 가능하게 한다. 여기서, 수직 또는 수평적으로 지향된다는 것은 상기 모듈들(110)의 높이 대 넓이의 형상비(aspect ratio)로 명명될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 모듈들(110)은 높고 얇은 모듈들일 수 있고, 그 결과 수직으로 지향될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 모듈들(110)은 짧고 넓은 치수를 가질 수 있고, 그 결과 수평으로 지향될 수 있다.

만약, 둘 이상의 모듈들(110)이 상기 시스템(100)에 포함된다면, 더 높은 전압들 및/또는 더 높은 전류 어플리케이션(application)들을 위한 설계를 커스터마이즈(customize)하기 위하여, 상기 복수의 더 작은 모듈들(110)을 직렬 및/또는 병렬로 연결시킬 수 있다. 또한, 고장 조건 동안에 높은 전압으로 초전도 고장 전류 제한 장치들을 테스트하기를 원하는 전력 유틸리티 회사들에서 요구하는 극악 테스트 요구 사항들(stringent testing requirements)은 상기 모듈(110)에 의해 충족될 수 있다. 여기서, 각 모듈(110)은 독립적으로 테스트될 수 있다. 유지 및 수리 작업(repair work) 수행은 사용된 모듈들(110)을 제거하거나 및/또는 사용된 모듈들(110)을 새로운 모듈들(110)로 교체함으로써 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 상기 모듈들(110)은 단상 모듈일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 모듈들(110)은 3상 모듈일 수 있다. 상기 단상 모듈은 송신 라인이 설계될 때 이점들을 가질 수 있다. 한편, 상기 3상 모듈은 더 낮은 전압 분배 시스템 어플리케이션들을 위해 사용될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 예시적인 초전도 고장 전류 제한 시스템(200)이 도시되어 있다. 본 실시예의 초전도 고장 전류 제한 시스템(200)이 이전 실시예의 상기 시스템(100)과 유사하다는 것은 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에 의하여 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 실시예에서, 초전도 고장 전류 제한 시스템(200)은 도 1a 및 도 1b에 도시된 초전도 고장 전류 제한 시스템(100)에 포함된 구성 요소들과 유사한 많은 구성 요소들을 포함한다. 그러므로, 이전 실시예의 초전도 고장 전류 제한 시스템(100)의 도면들 및 설명은 본 실시예의 초전도 고장 전류 제한 시스템에도 적용될 수 있다.

상기 초전도 고장 전류 제한 시스템(100)의 모듈(110)과는 달리, 상기 모듈(210)은 상기 고장 전류 제한 유닛(120) 및 상기 탱크(112)를 상기 전류 라인들(142a, 142b) 중에서 하나에 연결하는 전도성 막대(conducting rod)(216)를 포함한다. 그러므로, 상기 탱크(112)는 정상 조건 및 고장 조건 동안에 상기 단자들(144, 146) 중에서 하나와 동일한 전기 전위로 유지될 수 있다.

만약, 초전도 고장 전류 제한 시스템이 복수의 초전도 고장 전류 제한 모듈들을 포함한다면, 상기 모듈들은 다양한 구성으로 배열될 수 있다. 도 3a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 예시적인 초전도 고장 전류 제한 시스템(300a)이 도시되어 있다. 상기 장치(300a)는 복수의 초전도 고장 전류 제한 모듈들(310i, ..., 310iii)을 포함하는 초전도 고장 전류 제한 시스템일 수 있다. 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들은 본 실시예의 초전도 고장 전류 제한 시스템(300a)이 이전 실시예들에 개시된 구성 요소들과 유사한 구성 요소들을 포함하고 있음을 인지할 수 있을 것이다. 따라서, 명확화를 위하여 유사한 특징들에 대한 설명은 생략될 것이다. 이전 실시예의 초전도 고장 전류 제한 시스템들의 설명은 본 실시예의 초전도 고장 전류 제한 시스템(300a)의 설명에도 적용될 수 있다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 초전도 고장 전류 제한 시스템(300a)은 복수의 초전도 고장 전류 제한 모듈들, 바람직하게는 세 개의 단상 초전도 고장 전류 제한 모듈들(310i, ..., 310iii)을 포함할 수 있다. 각 모듈(310i. ,,,. 310iii)은 서로 유사하며, 이전 실시예에 개시된 모듈과 유사할 수 있다. 실시예에 따라, 하나 이상의 모듈들(310i, ..., 310iii)은 내부 션트 리액터(318) 및/또는 외부 션트 리액터(348)를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명은 내부 션트 리액터(318) 및/또는 외부 션트 리액터(348)를 가지지 않은 하나 이상의 모듈들(310i, ..., 310iii)을 배제하는 것은 아니다.

각 모듈(310i, ..., 310iii)의 상기 탱크(312)는 떨어져 위치하고, 전기적으로 그라운드와 분리되어 있다. 실시예에 따라, 각 탱크(312)는 전기적 및/또는 열적 절연 지지대들(334a, 334b) 및 플랫폼(336)에 의하여 지지될 수 있다. 초전도 고장 전류 제한 시스템(300a)은 또한 냉각제 공급 라인(354)을 거쳐 각 탱크에 냉각제를 공급하는 냉각제 서플라이(collant supply)(352)를 포함할 수 있다.

각 모듈(310i, ..., 310iii)은 직렬로 배열된 단상 모듈이다. 그러므로, 전류는 제 1 모듈(310i)을 거쳐 제 2 모듈(310ii)로 흐른 후, 제 3 모듈(310iii)로 흐를 수 있다. 이러한 직렬 구성은 [표 1]에 나타난 상기 구성들을 창작(create)하는 데에 사용될 수 있다. 상술한 초전도 고장 전류 제한 모듈과 유사하게, 각 모듈(310i, ..., 310iii)은 수평적으로 또는 수직적으로 지향될 수 있다.

도 3b에서, 다른 예시적인 초전도 고장 전류 제한 시스템(300b)의 상기 모듈들(310i, ..., 310iii)은 수직 또는 수평 지향으로 지향될 수 있다. 그러나, 상기 모듈들(310i, ..., 310iii) 각각은 외부 션트 리액터를 포함하지 않는다. 대신에, 각 모듈(310i, ..., 310iii)은 내부 션트 리액터(318)를 포함할 수 있다. 도 3c에서, 또 다른 예시적인 초전도 고장 전류 제한 시스템(300c)의 모듈들(310i, ..., 310iii)은 수직 또는 수평 지향으로 지향될 수 있다. 그러나, 하나의 외부 션트 리액터(348)는 상기 전류 라인들(315a, 315b)을 연결하는 데에 사용될 수 있다.

이전 실시예들의 초전도 고장 전류 제한 시스템들(100, 200)의 상기 탱크들(112)과 유사하게, 본 실시예의 초전도 고장 전류 제한 시스템의 상기 탱크들(312)은 전도성 물질로 만들어질 수 있다. 이 때, 전도성 물질은 메탈, 절연 물질, 섬유 유리일 수 있다. 또한, 상기 탱크들(312)은 그라운드 및/또는 단자들(342a, 342b, 344a, 344b, 346a, 346b)로부터 전기적으로 분리되어 있다. 전기 전도성 탱크들(312)의 경우에는, 각 탱크(312)의 전압이 정상 동작 동안에 전류 라인들(315a, 315b)의 전압 및 그 근처에서 플로팅될 수 있다. 고장이 발생하면, 각 탱크(312)는 그것의 단자들(342a, 342b, 344a, 344b, 346a, 346b) 각각에 존재하는 전압 사이에서 플로팅하는 경향이 있을 것이다. 상기 탱크들(312)이 공통 플랫폼(336) 상에 있기 때문에, 각 탱크가 서로 다른 전기 전위에서 플로팅함에 따라, 고장 발생시 절연 지지대들(334a, 334b)이 서로 상기 탱크들(312)을 절연시키기 위하여 사용될 수 있다.

다른 실시예들에서, 상기 탱크들(312)은 전도성이 있고, 각 탱크(312)는 그것의 각각의 단자들(342a, 342b, 344a, 344b, 346a, 346b) 중에서 하나에 묶여 있다. 이러한 경우에, 절연 지지대들(334b)은 각각이 서로 다른 전기 전위에 있게 됨에 따라, 고장 발생시 탱크들(312)을 상기 플랫폼(336) 및 서로로부터 절연시키도록 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 하나의 탱크는 다른 탱크들이 플랫폼(336)으로부터 전기적으로 고립되어 있는 동안에, 상기 플랫폼(336)에 전기적으로 연결될 수 있다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 예시적인 초전도 고장 전류 제한 시스템(400)의 측면도(side view) 및 평면도(top view)가 각각 도시되어 있다. 본 실시예에서, 초전도 고장 전류 제한 시스템(400)은 제 1 내지 제 6 단상 초전도 고장 전류 제한 모듈들(410i, 410ii, 410iii, 410iv, 410v, 410vi)을 포함할 수 있다. 초전도 고장 전류 제한 모듈들(410i, 410ii, 410iii, 410iv, 410v, 410vi) 각각은 이전 실시예들의 초전도 고장 전류 제한 시스템(100, 200, 300) 내에 포함된 초전도 고장 전류 제한(SCFCL) 모듈들 각각과 유사할 수 있다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 초전도 고장 전류 제한 모듈들(410i, 410ii, 410iii, 410iv, 410v, 410vi)은 직렬 및 병렬 연결로 배열되어 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 4 초전도 고장 전류 제한 모듈들(410i, 410iv)은 병렬 연결로 전기적으로 연결될 수 있고, 제 2 및 제 5 초전도 고장 전류 제한 모듈들(410ii, 410v)은 병렬 연결로 전기적으로 연결될 수 있으며, 제 3 및 제 6 초전도 고장 전류 제한 모듈들(410iii, 410vi)도 병렬 연결로 전기적으로 연결될 수 있다. 동시에, 제 1 및 제 4 초전도 고장 전류 제한 모듈들(410i, 410iv)은 제 2 및 제 5 초전도 고장 전류 제한 모듈들(410ii, 410v)과 직렬로 연결되고, 제 2 및 제 5 초전도 고장 전류 제한 모듈들(410ii, 410v)은 제 3 및 제 6 초전도 고장 전류 제한 모듈들(410iii, 410vi)과 직렬로 연결된다. 이러한 구성은 더 높은 전류들(즉, 병렬 구성에 기인한)과 더 높은 전압들(즉, 직렬 구성에 기인한)을 허용하기 위해 사용될 수 있다. 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명이 상기 구체적인 구성으로 제한되는 것이 아님을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 초전도 고장 전류 제한 모듈들(410i, 410ii, 410iii, 410iv, 410v, 410vi)은 직렬 및 병렬 연결의 어떠한 조합으로도 배열될 수 있다. 또한, 초전도 고장 전류 제한 모듈들의 개수도 특정 숫자로 한정되는 것은 아니다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 예시적인 초전도 고장 전류 제한 시스템(500)의 측면도 및 평면도가 각각 도시되어 있다. 본 실시예에서, 초전도 고장 전류 제한 시스템(500)은 초전도 고장 전류 제한 모듈(510)을 포함한다. 본 실시예의 초전도 고장 전류 제한 모듈(510)은 열적 및/또는 전기적 절연 물질로 만들어지는 탱크(512)를 포함할 수 있고, 상기 열적 및/또는 전기적 절연 물질은 예를 들어, 섬유 유리 또는 G10일 수 있다. 그러나, 금속 탱크(512)와 같은 전도성 탱크(512)가 본 발명에서 배제되는 것이 아니다. 상기 탱크(512)가 전기 전도성 물질로 만들어지더라도, 상기 탱크(512)는 그라운드로부터 분리되어 있고, 전기적으로 고립될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 탱크(512)는 단자들(517a, ..., 517f) 모두로부터 고립되어 있다. 반면에, 다른 실시예들에서는, 상기 탱크(512)는 단자들(517) 중에서 정확하게 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 탱크(512)에 복수의 초전도 고장 전류 제한 유닛들(520i, 520ii, 520iii)이 위치한다. 상기 초전도 고장 전류 제한 유닛들(520i, 520ii, 520iii) 각각은 이전 실시예들에서 설명된 초전도 고장 전류 제한 유닛들과 유사할 수 있다. 또한, 본 실시예의 초전도 고장 전류 제한 유닛들(520i, 520ii, 520iii)은 이전 실시예들에서 설명된 구성들과 유사한 하나 이상의 구성들로 배열될 수 있다. 상기 초전도 고장 전류 제한 유닛들(520i, 520ii, 520iii) 각각은 단상 유닛일 수 있다. 바람직하게, 각 초전도 고장 전류 제한 유닛(520i, 520ii, 520iii)의 상(phase)은 인접한 초전도 고장 전류 제한 유닛(520i, 520ii, 520iii)의 상(phase)과 상이할 수 있다. 예를 들어, 초전도 고장 전류 제한 유닛(520i)은 초전도 고장 전류 제한 유닛(520ii)과 서로 다른 상(phase)을 가질 수 있다. 한편, 초전도 고장 전류 제한 유닛(520i)은 초전도 고장 전류 제한 유닛(520iii)과는 동일한 또는 상이한 상(phase)을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 탱크(512) 내에는 세 개의 모듈들이 포함된다. 이 때, 각각은 3상 전력 시스템의 하나의 상(phase)일 수 있다. 본 실시예에서, 각 상(phase)은 다른 두 상(phase)으로부터 120

의 오프셋(offset)을 가질 수 있다. 또한, 초전도 고장 전류 제한 유닛들(520i, 520ii, 520iii)은 수직 지향 또는 수평 지향으로 배열될 수 있다.

초전도 고장 전류 제한 유닛들(520i, 520ii, 520iii)의 온도는 원하는 온도로 유지될 수 있다. 예를 들어, 상기 초전도 고장 전류 제한 유닛들(520i, 520ii, 520iii)은 액체 질소와 같은 냉각제(114) 또는 상기 탱크(512)로 주입(예를 들어, 가스 또는 액체 형태로)되는 다른 냉각제(114)에 의하여 낮은 온도(예를 들어, ~77

K)로 유지될 수 있다. 상기 냉각제(114)가 주입될 때, 상기 냉각제(114)는 공급 라인(354) 및 상기 탱크(512)에 연결된 포트(515)를 거쳐 상기 탱크(512)로 들어갈 수 있다. 이전 실시예와 유사하게, 상기 공급 라인 및 상기 포트는 절연 공급 라인일 수 있다. 그러나, 본 발명에서 전도성 공급 라인이 배제되는 것은 아니다.

초전도 고장 전류 제한 유닛들(520i, 520ii, 520iii) 각각은 또한 전기 부싱들(516)에 연결될 수 있다. 각 유닛의 전기 부싱들(516)은 내부 션트 리액터(미도시)에 의해 다른 유닛과 연결될 수 있다. 선택적으로, 상기 부싱들(516)은 이전 실시예들의 초전도 고장 전류 제한 유닛들처럼 외부 션트 리액터(548)를 거쳐 다른 유닛과 연결될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 초전도 고장 전류 제한 유닛(520i)은 상기 내부 션트 리액터 및 상기 외부 션트 리액터를 모두 포함할 수 있고, 초전도 고장 전류 제한 유닛들(520i, 520ii, 520iii) 각각의 부싱들(516)은 내부 션트 리액터 및 외부 션트 리액터를 거쳐 다른 유닛과 연결될 수 있다. 또한, 상기 부싱들(516)은 단자들(517)의 전류 라인에 연결되어 초전도 고장 전류 제한 시스템(500)을 전송 네트워크(미도시)에 연결시킬 수 있다.

초전도 고장 전류 제한 유닛들(520i, 520ii, 520iii) 각각은 선택적인 내부 지지대들(132)에 의하여 지지될 수 있다. 한편, 초전도 고장 전류 제한 탱크(512)는 하나 이상의 선택적인 외부 지지대(334a, 334b)에 의하여 지지될 수 있다. 본 실시예의 초전도 고장 전류 제한 시스템(500)의 더 큰 사이즈를 수용하기 위하여, 선택적인 플랫폼(336) 또한 포함될 수 있다. 이전 실시예의 초전도 고장 전류 제한 시스템들처럼, 만약 포함된다면, 상기 내부 지지대(132), 외부 지지대들(334a, 334b) 및 상기 플랫폼(336)은 열적 및/또는 전기적 절연 기반 구조들일 수 있다. 그러나, 본 발명에서 상기 탱크(512) 및 상기 공급 라인(354)과 같은 열적 및/또는 전기적 전도성 구조들이 배제되는 것은 아니다.

본 실시예의 초전도 고장 전류 리미터(500)는 여러 이점들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 고전압 설계 요구 사항들 대부분이 공기 절연 및 공기 갭 절연 상태인 외부 지지 구조들로 이동될 수 있다. 또한, 초전도 고장 전류 리미터(500)는 상기 탱크(512) 내의 상기 유닛들(520i, 520ii, 520iii) 사이의 더 짧은 내부 갭 및 더 짧고 더 낮은 전압 정격 부싱들(516)을 요구한다. 게다가, 3상 모듈을 제공하는 것은 세 개의 단상 모듈들을 제공하는 것에 비하여 공간 활용에 있어 리던던시(redundancy)를 제거할 수 있다. 특히, 초전도 고장 전류 리미터의 전체 치수는 더 컴팩트해지고 가벼워질 수 있다. 이러한 초전도 고장 전류 제한 시스템(500)은 더 작은 공간이 요구되어지는 곳에서 매력적일 수 있다. 더욱이, 초전도 고장 전류 제한 시스템(500)은 장치 레벨 모듈러 설계(device level modular design)의 일부분일 수 있다. 상기 모듈들은 더 높은 전류 및 더 높은 전압 어플리케이션을 위하여 상기 유닛들을 병렬 및/또는 직렬로 연결함으로써 더 큰 유닛을 구성하는데 사용될 수 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 예시적인 초전도 고장 전류 제한 시스템(600)이 도시되어 있다. 초전도 고장 전류 제한 시스템(600)은 도 5에 도시된 초전도 고장 전류 제한 시스템과 유사하다. 그러나, 본 실시예의 초전도 고장 전류 제한 시스템(600)의 탱크(612)가 훨씬 더 크다. 또한, 상기 탱크(612)는 전기 전도성이 있고, 그라운드(Ground)에 전기적으로 연결된다. 그러므로, 상기 탱크(612)는 그라운드 전위로 유지될 수 있다. 지지대(132)는 선택적으로 상기 탱크(612)와 상기 유닛들(520i, ..., 520iii) 사이에 전기적 고립을 제공할 수 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 예시적인 초전도 고장 전류 제한 시스템(700)이 도시되어 있다. 본 실시예에서, 초전도 고장 전류 제한 시스템(700)은 3상 시스템으로서, 세 개의 단상 모듈들(710)을 포함한다. 또한, 상기 시스템(700)은 회로 차단기(770) 근처에 제공된다. 본 실시예의 초전도 고장 전류 제한 시스템(700)이 세 개의 단상 모듈들(110)을 포함할 지라도, 오직 두 개의 모듈들(710)이 명확화 및 간소화의 목적으로 도시되어 있다.

초전도 고장 전류 제한 시스템들(700)에 인접하는 회로 차단기(770)는 하우징(housing)(772) 및 탱크 어셈블리(tank assembly)(771)를 포함할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(772)은 제 1 수직 거리(y1)만큼 그라운드로부터 떨어져 있을 수 있다. 한편, 상기 탱크 어셈블리(771)는 제 1 원통형 탱크(cylindrical tank)(774)를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 탱크 어셈블리(771)는 제 2 및 제 3 원통형 탱크들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 탱크 어셈블리(771)는 복수의 부싱 절연체들(776)을 포함할 수 있다. 상기 회로 차단기(770)의 형태에 따라, 부싱 절연체들(776)의 개수는 달라질 수 있다. 예를 들어, 3상 회로 차단기(770)는 한 쌍의 제 1 상 부싱 절연체들(776a-i, 776a-ii), 한 쌍의 제 2 상 부싱 절연체들(776b-i, 776b-ii) 및 한 쌍의 제 3 상 부싱 절연체들(미도시)을 포함할 수 있다. 각각의 부싱 절연체들에 연결된 복수의 전류 트랜스포머(current transformer)들(778)이 있을 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 초전도 고장 전류 제한 시스템(700)은 3상 시스템으로서, 세 개의 단상 모듈들(710)을 포함한다. 제 1 모듈(710)은 상기 제 1 상 부싱 절연체 쌍(776a-i, 776a-ii) 중에서 하나에 연결될 수 있고, 제 2 모듈(710)은 상기 제 2 상 부싱 절연체 쌍(776b-i, 776b-ii) 중에서 하나에 연결될 수 있으며, 제 3 모듈(미도시)은 상기 제 3 상 부싱 절연체들(미도시) 중에서 하나에 연결될 수 있다.

본 실시예의 초전도 고장 전류 제한 모듈들(710) 각각은 도 1에 도시된 초전도 고장 전류 제한 시스템의 초전도 고장 전류 제한 모듈(110)과 유사할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예의 각 모듈(710)은 그라운드로부터 떨어져 있고, 비-그라운드 전위(non-ground potential)로 유지되는 탱크(712)를 포함할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 탱크(712)는 제 2 수직 거리(y2)만큼 그라운드로부터 떨어져 있을 수 있다. 또한, 상기 탱크(712)는 측면 거리(x)만큼 수평 방향(780)을 따라 상기 회로 차단기(770)로부터 떨어져 있을 수 있다.

상기 탱크(712) 내에 하나 이상의 고장 전류 제한 유닛들(720)이 있을 수 있다. 나아가, 각 모듈(710)은 하나 이상의 부싱들(716) 및 하나 이상의 선택적인 내부 션트 리액터(718) 또는 외부 션트 리액터(748)를 포함할 수 있다. 본 실시예의 각 모듈(710)은 도 1에 도시된 모듈(110)과 유사하기 때문에, 추가적인 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예의 초전도 고장 전류 제한 시스템(700)은 상기 회로 차단기(770) 근처에 위치할 수 있다. 바람직하게, 각 모듈(710)의 상기 탱크(712)는 상기 하우징(772) 또는 그라운드 전위로 유지되는 상기 회로 차단기(770)의 다른 부분들 상부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 탱크들(712)은 수평 방향(780)을 따라 상기 부싱 절연체들(776a-i, 776a-ii, 776b-i, 776b-ii, ...)에 정렬되거나, 또는 그들 상부에 위치할 수 있다. 그러므로, 제 2 수직 거리(y2)는 제 1 수직 거리(y1)보다 클 수 있다. 상기 부싱 절연체들(776a-i, 776a-ii, 776b-i, 776b-ii, ...) 근처나 상부에 상기 탱크(712)를 위치시킴으로써, 상기 회로 차단기(770) 상부의 공간은 활용될 수 있다.

나아가, 상기 탱크(712)와 상기 회로 차단기(770) 사이의 측면 공간(x)은 최소화될 수 있다. 상기 탱크(712)를 상기 부싱 절연체들(776a-i, 776a-ii, 776b-i, 776b-ii, ...)에 정렬시키거나 또는 그들 상부에 위치시킴으로써, 상기 탱크(712)와 상기 하우징(772) 사이의 공간은 측면 공간(x)이 작아지더라도 확대될 수 있다. 예를 들어, 상기 탱크(712)와 상기 하우징(772) 사이의 공간은 수직 방향을 따라 확대될 수 있다. 공정(process) 중에, 적절한 전기 절연이 공기에 의하여 상기 탱크(712)와 상기 하우징(772)에 제공될 수 있다. 그러므로, 초전도 고장 전류 제한 시스템(700)과 상기 회로 차단기(770)는 측면 방향(780)을 따라 조금 더 가까이 팩킹될(packed) 수 있고, 공간 요구 사항은 상기 전기적 절연과의 타협 없이도 최소화될 수 있다.

그라운드 전위로 유지되는 상기 탱크를 가진 초전도 고장 전류 제한 시스템에서, 상기 탱크는 일반적으로 그라운드에 접촉(contact)한다. 그러한 시스템에서, 회로 차단기(770)와 상기 탱크 사이의 측면 거리(x)는 적절한 전기적 고립을 제공하기 위하여 더 커져야만 한다. 그러므로, 상기 시스템 및 상기 회로 차단기(770)는 더 큰 공간을 요구하게 된다.

고장 전류 제한 장치의 여러 실시예들이 개시되었다. 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명이 여기에 설명된 특정한 실시예들에 의하여 그 범위가 한정되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 게다가, 여기에 설명된 것들에 덧붙여 본 발명의 다른 다양한 실시예들 및 변형들은 앞서 설명한 내용들 및 수반되는 도면들로부터 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 자명할 것이다. 그러므로, 상기 다른 실시예들 및 변형들은 본 발명의 범위 내에 속하는 것이다. 나아가, 본 발명이 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현의 내용으로 설명되어 있다고 하더라도, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들은 그 사용이 그에 한정되는 것이 아니라, 본 발명이 여러 목적을 위하여 여러 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 아래 나열된 특허 청구 범위는 여기에 설명된 본 발명의 전체 범위 및 전체 사상을 고려하여 해석되어야 할 것이다.

Claims

그라운드로부터 전기적으로 분리되어 그라운드 전위(ground potential)로부터 전기적으로 고립되는 전기 전도성 인클로저(enclosure);
제 1 전류 전송 라인에 전기적으로 연결되는 제 1 단자;
제 2 전류 전송 라인에 전기적으로 연결되는 제 2 단자;
상기 전기 전도성 인클로저에 포함되고, 상기 제 1 및 제 2 단자들에 전기적으로 연결되는 제 1 초전도 회로(superconducting circuit); 및
상기 제 1 전류 전송 라인 또는 상기 제 2 전류 전송 라인 중 적어도 하나에 직접적으로 연결되고, 상기 전기 전도성 인클로저에 직접적으로 연결되는 제1 전도성 막대(conducting rod)를 포함하고,
상기 전기 전도성 인클로저는 상기 제 1 및 제 2 단자들 중 하나에 전기적으로 연결되어 상기 전기 전도성 인클로저가 상기 제 1 전류 전송 라인 또는 상기 제 2 전류 전송 라인 중 상기 적어도 하나와 동일한 전기 전위를 유지하는 것을 특징으로 하는 고장 전류 전송 제한 장치.
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제 1 항에 있어서,
상기 전기 전도성 인클로저를 지지하고, 상기 전기 전도성 인클로저와 상기 그라운드 사이에 위치하며, 상기 전기 전도성 인클로저를 상기 그라운드로부터 전기적으로 고립시키는 지지대(support)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고장 전류 전송 제한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 초전도 회로를 기 설정된 온도 이하로 유지시키기 위하여 상기 전기 전도성 인클로저 내부에 위치하는 냉각제(coolant)를 더 포함하고,
상기 냉각제는 액체 질소 또는 헬륨 가스이며, 상기 기 설정된 온도는 77
K 이하인 것을 특징으로 하는 고장 전류 전송 제한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전기 전도성 인클로저를 위로 지지하고, 상기 그라운드로부터 전기적으로 고립되는 플랫폼(platform)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고장 전류 전송 제한 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 플랫폼에 의하여 지지되는 제 2 전기 전도성 인클로저;
제 3 및 제 4 단자들; 및
상기 제 2 전기 전도성 인클로저에 포함되고, 상기 제 3 및 제 4 단자들에 전기적으로 연결되는 제 2 초전도 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고장 전류 전송 제한 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 전기 전도성 인클로저와 상기 플랫폼 사이에 위치하여 상기 전기 전도성 인클로저와 상기 제 2 전기 전도성 인클로저를 전기적으로 고립시키는 지지대들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고장 전류 전송 제한 장치.
제 10 항에 있어서, 상기 제 3 및 제 4 단자들이 각각 하나 이상의 전류 분배 라인(current distribution line)들에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 고장 전류 전송 제한 장치.
제 10 항에 있어서, 상기 제 3 단자는 상기 제 1 및 제 2 단자들 중 하나에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 고장 전류 전송 제한 장치.
제 1 항에 있어서,
제 3 전류 전송 라인에 전기적으로 연결되는 제 3 단자;
제 4 전류 전송 라인에 전기적으로 연결되는 제 4 단자; 및
상기 전기 전도성 인클로저에 포함되고, 상기 제 3 및 제 4 단자들에 전기적으로 연결되는 제 2 초전도 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고장 전류 전송 제한 장치.
제 14 항에 있어서,
제 5 전류 전송 라인에 전기적으로 연결되는 제 5 단자;
제 6 전류 전송 라인에 전기적으로 연결되는 제 6 단자; 및
상기 전기 전도성 인클로저에 포함되고, 상기 제 5 및 제 6 단자들에 전기적으로 연결되는 제 3 초전도 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고장 전류 전송 제한 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 초전도 회로와 상기 전기 전도성 인클로저 사이의 여유 길이(clearance length)는 250센티미터(cm) 이하인 것을 특징으로 하는 고장 전류 전송 제한 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 제 1 초전도 회로와 상기 전기 전도성 인클로저 사이의 상기 여유 길이는 8cm에서 25cm 사이인 것을 특징으로 하는 고장 전류 전송 제한 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전기 전도성 인클로저는 외부 표면과 내부 표면을 포함하고, 상기 외부 표면은 공기(air)에 노출되는 것을 특징으로 하는 고장 전류 전송 제한 장치.
제 1 단자를 제 1 전류 전송 라인에 전기적으로 연결시키는 단계;
제 2 단자를 제 2 전류 전송 라인에 전기적으로 연결시키는 단계;
전기 전도성 인클로저에 포함되는 초전도 회로를 상기 제 1 및 제 2 단자들에 전기적으로 연결시켜 고장 전류가 지나가는 경로를 제공하는 단계;
상기 전기 전도성 인클로저를 그라운드로부터 전기적으로 고립시키는 단계; 및
상기 전기 전도성 인클로저가 상기 제 1 전류 전송 라인 또는 상기 제 2 전류 전송 라인 중 적어도 하나와 동일한 전기 전위를 유지하도록 상기 전기 전도성 인클로저를 상기 제 1 및 제 2 단자들 중 하나에 전기적으로 연결시키는 단계를 포함하는 고장 전류 전송 제한 방법.
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제 19 항에 있어서, 상기 전기 전도성 인클로저는 외부 표면과 내부 표면을 포함하고, 상기 외부 표면은 공기(air)에 노출되는 것을 특징으로 하는 고장 전류 전송 제한 방법.