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KR102724289B1 - SUPERCONDUCTING FAULT-CURRENT LIMITER MODULE and HIGH TEMPERATURE RESISTIVE TYPE DC FAULT-CURRENT LIMITER - Google Patents

SUPERCONDUCTING FAULT-CURRENT LIMITER MODULE and HIGH TEMPERATURE RESISTIVE TYPE DC FAULT-CURRENT LIMITER Download PDF

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KR102724289B1
KR102724289B1 KR1020190178189A KR20190178189A KR102724289B1 KR 102724289 B1 KR102724289 B1 KR 102724289B1 KR 1020190178189 A KR1020190178189 A KR 1020190178189A KR 20190178189 A KR20190178189 A KR 20190178189A KR 102724289 B1 KR102724289 B1 KR 102724289B1
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South Korea
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superconducting
current
current limiting
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최경달
김우석
이세연
소주영
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한국전력공사
한국공학대학교산학협력단
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    • HELECTRICITY
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    • Y10S505/85Protective circuit

Abstract

본 발명의 초전도 한류 모듈은, 초전도 테이프 선재가 낮은 원통 형상으로 감겨진 테이프 와인딩 구조체; 상기 테이프 와인딩 구조체를 형성하는 상기 초전도 선재의 일단이 연결되며 상기 낮은 원통 형상의 내면에 위치하는 내부 리드; 및 상기 초전도 선재의 타단이 연결되며 상기 낮은 원통 형상의 외면에 위치하는 외부 리드를 구비하는 SPC 단위 코일들 다수 개가 토로이드 또는 솔레노이드 형태로 배치될 수 있다.The superconducting current limiting module of the present invention comprises a tape winding structure in which a superconducting tape wire is wound in a low cylindrical shape; an internal lead to which one end of the superconducting wire forming the tape winding structure is connected and which is positioned on an inner surface of the low cylindrical shape; and an external lead to which the other end of the superconducting wire is connected and which is positioned on an outer surface of the low cylindrical shape. A plurality of SPC unit coils can be arranged in a toroidal or solenoidal shape.

Description

초전도 한류 모듈 및 직류용 고온 초전도 저항형 한류 장치{SUPERCONDUCTING FAULT-CURRENT LIMITER MODULE and HIGH TEMPERATURE RESISTIVE TYPE DC FAULT-CURRENT LIMITER} SUPERCONDUCTING FAULT-CURRENT LIMITER MODULE AND HIGH TEMPERATURE RESISTIVE TYPE DC FAULT-CURRENT LIMITER

본 발명은 리액턴스 활용형 고온초전도 직류 저항형 한류 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 직류 저항형 한류기를 권선형태로 제작해 사고 시 초전도체에서 발생되는 저항과 더불어 모듈 권선의 인덕턴스 성분을 이용 높은 임피던스를 활용해 억제하여 사고전류의 피크 값을 줄이는 직류용 고온초전도 저항형 한류 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a reactance-utilizing high-temperature superconducting DC resistance-type current limiter, and more particularly, to a DC high-temperature superconducting resistance-type current limiter which reduces the peak value of a fault current by suppressing it by utilizing the high impedance of the inductance component of the module winding together with the resistance generated in a superconductor in the event of a fault by manufacturing the DC resistance-type current limiter in the form of a coil.

전력 계통에서 고장이 발생할 경우 전력기기 및 설비의 보호를 위해 차단기를 통해 고장전류를 차단한다. 계통에 고장이 발생하면 계전기는 고장상태를 판단하여 차단기에 개방을 위한 트립신호를 보낸다. 트립신호를 받은 후 차단기는 구동장치를 통하여 고장전류가 흐르는 차단기 접점을 개방하여 전류를 차단하게 된다. 이때 차단기 접점 양단에는 아크전류가 흐르게 되어 충분한 절연 조건이 확립되지 않으면 아크전류에 의해 고장전류는 지속적으로 흐르게 된다. AC 계통의 경우 일정 주기로 전류 0점을 지나기 때문에 접점거리가 충분할 경우 0점에 도달하는 순간 아크전류는 소멸하여 고장전류가 차단된다. 하지만 DC 계통의 경우 전류 0점이 없기 때문에 아크전류 소거가 매우 어렵다. 일반적으로 3000V이하의 경우에는 아크 확산을 통하여 DC 고장전류 차단이 가능하나 그 이상의 경우 아크 전류를 소거하기 어렵다. 이에 따라 여러 방법을 이용하여 AC계통과 같이 전류 0점을 만들어 차단하는 기술을 구현해야 한다. 현재까지 구현된 DC 차단 기술로는 앞서 언급한 바와 같이 접점에서 발생되는 아크를 확산시키는 역전압 방식과, 별도의 공진회로를 구성하여 직류전류를 공진하여 차단하는 공진방식, 사전에 병렬 커패시터에 전하를 충전시켜 고장발생시 아크전류와 반대방향으로 투입하여 전류 중첩을 통하여 차단하는 역전류 방식, 그리고 턴온/턴오프가 가능한 전력용 반도체를 이용한 차단기들이 개발되고 있다.When a fault occurs in a power system, the fault current is cut off through a circuit breaker to protect power devices and equipment. When a fault occurs in the system, the relay determines the fault condition and sends a trip signal to the circuit breaker to open it. After receiving the trip signal, the circuit breaker opens the circuit breaker contacts through the driving device to cut off the current. At this time, arc current flows across both ends of the circuit breaker contacts, and if sufficient insulation conditions are not established, the fault current will continue to flow due to the arc current. In the case of an AC system, since the current passes the zero point at regular intervals, if the contact distance is sufficient, the arc current disappears at the moment it reaches the zero point, and the fault current is cut off. However, in the case of a DC system, it is very difficult to eliminate the arc current because there is no current zero point. Generally, in the case of 3000 V or less, DC fault current can be cut off through arc diffusion, but in the case of higher voltages, it is difficult to eliminate the arc current. Accordingly, it is necessary to implement a technology that creates and cuts off the current zero point like an AC system using various methods. As for DC blocking technologies implemented to date, as mentioned above, the reverse voltage method that diffuses the arc generated at the contact point, the resonance method that configures a separate resonant circuit to resonate and block the DC current, the reverse current method that charges a parallel capacitor in advance and blocks it by superimposing the current when a fault occurs by injecting it in the opposite direction to the arc current, and circuit breakers using power semiconductors that can be turned on/off are being developed.

도 1은 저항형 초전도 한류기의 기본 동작 원리를 도시한 그래프이다.Figure 1 is a graph illustrating the basic operating principle of a resistive superconducting current limiter.

초전도 한류기는 일반적으로 사고발생 시 임계전류 이상의 사고전류 발생 시 초전도체의 상변이 과정을 이용해 임피던스를 발생시켜 사고전류를 한류 시키는 방식이다. 일반적으로 교류 계통 보호를 위해 적용되며, 정상운전 시에는 임피던스가 없어 선로에 영향을 미치지 않으며, 사고발생 시 1/4 주기 이내에 사고전류의 제한(한류)이 이루어지며, 선로 사고 전류가 임계전류 값을 넘는 즉시 한류기에서 임피던스가 발생하므로 빠른 계통보호가 가능하고, 사고 종료 후에는 자동으로 임피던스가 감소하며 초전도성을 회복해 정상운전 상태로 복귀한다. 초전도 한류기는 임피던스의 투입 방식에 따라 저항형, 포화철심형, 자기차폐형 등의 방식이 존재하며, 이중 저항형 한류기의 경우 사고 전류에 의해 발생되는 초전도체의 상변이 저항을 직접적으로 이용하는 방식이다. A superconducting current limiter is a method that generates impedance and limits the fault current by utilizing the phase transition process of a superconductor when a fault current exceeding the critical current occurs in the event of an accident. It is generally applied to protect AC systems, and has no impedance during normal operation, so it does not affect the line. When an accident occurs, the fault current is limited (limited) within 1/4 cycle, and as soon as the line fault current exceeds the critical current value, the impedance is generated in the current limiter, so rapid system protection is possible. After the accident is over, the impedance automatically decreases and the superconductivity is restored to the normal operation state. Depending on the impedance injection method, superconducting current limiters are classified into resistive, saturated core, and magnetic shielding types. In the case of the resistive type current limiter, it directly uses the phase transition resistance of the superconductor generated by the fault current.

상술한 바와 같이 저항형 초전도 한류기는 초전도체 고유의 상변이 특성을 활용하는 방식이므로, 구조적으로 단순하며 우수한 한류 특성을 가지고 있다. 반면, 임계전류 이상의 과도전류로 인한 상변이(Quench) 저항을 직접적으로 활용하는 기기이기 때문에 사고 이후의 빠른 정상상태로의 복귀 및 한류기에 사용된 초전도체의 보호 및 유연한 임피던스의 투입 등을 위해 리엑터, 스위치 등과 같이 사용하는 복합방식으로 구현되는 것이 일반적이다. As described above, the resistive superconducting current limiter is a method that utilizes the phase transition characteristics inherent in superconductors, so it is structurally simple and has excellent current limiting characteristics. On the other hand, since it is a device that directly utilizes the phase transition (quench) resistance caused by transient currents exceeding the critical current, it is generally implemented in a composite method that uses reactors, switches, etc. for rapid recovery to a normal state after an accident, protection of the superconductor used in the current limiter, and input of flexible impedance.

저항형 초전도 한류기의 한류모듈 형태는 다양할 수 있지만, 공통적으로 가능한 작은 인덕턴스를 가지는 형태로 설계된다. 이는 교류 계통에서는 정상 전류 운전 상태에서 초전도 한류기가 계통에 임피던스를 추가하지 않기 위해서 이며, 따라서 일반적으로 권선형, 직선형 모두 인덕턴스 발생을 최소화는 형태로 제작되고 있다. 권선형의 경우 권선 자체가 물리적으로 큰 인덕턴스를 가지는 구조이므로 한류 모듈은 Bifilar 형태로 제작하는 무유도 방식으로 제작하는 것이 일반적이고, 직선형의 경우에도 Meander 형태의 배치를 통해 모듈 인덕턴스의 최소화 및 초전도체가 경험하는 자기장을 줄이고, 정상운전 상태에서 발생될 수 있는 초전도체의 교류손실 억제 및 선재 효율을 높이는 형태로 제작되고 있다. The current limiting module form of a resistive type superconducting current limiter can vary, but it is commonly designed to have the smallest possible inductance. This is so that the superconducting current limiter does not add impedance to the system under normal current operation in an AC system, and therefore, both the wound and straight types are generally manufactured in a form that minimizes inductance generation. In the case of the wound type, since the winding itself has a physically large inductance, the current limiting module is generally manufactured in a non-inductive manner using a bifilar form, and in the case of the straight type, it is manufactured in a form that minimizes module inductance and reduces the magnetic field experienced by the superconductor through a meander shape arrangement, suppresses AC loss of the superconductor that may occur under normal operation, and increases wire efficiency.

하지만 전술한 한류기는 대부분 교류계통에 적용을 목적으로 연구, 개발 되었다. 하지만 저항형 한류기는 사고전류의 크기나 형태에 관계없이 임계전류 이상의 사고 전류에 대해 저항을 발생시키기 때문에 직류 계통에도 적용이 가능하다. 하지만, 기존의 순수 저항형 한류모듈은 교류 계통의 적용을 위한 형태가 대부분으로, 초기 사고 전류의 피크이내(1/4 주기 이내)의 한류를 목표로 제작되었고, 교류 차단기 등의 호보시스템과의 연계를 목적으로 제작되었기 때문에 직류 환경을 위한 적합한 한류모듈에 대한 연구가 필요하다고 할 수 있다. However, most of the current limiters mentioned above were researched and developed for application to AC systems. However, since the resistive current limiter generates resistance to fault currents exceeding the critical current regardless of the size or shape of the fault current, it can also be applied to DC systems. However, most of the existing pure resistive current limiting modules are designed for application to AC systems, and they are manufactured with the goal of limiting current within the peak of the initial fault current (within 1/4 cycle), and since they are manufactured for the purpose of linking with protection systems such as AC circuit breakers, it can be said that research on suitable current limiting modules for DC environments is necessary.

직류 환경의 경우, 위상을 이용한 제어/조정이 되지 않기 때문에, 저항값이나 인덕턴스값을 이용하여, 다양한 조건이나 환경에 맞는 조정이 요구된다. 이는 사고전류를 처리하는 한류기의 경우에도 마찬가지인데, 초전도체를 이용한 직류 저항형 한류 장치의 경우, 코일을 형성하는 초전도체에 의한 저항이나 인덕턴스의 조정이 매우 곤란하였다. In the case of a DC environment, since control/adjustment using the phase is not possible, adjustments are required to suit various conditions or environments using resistance or inductance values. This is also the case for current limiters that handle fault currents, but in the case of DC resistance-type current limiters using superconductors, it was very difficult to adjust the resistance or inductance by the superconductor forming the coil.

대한민국 등록공보 10-1996514호Republic of Korea Registration No. 10-1996514

본 발명은 직류 계통을 위한 효율적인 초전도 방식의 한류 장치를 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide an efficient superconducting type current limiting device for a direct current system.

본 발명은 사고 직류 계통의 빠른 보호가 가능하며 사고전류의 피크 값을 줄이는 직류용 고온 초전도 저항형 한류 장치를 제공하고자 한다.The present invention aims to provide a high-temperature superconducting resistive current limiting device for DC that enables rapid protection of a fault DC system and reduces the peak value of fault current.

본 발명은 조건에 따른 인덕턴스값 또는 저항값 조정이 용이한 초전도 저항형 한류 장치를 제공하고자 한다.The present invention aims to provide a superconducting resistance-type current limiting device in which the inductance value or resistance value can be easily adjusted according to conditions.

본 발명의 일 측면에 따른 초전도 한류 모듈은, 초전도 테이프 선재가 낮은 원통 형상으로 감겨진 테이프 와인딩 구조체; 상기 테이프 와인딩 구조체를 형성하는 상기 초전도 선재의 일단이 연결되며 상기 낮은 원통 형상의 내면에 위치하는 내부 리드; 및 상기 초전도 선재의 타단이 연결되며 상기 낮은 원통 형상의 외면에 위치하는 외부 리드를 구비하는 SPC 단위 코일들 다수 개가 토로이드 또는 솔레노이드 형태로 배치될 수 있다.A superconducting current limiting module according to one aspect of the present invention comprises: a tape winding structure in which a superconducting tape wire is wound in a low cylindrical shape; an internal lead to which one end of the superconducting wire forming the tape winding structure is connected and which is positioned on an inner surface of the low cylindrical shape; and an external lead to which the other end of the superconducting wire is connected and which is positioned on an outer surface of the low cylindrical shape. A plurality of SPC unit coils may be arranged in a toroidal or solenoidal shape.

여기서, 상기 SPC 단위 코일들은, 상기 내부 리드로부터 상기 외부 리드까지 시계 방향으로 상기 초전도 테이프 선재가 감져진 정회전 SPC 단위 코일과, 상기 내부 리드로부터 상기 외부 리드까지 반시계 방향으로 상기 초전도 테이프 선재가 감져진 역회전 SPC 단위 코일로 구분되며, 상기 토로이드 또는 솔레노이드 형상으로 배치될 때, 상기 정회전 SPC 단위 코일과 상기 역회전 SPC 단위 코일이 교번하여 배치될 수 있다.Here, the SPC unit coils are divided into a forward rotation SPC unit coil in which the superconducting tape wire is wound in a clockwise direction from the inner lead to the outer lead, and a reverse rotation SPC unit coil in which the superconducting tape wire is wound in a counterclockwise direction from the inner lead to the outer lead, and when arranged in the shape of the toroid or solenoid, the forward rotation SPC unit coil and the reverse rotation SPC unit coil can be arranged alternately.

여기서, 상기 토로이드 또는 솔레노이드 형상으로 배치될 때, 상기 각 SPC 단위 코일은 일방 이웃과는 상기 내부 리드끼리 연결되며, 타방 이웃과는 상기 외부 리드끼리 연결될 수 있다.Here, when arranged in the shape of the toroid or solenoid, each SPC unit coil can be connected with its inner leads to its neighbors on one side, and with its outer leads to its neighbors on the other side.

여기서, 상기 토로이드 또는 솔레노이드 형상으로 배치될 때, 서로 이웃하는 2개의 SPC 단위 코일은 하나의 내부 리드와 다른 하나의 외부 리드가 연결될 수 있다.Here, when arranged in the above toroidal or solenoid shape, two adjacent SPC unit coils can be connected with one inner lead and the other outer lead.

여기서, 상기 SPC 단위 코일은, 상기 내부 리드와 함께 고리 형상을 구성하며, 상기 테이프 와인딩 구조체의 내면을 지지하는 중심 C링; 및 판형태로 상기 중심 C링의 양 측면에 부착되는 2개의 보빈판들을 더 포함할 수 있다.Here, the SPC unit coil may further include a center C-ring that forms a ring shape together with the inner lead and supports the inner surface of the tape winding structure; and two bobbin plates attached to both sides of the center C-ring in a plate shape.

본 발명의 다른 측면에 따른 직류용 고온 초전도 저항형 한류 장치는, 직류 전원의 배전 경로를 이루며, 테이프형 초전도 선재가 다수의 테이프 와인딩 형태의 SPC 단위 코일들이 토로이달 형태로 배치되어 구성된 초전도 한류 모듈; 및 상기 초전도 한류 모듈이 고저항을 가지는 경우 회로를 차단하며, 사고전류 소모를 위한 경로를 형성하는 직류 회로 차단 블록을 포함할 수 있다.A high-temperature superconducting resistance-type current limiting device for DC according to another aspect of the present invention may include a superconducting current limiting module configured by arranging a plurality of SPC unit coils in the form of tape windings in a toroidal shape, which forms a distribution path of a DC power source; and a DC circuit breaker block which blocks a circuit when the superconducting current limiting module has high resistance and forms a path for consuming fault current.

여기서, 상기 SPC 단위 코일은, 초전도 테이프 선재가 낮은 원통 형상으로 감겨진 테이프 와인딩 구조체; 상기 테이프 와인딩 구조체를 형성하는 상기 초전도 선재의 일단이 연결되며 상기 낮은 원통 형상의 내면에 위치하는 내부 리드; 및 상기 초전도 선재의 타단이 연결되며 상기 낮은 원통 형상의 외면에 위치하는 외부 리드를 포함할 수 있다.Here, the SPC unit coil may include a tape winding structure in which a superconducting tape wire is wound in a low cylindrical shape; an internal lead to which one end of the superconducting wire forming the tape winding structure is connected and which is positioned on an inner surface of the low cylindrical shape; and an external lead to which the other end of the superconducting wire is connected and which is positioned on an outer surface of the low cylindrical shape.

상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 직류용 고온 초전도 저항형 한류 장치를 실시하면, 사고 직류 계통의 빠른 보호가 가능하면서도 사고전류의 피크 값을 줄일 수 있는 이점이 있다. By implementing a high-temperature superconducting resistance-type current limiting device for direct current according to the invention of the above-described configuration, there is an advantage in that rapid protection of a faulty direct current system is possible while reducing the peak value of the fault current.

본 발명의 초전도 한류 모듈은 직류용 고온 초전도 저항형 한류 장치 등 한류 장치 구성시, 조건에 따른 인덕턴스값 또는 저항값 조정이 용이한 이점이 있다.The superconducting current limiting module of the present invention has the advantage of making it easy to adjust the inductance value or resistance value according to conditions when configuring a current limiting device such as a high-temperature superconducting resistive current limiting device for direct current.

도 1은 저항형 초전도 한류기의 기본 동작 원리를 도시한 그래프.
도 2는 본 발명의 사상에 따른 초전도 한류 모듈을 적용한 임피던스 활용형 직류용 저항성 한류기의 기본 형태를 도시한다.
도 3은 다수 개가 토로이드 또는 솔레노이드 형태로 배치되어 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류 모듈을 구성하는 SPC 단위 코일(100)의 세부 구성들을 분리된 상태로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 SPC 단위 코일(100)의 결합된 외관 및 내부 리드 및 외부 리드 부분에 대한 확대도이다.
도 5는 도 3의 SPC 단위 코일(100)들이 토로이드 형태로 배치된 형태로 구현되는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류 모듈(1000)을 도시한 사시도이다.
도 6a는 도 5의 토로이드 형상으로 배치된 SPC 단위 코일들의 전기적 연결 구성의 일 실시예를 도시한 단면도이고, 도 6b는 연결된 외관을 도시한 사시도이다.
도 7은 도 5의 토로이드 형상으로 배치된 SPC 단위 코일들의 전기적 연결 구성의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 8은 도 5의 토로이드 형상으로 배치된 SPC 단위 코일들의 전기적 연결 구성의 또 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 9는 토로이드형 저항형 초전도 한류 모듈의 배치 구조 및 등가 회로를 도시한다.
도 10은 본 발명이 제안하는 토로이드형 저항형 초전도 한류 모듈 권선의 임계특성을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명이 제안하는 토로이드형 저항형 초전도 한류 모듈 권선의 계통 적용 해석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 사상에 따른 초전도 한류 모듈을 적용한 직류용 고온 초전도 저항형 한류 장치를 도시한 회로도이다.
Figure 1 is a graph illustrating the basic operating principle of a resistive superconducting current limiter.
Figure 2 illustrates the basic form of an impedance-utilizing DC resistive current limiter using a superconducting current limiting module according to the idea of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view illustrating the detailed configuration of an SPC unit coil (100) that is arranged in a plurality of toroidal or solenoidal shapes to form a superconducting current limiting module according to one embodiment of the present invention in an isolated state.
FIG. 4 is an enlarged view of the combined outer and inner lead and outer lead portions of the SPC unit coil (100) of FIG. 3.
FIG. 5 is a perspective view illustrating a superconducting current limiting module (1000) according to one embodiment of the present invention in which the SPC unit coils (100) of FIG. 3 are arranged in a toroidal shape.
FIG. 6a is a cross-sectional view illustrating an example of an electrical connection configuration of SPC unit coils arranged in a toroidal shape of FIG. 5, and FIG. 6b is a perspective view illustrating the connected appearance.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating another embodiment of the electrical connection configuration of SPC unit coils arranged in a toroidal shape of FIG. 5.
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating another embodiment of the electrical connection configuration of SPC unit coils arranged in a toroidal shape of FIG. 5.
Figure 9 illustrates the layout structure and equivalent circuit of a toroidal resistive superconducting current limiting module.
Figure 10 is a graph showing the critical characteristics of the toroidal resistive superconducting current limiting module winding proposed by the present invention.
Figure 11 is a graph showing the results of system application analysis of the toroidal resistive superconducting current module winding proposed by the present invention.
Fig. 12 is a circuit diagram illustrating a high-temperature superconducting resistance-type current limiting device for direct current using a superconducting current limiting module according to the idea of the present invention.

본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. In describing the present invention, terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.When it is said that a component is connected or coupled to another component, it can be understood that it may be directly connected or coupled to that other component, but there may also be other components in between.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. The terminology used in this specification is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the invention. The singular expression may include the plural expression unless the context clearly indicates otherwise.

본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다. In this specification, terms such as “include” or “have” are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification, and can be understood as not excluding in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.

또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Additionally, the shape and size of elements in the drawing may be exaggerated for clearer explanation.

본 발명에서는 특히 직류형 고온 초전도 저항형 한류 장치를 구성하는데 편리하게 이용될 수 있는 초전도 한류 모듈을 제시한다. The present invention proposes a superconducting current limiting module that can be conveniently used, particularly, to construct a DC type high-temperature superconducting resistance type current limiting device.

도 2는 본 발명의 사상에 따른 초전도 한류 모듈을 적용한 임피던스 활용형 직류용 저항성 한류기의 기본 형태를 도시한다. 도시한 바와 같이 초전도 한류 모듈(1000)은 직류 전원(1)에서 부하(3)로 공급되는 전력 전달 경로를 형성하며, 인덕터 및 가변 저항으로 볼 수 있다. 사고시 선로 저항(2) 대비 상기 가변 저항이 급증하여 상기 전력 전달 경로를 실질적으로 차단할 수 있다.Fig. 2 illustrates the basic form of an impedance-utilizing DC resistive current limiter using a superconducting current limiting module according to the idea of the present invention. As illustrated, the superconducting current limiting module (1000) forms a power transmission path supplied from a DC power source (1) to a load (3), and can be viewed as an inductor and a variable resistor. In the event of an accident, the variable resistance increases rapidly compared to the line resistance (2), so that the power transmission path can be substantially blocked.

상기 초전도 한류 모듈은 사고 발생시 임계 전류를 초과하는 사고 전류에 의해 발생되는 초전도 선재의 저항과 한류모듈을 구성하는 코일의 인덕턴스를 활용해 사고 전류를 억제하는 방식으로 동작된다. 따라서, 사고시 모듈 코일의 인덕턴스를 활용한 높은 임피던스의 발생이 가능하기 때문에 기존의 순수 저항형 한류기 보다 우수한 사고 초기 한류특성을 가지고 있다.The above superconducting current limiting module operates by suppressing the fault current by utilizing the resistance of the superconducting wire and the inductance of the coil constituting the current limiting module, which are generated by the fault current exceeding the critical current when a fault occurs. Therefore, since it is possible to generate high impedance by utilizing the inductance of the module coil when a fault occurs, it has better initial fault current limiting characteristics than the existing purely resistive type current limiter.

본 발명에서는 가격 대비 성능이 우수하고 제조 공정 적용이 용이한 테이프형(즉, 매우 긴 직사각형 띠 형상) 초전도 선재를 적용하여, 고효율의 적응성이 우수한 초전도 한류 모델을 구성하고자 한다. 상술한 사상에 따른 초전도 한류 모듈은, 토로이드 또는 솔레노이드 형태로 배치된 다수개의 SPC 단위 코일들로 이루어진다. In the present invention, a tape-shaped (i.e., very long rectangular strip-shaped) superconducting wire having excellent cost-effectiveness and easy manufacturing process application is applied to construct a superconducting current limiting model with excellent efficiency and adaptability. The superconducting current limiting module according to the above-described concept is composed of a plurality of SPC unit coils arranged in a toroidal or solenoidal shape.

도 3은 다수 개가 토로이드 또는 솔레노이드 형태로 배치되어 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류 모듈을 구성하는 SPC 단위 코일(100)의 세부 구성들을 분리된 상태로 도시한 사시도이다.FIG. 3 is a perspective view illustrating the detailed configuration of an SPC unit coil (100) that is arranged in a plurality of toroidal or solenoidal shapes to form a superconducting current limiting module according to one embodiment of the present invention in an isolated state.

도 4는 도 3의 SPC 단위 코일(100)의 결합된 외관 및 내부 리드 및 외부 리드 부분에 대한 확대도이다.FIG. 4 is an enlarged view of the combined outer and inner lead and outer lead portions of the SPC unit coil (100) of FIG. 3.

도시한 SPC 단위 코일(100)은, 초전도 테이프 선재가 낮은 원통 형상으로 감겨진 테이프 와인딩 구조체(10); 상기 테이프 와인딩 구조체(10)를 형성하는 상기 초전도 선재의 일단이 연결되며 상기 낮은 원통 형상의 내면에 위치하는 내부 리드(20); 및 상기 초전도 선재의 타단이 연결되며 상기 낮은 원통 형상의 외면에 위치하는 외부 리드(30)를 구비한다.The SPC unit coil (100) described above comprises a tape winding structure (10) in which a superconducting tape wire is wound in a low cylindrical shape; an internal lead (20) to which one end of the superconducting wire forming the tape winding structure (10) is connected and which is positioned on an inner surface of the low cylindrical shape; and an external lead (30) to which the other end of the superconducting wire is connected and which is positioned on an outer surface of the low cylindrical shape.

상기 테이프 와인딩 구조체(10), 내부 리드(20) 및 외부 리드(30)는 단위 초전도 코일을 형성하는 구성들이며, 이들을 기계적으로 지지하기 위한 구성들로서, 상기 SPC 단위 코일(100)은, 상기 내부 리드(20)와 함께 고리 형상을 구성하며, 상기 테이프 와인딩 구조체의 내면을 지지하는 중심 C링(40); 및 판형태로 상기 중심 C링의 양 측면에 부착되는 2개의 보빈판들(51, 52)을 더 구비할 수 있다.The above tape winding structure (10), the inner lead (20) and the outer lead (30) are components forming a unit superconducting coil, and as components for mechanically supporting them, the SPC unit coil (100) may further include a center C-ring (40) forming a ring shape together with the inner lead (20) and supporting the inner surface of the tape winding structure; and two bobbin plates (51, 52) attached to both sides of the center C-ring in a plate shape.

도 4의 확대 부분에 나타낸 바와 같이, 상기 테이프 와인딩 구조체(10)는, 초전도 테이프 선재가, 포장 테입 제품과 같이 띠 형상이 수회 말아진 낮은 원통형의 원통면을 형성한다. 상기 낮은 원통형으로 말아진 초전도 테이프 선재의 일단은 내부 리드(20)에 전기적으로 연결되며, 그 타단은 외부 리드(30)에 전기적으로 연결된다. 구현에 따라, 상기 낮은 원통형으로 말아진 초전도 테이프 선재의 층간 전류 누설을 차단하기 위해 절연층이 덮힌 상태로 말아질 수도 있다.As shown in the enlarged portion of Fig. 4, the tape winding structure (10) forms a low cylindrical cylindrical surface in which the superconducting tape wire is rolled several times in a band shape like a packaging tape product. One end of the low cylindrical superconducting tape wire is electrically connected to an inner lead (20), and the other end thereof is electrically connected to an outer lead (30). Depending on the implementation, the low cylindrical superconducting tape wire may be rolled in a state in which an insulating layer is covered to block interlayer current leakage of the low cylindrical superconducting tape wire.

도 5는 도 3의 SPC 단위 코일(100)들이 토로이드 형태로 배치된 형태로 구현되는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 한류 모듈(1000)을 도시한 사시도이다. FIG. 5 is a perspective view illustrating a superconducting current limiting module (1000) according to one embodiment of the present invention in which the SPC unit coils (100) of FIG. 3 are arranged in a toroidal shape.

본 발명의 사상에 따른 초전도 한류 모듈(1000)은 도시한 SPC 단위 코일(100)들이 토로이드 형태로 배치된 토로이드 코일 형태를 가지는데, 직류용으로 이용되는 경우 정상 운전 시 계통에 임피던스를 발생시키지 않는다. 또한, 모듈의 형태인 토로이드 코일의 구조적 특성상 낮은 수직자기장으로 인한 높은 초전도 선재의 임계전류 활용이 가능하며, 토로이드를 구성하는 모든 초전도 코일이 경험하는 자기장환경이 균일하기 때문에 코일의 직, 병렬구성에 적합하고, 사고시 모든 코일의 동시 상변이에 유리한 구조이다. 또한 자기장이 순환되는 토로이드 구조상 정상 운전시 코일이 만들어내는 누설자기장의 발생이 적기 때문에 한류모듈의 설치시 주변 영향의 최소화가 가능하다.The superconducting current limiting module (1000) according to the idea of the present invention has a toroidal coil shape in which the illustrated SPC unit coils (100) are arranged in a toroidal shape, and when used for direct current, it does not generate impedance in the system during normal operation. In addition, due to the structural characteristics of the toroidal coil in the form of a module, it is possible to utilize the critical current of a high superconducting wire due to a low vertical magnetic field, and since the magnetic field environment experienced by all the superconducting coils constituting the toroid is uniform, it is suitable for series and parallel configurations of the coils, and it is a structure that is advantageous for simultaneous phase transition of all coils in the event of an accident. In addition, since the leakage magnetic field generated by the coils during normal operation is small due to the toroidal structure in which the magnetic field circulates, it is possible to minimize the influence of the surroundings when installing the current limiting module.

다시 말해, 본 발명에서 제시하는 직류용 초전도 한류 모듈은 고온 초전도 싱글 팬케이크 모듈 코일인 SPC 단위 코일(100)들로 구성된 토로이드 형태이며, 토로이드를 구성하는 각각의 싱글 팬케이크 코일은 계통의 정격전류의 요구에 따른 병렬 수와 한류 시 요구되는 저항발생을 위한 길이를 가지도록 직/병렬연결 형태로 구성되며, 코일은 직/병렬 형태의 다양한 조합을 통해 적용 직류계통의 요구에 따른 임피던스 발생이 가능한 형태로 설계가 가능하다.In other words, the superconducting current limiting module for DC proposed in the present invention is a toroidal shape composed of SPC unit coils (100), which are high-temperature superconducting single pancake module coils, and each single pancake coil constituting the toroid is configured in a series/parallel connection shape so as to have a parallel number according to the demand for the rated current of the system and a length for generating resistance required during current limiting, and the coils can be designed in a shape capable of generating impedance according to the demand for the applied DC system through various combinations of series/parallel shapes.

도 6a는 도 5의 토로이드 형상으로 배치된 SPC 단위 코일들의 전기적 연결 구성의 일 실시예를 도시한 단면도이고, 도 6b는 연결된 외관을 도시한 사시도이다. FIG. 6a is a cross-sectional view illustrating an example of an electrical connection configuration of SPC unit coils arranged in a toroidal shape of FIG. 5, and FIG. 6b is a perspective view illustrating the connected appearance.

도면에서 토로이드 형상으로 배치될 때, 상기 각 SPC 단위 코일은 일방 이웃과는 상기 내부 리드끼리 연결되며, 타방 이웃과는 상기 외부 리드끼리 연결되어 있다.When arranged in a toroidal shape in the drawing, each SPC unit coil is connected to its inner leads on one side and to its outer leads on the other side.

도시한 연결의 경우, 모든 SPC 단위 코일들이 하나의 종류로만 구성되면, SPC 단위 코일의 전류 방향이 교변하면서 자기장 방향이 서로 반대로 형성되어, 인덕턴스 부여 효과가 낮아진다.In the case of a city connection, if all SPC unit coils are composed of only one type, the magnetic field directions are formed in opposite directions as the current directions of the SPC unit coils alternate, thereby reducing the inductance imparting effect.

도시한 연결 구조에서 인덕턴스 효과를 높이기 위해서는, 상기 SPC 단위 코일들은 상기 내부 리드로부터 상기 외부 리드까지 시계 방향으로 상기 초전도 테이프 선재가 감져진 정회전 SPC 단위 코일(100-1)과, 상기 내부 리드로부터 상기 외부 리드까지 반시계 방향으로 상기 초전도 테이프 선재가 감져진 역회전 SPC 단위 코일(100-2)로 구분되며, 상기 토로이드 형상으로 배치될 때, 상기 정회전 SPC 단위 코일(100-1)과 상기 역회전 SPC 단위 코일(100-2)이 교번하여 배치될 수 있다.In order to increase the inductance effect in the illustrated connection structure, the SPC unit coils are divided into a forward rotation SPC unit coil (100-1) in which the superconducting tape wire is wound in a clockwise direction from the inner lead to the outer lead, and a reverse rotation SPC unit coil (100-2) in which the superconducting tape wire is wound in a counterclockwise direction from the inner lead to the outer lead, and when arranged in the toroidal shape, the forward rotation SPC unit coil (100-1) and the reverse rotation SPC unit coil (100-2) can be arranged alternately.

한편, 도시한 본 발명의 사상에 따른 초전도 한류 모듈은, 모든 SPC 단위 코일들을 하나의 종류로만 구성하여, 일반적인 교류용 순수 저항형 한류모듈의 경우와 같이, 무유도성 코일형태로 적용될 수도 있다. 이는 전술한 바와 같이 정상 운전 상태에서 계통에 임피던스를 추가하지 않기 위함이며, 추가적으로 한류 모듈의 크기를 소형화 시키면서, 정상 운전 상태에서 발생되는 한류 모듈의 교류손실을 억제하고, 외부 자기장의 크기를 낮추어 높은 초전도 선재의 임계전류를 활용하기 위해서이다. Meanwhile, the superconducting current limiting module according to the invention of the present invention can be applied in the form of a non-inductive coil, as in the case of a general AC pure resistance type current limiting module, by configuring all SPC unit coils with only one type. This is to avoid adding impedance to the system in the normal operating state as described above, and additionally to suppress the AC loss of the current limiting module occurring in the normal operating state while miniaturizing the size of the current limiting module, and to utilize the critical current of the high superconducting wire by lowering the size of the external magnetic field.

도 7은 도 5의 토로이드 형상으로 배치된 SPC 단위 코일들의 전기적 연결 구성의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating another embodiment of the electrical connection configuration of SPC unit coils arranged in a toroidal shape of FIG. 5.

도시한 연결 구조에서, 토로이드 형상으로 배치될 때, 서로 이웃하는 2개의 SPC 단위 코일은 하나의 내부 리드와 다른 하나의 외부 리드가 연결되는 형태를 가진다. 따라서, 이 경우, 모든 SPC 단위 코일들이 하나의 종류로만 구성되어도, 모두 동일한 방향의 전류 회전을 가지게 되어, 인덕턴스를 확보할 수 있다.In the illustrated connection structure, when arranged in a toroidal shape, two neighboring SPC unit coils have a form in which one inner lead is connected to the other outer lead. Therefore, in this case, even if all the SPC unit coils are composed of only one type, they all have current rotation in the same direction, so that inductance can be secured.

도 8은 도 5의 토로이드 형상으로 배치된 SPC 단위 코일들의 전기적 연결 구성의 또 다른 실시예를 도시한 단면도이다.FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating another embodiment of the electrical connection configuration of SPC unit coils arranged in a toroidal shape of FIG. 5.

도시한 연결 구조는, 모든 SPC 단위 코일들이 하나의 종류로만 구성된 초전도 한류 모듈이 설치되는 장소나 환경이 요구하는 필요에 따라 인덕턴스를 조정해야 하는 경우, 인덕턴스에 대한 조정 원리를 설명하기 위한 것이다. The illustrated connection structure is intended to explain the principle of inductance adjustment when the inductance must be adjusted according to the needs of the installation location or environment where the superconducting current limiting module, in which all SPC unit coils are composed of only one type, is installed.

도면에서 A 영역은 전류 회전이 모두 동일한 반면, B 영역은 전류 회전이 교번하게 된다. 즉, A 영역의 비중을 늘릴 수록 인덕턴스가 증가하고, B 영역의 비중을 늘릴 수록 인덕턴스가 감소하게 된다. 이에 따라, 초전도 한류 모듈이 설치되는 장소나 환경이 요구하는 인덕턴스로 조정할 수 있다. 도시한 구현의 경우 저항 변화가 다소 존재하여 직류형 한류기로 적용하는데 다소 계산이 복잡해지나, 인덕턴스 조정이 중요한 분야의 교류형 한류기로는 적합하게 이용될 수 있다.In the drawing, the current rotation is the same in area A, while the current rotation is alternate in area B. That is, as the proportion of area A increases, the inductance increases, and as the proportion of area B increases, the inductance decreases. Accordingly, the inductance can be adjusted to the location or environment where the superconducting current limiter module is installed. In the case of the illustrated implementation, since there is some resistance change, the calculation becomes somewhat complicated when applied to a DC current limiter, but it can be suitably used as an AC current limiter in a field where inductance adjustment is important.

상술한 본 발명의 사상에 따른 초전도 한류 모듈은 기존의 저항형 한류기 제작이 주로 사용되던 무유도 방식의 권선들과 비교해 간단한 일반적인 싱글 팬케이크 권선형태로 제작이 가능하며, 토로이드 배치를 위한 직렬 형태로 인해 각 턴 간 전압이 적게 발생하여 전기적으로 안정적이며, 절연 최소화를 통한 소형화에 유리하다. The superconducting current limiting module according to the invention described above can be manufactured in a simple, general single pancake winding form, compared to the non-inductive windings that were mainly used to manufacture the existing resistive current limiter, and is electrically stable because less voltage is generated between each turn due to the series form for toroidal arrangement, and is advantageous in miniaturization through insulation minimization.

적용 유연성 관점에서, 모듈을 구성하는 직/병렬 선재의 조합이 매우 다양할 수 있기 때문에 동일한 저항을 발생시키며, 다양한 인덕턴스를 가지는 코일의 제작이 가능해 한류기 사양의 변경 및 계통의 요구에 유연하게 대처할 수 있다. 또한, 소자 내부의 소손 등의 문제가 발생되었을 경우에도 모듈교체를 통해 전체 시스템의 교체 없이 보수가 가능한 장점을 가지고 있다.From the perspective of application flexibility, since the combination of series/parallel wires that make up the module can be very diverse, it is possible to manufacture coils that generate the same resistance and have various inductances, so that it can flexibly respond to changes in the current limiter specifications and system requirements. In addition, it has the advantage of being able to be repaired without replacing the entire system by replacing the module even if a problem such as damage inside the element occurs.

제작 관점에서는, 초전도 선재의 경우 단위길이가 길어질수록 가격이 높아지며, 긴 장선의 도체의 경우 길이방향으로 균일한 저항발생 특성을 보장할 수 없기 때문에 본 모듈과 같이 짧은 단위 선재를 사용할 경우 상대적으로 균일한 선재 특성에 유리할 수 있고, 선재 가격의 절감을 통한 모듈 제작의 경제성확보에 유리하다. From a manufacturing perspective, in the case of superconducting wires, the longer the unit length, the higher the price, and in the case of long-length conductors, it is not possible to guarantee uniform resistance generation characteristics in the longitudinal direction. Therefore, when using short unit wires like this module, it is advantageous for relatively uniform wire characteristics, and it is advantageous for securing economic feasibility of module manufacturing through reduction in wire price.

도 9는 토로이드형 저항형 초전도 한류 모듈의 배치 구조 및 등가 회로를 도시한다.Figure 9 illustrates the layout structure and equivalent circuit of a toroidal resistive superconducting current limiting module.

도시한 초전도 한류 모듈은 30 mm 내경의 가지는 60 개의 싱글 팬케이크 코일로 구성된 토로이드 코일로, 저항형 한류기로의 동작을 만족시키는 저항발생을 위해 결정된 10개의 직렬 팬케이크 코일 연결과, 정격전류에 의해 결정된 6개의 병렬연결 코일셋으로 구성된다.The superconducting current limiting module of the city is a toroidal coil consisting of 60 single pancake coils with an inner diameter of 30 mm, 10 series pancake coils connected to generate resistance that satisfies the operation of a resistance-type current limiter, and 6 parallel-connected coil sets determined by the rated current.

2세대 고온초전도 선재를 이용한 토로이드 형태를 가질 수 있으며, 이 경우 테이프 형태의 초전도 선재에 적합한 싱글 팬케이크 모듈 코일들을 다수 제작해 토로이드 형태로 배치하는 구조를 형성할 수 있다. It can have a toroidal shape using a second-generation high-temperature superconducting wire, and in this case, a structure can be formed by manufacturing a large number of single pancake module coils suitable for tape-shaped superconducting wires and arranging them in a toroidal shape.

저항형 한류 모듈은 적용 계통의 정격 용량에 따라 정상상태에서 원활한 운전을 위해 다수의 병렬연결이필요하며, 한류를 위해 사고 시 요구되는 발생 저항의 최적 크기를 만들어내기 위해 긴 선재 사용 길이가 요구되는 것이 일반적이다. 토로이드 코일은 모든 싱글펜케이크 코일이 경험하는 전자기적 특성이 동일하기 때문에 구조적으로 다수의 직병렬 형태가 요구되는 저항형 한류 모듈의 일정한 임계특성을 가지도록 제작하는 것이 가능하고, 다양한 직병렬 조합을 통해 동일한 저항발생 길이를 가지는 다양한 형태의 구조를 만들어낼 수 있다. 따라서, 초전도 선재의 임계전류, 사고 시 발생요구 저항, 단위길이, 팬케이크 코일의 수, 한류 모듈의 크기, 직류 계통의 사고 시 최적의 임피던스 발생 등 다양한 계통 요구 조건에 맞는 적합형태 코일의 설계가 가능한 유연성을 가지는 구조이다.Resistive current limiting modules require multiple parallel connections for smooth operation in normal conditions according to the rated capacity of the applicable system, and generally require a long wire length to create the optimal size of the resistance required for fault current limitation. Since toroidal coils have the same electromagnetic characteristics as all single pancake coils, it is possible to manufacture them to have a certain critical characteristic of the resistive current limiting module that requires multiple series-parallel types structurally, and various structures with the same resistance generation length can be created through various series-parallel combinations. Therefore, it is a flexible structure that allows the design of a suitable coil shape that meets various system requirements, such as the critical current of the superconducting wire, the resistance required to be generated during a fault, unit length, the number of pancake coils, the size of the current limiting module, and the optimal impedance generation during a DC system fault.

도 10은 본 발명이 제안하는 토로이드형 저항형 초전도 한류 모듈 권선의 임계특성을 나타낸 그래프이다. Figure 10 is a graph showing the critical characteristics of the toroidal resistive superconducting current limiting module winding proposed by the present invention.

도시한 바와 같이, 한류모듈을 구성하는 초전도 선재가 경험하는 최대 수직방향 자속밀도는 약 0.5 T 수준이며, 이때 초전도 선재의 임계전류는 한류 모듈의 운전온도 69~70K 에서 약 700 A 수준으로 병렬수를 고려할 때 직류 정격 운전 조건을 만족한다. 이때 한류 모듈의 인덕턴스는 약 22.49 mH 로 이는 사고 시 한류 모듈에서 발생하는 저항과 함께 임피던스를 높이는데 활용되는 이점이 있다.As shown in the figure, the maximum vertical magnetic flux density experienced by the superconducting wires constituting the current-limiting module is approximately 0.5 T, and at this time, the critical current of the superconducting wires is approximately 700 A at the operating temperature of 69 to 70 K of the current-limiting module, which satisfies the DC rated operating condition when considering the parallel number. At this time, the inductance of the current-limiting module is approximately 22.49 mH, which has the advantage of being utilized to increase the impedance together with the resistance generated in the current-limiting module in the event of an accident.

도 11은 본 발명이 제안하는 토로이드형 저항형 초전도 한류 모듈 권선의 계통 적용 해석 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 11 is a graph showing the results of system application analysis of the toroidal resistive superconducting current module winding proposed by the present invention.

도시한 해석 결과 높은 임피턴스로 인해 사고 초기 전류 억제 특성이 순수 저항형 한류 모듈보다 우수한 것을 확인할 수 있고, 250 K 의 온도제한까지의 한류 동작시간 또한 순수 저항형 보다 긴 것을 확인할 수 있다. 해석 결과 한류 모듈의 인덕턴스를 활용한 발명 제안형태의 한류모듈은 순수 저항형 한류모듈과 비교해 상대적으로 사고 전류의 급격한 초기 변화 억제가 가능하며, 긴 한류 지속시간을 가지는 우수한 한류 특성을 보이며, 사고 이후 차단기 등 적극적인 계통 보호기구와의 연계에 적합한 형태이다. As a result of the illustrated interpretation, it can be confirmed that the initial current suppression characteristics of a fault are superior to those of a purely resistive current-limiting module due to its high impedance, and that the current-limiting operation time up to a temperature limit of 250 K is also longer than that of a purely resistive type. As a result of the interpretation, the proposed current-limiting module utilizing the inductance of the current-limiting module can suppress relatively rapid initial changes in fault current compared to a purely resistive current-limiting module, and exhibits excellent current-limiting characteristics with a long current-limiting duration, making it suitable for connection with active system protection devices such as circuit breakers after a fault.

도 12는 본 발명의 사상에 따른 초전도 한류 모듈을 적용한 직류용 고온 초전도 저항형 한류 장치를 도시한 회로도이다.Fig. 12 is a circuit diagram illustrating a high-temperature superconducting resistance-type current limiting device for direct current using a superconducting current limiting module according to the idea of the present invention.

도시한 직류용 고온 초전도 저항형 한류 장치는, 직류 전원의 배전 경로를 이루며, 테이프형 초전도 선재가 다수의 테이프 와인딩 형태의 SPC 단위 코일들이 토로이달 형태로 배치되어 구성된 초전도 한류 모듈(1000); 및 상기 초전도 한류 모듈이 고저항을 가지는 경우 회로를 차단하며, 사고전류 소모를 위한 경로를 형성하는 직류 회로 차단 블록(2000)을 포함할 수 있다.A high-temperature superconducting resistance-type current limiting device for direct current may include a superconducting current limiting module (1000) which forms a distribution path of a direct current power source and is configured by arranging a plurality of SPC unit coils in the form of tape windings in a toroidal shape, and a DC circuit breaker block (2000) which blocks a circuit when the superconducting current limiting module has high resistance and forms a path for consuming fault current.

상기 초전도 한류 모듈(1000)은 도 3에 도시한 바와 같은 SPC 단위 코일들이 토로이드 형태로 적층된 형태를 가질 수 있다.The above superconducting current limiting module (1000) may have a form in which SPC unit coils are stacked in a toroidal shape as shown in FIG. 3.

DC 계통보호를 위해서는 한류기를 통한 사고전류의 억제와 더불어 적절한 계통의 차단이 필요하다. 직류 계통의 경우 교류 계통과는 달리 사고 전류의 원점 교차순간이 발생하지 않기 때문에 차단이 쉽지 않고, 차단 난이도는 사고전류가 클수록 높아진다. 따라서 매우 큰 사고전류를 차단하기 위해 도시한 바와 같이 사고전류를 제한하는 초전도 한류 모듈(1000)와 DC 차단 블록(2000)을 적절히 연계하여 사용하면 DC차단 블록(2000)이 차단할 전류의 크기가 줄어들어 DC 차단 블록(2000)의 요구사양을 줄일 수 있고 좀 더 효율적인 차단 연계 시스템의 구성에 활용 가능하다.In order to protect a DC system, it is necessary to suppress the fault current through a current limiter and also to block the system appropriately. In the case of a DC system, unlike an AC system, the fault current does not cross the origin moment, so it is not easy to block it, and the difficulty of blocking increases as the fault current increases. Therefore, as shown in the drawing, if a superconducting current limiting module (1000) that limits the fault current and a DC blocking block (2000) are appropriately connected and used to block a very large fault current, the size of the current to be blocked by the DC blocking block (2000) is reduced, so that the specifications required for the DC blocking block (2000) can be reduced and it can be utilized to configure a more efficient blocking linkage system.

초전도 한류 모듈(1000)은 사고 초반 사고 전류의 초기 성장을 억제하여 낮은 사고전류 발생특성을 가지므로, DC 차단 블록(2000)의 투입 시점을 좀 더 빠르게 가져갈 수 있고, 초전도 한류 모듈(1000)의 동작 시간이 순수 저항형 한류기보다 길기 때문에, DC 차단 블록(2000) 및/또는 다른 차단기의 투입 등 계통 보호 시스템이 연계될 수 있는 시간적 유연성을 가지고 있다.Since the superconducting current limiting module (1000) has a low fault current generation characteristic by suppressing the initial growth of fault current at the beginning of a fault, the DC blocking block (2000) can be turned on more quickly, and since the operating time of the superconducting current limiting module (1000) is longer than that of a pure resistive current limiter, it has time flexibility that allows the grid protection system, such as the turning on of the DC blocking block (2000) and/or other circuit breakers, to be linked.

또한, 위와 같은 차단기 연계 시스템을 위한 한류기를 순수 저항형 한류기로 사용할 경우 사고 시 빠른 저항발생 특성이 필요하므로 안정화 층이 없는 초전도 선재와 같은 낮은 안정성의 선재를 사용해야하지만, 도시한 초전도 한류 모듈(1000)에서는 비교적 안정도가 높은 초전도 선재를 선택하여 제작하여도 인덕턴스 활용을 통해 빠르게 임피던스 발생이 가능하기 때문에 좀 더 높은 안정성의 모듈 제작이 가능하다.In addition, when using a current limiter for a circuit breaker-linked system such as the above as a pure resistance-type current limiter, a low-stability wire such as a superconducting wire without a stabilizing layer must be used because a fast resistance generation characteristic is required in the event of an accident. However, in the illustrated superconducting current limiting module (1000), a relatively highly stable superconducting wire is selected and manufactured, and since impedance can be quickly generated through the use of inductance, a module with a higher stability can be manufactured.

본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art should understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential characteristics thereof, and that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

10 : 테이프 와인딩 구조체
20 : 내부 리드
30 : 외부 리드
40 : 중심 C링
51, 52 : 보빈판
100 : SPC 단위 코일
1000 : 초전도 한류 모듈
2000 : DC 차단 블록
10: Tape winding structure
20 : Inner Lead
30 : External Lead
40 : Center C-ring
51, 52 : Bobbin plate
100 : SPC Unit Coil
1000 : Superconducting Current Module
2000: DC Block Block

Claims (7)

초전도 테이프 선재가 낮은 원통 형상으로 감겨진 테이프 와인딩 구조체;
상기 테이프 와인딩 구조체를 형성하는 상기 초전도 테이프 선재의 일단이 연결되며 상기 낮은 원통 형상의 내면에 위치하는 내부 리드; 및
상기 초전도 테이프 선재의 타단이 연결되며 상기 낮은 원통 형상의 외면에 위치하는 외부 리드를 구비하는 SPC 단위 코일들 다수 개가 토로이드 또는 솔레노이드 형태로 배치되며,
상기 SPC 단위 코일은,
상기 내부 리드와 함께 고리 형상을 구성하며, 상기 테이프 와인딩 구조체의 내면을 지지하는 중심 C링; 및
판형태로 상기 중심 C링의 양 측면에 부착되는 2개의 보빈판들
을 더 포함하는 초전도 한류 모듈.
A tape winding structure in which a superconducting tape wire is wound into a low cylindrical shape;
An internal lead, wherein one end of the superconducting tape wire forming the tape winding structure is connected and is located on the inner surface of the low cylindrical shape; and
A plurality of SPC unit coils having external leads positioned on the outer surface of the low cylindrical shape and connected to the other end of the superconducting tape wire are arranged in the form of a toroid or solenoid,
The above SPC unit coil is,
A central C-ring that forms a ring shape with the above inner lead and supports the inner surface of the tape winding structure; and
Two bobbin plates attached to both sides of the central C-ring in the form of a plate
A superconducting current limiting module further comprising:
제1항에 있어서,
상기 SPC 단위 코일들은, 상기 내부 리드로부터 상기 외부 리드까지 시계 방향으로 상기 초전도 테이프 선재가 감져진 정회전 SPC 단위 코일과, 상기 내부 리드로부터 상기 외부 리드까지 반시계 방향으로 상기 초전도 테이프 선재가 감져진 역회전 SPC 단위 코일로 구분되며,
상기 토로이드 또는 솔레노이드 형상으로 배치될 때, 상기 정회전 SPC 단위 코일과 상기 역회전 SPC 단위 코일이 교번하여 배치되는 초전도 한류 모듈.
In the first paragraph,
The above SPC unit coils are divided into a forward rotation SPC unit coil in which the superconducting tape wire is wound in a clockwise direction from the inner lead to the outer lead, and a reverse rotation SPC unit coil in which the superconducting tape wire is wound in a counterclockwise direction from the inner lead to the outer lead.
A superconducting current limiting module in which the forward-rotating SPC unit coils and the reverse-rotating SPC unit coils are arranged alternately when arranged in the above toroidal or solenoid shape.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 토로이드 또는 솔레노이드 형상으로 배치될 때, 상기 각 SPC 단위 코일은 일방 이웃과는 상기 내부 리드끼리 연결되며, 타방 이웃과는 상기 외부 리드끼리 연결되는 초전도 한류 모듈.
In paragraph 1 or 2,
A superconducting current limiting module in which, when arranged in the shape of the above toroid or solenoid, each of the above SPC unit coils is connected between the inner leads to one neighbor and between the outer leads to the other neighbor.
제1항에 있어서,
상기 토로이드 또는 솔레노이드 형상으로 배치될 때, 서로 이웃하는 2개의 SPC 단위 코일은 하나의 내부 리드와 다른 하나의 외부 리드가 연결되는 초전도 한류 모듈.
In the first paragraph,
A superconducting current limiting module in which two adjacent SPC unit coils, when arranged in the above toroidal or solenoidal shape, are connected by one inner lead and the other outer lead.
삭제delete 직류 전원의 배전 경로를 이루며, 테이프형 초전도 선재가 다수의 테이프 와인딩 형태의 SPC 단위 코일들이 토로이달 형태로 배치되어 구성된 초전도 한류 모듈; 및
상기 초전도 한류 모듈이 고저항을 가지는 경우 회로를 차단하며, 사고전류 소모를 위한 경로를 형성하는 직류 회로 차단 블록
을 포함하고,
상기 SPC 단위 코일은,
초전도 테이프 선재가 낮은 원통 형상으로 감겨진 테이프 와인딩 구조체;
상기 테이프 와인딩 구조체를 형성하는 상기 초전도 선재의 일단이 연결되며 상기 낮은 원통 형상의 내면에 위치하는 내부 리드; 및
상기 초전도 선재의 타단이 연결되며 상기 낮은 원통 형상의 외면에 위치하는 외부 리드;
상기 내부 리드와 함께 고리 형상을 구성하며, 상기 테이프 와인딩 구조체의 내면을 지지하는 중심 C링;
판형태로 상기 중심 C링의 양 측면에 부착되는 2개의 보빈판들
을 포함하는 직류용 고온 초전도 저항형 한류 장치.
A superconducting current limiting module comprising a plurality of tape-wound SPC unit coils arranged in a toroidal shape, which forms a distribution path for a direct current power source; and
A DC circuit blocking block that blocks the circuit when the above superconducting current limiting module has high resistance and forms a path for the consumption of fault current.
Including,
The above SPC unit coil is,
A tape winding structure in which a superconducting tape wire is wound into a low cylindrical shape;
An internal lead connected to one end of the superconducting wire forming the tape winding structure and positioned on the inner surface of the low cylindrical shape; and
An external lead connected to the other end of the superconducting wire and positioned on the outer surface of the low cylindrical shape;
A central C-ring forming a ring shape with the above inner lead and supporting the inner surface of the tape winding structure;
Two bobbin plates attached to both sides of the central C-ring in the form of a plate
A high-temperature superconducting resistive current limiting device for direct current including:
삭제delete
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000197263A (en) * 1998-12-25 2000-07-14 Toshiba Corp Superconductive coil device for current limiting element
KR101970912B1 (en) * 2018-02-22 2019-04-19 숭실대학교산학협력단 Hybrid dc superconducting fault current limiting circuit breaker

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