전력용 스위치를 이용한 초전도한류기의 소자부담 저하 및 회복특성 향상 연구

소개글

산업 발전에 따른 전력수요가 지속적으로 증가하고 전력 수요지가 서울, 부산에 집중되며, 단기간에 설비가 증설됨에 따라 이에 전원설비 규모 또한 커져 전력계통의 고장전류가 계속 증대되고 있다. 증대되고 있는 고장전류를 안전하게 차단시키기 위해 차단기의 내력을 크게 하거나 현재 사용하고 있는 차단기의 내력에 맞춰서 고장전류의 크기를 억제해야 하는 방안이 있다. 이러한 방안을 모색하던 중에 초전도전류제한기(이하 초전도 한류기)가 개발되었다. 전력계통에서 한류기의 역할은 계통사고로 인한 고장전류 발생 시 소자에 가해지는 기계적, 열적, 전기적 스트레스, 피해를 제한하는 역할을 한다.
고장전류가 초전도 한류기에 흐르면서 퀜치(quench)를 유도시키게 되고 그로 인하여 초전도체의 저항이 비선형적으로 커지게 된다. 이러한 한류기의 특성으로 고장전류를 저감하고 신속한 차단 및 고장을 고립화 시키며 신속한 복구를 할 수 있다. 또한 고장의 파급을 제거하여 공급 신뢰도를 향상시키고 전력기기 기준을 완화하는 효과 또한 있다. 하지만 단점으로는 초전도 한류기에 고장전류가 오랫동안 흐르게 되면 저항의 값이 계속해서 증가하고, 고장전류가 차단된 뒤에도 초전도체의 저항의 값이 0[Ω]이 될 때까지(초전도체가 원래의 상태까지로 회복되기 까지)의 시간이 오래 걸리게 된다. 회복 시간이 오래 걸리게 되면, 초전도체가 회복되기 전에 다시 고장전류가 흐를 경우 초전도체 소자의 제한 기능이 떨어지게 된다. 이러한 회복속도를 빠르게 하기 위해 전력용 스위칭을 사용하여 초전도 한류기의 회복특성을 향상시키며 이 향상된 성능으로 하여금 고장전류를 안전하게 차단하는 것에 그 목적이 있다.

목차

국문초록

제 1 장 서 론
1.1 국내 계통 현황
1.1.1 전력수급 전망
1.1.2 고장전류 현황
1.1.3 국내 교류 차단기 정격

제 2 장 기존의 연구 동향
2.1 전류제한의 필요성
2.2 초전도 한류기의 연구 현황 및 단점

제 3 장 회로의 동작 원리 및 실험
3.1 회로의 동작원리
3.2 실험방법

제 4 장 실험 결과 및 고찰
4.1 전력용 스위치를 하나만 이용한 실험(<그림 1>회로도의 실험)
4.2 전력용 스위치를 두 개 이용한 실험(<그림 2>회로도의 실험)

제 5 장 결 론

참고문헌

본문내용

2.1 전류제한의 필요성

전력계통에서 사고가 발생하면 평상시 통전 전류의 수십 배 이상의 단락전류가 계통에 유기되어 관련 설비 및 전력기기에 심각한 손상을 야기하게 된다. 단락 전류 발생에 의해 전력설비가 받게 되는 심각한 스트레스는 다음과 같다.
- 전자기적 영향 : 전류가 흐르는 도체에서 인접한 곳에는 유도 자계가 항상 존재하는데, 대규모의 고장전류 발생 시에는 그 영향이 심각하여, 주변 전력기기 및 전자기기의 작동에 교란을 줄 수 있다.
- 기계적 영향 : 전류가 흐르는 도체에서 인접한 거리에 다른 도체 또는 통전로가 존재하면 상호간에 힘을 받게 되며, 통전 방향이 서로 같은 경우에는 인력 및 반대 방향일 경우에는 척력이 발생하는데 고장전류 발생 시는 그 영향이 심대하여 전력기기 구조물의 손상 및 파괴를 가져올 수 있다.
- 열적영향 : 단락전류가 발생하면 통전 도체에 급격한 단열 온도 상승이 초래되어 기기 손상이나 절연물 파괴가 유발된다.
위와 같은 영향으로 인하여, 가능한 한 빠른 시간에 효과적으로 고장전류를 억제하고 차단 할 수 있는 기술 개발이 반드시 필요하다.

2.2 초전도 한류기의 연구 현황 및 단점

전력계통의 한류기(Fault Current Limiter)의 역할은 계통사고로 인한 고장전류 발생 시 버스바(Busbar), 애자, 차단기 등에 가해지는 기계적, 열적, 전기적 스트레스를 제한시키는 것이다. 하지만 실제적으로 계통에 적용 가능한 한류기술의 개발은 기술적 어려움과 상업화의 난점으로 인해 지연되어 왔다.
그러나 고온 초전도체가 발견되면서, 이 새로운 소자의 비선형적인 전압-전류 특성을 적용한 한류기의 개발가능성이 대두되었으며, 1986년부터 액체질소를 냉매로 사용하는 고온초전도 한류기 개발이 본격적으로 시작 되었다. 또한 초전도 기술뿐만 아니라 새로운 한류 소자 및 한류 기술을 적용한 전력기기에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.

참고 자료

· 전력계통 고장전류 문제와 초전도 한류기
· 전력계통 고장전류 저감을 위한 한류기술 및 초전도 저항형 한류기
개발 동향 분석
· 초전도 한류기의 기술동향
· 초전도 한류기술 냉각기술 개발
· 국내 실계통에서의 154 kV 초전도 한류기 계통적용 가능성 검