KR20230082751A - Superconducting current-limiting DC circuit breaker - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 DC 차단기에 관한 것으로 보다 상세하게는, 초전도 한류기를 이용하여 차단기에 입력되는 과전류를 1차적으로 제한하는 초전도 한류형 DC 차단기에 관한 것이다.The present invention relates to a DC circuit breaker, and more particularly, to a superconducting current limiting type DC circuit breaker that primarily limits an overcurrent input to the circuit breaker using a superconducting current limiting device.
슈퍼그리드란 국가 간 이어진 대규모 전력망을 의미하는 것으로 에너지 자원이 풍부한 국가에서 생산된 전력 자원을 슈퍼그리드를 통해 에너지 자원이 부족한 다른 국가에 상호 공유할 수 있는 기술이다.A supergrid refers to a large-scale power grid connected between countries. It is a technology that mutually shares power resources produced in countries with abundant energy resources with other countries that lack energy resources through the supergrid.
현재 동북아 슈퍼그리드 연계를 위한 고압 직류전송에 대한 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 직류 기술은 고압 직류전송을 중심으로 기술개발 및 상용화가 추진되고 있으나 최근 저압 직류전송 기술개발 또한 전 세계적으로 추진되고 있다. 이처럼 직류전송에 대한 연구 및 개발이 이루어짐에 따라 계통의 고장 발생시 이를 차단할 수 있는 차단기술 또한 확보 되어야 한다. Currently, research on high-voltage direct current transmission for Northeast Asian Super Grid connection is being actively conducted worldwide. Direct current technology is being developed and commercialized centering on high voltage direct current transmission, but recently, low voltage direct current transmission technology development is also being promoted worldwide. As such, as research and development on DC transmission is carried out, blocking technology that can block it in case of a system failure must also be secured.
그러나, 교류와 달리 직류는 주파수에 의한 자연 0점이 존재하지 않아 계통의 고장 발생시 이에 대한 차단에 어려움이 있다.However, unlike alternating current, direct current does not have a natural zero point due to frequency, so it is difficult to block it when a system failure occurs.
종래의 기술은 과전류나 단락전류와 같은 사고 전류에 의한 계통 사고가 발생하면 직류 차단기가 회로를 차단한다.In the prior art, when a system fault occurs due to a fault current such as overcurrent or short-circuit current, the DC circuit breaker cuts off the circuit.
직류 차단기는 주파수에 의한 자연 0점이 존재하지 않아 높은 아크가 발생하며, 사고 전류를 차단하지 못할 경우 화재 및 폭발 등의 2차 사고가 발생할 우려가 있다. 이를 방지하기 위해 직류 차단기의 차단 용량을 확보해야 하나, 차단 용량이 높은 차단기를 구비하는 것은 비용상 부담이 있다.DC circuit breakers do not have a natural zero point by frequency, so a high arc is generated, and if the accident current is not interrupted, secondary accidents such as fire and explosion may occur. In order to prevent this, it is necessary to secure the breaking capacity of the DC circuit breaker, but having a circuit breaker with a high breaking capacity is burdensome in terms of cost.
본 발명은 사고 전류를 제한하고 제한된 전류를 차단하는 초전도 한류형 DC 차단기술을 제안하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to propose a superconducting current limiting type DC blocking technology that limits fault current and cuts off the limited current.
본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류형 DC 차단기는 전력 계통에 연결되는 한류부; 및 상기 한류부 말단에 연결되는 차단부를 포함하고, 상기 한류부는 초전도체 소자를 포함하고, 상기 전력 계통에 사고 전류가 인가되면 상기 초전도체 소자가 상전도 상태가 되어 상기 한류부에 초전도 소자 저항이 발생하는 것을 특징으로 할 수 있다.A superconducting current limiting type DC circuit breaker according to an embodiment of the present invention includes a current limiting unit connected to a power system; and a blocking unit connected to an end of the current limiting unit, wherein the current limiting unit includes a superconducting element, and when a fault current is applied to the power system, the superconducting element is in a normal conduction state, and resistance of the superconducting element is generated in the current limiting unit. that can be characterized.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류형 DC 차단기는 상기 초전도체 소자는 원형틀 형태의 보빈과 결합되고, 스파이럴 타입으로 구성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the superconducting current-limiting type DC circuit breaker according to an embodiment of the present invention may be characterized in that the superconductor element is coupled to a circular bobbin and configured in a spiral type.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류형 DC 차단기는 상기 초전도 소자 저항의 크기는 상기 초전도체의 상전도 상태에 도달하는 시간에 의해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the superconducting current limiting type DC circuit breaker according to an embodiment of the present invention may be characterized in that the magnitude of the resistance of the superconducting element is calculated by the time required for the superconductor to reach a normal conduction state.
본 발명은 DC 차단기의 전단에 초전도 한류기를 결합하는 것에 의해 DC차단기에 입력되는 사고 전류를 1차적으로 제한하여 DC 차단기의 차단 전력 부담을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention has an effect of reducing the burden of blocking power of the DC breaker by primarily limiting the fault current input to the DC breaker by coupling the superconducting current limiter to the front end of the DC breaker.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파이럴 타입 구조의 초전도체 소자.
도 1b는 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파이럴 타입 구조의 초전도체 소자의 자속밀도 및 자계의 세기 시뮬레이션 결과.
도 3은 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자의 자속밀도 및 자계의 세기 시뮬레이션 결과.
도 4는 본 발명의 초전도 DC 차단기 실험을 위한 회로.
도 5는 초전도체 소자 구조별, 사고 전류 크기별 DC 차단 실험 시뮬레이션 결과.1A is a superconductor element having a spiral type structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 1b is a superconductor element of a helical type structure.
2 is a simulation result of magnetic flux density and magnetic field strength of a superconductor element having a spiral type structure according to an embodiment of the present invention.
3 is a simulation result of magnetic flux density and magnetic field strength of a superconductor element having a helical type structure.
4 is a circuit for testing the superconducting DC circuit breaker of the present invention.
5 shows simulation results of DC blocking experiments for each superconductor device structure and for each fault current size.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 설명하였다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.While describing each figure, similar reference numerals have been described for similar components. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms and/or include any combination of a plurality of related recited items or any of a plurality of related recited items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속 되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.It is understood that when an element is referred to as being “connected” or “connected” to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in this application, it should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 초전도 한류형 DC차단기에 대하여 설명한다. 본 발명의 요지를 명확히 하기 위해 종래 주지된 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.Hereinafter, a superconducting current limiting type DC circuit breaker according to a preferred embodiment of the present invention will be described. In order to clarify the gist of the present invention, descriptions of conventionally known matters are omitted or simplified.
초전도 한류형 DC 차단기는 전력 계통에 연결되는 한류부(100) 및 한류부(100) 말단에 연결되는 차단부(200)를 포함할 수 있다. The superconducting current limiting type DC circuit breaker may include a current limiting
한류부(100)는 초전도체 소자를 포함하고, 전력 계통에 사고 전류가 인가되면 초전도체 소자가 상전도 상태가 되어 한류부(100)에 초전도 소자 저항이 발생할 수 있다.The current limiting
도 1a와 같이 초전도체 소자는 원형틀 형태의 보빈과 결합되고, 스파이럴 타입으로 구성할 수 있는데, 자세하게는 초전도체 소자는 원형틀 형태의 보빈에 코일 형태로 감아 결합될 수 있으며, 보빈의 중심축으로부터 반경이 커지는 스파이럴 타입으로 구성될 수 있다. 이 때, 초전도체 소자는 수은, 바나듐, 납 등 0K(-273.2도)에 가까운 극저온에서 초전도를 나타내는 물질일 수 있다.As shown in FIG. 1A, the superconductor element is combined with a bobbin in the form of a circular frame and can be configured in a spiral type. It can be configured as a spiral type that grows. At this time, the superconducting element may be a material that exhibits superconductivity at an extremely low temperature close to 0K (-273.2 degrees), such as mercury, vanadium, lead, or the like.
한류부(100)는 차단부(200)의 전단에 전기적으로 연결되어 사고 전류가 차단부(200)에 인가되기 전 사고 전류를 1차적으로 제한할 수 있다.The current limiting
따라서, 차단부(200)는 한류부(100)에서 사고 전류를 감소하는 것에 의해 사고 전류에 대한 부담이 감소되어 계통의 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 한류부(100)에 의해 제한된 사고 전류가 인가되므로 차단부(200)의 차단 용량보다 높은 사고 전류의 차단이 가능할 수 있다.Therefore, the
자세하게는 초전도체 소자의 특성에 의해 회로에 정상 전류가 인가되는 경우 0 저항의 특성에 의해 전류 손실이 발생하지 않는 반면, 계통 고장이 발생하여 회로에 사고 전류가 인가되는 경우 사고 전류의 크기가 기설정된 임계 값을 초과하면 초전도체 소자가 상전도 상태로 전이되는 것에 의해 전력 계통 회로에 임피던스를 투입하여 한류부(100)에 초전도 소자 저항이 발생하고, 발생한 초전도 소자 저항에 의해 한류부(100)는 사고 전류의 크기를 1차적으로 제한하고, 제한된 사고 전류의 크기에 의해 차단부(200)의 차단 동작 속도가 결정될 수 있다. 기설정된 임계 값은 전력 계통에 연결된 전력 기기의 파손 등의 영향을 줄 수 있는 사고 전류의 크기의 최소값으로 할 수 있으며, 이는 사용자에 의해 설정될 수 있다.In detail, when a normal current is applied to the circuit due to the characteristics of the superconductor element, current loss does not occur due to the characteristics of 0 resistance, whereas when a fault current is applied to the circuit due to a system failure, the size of the fault current is preset. When the threshold value is exceeded, the superconductor element transitions to a normal conduction state, and impedance is introduced into the power system circuit, resulting in superconducting element resistance in the current limiting
아래의 수학식을 이용하여 한류부(100)에 사고 전류가 인가되는 경우 발생하는 초전도 소자 저항을 산출할 수 있다.Resistance of the superconducting element generated when a fault current is applied to the current limiting
아래의 수학식 1은 초전도체 소자의 특성을 나타내며, 수학식 1을 이용하여 시간동안 의 전기장을 가해주면 쿠퍼쌍의 운동량 가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
(여기서, 는 쿠퍼쌍 전자)(here, is a Cooper pair electron)
따라서, 아래의 수학식 2와 같이 쿠퍼쌍의 운동량 의 증가로 에너지 또한 비례하여 증가하는 것을 확인할 수 있다.Therefore, as shown in
(여기서, 은 페르미 준위, 은 쿠퍼쌍의 중량)(here, is the Fermi level, is the weight of a silver Cooper pair)
그리고, 초전도체 소자의 임계 자장과 임계 전류밀도에 의한 온도변화는 아래의 수학식 3과 수학식 4에서 확인할 수 있으며, 이를 통하여 초전도체 소자의 임계자장 및 전류밀도는 쿠퍼쌍 전자의 운동으로 인해 온도 변화에 영향을 주는 것을 확인할 수 있다. In addition, the temperature change due to the critical magnetic field and critical current density of the superconductor element can be confirmed in
(여기서, 은 초전도체 임계전류밀도, 은 온도, 은 초전도체 임계자장, 은 초전도체의 두께, 은 초전도체의 길이, 은 쿠퍼쌍의 밀도, 은 진공 투자율)(here, is the superconductor critical current density, silver temperature, Silver superconductor critical magnetic field, is the thickness of the superconductor, is the length of the superconductor, is the density of Cooper pairs, silver vacuum permeability)
수학식 3 및 수학식 4의 자계와 전류밀도의 관계를 이용하여 아래의 수학식 5과 같이 자화에 필요한 일 을 표현할 수 있으며, 이는 발열량 와 같이 동일한 단위로 변환되어 수학식 6으로 표현할 수 있다.Work required for magnetization as shown in Equation 5 below using the relationship between magnetic field and current density in
(여기서, 는 자계의 세기, 는 자속밀도, 는 전압, 는 전류, 는 시간)(here, is the strength of the magnetic field, is the magnetic flux density, is the voltage, is the current, time)
수학식 1 내지 수학식 6을 통하여 자속밀도 및 자계의 세기 증가에 따라 발생되는 열 또한 증가하는 것을 확인할 수 있다.Through
그리고 초전도체 소자에서 발생하는 평균 자계의 세기 는 수학식 7을 이용하여 산출할 수 있다. And the intensity of the average magnetic field generated by the superconducting device Can be calculated using Equation 7.
수학식 1 내지 수학식 7을 통하여 초전도체 소자에서 발생하는 자속밀도 및 자계의 세기에 따라 발열량을 확인할 수 있다.Through
초전도체 소자는 열에 의해 상전도 상태로 전이될 수 있는데, 초전도체 소자에 발생하는 열이 많아지면 상전도 상태로의 전이가 빠르게 발생할 수 있다. 즉, 자기장의 세기가 증가할수록 초전도체 소자는 임계 값에 빠르게 도달하게 된다. A superconductor element may be converted to a normal conduction state by heat, and when heat generated in the superconductor element increases, the transition to the normal conduction state may occur rapidly. That is, as the strength of the magnetic field increases, the superconductor device quickly reaches a critical value.
아래의 수학식 8에서 초전도체 소자의 임계 값에 도달하는 시간을 이용하여 초전도 소자 저항을 산출할 수 있다. 임계 값은 초전도체의 상전도 상태에 도달하는 온도일 수 있다.In Equation 8 below, the resistance of the superconducting device can be calculated using the time required to reach the threshold value of the superconducting device. The critical value may be the temperature at which the normal conduction state of the superconductor is reached.
(여기서, 은 초전도체의 최대 초전도 소자 저항, 는 초전도체의 상전도 상태의 전이 시정수, 은 초전도체의 초전도 소자 저항, 은 초전도체의 상전도 상태 전이 시간)(here, The maximum superconducting element resistance of the silver superconductor, is the transition time constant of the normal conducting state of the superconductor, Superconducting element resistance of silver superconductor, is the phase transition time of the superconductor)
이를 통하여 초전도체 소자의 상전도 상태로 전이 시간이 짧을수록 초전도 소자 저항이 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 초전도 소자 저항의 증가에 따라 한류부(100)에 인가되는 사고 전류가 1차적으로 제한되는 것에 의해 차단부(200)의 빠른 차단 특성을 확보 할 수 있다.Through this, it can be seen that the resistance of the superconducting element increases as the transition time of the superconducting element to the normal conduction state becomes shorter. Fast blocking characteristics of the
그리고, 한류부(100)의 스파이럴 타입의 초전도체 소자의 구조에 의해 전력 계통 회로에 인덕턴스가 투입되고, 투입된 인덕턴스에 의해 차단부(200)의 차단 동작 시간이 결정될 수 있다.In addition, inductance is introduced into the power system circuit by the structure of the spiral-type superconductor element of the current limiting
전력 계통 회로에 투입되는 인덕턴스는 수학식 9 및 수학식 10에 의해 산출될 수 있다.The inductance applied to the power system circuit can be calculated by Equations 9 and 10.
(여기서, 은 인덕턴스, 은 초전도체 소자의 권선 횟수, 는 권선한 초전도체 소자의 면적, 은 초전도체 소자의 최내각 지름, 는 초전도체 소자의 각각의 두께, 는 초전도체 소자 사이 간격)(here, is the inductance, is the number of turns of the superconducting element, is the area of the wound superconductor element, is the diameter of the innermost angle of the superconducting element, is the thickness of each of the superconducting elements, is the spacing between the superconducting elements)
본 발명은 본 발명의 초전도체 소자의 구조와 대응하여 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자가 적용된 한류부(100)에 의한 차단부(200)의 차단 동작 시간을 비교할 수 있다.According to the present invention, it is possible to compare the blocking operation time of the
도 1b의 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자에 의해 전력 계통 회로에 투입되는 인덕턴스는 아래의 수학식 11을 이용하여 산출할 수 있다.The inductance applied to the power system circuit by the helical-type superconductor element of FIG. 1B can be calculated using Equation 11 below.
(여기서, 는 초전도체 소자의 지름, 는 권선한 초전도체 소자의 높이)(here, is the diameter of the superconducting element, is the height of the wound superconductor element)
유사한 조건에서 스파이럴 타입 구조의 초전도체 소자와 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자에 의해 전력 계통 회로에 투입되는 인덕턴스는 표 1과 같이 산출될 수 있다.Under similar conditions, the inductance input to the power system circuit by the superconductor element of the spiral type structure and the superconductor element of the helical type structure can be calculated as shown in Table 1.
이 때, 스파이럴 타입 구조의 초전도체 소자에 의해 전력 계통 회로에 투입되는 인덕턴스의 크기는 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자에 의해 전력 계통 회로에 투입되는 인덕턴스의 크기보다 큰 것을 확인할 수 있다.At this time, it can be seen that the magnitude of the inductance introduced into the power system circuit by the superconductor element having the spiral type structure is greater than the magnitude of the inductance introduced into the power system circuit by the superconductor element having the helical type structure.
수학식 1 내지 수학식 11을 적용하여 한류부(100)에 인가되는 사고 전류 크기에 따른 초전도체 소자에 발생하는 자계의 크기를 측정할 수 있다.The magnitude of the magnetic field generated in the superconductor element according to the magnitude of the fault current applied to the current limiting
본 발명은 한류부(100)에 초전도체 소자에 의한 한류부(100)에 발생하는 전자장 특성 분석을 위해 사고 전류를 460 A, 580 A, 700 A로 120 A씩 증가시켜 발생하는 자속밀도와 자계의 세기를 측정을 위한 시뮬레이션을 수행하였다.In order to analyze the characteristics of the electromagnetic field generated in the current limiting
도 2에서 보는 것과 같이 한류부(100)는 스파이럴 타입 구조의 초전도체 소자에 의해 발생하는 평균 자속밀도는 0.8517 T이며, 평균 자계의 세기는 67.7778[A/m]의 값이 측정되는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 2, in the current limiting
반면, 도 3은 한류부(100)에 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용하여 산출한 자속밀도 및 자계의 세기의 측정 값으로, 평균 0.8206 T의 자속밀도 및 평균 자계 세기 65.3024 [A/m]이 측정된 것을 확인할 수 있다.On the other hand, FIG. 3 shows the measured values of the magnetic flux density and magnetic field strength calculated by applying the helical-type superconductor element to the current limiting
이에, 본 발명의 스파이럴 타입 구조의 초전도체 소자를 포함한 한류부(100)가 산출한 자속밀도 및 자계의 세기와 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100)가 산출한 자속밀도 및 자계의 세기를 비교하면, 스파이럴 타입 구조의 초전도체 소자를 포함한 한류부(100)가 산출한 자속밀도가 약 0.0311 T, 자계의 세기가 약 2.4754 [A/m]만큼 큰 것을 확인 할 수 있다.Therefore, the magnetic flux density and magnetic field strength calculated by the current limiting
즉, 스파이럴 타입 구조의 초전도체 소자를 포함한 한류부(100)에 발생하는 열발생량이 세기와 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100)에 발생하는 열발생량보다 더 클 수 있다.That is, the amount of heat generated in the current limiting
도 2 및 도 3의 시뮬레이션 결과를 참고하면 초전도체 소자의 상전도 상태 전이 현상은 부분적으로 발생되어 자장이 통과됨에 따라 임의의 지점에서의 자계의 세기가 높을 수 있다.Referring to the simulation results of FIGS. 2 and 3 , the phase conduction state transition phenomenon of the superconductor device partially occurs, and as the magnetic field passes, the intensity of the magnetic field at an arbitrary point may be high.
초전도체 소자는 자계의 세기가 커짐에 따라 초전도체 소자가 임계 값에 빠르게 도달하게 되는데, 이에 의해 초전도체 소자의 상전도 상태 전이가 빠르게 수행되고, 따라서 초전도 소자 저항이 빠르게 증가될 수 있다. 그리고, 초전도 소자 저항이 전력 계통 회로에 투입되는 것에 의해 한류부(100)가 전력 계통 회로에 인가되는 사고 전류를 제한할 수 있다. 이 때 한류부(100)의 사고 전류 제한률은 도 4의 회로를 이용하여 측정할 수 있고, 이를 이용하여 차단부(200)의 차단 특성도 측정할 수 있다. 이 때 차단부(200)의 차단 특성은 차단부(200)의 동작 시점에서 초전도체 소자의 상전도 상태 전이 특성으로 인한 차단부(200)의 차단동작 완료 시점을 측정할 수 있다. As the strength of the magnetic field increases, the superconductor device quickly reaches a critical value, whereby the phase transition of the superconductor device is quickly performed, and thus the resistance of the superconductor device can be rapidly increased. In addition, the current limiting
차단부(200)의 차단 특성을 확인하기 위해 표 2의 조건을 이용하여 차단부(200)의 차단기의 동작 시점 및 차단동작 완료시점을 측정할 수 있다.In order to check the blocking characteristics of the
3
3
스파이럴 타입 및 헬리컬 타입
Spiral type and helical type
도 4의 R1은 임의의 저항 값으로 정상 전류가 인가될 수 있고, R2는 사고 전류가 인가되는 저항 값으로 한류부(100)의 사고 전류에 대한 사고 전류 제한률을 측정하기 위하여 최소 저항 1이 삽입될 수 있다.도 4의 DC 전원에 627 V, 550 V, 477 V, 400 V 전압을 인가하여 한류부(100)의 임피던스 증가량, 고장전류 제한률 및 차단부(200)의 차단기의 동작시점, 차단 완료시점을 측정할 수 있다.R1 in FIG. 4 is an arbitrary resistance value to which normal current can be applied, R2 is a resistance value to which fault current is applied, and has a minimum resistance of 1 to measure the fault current limiting rate for the fault current of the current limiting
도 5a에서 보는 것과 같이 사고 전류가 627 V 일 때 한류부(100)는 임피던스 증가량은 0.13이며, 고장전류 제한률은 9.64 %일 수 있다. 반면, 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100)는 임피던스 증가량은 0.11이며 고장전류 제한률은 9.19 %일 수 있다. 이를 통하여 본 발명의 스파이럴 타입 구조의 초전도체 소자를 포함한 한류부(100)는 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100)에 비해 임피던스 증가량은 약 0.02, 사고 전류 제한률은 0.43% 높은 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 5A, when the fault current is 627 V, the impedance increase amount of the current limiting
또한, 본 발명의 한류부(100)의 임피던스 증가량 및 사고 전류 제한률에 의해 차단부(200)의 차단기의 동작시점은 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100)의 말단에 연결된 차단부(200)의 차단기의 동작시점보다 약 0.15 ms 빠른 동작을 수행하였으며, 차단 완료시점의 경우 0.53 ms 단축되었음을 확인할 수 있다. In addition, according to the impedance increase amount and the fault current limiting rate of the current limiting
도 5b에서 보는 것과 같이 550 V 일 때 한류부(100)는 임피던스 증가량은 0.09 이며, 고장전류 제한률은 7.55 %일 수 있다. 반면, 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100)는 임피던스 증가량은 0.07 이며 고장전류 제한률은 6.83 %일 수 있다. 이를 통하여 본 발명의 스파이럴 타입 구조의 초전도체 소자를 포함한 한류부(100)는 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100)에 비해 임피던스 증가량은 약 0.02, 사고 전류 제한률은 약 0.72 % 높은 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 5B, at 550 V, the current limiting
또한, 본 발명의 한류부(100)의 임피던스 증가량 및 사고 전류 제한률에 의해 차단부(200)의 차단기의 동작시점은 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100)의 말단에 연결된 차단부(200)의 차단기의 동작시점보다 약 0.03 ms 빠른 동작을 수행하였으며, 차단 완료시점의 경우 0.14 ms 단축되었음을 확인할 수 있다. In addition, according to the impedance increase amount and the fault current limiting rate of the current limiting
도 5c에서 보는 것과 같이 477 V 일 때 한류부(100)는 임피던스 증가량은 0.05 이며, 고장전류 제한률은 4.37 %일 수 있다. 반면, 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100)는 임피던스 증가량은 0.03 이며 고장전류 제한률은 5.22 %일 수 있다. 이를 통하여 본 발명의 스파이럴 타입 구조의 초전도체 소자를 포함한 한류부(100)는 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100)에 비해 임피던스 증가량은 약 0.02, 사고 전류 제한률은 약 0.85 % 높은 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 5C, at 477 V, the current limiting
또한, 본 발명의 한류부(100)의 임피던스 증가량 및 사고 전류 제한률에 의해 차단부(200)의 차단기의 동작시점은 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100)의 말단에 연결된 차단부(200)의 차단기의 동작시점보다 약 0.33 ms 빠른 동작을 수행하였으며, 차단 완료시점의 경우 0.58 ms 빠른 차단특성을 확인하였다. In addition, according to the impedance increase amount and the fault current limiting rate of the current limiting
도 5d에서 보는 것과 같이 400 V 일 때 본 발명의 스파이럴 타입 구조의 초전도체 소자를 포함한 한류부(100)는 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100)에 비해 임피던스 증가량은 약 0.01, 사고 전류 제한률은 약 0.04 % 높은 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 5D, at 400 V, the current limiting
또한, 본 발명의 한류부(100)에 의해 차단부(200)의 차단기의 동작시점은 10.82 ms, 차단 완료시점은 13.13 ms 이며, 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100)의 말단에 연결된 차단부(200)의 차단기의 동작시점보다 약 0.16 ms 빠른 동작을 수행하였으며, 차단 완료시점의 경우 0.56 ms 빠른 차단특성을 확인할 수 있다. In addition, by the current limiting
표 3 및 표 4는 도 5a 내지 도 5d의 시뮬레이션 결과를 표로 나타낸 것으로, 표 3 및 표 4를 살펴보면, 본 발명의 한류부(100)는 각각의 전압에 대하여 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100)보다 임피던스 증가량이 평균 0.02 Ω 높음에 따라 초전도체 소재의 전력 또한 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100)보다 0.85 kW ~ 5.18 kW 더 높은 전력을 부담하는 것을 확인할 수 있다. Tables 3 and 4 show the simulation results of FIGS. 5A to 5D as tables. Looking at Tables 3 and 4, the current limiting
즉, 본 발명의 스파이럴 타입 구조의 초전도체 소자를 포함한 한류부(100)는 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100)보다 임피던스 증가량이 높음으로 인해 한류부(100)의 사고 전류 제한률은 0.02 % ~ 0.85 % 높으며, 한류부(100) 말단에 연결된 차단부(200)의 차단기의 동작시점은 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100) 말단에 연결된 차단부(200)의 차단기의 동작시점보다 0.03 ms ~ 0.33 ms 빠른 차단동작을 수행하였다. That is, since the current limiting
또한 한류부(100) 말단에 연결된 차단부(200)의 차단기의 차단동작 완료 특성의 경우 0.14 ms ~ 0.58 ms에 차단됨에 따라 헬리컬 타입 구조의 초전도체 소자를 적용한 한류부(100) 말단에 연결된 차단부(200)의 고장전류 차단시간보다 0.14 ms~0.58 ms만큼 단축됨을 확인하였다.In addition, in the case of the blocking operation completion characteristic of the circuit breaker of the
이에 의해 본 발명에서 차단부(200)는 사고 전류에 대응하여 사고 전류를 빠르게 차단하는 차단 특성을 확보 할 수 있다.Accordingly, in the present invention, the blocking
따라서, 본 발명은 스파이럴 타입 구조의 초전도체 소자를 포함한 한류부(100)의 말단에 차단부(200)를 연결하는 것에 의해 초전도체 소자의 상전도 상태 전이 속도를 단축시켜 차단 속도를 단축시킬 수 있으며, 전류제한율 및 차단기의 동작시점이 빨라질 수 있어, 초전도체 소자의 동일한 길이에서 DC차단기의 차단 성능을 증대시킬 수 있다. Therefore, according to the present invention, by connecting the
100 : 한류부
200 : 차단부100: Hallyu department
200: blocking part
Claims (3)
상기 한류부 말단에 연결되는 차단부를 포함하고,
상기 한류부는 초전도체 소자를 포함하고, 상기 전력 계통에 사고 전류가 인가되면 상기 초전도체 소자가 상전도 상태가 되어 상기 한류부에 초전도 소자 저항이 발생하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류형 DC 차단기.Current limiting unit connected to the power system; and
A blocking part connected to an end of the current limiting part,
The current limiting unit includes a superconducting element, and when a fault current is applied to the power system, the superconducting element is in a normal conduction state and superconducting element resistance is generated in the current limiting unit Superconducting current limiting type DC circuit breaker.
상기 초전도체 소자는 원형틀 형태의 보빈과 결합되고, 스파이럴 타입으로 구성하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류형 DC 차단기.According to claim 1,
The superconducting current limiting type DC circuit breaker, characterized in that the superconductor element is combined with a bobbin in the form of a circular frame and configured in a spiral type.
상기 초전도 소자 저항의 크기는 상기 초전도체의 상전도 상태에 도달하는 시간에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 초전도 한류형 DC 차단기.According to claim 1,
The superconducting current limiting type DC circuit breaker, characterized in that the magnitude of the resistance of the superconducting element is calculated by the time required to reach the normal conduction state of the superconductor.
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