KR20110122368A - The bus-connection system using the cicc superconduction magnet for protecting power system from fault current when connecting bus of the substation - Google Patents

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KR20110122368A
KR20110122368A KR1020100041822A KR20100041822A KR20110122368A KR 20110122368 A KR20110122368 A KR 20110122368A KR 1020100041822 A KR1020100041822 A KR 1020100041822A KR 20100041822 A KR20100041822 A KR 20100041822A KR 20110122368 A KR20110122368 A KR 20110122368A
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Abstract

PURPOSE: A bus-connection system using the cicc supper-conduction magnet for protecting power system from fault current when connecting bus of the substation are provided to secure a malfunction in advance by forming a test switch. CONSTITUTION: In a bus-connection system using the cicc supper-conduction magnet for protecting power system from fault current when connecting bus of the substation, double bus(Bus2,Bus4) are conned to the buses of generators. A circuit breaker is arranged between the double bus. An CICC has a supper-conduction wire surrounded by a square metal pipe to limit a fault current. A CICC supper-conduction coils is manufactured by the circuit breaker and the CICC(Cable In Conduit Conductor) Superconductive magnets forming CICC supper-conduction coils are connected to each other.

Description

변전소의 모선 연결시 발생되는 고장전류로부터 전력계통을 보호하기 위한 CICC 초전도 자석을 이용한 모선연결시스템{The bus-connection system using the CICC superconduction magnet for protecting power system from fault current when connecting bus of the substation}The bus-connection system using the CICC superconduction magnet for protecting power system from fault current when connecting bus of the substation}

본 발명은 변전소의 이중모선을 전기저항이 거의 없는 CICC(Cable-in Conduit-Conductor)초전도자석을 이용하여, 낙뢰, 지락, 단락 등의 사고시 발생하는 고장전류(fault current)를 억제하여 전력 계통에 연결되어있는 설비나 사람의 안전을 보호하는 모선연결 시스템에 관한 것이다. The present invention uses a cable-in conduit-conductor (CICC) superconducting magnet having almost no electrical resistance for a double bus of a substation, thereby suppressing fault currents generated during an accident such as a lightning strike, ground fault, or short circuit. It relates to a busbar connection system that protects the safety of the connected equipment or people.

보다 자세하게 설명하면, 다른 발전소로 각각 연결된 동일 변전소의 이중모선을 서로 연결하면서 단락 등이 발생된 경우 변전소의 보호 차단기가 작동되는 시간 전에 초전도 자석의 코일의 인턱턴스를 통해 수 밀리초 이내에 고장전류를 제한함으로써 용량이 큰 차단기로의 교체에 따른 설비 및 비용증가방지, 선로 증설 감축, 전력 기기 기준 완화 등을 가능케 하여 전력 계통의 유연성, 안정도, 신뢰도를 획기적으로 개선하도록 구성된 모선연결 시스템에 관한 것이다. In more detail, if a short circuit occurs when the double buses of the same substation connected to different power plants are connected to each other, a fault current may be generated within a few milliseconds through the inductance of the coil of the superconducting magnet before the protection circuit breaker of the substation is operated. By restricting, it is possible to prevent the increase of equipment and cost due to the replacement of a high-capacity circuit breaker, to reduce the line extension, and to relax the power equipment standard, thereby significantly improving the power system flexibility, stability, and reliability.

전력계통의 전력선에서 고장이 나면 대단히 큰 전류인 고장전류가 발생한다. 고장전류는 정상전류(송전선에서 약 1000~3000암페어)의 수십 배에 달하며, 이 고장전류를 제대로 처리하지 못하면 설비에 정전이 일어나고 때로는 발전설비에도 피해를 준다. If a power line breaks down in the power system, a fault current, which is a very large current, is generated. Fault currents are dozens of times the normal current (approximately 1000-3000 amps on transmission lines). Failure to handle this fault current can result in power outages and sometimes damage to power generation equipment.

한전의 송배전 계통에서 고장전류 현상은 어제오늘의 문제가 아니다. 이를 해소하기 위해 차단기 교체, 모선분리, 교류를 직류로 잠시 바꾸는 back-to-back 방식도 고려되고 있다. 이는 막대한 경제적 문제를 포함하고 있는 사안들이다. The fault current phenomenon in KEPCO's transmission and distribution system is not a problem today. In order to solve this problem, a circuit breaker replacement, a bus disconnection, and a back-to-back method of temporarily changing AC to DC are also considered. These are issues that involve enormous economic problems.

우리나라의 전력계통은 송전선로가 짧은 대신 수요증가에 따른 지속적인 설비 증설로 인해 단락등의 사고시 고장전류가 높아지는 문제를 안고 있다. 이 때문에 한전은 단락등의 사고시의 발생되는 과전류에 대비해 차단기를 설치하고 있지만 설비가 늘어나면서 차단용량이 고장전류의 크기에 못 미치는 차단기가 증가하는 추세이다. The power system of Korea has a problem that the fault current increases in case of short circuit due to the continuous expansion of facilities due to the increase of demand instead of the short transmission line. For this reason, KEPCO is installing breakers in preparation for the overcurrent generated in the event of an accident such as a short circuit.

이에 따라, 기존 차단기의 용량을 높이거나 새 제품으로 교체하는 방안을 생각해 볼 수 있지만, 이는 기술적인 면이나 경제적인 면에서 상당한 부담을 주게 되는 문제점을 갖고 있다. Accordingly, it may be considered to increase the capacity of the existing circuit breaker or to replace it with a new product, but this has a problem in that the technical or economical burden is considerable.

또 다른 대안으로, 모선분리 방식을 채택하여 154kV 계통에 적용하고 있지만 이마저도 인접계통에 대한 과부하, 전압변동심화, 전력계통 안정도 저하 등의 부작용을 낳고 있으며, 345kV 계통의 경우는 부분적으로 모선분리를 시행하면서 공심 리액터를 설치하고 있는 실정이다.As another alternative, the bus separation method is applied to the 154kV system, but even this causes side effects such as overload of neighboring system, deepening of voltage fluctuations, and deterioration of power system stability, and partial separation of the 345kV system. However, the situation is installing the air reactor.

보다 자세하게는, 우리나라의 경우 한전의 주 전력계통은 345kV 선로로서 강력하게 네트워크화되어 있다. 여기에 수용가로 연결을 위해 154kV 송전선로를 설치하고 있다. 이 계통은 선로가 짧은데다 지속적 설비 증설로 고장전류가 증가하였으며, 고장전류를 줄이기 위해 154kV의 경우 다수의 변전소에서 모선을 분리하고 방사상 운전을 채택하고 있다. More specifically, in Korea, the main power system of KEPCO is strongly networked as a 345kV line. Here, a 154kV transmission line is being installed to connect customers. This system has short lines and increased fault currents due to continuous facility expansion. In order to reduce fault currents, 154kV separates buses from multiple substations and adopts radial operation.

이는 고장전류 억제를 위한 선택이지만 계통의 유연성 및 공급신뢰도 저하를 감수해야 한다. This is an option for suppressing fault currents, but at the expense of system flexibility and supply reliability.

또한, 최근에는 초전도 한류기를 전력계통에 응용하는 기술이 제안되고 있으나, 일반적인 초전도 한류기에 사용되는 초전도 자석은 초전도 케이블을 직접 구조물에 권선하고 절연공정을 통하여 제작하기 때문에 대전류 통전에 따른 구조적인 지지측면에서 매우 불안정하며, 이에 따라 초전도 자석의 상전도 전이 현상인 켄칭( Quenching ) 발생 가능성이 매우 높고, 이로 인해 켄칭이 많아질수록 초전도 자석의 성능은 점차적으로 저하되는 문제점이 있다.In addition, recently, a technique of applying a superconducting fault current limiter to a power system has been proposed. However, since a superconducting magnet used in a general superconducting current limiter is wound through a superconducting cable directly to a structure and manufactured through an insulation process , a structural support side according to a large current is applied. In the case of very unstable, accordingly, the possibility of quenching , which is a phase conduction transition phenomenon of the superconducting magnet, is very high, and as a result, the performance of the superconducting magnet gradually decreases as the quenching increases .

또한, 통상 사용되는 Also, commonly used 진공에폭시Vacuum epoxy 함침법에Impregnation method 의한 초전도 케이블의 구조적인 지지는 냉매와의 접촉을 제한함으로써  The structural support of the superconducting cable by means of limiting contact with the refrigerant 운전과정시During driving 발생하는 열의 효과적인 제거를 어렵게 하는 단점이 있다. There is a drawback that makes it difficult to remove heat efficiently.

다시 말해, 전력계통에 응용되는 초전도 자석은 In other words, superconducting magnets applied to power systems 정상시Normal 켄칭의Quenching 발생이 없는 충분한 안정성이 확보되어야 하며, 초전도 자석에 전류가 투입되는 시점인  Sufficient stability should be ensured without occurrence, and when the current is input to the superconducting magnet, 계통사Line 고나 사고복구시에 전류변화에 따른 According to the current change in the recovery of accidents or accidents ACAC 손실에 따른 열 발생에 대한 충분한 마진이 확보되어야만 하나, 사고전류의 억제효과 및 계통의 운영 유연성 확보를 동시에 충족시키기 위하여 제안되고 있는 종래의 초전도 한류기에는 구체적으로 전력계통에 적용할 수 있는 안정적인 초전도 자석의 설계 및 운영기술의 확보 측면에  Sufficient margin for heat generation due to losses must be secured, but the conventional superconducting current limiter proposed to satisfy both the suppression effect of the fault current and the securing of the operational flexibility of the system can be applied to the power system. To secure the design and operation technology of the magnet 대한 기For flag 술이 명확하게 제시되지 않는 실정이다. Alcohol is not presented clearly.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 발전소간의 모선을 동일변전소를 통해 서로 연결하면서 발전소간 전력을 서로 보충하여 공급하다가, 단락 등이 사고로 고장전류가 발생되는 경우에 고장전류를 제한하여 전력계통을 보호하기 위하여 기계적인 강도가 우수하고 대전류의 통전에 적합하도록 관내연선도체(CICC)를 이용한 초전도 자석을 통한 모선연결시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention connects buses between power plants to each other through the same substation while supplying power between the power plants to each other, and in the event of a fault current in a short circuit, by limiting the fault current to the power system The purpose of the present invention is to provide a busbar connection system through a superconducting magnet using CICC, which has excellent mechanical strength and is suitable for energizing a large current.

또한, 고장이 생겨 고장전류가 발생되는 경우 발전소에 설비된 차단기가 작동되는 시간전에 즉시 CICC 초전도자석의 인덕턴스를 통해 고장전류를 제한하도록 구성된 모선연결시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, it is an object of the present invention to provide a bus connection system configured to limit the fault current through the inductance of the CICC superconducting magnet immediately before the breaker installed in the power plant when the fault occurs and the fault current occurs.

또한, 정상전류가 공급되는 경우에는 전력계통에 영향을 주지 않으면서, 고장이 생겨 고장전류가 발생되는 경우에만 고장전류를 제한하는 방식으로 높은 고장전류를 근원적으로 존재하지 않게 할 수 있으며, 또한 고장전류를 억제함에 따른 각종 기기의 수명연장과 안전사고방지를 위한 모선연결시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, when a steady current is supplied, a high fault current can be essentially absent by limiting the fault current only when a fault occurs and a fault current is generated without affecting the power system. It is an object of the present invention to provide a busbar connection system for prolonging the life of various equipment and preventing safety accidents by suppressing current.

또한, 정상전류로 복귀되면서 상기 초전도자석의 저항이 제로가 되면서 잔류되어 있는 고장전류를 제거하기 위한 보호수단이 내장된 모선연결시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a bus connection system in which protection means for removing a fault current remaining while the resistance of the superconducting magnet becomes zero while returning to a normal current is provided.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 모선 연결시 발생되는 고장전류로부터 전력계통을 보호하기 위한 모선연결시스템에 있어서, 변전소에는 발전소들의 모선과 각각 연결되어 있는 이중모선이 구성되며, 상기 이중모선 사이에 차단기와 상기 고장전류를 제한하기 위해 초전도 선재를 사각형의 금속관으로 둘러싼 관내연선도체(CICC)를 이용하여 제작된 CICC 초전도 코일이 형성된 초전도 자석을 배치하면서 서로 연결된 것을 특징으로 하는 변전소의 모선 연결시 발생되는 고장전류로부터 전력계통을 보호하기 위한 CICC 초전도 자석을 이용한 모선연결시스템을 제시한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a bus connection system for protecting a power system from a fault current generated when a bus is connected, wherein a substation includes a double bus each connected to buses of power plants, and between the double buses. In order to limit the breaker and the fault current in the substation connecting the substation, characterized in that the superconducting wire (CICC) formed by using a CICC superconducting coil (CICC) surrounded by a rectangular metal tube is arranged while being connected to each other We present a bus connection system using CICC superconducting magnet to protect the power system from the generated fault current.

상기 초전도 코일은 상기 관내연선도체(CICC)로 초임계 액체헬륨을 약 5기압의 압력으로 흘려보내 극저온으로 냉각시켜 형성할 수 있다.The superconducting coil may be formed by flowing supercritical liquid helium at a pressure of about 5 atm into the inner conductor conductor (CICC) and cooling it to a cryogenic temperature.

상기 CICC 초전도 자석은 단락이 발생된 경우 상기 차단기가 작동되기전에 상기 초전도코일의 인턱턴스 변화를 통해 고장전류를 제한하도록 구성될 수 있다.The CICC superconducting magnet may be configured to limit the fault current through a change in the inductance of the superconducting coil before the breaker is activated when a short circuit occurs.

상기 전력계통에는 상기 CICC 초전도 자석의 상기 초전도코일로 변전된 고장전류를 흐르도록 상기 전력계통과 연결된 변압기와, 상기 변압기를 통해 변전된 상기 고장전류를 직류로 정류하는 브릿지회로부를 포함하여 구성될 수 있다.The power system may include a transformer connected to the power system to flow a fault current transformed into the superconducting coil of the CICC superconducting magnet, and a bridge circuit unit rectifying the fault current transformed through the transformer to DC. have.

상기 전력계통에는 상기 CICC 초전도 자석에 의해 정상전류로 복귀되면서 상기 초전도코일에 잔류되어 있는 고장전류를 제거하기 위한 보호회로부가 구성될 수 있다.The power system may include a protection circuit unit for removing a fault current remaining in the superconducting coil while returning to the normal current by the CICC superconducting magnet.

상기 보호회로부에는 상기 초전도코일에 잔류되어 있는 고장전류를 제거하기 위한 다이오드와 저항이 직렬연결되어 초전도코일과 연결될 수 있다.The protection circuit unit may be connected in series with a diode and a resistor for removing a fault current remaining in the superconducting coil in series.

또한, 상기 전력계통에는 전원을 단락상태로 구성하기 위한 테스트 스위치부가 구성될 수 있다.In addition, the power system may be configured with a test switch unit for configuring the power supply in a short circuit state.

본 발명인 변전소의 모선 연결시 발생되는 고장전류로부터 전력계통을 보호하기 위한 CICC 초전도 자석을 이용한 모선연결시스템에 대해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.The following effects can be obtained for a bus connection system using a CICC superconducting magnet for protecting a power system from a fault current generated when a bus connection of a substation of the present invention occurs.

첫 번째로, 본 발명에 의한 변전소의 모선연결시스템에서 관내연선도체(CICC)를 이용하여 제작된 CICC 초전도 자석은 다른 형태의 한류기와는 달리 초전도코일이 DC 리액터 형태로서 상전이를 발생하지 않고 초전도 코일의 인덕턴스를 이용하여 고장전류를 제한하는 구조로 되어 있기 때문에 상전도 전이에 따른 초전도체의 성능저하를 줄일 수 있어 전력계통에 응용되도록 충분한 안정성이 확보되는 장점이 있다.First, the CICC superconducting magnets manufactured using CICC in the bus connection system of the substation according to the present invention, unlike other current-limiting current limiters, the superconducting coils are DC reactors and do not generate phase transitions. Because of the structure to limit the fault current by using the inductance of the can reduce the performance degradation of the superconductor due to the phase conduction transition has the advantage that sufficient stability to be applied to the power system .

두 번째로, 본 발명에 의한 변전소의 모선연결시스템에서 고장이 생겨 고장전류가 발생되는 경우 변전소에 설비된 차단기가 작동되는 시간전에 상기 CICC 초전도자석의 임피던스 변화를 통해 고장전류를 제한하도록 구성하여 고장전류로 인한 피해를 방지할 수 있는 효과가 있다.Secondly, when a fault occurs in the bus connection system of the substation according to the present invention, the fault current is configured by limiting the fault current through the impedance change of the CICC superconducting magnet before the breaker installed in the substation operates. There is an effect that can prevent the damage caused by the current.

세 번째로, 본 발명에 의한 변전소의 모선연결시스템은 정상전류가 공급되는 경우에는 전력계통에 영향을 주지 않으면서, 고장이 생겨 고장전류가 발생되는 경우에만 CICC 초전도 자석의 임피던스가 커지면서 고장전류를 제한하는 방식이므로 높은 고장전류를 근원적으로 존재하지 않게 할 수 있으며, 또한 고장전류를 억제함에 따른 각종 기기의 수명연장과 안전사고방지효과를 갖게 된다.Third, the bus connection system of the substation according to the present invention does not affect the power system when the normal current is supplied, and the fault current is increased while the impedance of the CICC superconducting magnet increases only when a fault occurs and a fault current is generated. Because it is a limiting method, it is possible to avoid the existence of a high fault current inherently, and also has the effect of extending the life of the various devices and preventing safety accidents by suppressing the fault current.

네 번째로, 본 발명에 의한 변전소의 Fourthly, the substation of the present invention 모선연결시스템은Busbar connection system 정상전류로 복귀되면서 상기  Returning to normal current 초전도코일의Superconducting coil 저항이 제로에 가깝게 되면서  As the resistance neared zero 초전도코일에On superconducting coils 잔류되어Remaining 있는 고장전류를 다이오드와 저항을 직렬연결한  In which the fault current is connected in series with the diode 보호회로부와With protection circuit 연결시켜 제거하여 초전도 자석의 안정성을 확보할 수 있는 효과를 갖게 된다. By removing the connection, it has the effect of securing the stability of the superconducting magnet.

다섯 번째로, 본 발명에 의한 변전소의 모선연결시스템에는 상기 전력계통의 전원을 단락상태로 임의로 구성하기 위한 테스트 스위치부가 구성되어 상기 CICC 초전도자석의 오작동여부를 미리 확인할 수 있도록 하여 CICC 초전도 자석의 동작의 신뢰성을 확인할 수 있는 효과를 갖게 된다.Fifth, the bus connection system of the substation according to the present invention is configured with a test switch unit for arbitrarily configuring the power supply of the power system in a short circuit state to check the malfunction of the CICC superconducting magnet in advance to operate the CICC superconducting magnet It will have the effect of confirming the reliability of the.

여섯 번째로, 변전소의 모선연결시스템에서 고장이 생겨 고장전류가 발생되는 경우 본 발명의 CICC를 이용한 초전도 자석은 전기적 절연을 유지시켜 줄뿐 아니라 코일의 기계적 강도를 유지시켜 주는 구조로 제작되어 종래의 초전도 자석처럼 초전도 케이블을 직접 구조물에 권선하고 절연공정을 통하여 제작하여 대전류 통전에 따른 구조적인 지지측면에서 매우 불안정했던 문제를 해결할 수 있게 된다. Sixth, when a failure occurs in the bus connection system of the substation, a superconducting magnet using the CICC of the present invention is manufactured in a structure that not only maintains electrical insulation but also maintains the mechanical strength of the coil. Like the conducting magnet, the superconducting cable is wound directly on the structure and manufactured through the insulation process, which can solve the problem of very unstable in terms of structural support due to the large current .

일곱 번째로, 변전소의 모선연결시스템에서 CICC 초전도자석은 CICC 내부의 냉매에 의해 내/외부에서 발생되는 열을 효과적으로 제거할 수 있어 충분한 열수력 안정성을 확보할 수 있는 효과를 갖게 된다.Seventh, the CICC superconducting magnet in the substation bus connection system can effectively remove the heat generated from the inside and outside by the refrigerant inside the CICC has the effect of securing sufficient thermal hydraulic stability.

여덟 번째, 본 발명의 변전소의 모선연결시스템에 장착되는 초전도 자석은 전기저항이 영이기 때문에 정상상태시 계통에 부하로서 작용하지 않기 때문에 계통운영의 효율성을 기대할 수 있으며, 또한 사고시 자체 인덕턴스로 고장전류를 억제함으로써 고장전류로 인한 고가의 전력기기를 효과적으로 보호할 수 있는 효과가 있으며, 고장전류의 제한으로 전력계통의 용량 증가로 인한 기존의 차단기 성능을 향상시킬때 발생하는 추가비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.Eighth, the superconducting magnet mounted in the bus connection system of the substation of the present invention can expect the efficiency of the system operation because it does not act as a load on the system in the normal state because the electrical resistance is zero, and also in case of an accident, the fault current by its own inductance It can effectively protect expensive power devices due to fault current, and reduce the additional cost incurred when improving the performance of existing circuit breakers due to the increase of power system capacity by limiting fault current. There is.

아홉번 째로, 본 발명의 변전소의 모선연결시스템에 장착되는 초전도 자석은 초전도선재 표면에 크롬 도금을 수행하여 도체 내부에서 발생하는 손실( AC loss)을 최소화할 수 있으며, 초임계 헬륨( He )을 관내연선도체(CICC)로 강제 순환시켜, 초전도자석의 운전시 초전도 선재의 냉매 접촉면을 운전과정에서 확보하여 운전 중에 발생하는 열을 효과적으로 냉각할 수 있는 효과가 있다. Nine times validly, superconducting magnets are mounted on the bus bar-connecting system of the substation according to the present invention can minimize the loss (AC loss) generated inside the conductor by performing chromium plating in the superconducting wire rod surface, the supercritical helium (He) By forcibly circulating through the in- pipe twisted pair conductor (CICC), the refrigerant contact surface of the superconducting wire rod during the operation of the superconducting magnet is secured in the operation process, thereby effectively cooling the heat generated during operation.

도 1은 본 발명에 실시예에 의한 변전소의 모선 연결시 발생되는 고장전류로부터 전력계통을 보호하기 위한 CICC 초전도 자석을 이용한 모선연결시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 모선연결시스템에 사용되는 CICC 초전도 자석의 제작공정을 나타낸 제품공정도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 전력계통에 장착되는 CICC 초전도 자석의 장착구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 전력계통에 장착되는 CICC 초전도 자석의 초전도코일에 직류전류를 공급하는 브릿지회로부내의 전류흐름을 나타내는 동작상태도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의하여 단락에 따라 고장전류가 발생시 전력계통에 장착되는 CICC 초전도 자석에 따른 고장전류의 제한상태를 나타내는 동작상태도이다.
1 is a diagram illustrating a bus connection system using a CICC superconducting magnet for protecting a power system from a fault current generated when a bus is connected to a substation according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a product process diagram showing the manufacturing process of the CICC superconducting magnet used in the bus bar connection system of the present invention.
3 is a mounting configuration of the CICC superconducting magnet mounted to the power system according to an embodiment of the present invention.
4 is an operating state diagram showing a current flow in the bridge circuit unit for supplying a DC current to the superconducting coil of the CICC superconducting magnet mounted on the power system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an operation state diagram illustrating a limit state of a fault current according to a CICC superconducting magnet mounted to a power system when a fault current occurs according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명에 의한 변전소의 모선 연결시 발생되는 고장전류로부터 전력계통을 보호하기 위한 CICC 초전도 자석을 이용한 모선연결시스템에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명한다. Hereinafter, a bus connection system using a CICC superconducting magnet for protecting a power system from a fault current generated during bus connection of a substation according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 실시예에 의한 변전소의 모선 연결시 발생되는 고장전류로부터 전력계통을 보호하기 위한 CICC 초전도 자석을 이용한 모선연결시스템 구성도이다.1 is a diagram illustrating a bus connection system using a CICC superconducting magnet for protecting a power system from a fault current generated when a bus is connected to a substation according to an embodiment of the present invention.

도시된 바를 참조할 때, 네트워크화 되어 있는 변전소(S1)의 전력계통에는 발전소들(G1, G2)의 모선(Bus1, Bus5)과 각각 연결되어 있는 모선(Bus2, Bus4)이 구성된다.Referring to FIG. 5, in the power system of the networked substation S1, bus buses Bus 2 and Bus 4 connected to buses Bus 1 and Bus 5 of the power plants G1 and G2 are configured.

상기 모선(Bus2, Bus4)은 동일 변전소(S1)의 이중모선을 나타내고 있으며, 차단기 차단기 7의 개방에 의하여 모선분리 운전이 가능하게 된다. 모선 연결 차단기로서 차단기 7이 모선(Bus2)과 모선(Bus4) 사이에 존재하게 되는데, CICC(Cable-in Conduit-Conductor) 초전도 자석(100)은 이와 직렬로 배치되어 설치된다.The buses Bus2 and Bus4 represent double buses of the same substation S1, and the bus separation operation is enabled by opening the circuit breaker breaker 7. As a bus bar breaker, a circuit breaker 7 is present between the bus bar Bus2 and the bus bus Bus4. A cable-in conduit-conductor (CICC) superconducting magnet 100 is disposed in series with the bus bar.

따라서, 초전도 자석의 저항이 0인 경우는 실질적으로 모선연결(Bus connection)을 의미하며 무한대인 경우는 모선분리(Bus split)를 의미한다.Therefore, when the resistance of the superconducting magnet is 0, it substantially means bus connection, and when it is infinity, it means bus split.

상기 CICC 초전도 자석(100)은 고장전류를 제한하기 위해 초전도 선재를 사각형의 금속관으로 둘러싸는 방식으로 제조된 관내연선도체(CICC)를 이용하여 제작된다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.The CICC superconducting magnet 100 is manufactured using an inner tube twisted pair conductor (CICC) manufactured by enclosing a superconducting wire with a rectangular metal tube to limit the fault current. A detailed description thereof will be described later.

이 때, 상기 이중모선 연결시에 모선(Bus1)에 3상 단락사고가 발생했을 경우의 모선의 임피던스 감소에 따라 고장용량은 일반적으로 45kA에 달한다.At this time, the failure capacity generally reaches 45 kA according to the decrease in the impedance of the bus when a three-phase short circuit occurs in the bus Bus1 when the double bus is connected.

보다 자세하게는, 변전소(S1)의 이중모선을 연결을 하는 경우의 단락사고 등에 모선의 내부 임피던스가 보통 154kV 일 경우는 0.1Ω에서 0.03Ω으로 작아지면서 고장전류가 15kA에서 45kA 로 커지며 최대 53kV까지 도달할 수 있다.More specifically, if the internal impedance of the bus is normally 154kV when the double bus of the substation S1 is connected, the fault current decreases from 0.1Ω to 0.03Ω while the fault current increases from 15kA to 45kA and reaches up to 53kV. can do.

따라서 모선연결시에 단락사고 등이 발생하는 경우 이러한 고장용량을 갖는 고장전류가 그대로 각종설비로 흐르게 된다면 그에 따른 피해가 상당해지며, 인체감전 등의 안전성이 문제될 수 있다.Therefore, when a short circuit accident occurs during bus connection, if a fault current having such a fault capacity flows to various equipments as it is, the damage thereof is considerable, and safety of a human body may be a problem.

이를 위해, 상기 전력계통에는 차단기의 차단용량이 보통 50kA에 달하는 차단기가 설치되고 있으나, 단락 사고후 차단기가 동작하기까지의 기간인 약 5사이클 동안에는 고장전류의 강하 서지전압에 의한 피해가 불가피 하다.To this end, a breaker having a breaker capacity of 50 kA is usually installed in the power system. However, damage due to a dropping surge voltage of a fault current is inevitable for about 5 cycles until a breaker operates after a short circuit accident.

또한, 발전소(Bus1, Bus5)의 모선을 변전소(S1)을 통해 이중모선으로 연결하는 경우에 차단기 5,6과 10,11 및 7은 어떤 사고에서도 고장전류가 차단기의 용량 50kV를 초과하지 못한다. 이는 차단기를 통과하는 전력이 발전소(G1, G2) 중 한개의 전원으로부터의 전류만 감당하기 때문이다. 이와는 달리, 수용가 방향으로 향하는 선로에 부착된 차단기 3,4 및 8,9는 해당선로 사고시 양 발전소(G1, G2)의 전력조류 전체를 흡수할 수 있어 최대 고장전류에 노출되게 되어 차단용량이 큰 차단기의 교체가 또한 요구되는 문제점이 있다.In addition, when the buses of the power plants Bus1, Bus5 are connected to the double bus through the substation S1, the breakers 5, 6, 10, 11, and 7 do not exceed 50kV of the breaker capacity in any accident. This is because the power passing through the breaker only covers the current from one of the power plants G1, G2. On the other hand, breakers 3, 4 and 8, 9 attached to the line facing the customer's direction can absorb the entire power currents of both power plants (G1 and G2) in case of the corresponding line accident, so that they are exposed to the maximum fault current and have a large breaking capacity. There is a problem that replacement of the breaker is also required.

이를 방지하기 위해, 본 발명에서는 CICC 초전도 자석(100)이 이중모선 사이에 설치되면서 고장전류에 따른 피해를 방지하도록 구성되며, 도 1의 경우라면 변전소(S1)에 설치된 9대의 차단기 중 4개는 고장용량을 초과하는 고장전류로부터의 위험에서 벗어나게 된다.
In order to prevent this, in the present invention, the CICC superconducting magnet 100 is configured to prevent damage due to a fault current while being installed between the double busbars, and in the case of FIG. 1, four of the nine circuit breakers installed in the substation S1 are Escape from the risk of fault currents exceeding the fault capacity.

도 2는 본 발명의 모선연결시스템에 사용되는 CICC 초전도 자석의 제작공정을 나타낸 제품공정도이다. Figure 2 is a product process diagram showing the manufacturing process of the CICC superconducting magnet used in the bus bar connection system of the present invention.

도시된 바를 참조하면, CICC 초전도 자석을 제작하기 공정은 CICC 제작공정(S100)으로 시작하며, 상기 CICC 제작공정이란 초전도 선재를 사각형의 금속관으 로 둘러싼 내연선도체(CICC)를 제작하기 위한 공정이다. Referring to FIG. 5, the process of manufacturing a CICC superconducting magnet starts with a CICC manufacturing process (S100), and the CICC manufacturing process is a process for manufacturing a pipe internal conductor (CICC) surrounding a superconducting wire with a rectangular metal tube. to be.

상기 CICC 제작공정(S100)에는 초전도 선재의 제작기술, 초전도 선재의 크롬도금기술 등이 필요하다.The CICC manufacturing process (S100) requires a superconducting wire manufacturing technology, chromium plating technology of the superconducting wire, and the like.

초전도 선재는 봉재를 0.78mm 두께로 10km 이상 길이의 조장으로 인발하여 가공하게 되며, 초전도 물질을 형성하기 위해 초전도 선재는 최고온도 660도에서 600시간 정도 열처리 공정을 거치게 된다.The superconducting wire is processed by drawing the rod into 0.78mm thickness with a length of 10km or more.The superconducting wire is subjected to heat treatment for 600 hours at the maximum temperature of 660 degrees to form the superconducting material.

이 공정에서 초전도 선재간의 소결(고온에서 선재가 서로 붙는 현상) 억제와 도체 내부에서 발생하는 손실( AC loss )을 최소화하기 위해 초전도선재 표면에 크롬 도금을 수행하게 된다. 상기 크롬 도금은 표면 균일도가 0.1 미크론 이하의 정밀성이 요구될 뿐만 아니라 최대 15km까지 연속으로 도금작업을 수행하게 된다.In this process, the superconducting wires are prevented from sintering (the phenomenon of the wires sticking together at high temperatures) and the losses occurring inside the conductor ( AC In order to minimize the loss ), the surface of the superconducting wire is chrome plated . The chromium plating is not only required to have a surface uniformity of 0.1 micron or less, but also to continuously perform plating operations up to 15 km.

상기 초전도체인 CICC의 제작에는 초전도 선재를 금속관으로 감싸는 조관 성형기술과 감싸여진 금속관의 길이방향으로 용접하는 용접기술, 금속관에 감싸져 원형으로 용접된 선재를 정해진 치수에 맞도록 성형하는 기술, 원형의 CICC 초전도체를 사각으로 성형하는 기술이 포함된다.The production of CICC, the superconductor, consists of a tube forming technology for wrapping a superconducting wire with a metal tube, a welding technique for welding in the longitudinal direction of a wrapped metal tube, a technique for forming a wire welded in a metal tube to a predetermined dimension, and a circular shape. Technology to mold CICC superconductors into squares is included.

상기 CICC의 jacket 재료인 상기 금속관의 재료는 초전도선재와 열적특성이 비슷한 특수금속(Incoloy 908)이 사용된다.The metal tube, which is the jacket material of the CICC, is made of a special metal (Incoloy 908) similar in thermal properties to the superconducting wire.

또한, 상기 Also, the CICCCICC 의 금속관 내부에는 Inside the metal tube 헬륨(He)등의Such as helium (He) 냉매가 주입되도록 구성되어, 초전도  Superconducting, configured to inject refrigerant 선재의Wire rod 냉매  Refrigerant 접촉면을Contact surface 운전과정에서 확보하여 운전 중에 발생하는 열을 효과적으로 제거할 수 있게 된다. It can be secured during operation to effectively remove heat generated during operation.

다시말해, 관내연선도체(CICC)는 35kA급의 대전류 운전을 위해서 360 또는 486가닥의 선재를 사각형의 금속관으로 둘러싸인 방식의 도체를 사용하여 자석을 제작하는 것으로 초전도자석의 운전시 초전도 선재의 냉매 접촉면을 운전과정에서 확보하여 운전 중에 발생하는 열을 4.5K로 냉각하기 위해 약 5기압의 초임계 헬륨( He)을 관내연선도체(CICC)로 강제 순환시킨다.
In other words, CICC is a magnet made of conductors of 360 or 486 strands enclosed by a rectangular metal tube for high current operation of 35kA. The refrigerant contact surface of superconducting wires during operation of superconducting magnets In order to cool the heat generated during operation to 4.5K, supercritical helium ( He) of about 5 atmospheres Forced circulation through end- pipe stranded conductor (CICC) .

상기 CICC 초전도 자석을 제작하기 위한 다음 단계로, 연속 권선공정(S200)이 구성되는데, 상기 연속 권선공정(S200)이란 앞서 제작된 초전도체인 CICC를 원하는 자석형상으로 성형하는 단계이다. As a next step for manufacturing the CICC superconducting magnet, a continuous winding process (S200) is configured, wherein the continuous winding process (S200) is a step of forming a CICC, which is a superconductor manufactured above, into a desired magnet shape.

이에, CICC 도체의 잔류응력을 제거해 주는 그릿 블래스팅(Grit Blasting)공정, 연속적으로 도체를 이송하고 직선 및 곡선으로 성형해 주는 공정이 진행된다.Accordingly, a grit blasting process for removing residual stress of the CICC conductor and a process of continuously transporting the conductor and forming the straight and curved lines are performed.

다시 말해, 상기 그릿 블래스팅 공정은 도체 표면에 미세한 입자를 충돌시켜 도체 표면에 묻어 있는 이물질을 제거하고, CICC에 존재하는 잔류응력을 제거하는 공정이다. In other words, the grit blasting process is a process of removing foreign substances on the surface of the conductor by colliding fine particles on the surface of the conductor, and removing residual stress present in the CICC.

이러한 권선공정 중 CICC를 이송하는 공정은 정밀제어가 가능한 롤러를 통해 이루어지고, 초전도 자석의 형상은 3점 밴딩롤러를 거쳐 최대 1,700m 까지 연속적으로 이루어진다.
The process of conveying CICC during this winding process is made through a roller capable of precise control, and the shape of the superconducting magnet is continuously made up to 1,700m through a three-point bending roller.

다음 단계로, 조인트 설치공정(S300) 및 열처리 공정(S400)이 구성되는데, 조인트 설치공정은 연속권선된 CICC에 조인트를 설치하여 초전도코일을 형성하는 공정으로, 다시말해 전원공급 장치로부터의 전류 공급을 위해 접속 저항이 수 nΩ이하를 유지해야 하는 조인트(Joint)를 설치하는 공정이다.In the next step, the joint installation step (S300) and the heat treatment step (S400) is composed, the joint installation step is a step of forming a superconducting coil by installing the joint in a continuous wound CICC, that is to supply current from the power supply device For this purpose, a joint is installed to maintain a connection resistance of several nΩ or less.

상기 열처리 공정에서는 초전도체를 만들기 위해 30일간의 진공 열처리가 진행된다. 열처리공정을 통하여 초전도 선재 내의 물질(Nb와 Sn)이 반응하여 초전도체(Nb3Sn)을 형성하게 된다. 이 때 요구되는 온도 균일도는 공간적으로 ±1.5°C 이내이며, 시간적으로는 ±3°C이내이다.In the heat treatment process, a vacuum heat treatment for 30 days is performed to make the superconductor. Substances (Nb and Sn) in the superconducting wire react with each other to form a superconductor (Nb 3 Sn). At this time, the required temperature uniformity is spatially within ± 1.5 ° C and temporally within ± 3 ° C.

또한 자켓(Jacket)인 금속관의 재료(Incoloy 908)의 특성상 내부 진공도는 산소분압을 기준으로 660℃ 고온상태에서 0.08 ppm 이하를 유지하여야 한다. 이러한 조건이 충족되지 않은 상태에서 진공 열처리 반응이 수행될 경우에 자켓에서 고온산화현상(SAGBO;Stress Acceleration caused by Grain Boundary Oxidation)이 발생될 가능성이 높아져 재료의 구조적인 결함이 발생되어 초전도자석을 안정적으로 운전 할 수 없게 된다. 이 때문에 진공 열처리 공정은 장치의 안정적 가동 보장과 온도와 산소량의 정밀하고 섬세한 제어가 요구되는 상태로 장시간 운전되는 대형 열처리 장치와 운전 기술이 필요하다.
Also, due to the nature of the jacketed metal tube (Incoloy 908), the internal vacuum should be kept below 0.08 ppm at high temperature of 660 ℃ based on the oxygen partial pressure. If the vacuum heat treatment reaction is performed under these conditions, there is a high possibility of stress acceleration caused by grain boundary oxide (SAGBO) in the jacket, resulting in structural defects in the material, resulting in stable superconducting magnets. You will not be able to drive. For this reason, the vacuum heat treatment process requires a large heat treatment device and operation technology that is operated for a long time in a state requiring stable operation of the device and precise and delicate control of temperature and oxygen amount.

다음 단계로, 절연 테이핑(S500)공정 및 에폭시 진공함침 공정(S600)이 구성되는데, 절연테이핑 공정은 초전도코일의 운전시 도체 사이의 절연을 위해서 특수 테이프(Kapton과 S-glass)을 사용하여 절연 테이핑하는 공정이다. 상기 특수 테이프에 2가지 특수재료를 사용하는 이유는 한쪽이 절연 파괴가 되더라도 다른 한쪽이 이를 보완하여 주기 위함이다. In the next step, an insulating taping (S500) process and an epoxy vacuum impregnation process (S600) are composed, and the insulating taping process uses a special tape (Kapton and S-glass) to insulate the conductors during operation of the superconducting coil. Taping process. The reason why two special materials are used for the special tape is to compensate for the other side even if one side is insulated.

상기 절연테이핑 공정이 완료되면 초전도 코일 외곽에 테이프를 여러 겹 감아주는 공정을 추가 진행한다. 이는 후속 공정인 진공함침을 수행했을 경우 초전도코일의 전기적 절연을 유지시켜 줄뿐 아니라 코일의 기계적 강도를 유지시켜 주는 역할을 한다.When the insulating tape process is completed, a process of winding a plurality of layers of tape around the superconducting coil is further performed. This not only maintains the electrical insulation of the superconducting coil when vacuum impregnation is performed, but also maintains the mechanical strength of the coil.

진공함침(Vacuum Pressure Impregnation, VPI) 공정은 절연테이핑에 에폭시를 침투시킴으로서 4.5 K 극저온 상태에서 전기적 절연 및 구조적 강도를 유지시키는 공정이다. 이 공정은 몰딩금형 조립, 진공배기, 에폭시 주입, 3일간의 양생(Curing)을 거쳐 공정이 완료된다. 이 진공 함침 공정이 완료되어야 비로소 자석제작이 완성된다.Vacuum Pressure Impregnation (VPI) is a process that maintains electrical insulation and structural strength at 4.5 K cryogenic conditions by infiltrating epoxy into insulating tape. The process is completed by molding mold assembly, vacuum exhaust, epoxy injection, and three days of curing. Only when this vacuum impregnation process is completed is the magnet production completed.

보다 자세하게 설명하면, 현재까지 개발된 상기 초전도 자석(100)은 지구자장의 26만배에 달하는 최대 13테슬라의 자장을 얻을 수 있으며, 이러한 자장은 핵융합 반응에서 요구되는 플라즈마를 만들고 가두기 위해 필요한 것이다.In more detail, the superconducting magnet 100 developed so far can obtain a magnetic field of up to 13 Tesla, which is 260,000 times the Earth's magnetic field, and this magnetic field is necessary to make and trap the plasma required in the fusion reaction.

따라서, 초전도자석의 핵심 기술은 관내연선도체(CICC)를 조인트를 통하여 초전도 코일을 형성하여 초전도 자석을 제조함에 있다.
Therefore, the core technology of the superconducting magnet is to manufacture a superconducting magnet by forming a superconducting coil through the CICC joint.

상기의 CICC 초전도 자석(100)의 초전도코일에는 변전소(S1)의 전력계통에서 정상전류가 흐를 때는 저항이 없어서 전류를 마음껏 흐르게 하다가 단락 등의 원인으로 인해서 송전선로 등에 과전류가 발생했을 때에는 즉시 초전도 코일 내의 저항이 크게 증가하여 높아진 저항으로 과전류가 흐를 수 없게 하여 전력계통을 보호하도록 구성된다.The superconducting coil of the CICC superconducting magnet 100 has no resistance when a normal current flows in the power system of the substation S1 so that the current flows freely, but when an overcurrent occurs in a transmission line due to a short circuit, the superconducting coil immediately. It is configured to protect the power system by preventing the overcurrent from flowing with the increased resistance because the internal resistance is greatly increased.

즉, 상기의 CICC 초전도 자석(100)의 초전도코일에는 단락등의 사고 후에 즉시 자동적인 임피던스를 발생하게 되고, 상전이를 이용하여 고장전류를 제한하는 것이 아니라, 초전도 코일의 인덕턴스의 변화를 이용하게 되는 것이다.
That is, the superconducting coil of the CICC superconducting magnet 100 generates an automatic impedance immediately after an accident such as a short circuit, and does not limit the fault current by using a phase transition, but uses a change in inductance of the superconducting coil. will be.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 전력계통에 장착되는 CICC 초전도 자석의 장착구성도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 전력계통에 장착되는 CICC 초전도 자석의 초전도코일에 직류전류를 공급하는 브릿지회로부내의 전류흐름을 나타내는 동작상태도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 의하여 단락에 따라 고장전류가 발생시 전력계통에 장착되는 CICC 초전도 자석에 따른 고장전류의 제한상태를 나타내는 동작상태도이다.3 is a configuration diagram of a CICC superconducting magnet mounted to a power system according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a DC current supply to the superconducting coil of the CICC superconducting magnet mounted to a power system according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is an operational state diagram showing a current flow in the bridge circuit unit, and FIG. 5 is an operational state diagram showing a limited state of a fault current according to a CICC superconducting magnet mounted to a power system when a fault current occurs according to a short circuit according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바는 참조하면 3상 전력계통에 설치된 CICC 초전도 자석(100)을 나타내고 있다.3 shows a CICC superconducting magnet 100 installed in a three-phase power system.

상기 CICC 초전도 자석(100)은 단락이 발생된 경우 전력계통에 설치된 차단기가 작동되기 전에 상기 초전도코일의 인턱턴스 변화를 통해 고장전류를 제한하게 된다.When a short circuit occurs, the CICC superconducting magnet 100 limits the fault current by changing the inductance of the superconducting coil before the breaker installed in the power system is operated.

이를 위해 상기 전력계통에는 CICC 초전도 자석(100)의 초전도코일로 변전된 고장전류를 흐르도록 상기 전력계통과 연결된 변압기(200)와 상기 변압기를 통해 변전된 상기 고장전류를 직류로 정류하는 브릿지회로부(300)를 포함하여 구성된다. 또한, 도시되지는 않았지만 관내연선도체(CICC)를 초전도상태 유지를 위한 크라이오스태트가 구성된다.To this end, in the power system, a bridge circuit unit for rectifying the transformer 200 connected to the power system and the fault current transformed through the transformer to DC to flow a fault current transformed by the superconducting coil of the CICC superconducting magnet 100 to the DC ( 300). In addition, although not shown, a cryostat for maintaining a superconducting state of the in-pipe twisted pair conductor (CICC) is configured.

이처럼, 3상용 전력계통의 변압기(S1)에 CICC 초전도 자석(100)을 설치하는 경우에는 단상과는 달리 초전도코일의 개수를 1개로 줄일 수 있어 제조비용을 크게 줄일 수 있으며, DC 전원은 초전도코일에 흐르는 전류의 리플이 클 때 이를 보상해주는 것으로 3상형의 경우 리플이 작아 사실상 DC의 필요성이 작아지는 장점이 있다.As such, when the CICC superconducting magnet 100 is installed in a transformer (S1) of a three-phase power system, the number of superconducting coils can be reduced to one, unlike a single phase, and the manufacturing cost can be greatly reduced, and the DC power supply is a superconducting coil. Compensating for the large ripple of the current flowing in the 3 phase type has the advantage of reducing the need for DC due to the small ripple.

상기 CICC 초전도 자석(100)의 기본동작원리는 브릿지 회로부(200)를 통해 교류를 정류하여 초전도코일에 직류전류를 흐르게 하는 것으로, 전력계통에 정상전원이 인가되는 경우 초전도코일에는 일정한 전류가 흐르게 된다.The basic operation principle of the CICC superconducting magnet 100 is to rectify alternating current through the bridge circuit unit 200 so that a DC current flows in the superconducting coil. When a normal power is applied to the power system, a constant current flows in the superconducting coil. .

도 4를 참조할 때, 브릿지 회로부(200) 내에서 전류의 흐름을 보여주고 있으며, 화살표의 크기와 방향은 전류의 크기와 방향을 도식화한 것이다.Referring to FIG. 4, the flow of current in the bridge circuit unit 200 is shown, and the magnitude and direction of the arrow are diagrams of the magnitude and direction of the current.

상기 브릿지회로부(200)로 들어오는 전류들은 각각 고유의 3상 위상차를 가지지만 초전도 코일을 통과하는 전류는 항상 일정함을 보여주고 있다. 다시 말해서, di/dt가 0 이므로 정상상태전류에서는 초전도 코일에 의한 전압강하는 거의 없는 것이다.The currents entering the bridge circuit 200 have their own three-phase phase difference, but the current passing through the superconducting coil is always constant. In other words, since di / dt is 0, there is almost no voltage drop by the superconducting coil at steady state current.

따라서, 브릿지회로부(200)내에서의 전력 손실은 관내 연선도체(CICC)에 의한 손실, 변압기에 의한 손실, 다이오드에 의한 손실이다. 이중 관내 연선도체(CICC)는 초전도 선재를 사용하므로 손실이 거의 없고 리액터의 크기도 작아지게 된다.
Therefore, the power loss in the bridge circuit unit 200 is a loss due to the in-pipe twisted pair conductor (CICC), a loss due to a transformer, and a loss due to a diode. Since the double-conductor stranded conductor (CICC) uses superconducting wire, there is little loss and the size of the reactor is small.

만약, 변전소(S1)의 이중모선을 연결한 전력계통에 단락사고가 발생할 경우, 정상상태에서 임피던스가 0 이었던 di/dt가 사고 후에는 큰 임피던스를 발생하게 되고, 발생한 임피던스 di/dt는 결국 초전도코일에 의한 전압강하를 발생시키게 되는 것이다.If a short-circuit accident occurs in the power system connecting the double bus of the substation S1, di / dt, which had an impedance of 0 in normal state, generates a large impedance after the accident, and the resulting impedance di / dt eventually causes superconductivity. This causes a voltage drop by the coil.

이 때, 각각의 브릿지회로부(200)의 다이오드에 걸리는 전압은 정상상태에 비해서 수십배 증가하게 되고, 고장전류가 초전도 코일을 통해서 흐르게 된다. 여기서, 고장전류는 초전도 코일을 통과하게 되고, 브릿지회로부(200)를 통과하는 고장전류의 양은 점차 증가하게 된다. 그러나, 초전도 코일의 인덕턴스로 인해 고정전류는 급격히 증가하지 못하고 서서히 증가하게 된다.At this time, the voltage applied to the diode of each bridge circuit unit 200 is increased several times compared to the normal state, the fault current flows through the superconducting coil. Here, the fault current passes through the superconducting coil, and the amount of fault current passing through the bridge circuit unit 200 gradually increases. However, due to the inductance of the superconducting coil, the fixed current does not increase rapidly but gradually increases.

따라서, 변전소(S1)에서 이중모선을 연결한 상태에서 단락사고가 발생하여도 초기에는 전력계통에 큰 영향을 미치지 못하게 되며, 결과적으로 고장전류가 완전히 증가하지 않은 상태에서 차단기가 동작하여 전원을 차단할 경우 전력계통을 완벽하게 보호할 수 있게 되는 것이다.Therefore, even if a short circuit accident occurs in a state in which the double bus is connected in the substation S1, the power system does not have a great influence on the initial stage, and as a result, the breaker operates to cut off the power without the fault current fully increasing. In this case, the power system will be completely protected.

결국, 본 발명의 CICC 초전도 자석(100)의 초전도 코일은 사고 후 차단기가 동작하기 까지의 기간인 5사이클동안 작동되는 데에 의미가 있는 것이다.
As a result, the superconducting coil of the CICC superconducting magnet 100 of the present invention is meaningful to operate for 5 cycles, which is a period until the breaker operates after an accident.

도 5를 참조하면, 정격 6.6kV/200A의 전력계통에서 단락이 발생하는 경우에 전력계통의 이중모선에 연결된 CICC 초전도 자석의 동작상태를 보여주고 있다.Referring to FIG. 5, when a short circuit occurs in a power system rated at 6.6 kV / 200 A, an operating state of a CICC superconducting magnet connected to a double bus of the power system is illustrated.

이처럼, 단락이 발생하면, 200A에서 급격히 상승된 4kA(2사이클)전류가 발생되나, CICC 초전도 자석(100)의 초전도 코일의 인턱턴스 변화를 통해 2사이클이 지나면 정상전류로 복귀되는 것을 나타내고 있다.As such, when a short circuit occurs, a 4 kA (two cycle) current rapidly increased at 200 A, but it is returned to the normal current after two cycles through the change in the inductance of the superconducting coil of the CICC superconducting magnet 100.

보다 자세하게는, CICC 초전도 자석(100)의 초전도 코일의 동작은 일반적인 서지전압의 특성과는 달리 고장전류가 발생되는 경우에 최초 피크값이 낮고 점차적으로 피크값이 상승하다가 2사이클이 지나면서 완전히 제거되는 특성을 보이고 있다.More specifically, the operation of the superconducting coil of the CICC superconducting magnet 100, unlike the characteristics of the general surge voltage, when the fault current is generated, the initial peak value is low and the peak value gradually rises and then completely removed after 2 cycles. Showing characteristics.

즉, 이렇게 모선연결시 단락사고에서 고장용량이 큰 고장전류가 발생되는 경우에 최초 피크값을 최소화할 수 있다는 점은 CICC 초전도 자석(100)의 초전도 코일의 중요한 특징이 될 수 있는 것이다.
That is, the fact that the initial peak value can be minimized when a fault current with a large fault capacity is generated in a short circuit accident during bus connection may be an important feature of the superconducting coil of the CICC superconducting magnet 100.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 전력계통에는 CICC 초전도 자석(100)에 동작함에 따라 정상전류로 복귀되면서 상기 초전도코일에 잔류되어 있는 고장전류를 제거하기 위한 보호회로부(400)가 구성될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 3, the power circuit of the present invention has a protection circuit unit 400 for removing a fault current remaining in the superconducting coil while returning to a normal current as the CICC superconducting magnet 100 operates. Can be configured.

상기 초전도코일에는 고장전류가 증가하다가 다시 사고상태를 제거하면 계통에는 정상전류가 흐르게 되지만 CICC 초전도 자석(100)내에는 아직 고장 전류가 존재하게 되면서, 초전도코일의 저항이 0이기 때문에 계속적으로 초전도코일에 충전된 고장전류가 흐르게 되는 문제점을 갖게 된다.When the fault current is increased in the superconducting coil and the fault condition is removed again, the normal current flows in the system, but the fault current still exists in the CICC superconducting magnet 100, and the superconducting coil is continuously 0 because the resistance of the superconducting coil is zero. There is a problem that the fault current charged in the flow.

이를 방지하기 위해 전력계통내에 보호회로부(400)를 구성할 수 있으며, 상기 보호회로부(400)에는 상기 초전도코일에 잔류되어 있는 고장전류를 제거하기 위한 다이오드와 저항이 직렬연결되어 구성될 수 있다.In order to prevent this, the protection circuit unit 400 may be configured in the power system, and the protection circuit unit 400 may include a diode and a resistor connected in series to remove the fault current remaining in the superconducting coil.

또한, 상기 전력계통에는 상기 전력계통의 전원을 단락상태로 구성하기 위한 별도의 테스트 스위치부(500)가 구성될 수 있다.In addition, the power system may be configured with a separate test switch unit 500 for configuring the power of the power system in a short circuit state.

즉, 상기 전력계통의 전원을 단락상태로 임의로 구성하기 위한 테스트 스위치부(500)를 구성함으로써 CICC 초전도자석(100)의 오작동여부를 미리 확인할 수 있도록 하여 동작의 신뢰성을 미리 확인해 볼 수 있는 효과를 갖게 된다.
That is, by configuring a test switch unit 500 for arbitrarily configuring the power of the power system in a short circuit state, it is possible to confirm in advance whether a malfunction of the CICC superconducting magnet 100, so that the reliability of the operation can be confirmed in advance. Will have

이상 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다. In the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described. However, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

100: CICC 초전도 자석 101: 토카막장치
103: PF 구조물 105: 연결구조물
107: TF 구조물 200: 변압기
300: 브릿지회로부 400: 보호회로부
500: 테스트스위치부
100: CICC superconducting magnet 101: Tokamak device
103: PF structure 105: connecting structure
107: TF structure 200: transformer
300: bridge circuit portion 400: protection circuit portion
500: test switch unit

Claims (7)

모선 연결시 발생되는 고장전류로부터 전력계통을 보호하기 위한 모선연결시스템에 있어서,
변전소에는 발전소들의 모선과 각각 연결되어 있는 이중모선이 구성되며,
상기 이중모선 사이에 차단기와 상기 고장전류를 제한하기 위해 초전도 선재를 사각형의 금속관으로 둘러싼 관내연선도체(CICC)를 이용하여 제작된 CICC 초전도 코일이 형성된 초전도 자석을 배치하면서 서로 연결된 것을 특징으로 하는 변전소의 모선 연결시 발생되는 고장전류로부터 전력계통을 보호하기 위한 CICC 초전도 자석을 이용한 모선연결시스템.
In the bus connection system for protecting the power system from the fault current generated when the bus connection,
The substation consists of double busbars, each of which is connected to the busbars of the power plants.
Substations between the double bus bar and connected to each other while arranging the superconducting magnets formed with a CICC superconducting coil made by using an inner tube conductor (CICC) surrounding the superconducting wire with a rectangular metal tube to limit the fault current Bus connection system using CICC superconducting magnet to protect the power system from the fault current generated when the bus is connected.
제 1항에 있어서,
상기 초전도 코일은 상기 관내연선도체(CICC)로 초임계 액체헬륨을 약 5기압의 압력으로 흘려보내 극저온으로 냉각시켜 형성한 것을 특징으로 하는 변전소의 모선 연결시 발생되는 고장전류로부터 전력계통을 보호하기 위한 CICC 초전도 자석을 이용한 모선연결시스템.
The method of claim 1,
The superconducting coils are formed by flowing supercritical liquid helium at a pressure of about 5 atm into the inner conductor conductor (CICC) and cooling them to cryogenic temperatures. Bus connection system using CICC superconducting magnet.
제 2항에 있어서,
상기 CICC 초전도 자석은 단락이 발생된 경우 상기 차단기가 작동되기전에 상기 초전도코일의 인턱턴스 변화를 통해 고장전류를 제한하도록 구성된 것을 특징으로 하는 변전소의 모선 연결시 발생되는 고장전류로부터 전력계통을 보호하기 위한 CICC 초전도 자석을 이용한 모선연결시스템.
The method of claim 2,
The CICC superconducting magnet is configured to limit the fault current through a change in the inductance of the superconducting coil before the breaker is activated when a short circuit occurs, so as to protect the power system from the fault current generated during the bus connection of the substation. Bus connection system using CICC superconducting magnet.
제 2항에 있어서,
상기 전력계통에는 상기 CICC 초전도 자석의 상기 초전도코일로 변전된 고장전류를 흐르도록 상기 전력계통과 연결된 변압기와,
상기 변압기를 통해 변전된 상기 고장전류를 직류로 정류하는 브릿지회로부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 변전소의 모선 연결시 발생되는 고장전류로부터 전력계통을 보호하기 위한 CICC 초전도 자석을 이용한 모선연결시스템.
The method of claim 2,
The power system includes a transformer connected to the power system to flow a fault current transformed into the superconducting coil of the CICC superconducting magnet;
And a bridge circuit unit configured to rectify the fault current transformed by the transformer into direct current. A bus line connecting system using a CICC superconducting magnet for protecting a power system from fault current generated when a bus line is connected to a substation.
제 4항에 있어서,
상기 전력계통에는 상기 CICC 초전도 자석에 의해 정상전류로 복귀되면서 상기 초전도코일에 잔류되어 있는 고장전류를 제거하기 위한 보호회로부가 구성된 것을 특징으로 하는 변전소의 모선 연결시 발생되는 고장전류로부터 전력계통을 보호하기 위한 CICC 초전도 자석을 이용한 모선연결시스템.
The method of claim 4, wherein
The power system protects the power system from the fault current generated during the bus connection of the substation, wherein the protection circuit unit is configured to remove the fault current remaining in the superconducting coil while returning to the normal current by the CICC superconducting magnet. Bus connection system using CICC superconducting magnet to
제 5항에 있어서,
상기 보호회로부에는 상기 초전도코일에 잔류되어 있는 고장전류를 제거하기 위한 다이오드와 저항이 직렬연결되어 초전도코일과 연결된 것을 특징으로 하는 변전소의 모선 연결시 발생되는 고장전류로부터 전력계통을 보호하기 위한 CICC 초전도 자석을 이용한 모선연결시스템.
6. The method of claim 5,
CICC superconductivity for protecting the power system from the fault current generated during the bus connection of the substation, characterized in that the protection circuit unit is connected to the superconducting coil by connecting a diode and a resistor in series connected to remove the fault current remaining in the superconducting coil. Bus connection system using magnet.
제 4항에 있어서,
상기 전력계통에는 전원을 단락상태로 구성하기 위한 테스트 스위치부가 구성된 것을 특징으로 하는 변전소의 모선 연결시 발생되는 고장전류로부터 전력계통을 보호하기 위한 CICC 초전도 자석을 이용한 모선연결시스템.
The method of claim 4, wherein
The power system is connected to the bus system using a CICC superconducting magnet for protecting the power system from the fault current generated when the bus is connected to the substation, characterized in that the test switch for configuring the power in a short circuit state.
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