KR101785838B1 - 두 개의 동작전류 조절이 가능한 비절연 이차권선을 갖는 변압기형 초전도 한류기 - Google Patents

두 개의 동작전류 조절이 가능한 비절연 이차권선을 갖는 변압기형 초전도 한류기 Download PDF

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Abstract

두 개의 동작전류 조절이 가능한 비절연 이차권선을 갖는 변압기형 초전도 한류기가 개시된다. 개시된 초전도 한류기는 동일한 철심코어에 결선된 제1 권선, 제2 권선 및 제3 권선; 상기 제1 권선, 상기 제2 권선 및 제3 권선에서 선택된 지점에 연결된 제1 초전도 모듈 및 제2 초전도 모듈;을 포함하되, 상기 제1 권선은 상기 제2 권선 및 상기 제3 권선과 연결되지 않고, 상기 제2 권선은 상기 제3 권선과 연결된다.

Description

두 개의 동작전류 조절이 가능한 비절연 이차권선을 갖는 변압기형 초전도 한류기{Transformer Type SFCL with Non-isolated Secondary Windings for Two Adjustable Operating Currents}
본 발명의 실시예들은 두 개의 동작전류 조절이 가능한 비절연 이차권선을 가지는 변압기형 초전도 한류기에 관한 것이다.
현재까지 배전 계통에 있어서 전력 수요의 증가 및 분산전원 도입으로 인하여 대용량 변압기로의 교체가 불가피하게 되었다. 그에 따라 증가한 고장전류가 계통에 설치된 차단기의 용량을 초과하는 문제가 발생하여 계통의 안정도 향상 및 대용량 차단기로의 교체에 따른 경제적 비용 절감을 위한 현실적인 방안으로 초전도 한류기에 관한 연구가 이루어져 왔다.
도 1는 기존의 초전도 한류기를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 기존의 초전도 한류기는 모두 동일 코어에 결선된 두 개의 코일(제1 권선 및 제2 권선) 간의 자기결합을 이용한다. 여기서, 두 개의 코일은 절연형으로 결선되어 있다.
이 때, 초전도체(High-temperature superconductivity: HTSC)는 고장이 발생하지 않을 때에는 초전도 상태로 영(0)의 저항을 유지하므로 두 개의 코일에서 발생하는 자속이 서로 상쇄됨으로써 각 코일에 유기되는 전압이 0으로 유지된다. 그러나 고장이 발생하여 초전도체에 흐르는 전류가 임계값보다 커지게 되면 초전도체에 저항이 발생하며, 이로 인하여 두 코일에서 발생하는 자속은 더 이상 상쇄되지 않으므로 각 코일에 전압이 유기되고, 결과적으로 초전도 한류기에 임피던스가 발생하여 고장전류가 제한된다.
이와 같이 두 코일의 자기결합을 이용한 초전도 한류기는 고장 발생시 야기되는 전력 부담을 두 코일과 초전도체로 나누어 부담시키고, 이에 따라 사용되는 초전도체의 개수를 줄일 수 있을 뿐 아니라 자기결합으로 인하여 직렬 연결된 초전도체들이 동시에 상전도체로 상전이되는 동시 ??치(simultaneous quench)를 유도할 수 있다. 또한 권선비를 조절하여 임피던스의 크기를 조절함으로써 전류제한 크기를 효과적으로 조절할 수 있다.
요컨대, 도 1에 도시된 기존의 초전도 한류기는 권수비를 조절하여 리엑턴스를 조절하며, 초전도체에 흐르는 전류를 조절함으로써 초전도 한류기의 동작전류를 조절할 수 있다.
도 2는 기존의 또 다른 초전도 한류기를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 초전도 한류기는 초전도체를 2개를 병렬로 연결하고, 2개의 초전도체 사이에 직렬 저항을 추가하며, 고장전류의 크기에 따라 동작 횟수가 1회 또는 2회에 걸쳐 발생한다.
본 발명은 기존의 초전도 한류기들의 장점을 결합하여 동작 전류를 조절할 수 있고 두 소자에 흐르는 전류의 크기를 다르게 하여 두 번의 ??치를 발생시킬 수 있는 비절연 이차권선을 가지는 초전도 한류기를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 동일한 철심코어에 결선된 제1 권선, 제2 권선 및 제3 권선; 상기 제1 권선, 상기 제2 권선 및 제3 권선에서 선택된 지점에 연결된 제1 초전도 모듈 및 제2 초전도 모듈;을 포함하되, 상기 제1 권선은 상기 제2 권선 및 상기 제3 권선과 연결되지 않고, 상기 제2 권선은 상기 제3 권선과 연결되는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기가 제공된다.
상기 제1 초전도 모듈 및 상기 제2 초전도 모듈은 서로 상이한 동작 전류값을 가질 수 있다.
상기 제2 권선의 일단은 상기 제3 권선의 일단 및 상기 제1 초전도 모듈의 일단과 연결되고, 상기 제2 권선의 타단은 상기 제1 초전도 모듈이 타단 및 상기 제2 초전도 모듈의 타단과 연결되고, 상기 제3 권선의 타단은 상기 제2 초전도 모듈의 일단과 연결될 수 있다.
상기 제1 권선의 도트는 상기 제1 권선의 일단에 위치하고, 상기 제2 권선의 도트는 상기 제2 권선의 일단에 위치하고, 상기 제3 권선의 도트는 상기 제3 권선의 일단에 위치할 수 있다.
상기 제1 권선의 도트는 상기 제1 권선의 일단에 위치하고, 상기 제2 권선의 도트는 상기 제2 권선의 일단에 위치하고, 상기 제3 권선의 도트는 상기 제3 권선의 타단에 위치할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 다르면, 변압기의 1차측을 구성하는 제1 권선; 상기 변압기의 2차측을 구성하는 제2 권선 및 제3 권선 - 상기 제2 권선의 일단은 상기 제3 권선의 일단과 연결됨 -; 일단이 상기 제2 권선의 일단 및 상기 제3 권선의 일단과 연결되고, 타단이 상기 제2 권선의 타단과 연결되는 제1 초전도 모듈; 일단이 상기 제3 권선의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제2 권선의 타단 및 상기 제1 초전도 모듈의 타단과 연결되는 제2 초전도 모듈;를 포함하되, 상기 제1 초전도 모듈 및 상기 제2 초전도 모듈은 서로 상이한 동작 전류값을 가지는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기가 제공된다.
본 발명에 따른 비절연 이차권선을 가지는 초전도 한류기는 권선의 권선비(리액턴스)를 조절하여 초전도 소자에 흐르는 전류의 크기 조절할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 비절연 이차권선을 가지는 초전도 한류기는 결선 방식을 변경함으로써 ??치의 순서 즉, 이중 ??치의 순서를 결정할 수 있으며, 초전도체의 부담이 분산되는 장점이 있다.
도 1은 기존의 초전도 한류기를 도시한 도면이다.
도 2는 기존의 또 다른 초전도 한류기를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류기의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류기의 전력 부담(power burden)의 그래프를 도시한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류기의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류기는 동일한 철심코어에 결선된 제1 권선(310), 제2 권선(320), 제3 권선(330)와, 제1 초전도 모듈(340), 제2 초전도 모듈(350)를 포함한다.
제1 권선(310)는 변압기의 1차측을 구성하고, 제2 권선(320) 및 제3 권선(330)는 변압기의 2차측을 구성한다. 그리고, 제1 권선(310), 제2 권선(320) 및 제3 권선(330)는 서로 다른 권선비를 가질 수 있다.
이 때, 제1 권선(310)은 제2 권선(320) 및 제3 권선(330)과 연결되지 않고, 제2 권선(320)은 제3 권선(330)과 연결(비절연)된다. 즉, 제2 권선(320)의 일단은 제3 권선(330)의 일단과 연결됨으로써 병렬로 연결된다.
여기서, case 1의 경우에서, 제1 권선(310)의 도트는 제1 권선(310)의 일단에 위치하고, 제2 권선(320)의 도트는 제2 권선(320)의 일단에 위치하고, 제3 권선(330)의 도트는 제3 권선(330)의 일단에 위치할 수 있다.
또한, case 2에서, 제1 권선(310)의 도트는 제1 권선(310)의 일단에 위치하고, 제2 권선(320)의 도트는 제2 권선(320)의 일단에 위치하고, 제3 권선(330)의 도트는 제3 권선(330)의 타단에 위치할 수 있다.
제1 초전도 모듈(340) 및 제2 초전도 모듈(350)는 제1 권선(310), 제2 권선(320) 및 제3 권선(330)에서 선택된 지점에 연결되며, 고장전류 제한의 기능을 수행한다.
이 때, 제1 초전도 모듈(340)의 일단은 제2 권선(320)의 일단 및 제3 권선(330)의 일단과 연결되고, 제1 초전도 모듈(340)의 타단은 제2 권선(320)의 타단과 연결된다. 그리고, 제2 초전도 모듈(350)의 일단은 제3 권선(330)의 타단과 연결되고, 제2 초전도 모듈(350)의 타단은 제2 권선(320)의 타단 및 제1 초전도 모듈(340)의 타단과 연결된다.
제1 초전도모듈(340) 및 제2 초전도 모듈(350)은 복수의 초전도 소자로 이루어지며, 제한하고자 하는 고장전류의 크기에 대응하는 동작 전류값을 가지도록 설계된다. 즉, 제1 초전도 모듈(340)과 제2 초전도 모듈(350)은 서로 상이한 동작 전류값을 가질 수 있다.
일례로서, 제1 초전도 모듈(340)은 제2 초전도 모듈(350)보다 낮은 동작 전류값을 가지도록 설계되어 고장전류의 크기에 따라 제1 초전도모듈(340)에 먼저 저항이 발생하고, 고장전류의 크기가 커지면 제2 초전도 모듈(350)에도 저항이 발생하도록 할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류기(300)는 두 개의 동작전류 조절이 가능한 비절연 이차권선을 가지는 변압기형 초전도 한류기로서, 권선비를 조절하여 권선들(310. 320, 330)에 흐르는 전류의 크기를 조절할 수 있는 변압기의 특징과, 고장 전류의 크기에 따라 두 번의 전류를 제한하는 특징을 모두 가지고 있다. 그리고, 2차측의 두 권선인 제2 권선(320) 및 제3 권선(330)을 절연시키지 않고 연결하며, 병렬 형식의 구조를 갖는다.
이 때, 제2 권선(320)과 제3 권선(330)의 연결 방향 및 리액턴스 성분의 크기에 따라 제1 초전도 모듈(340) 및 제2 초전도 모듈(350)에 흐르는 전류의 크기의 비를 조절할 수 있다. 이는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016035365328-pat00001
여기서, RSC1는 제1 초전도 모듈(340)의 저항, RSC2는 제2 초전도 모듈(350)의 저항을 각각 의미한다. 그리고, "-"는 case 1에서 사용되는 연산자이고, "+"는 case 2에서 사용되는 연산자이다.
이 때, 본 발명에 따른 초전도 한류기는 결선 방식을 변경함으로써 ??치의 순서 즉, 이중 ??치(2번의 ??치)의 순서를 결정할 수 있다. 즉, 고장 전류(I1)와 ??치를 유발하는 소자에 흐르는 전류(I3, I4)의 비는 아래의 수학식 2과 같으며, 이를 통해 동작 전류를 조절할 수 있다.
Figure 112016035365328-pat00002
여기서도, 연산자
Figure 112016035365328-pat00003
에서, "-"는 case 1에서 사용되는 연산자이고, "+"는 case 2에서 사용되는 연산자이다.
따라서, 코일 3개의 권선비(리액턴스 값)를 조절하여 초전도 한류기(300)의 동작 전류를 조절할 수 있고, 이중 ??치 기능을 추가하여 고장 전류의 크기에 따라 전류 제한 횟수를 2회까지 가능하도록 하였다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류기(300)의 전력 부담(power burden)의 그래프를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 초전도 한류기(300)가 부담하는 전력의 크기 중 제1 초전도 모듈(340)이 부담하는 전력의 크기가 크게 줄어든 것을 확인할 수 있다. 즉, 초전도 소자들(340, 350)의 부담이 분산되는 장점이 있다. .
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 동일한 철심코어에 결선된 제1 권선, 제2 권선 및 제3 권선;
    상기 제1 권선, 상기 제2 권선 및 상기 제3 권선에서 선택된 지점에 연결된 제1 초전도 모듈 및 제2 초전도 모듈;을 포함하되,
    상기 제1 권선은 상기 제2 권선 및 상기 제3 권선과 연결되지 않고, 상기 제2 권선의 일단은 상기 제3 권선의 일단 및 상기 제1 초전도 모듈의 일단과 연결되고, 상기 제2 권선의 타단은 상기 제1 초전도 모듈이 타단 및 상기 제2 초전도 모듈의 타단과 연결되고, 상기 제3 권선의 타단은 상기 제2 초전도 모듈의 일단과 연결되는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 초전도 모듈 및 상기 제2 초전도 모듈은 서로 상이한 동작 전류값을 가지는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 권선의 도트는 상기 제1 권선의 일단에 위치하고, 상기 제2 권선의 도트는 상기 제2 권선의 일단에 위치하고, 상기 제3 권선의 도트는 상기 제3 권선의 일단에 위치하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 권선의 도트는 상기 제1 권선의 일단에 위치하고, 상기 제2 권선의 도트는 상기 제2 권선의 일단에 위치하고, 상기 제3 권선의 도트는 상기 제3 권선의 타단에 위치하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.
  6. 변압기의 1차측을 구성하는 제1 권선;
    상기 변압기의 2차측을 구성하는 제2 권선 및 제3 권선 - 상기 제2 권선의 일단은 상기 제3 권선의 일단과 연결됨 -;
    일단이 상기 제2 권선의 일단 및 상기 제3 권선의 일단과 연결되고, 타단이 상기 제2 권선의 타단과 연결되는 제1 초전도 모듈; 및
    일단이 상기 제3 권선의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제2 권선의 타단 및 상기 제1 초전도 모듈의 타단과 연결되는 제2 초전도 모듈;를 포함하되,
    상기 제1 초전도 모듈 및 상기 제2 초전도 모듈은 서로 상이한 동작 전류값을 가지는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기.
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