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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 유인근, 박민원
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 창원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
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대용량 초전도 풍력발전기의 개념 설계의 발전과 더불어 발전기의 과도 상태일 때의 정확한 분석 연구가 점점 요구되어지고 있는데, 전력 계통에서 3상 단락 사고는 가장 심각한 사고로 여겨지며, 과도 현상 분석의 가장 중요한 사항이다. 갑작스러운 전기자 사고 발생시 강한 임펄스 전류가 계자 권선에 영향을 끼치고 정격 전류값보다 몇 배 더 큰 전류가 발생하여 그로 인해 발전기에 강한 전자기력을 끼치게 된다. 초전도체로 권선된 계자코일은 외부자장에 취약한 특성을 가지고 있는데, 이 논문은 초전도 발전기의 전기자 사고시 초전도 계자 코일에 미치는 영향을 분석하는 것을 첫 번째 목표로 한다.
전기자 사고시 초전도 발전기의 초전도 계자코일의 영향을 분석하기 위해 10 MW 초전도 발전기가 모델링 되었다. 모델링 된 10 MW 초전도 발전기를 바탕으로 전기자 권선 측에 3상 사고 단락시 정격 전류 418 A의 약 7배가 되는 3 kA의 고장전류가 순간적으로 전기자 권선 측에 발생하였다. 하지만 코일의 인덕턴스 성분으로 인해 전기자 반작용에 의한 감자작용으로 발생하여 초전도 계자코일의 주자속이 감소하였다. 그로 인해 외부자장의 영향을 받는 초전도 계자코일은 전자기학적으로 전기자 권선 측의 외부자장 영향을 받지 않아 사고가 발생하여도 운전 중에 영향을 받지 않았다. 그렇지만 주자속이 감소함에 따라 유기기전력이 감소하였고 그로 인해 초전도 계자코일의 운전전류가 순간적으로 증가함에 따라 초전도체로 권선되어지는 계자코일은 따로 마진을 두어 설계하거나 ?치 보호시스템을 적용해야 하지만 본 논문에서 제시한 No-insulation 권선 방식을 적용하면 이러한 문제들을 해소시킬 수 있다.
No-insulation 권선 방식을 적용시킨 Insulatinoless HTS coil은 간단히 말해 코일의 턴과 턴 사이에 전기적인 인슐레이션을 제거하거나 금속성 인슐레이션을 삽입한 고온초전도체 코일을 일컫는다. 먼저 각각의 HTS coil의 충, 방전 실험을 진행하였다. 운전 전류 증가에 따라 Insulated HTS coil은 정상적인 충, 방전을 확인하였고, Insulationless HTS coil 또한 임계전류 이하로는 정상적인 충, 방전을 확인하였지만 임계전류 이상의 운전전류를 통전시킬 때에는 점점중심 자장이 포화가 되는 것을 확인하였다. 이는 턴과 턴 사이로 전류분류가 발생함에 따라 전류밀도가 바뀜에 따라 나타나는 현상이라고 할 수 있다. 과전류 실험을 했을 때는 Insulated HTS coil은 약 147 A에서 ?치에 의해 발열이 발생하여 소손이 되는 것을 확인할 수 있었지만, Insulationless HTS coil은 전류분류로 인하여 300 A의 운전전류를 흘려도 전류 분류 특성으로 인하여 코일이 소손되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 Insulationless HTS coil이 기존의 초전도 코일보다 과전류에 대한 안정도를 더 많이 가질 수 있는 것으로 확인할 수 있었고 결론적으로 10 MW 초전도 풍력발전기의 계자코일을 No-insulation 권선방식을 적용하여 제작한다면 발전기의 과도 상태시 안정도를 가질 수 있을 것 이라 판단할 수 있다.
전기자 사고시 초전도 발전기의 초전도 계자코일의 영향을 분석하기 위해 10 MW 초전도 발전기가 모델링 되었다. 모델링 된 10 MW 초전도 발전기를 바탕으로 전기자 권선 측에 3상 사고 단락시 정격 전류 418 A의 약 7배가 되는 3 kA의 고장전류가 순간적으로 전기자 권선 측에 발생하였다. 하지만 코일의 인덕턴스 성분으로 인해 전기자 반작용에 의한 감자작용으로 발생하여 초전도 계자코일의 주자속이 감소하였다. 그로 인해 외부자장의 영향을 받는 초전도 계자코일은 전자기학적으로 전기자 권선 측의 외부자장 영향을 받지 않아 사고가 발생하여도 운전 중에 영향을 받지 않았다. 그렇지만 주자속이 감소함에 따라 유기기전력이 감소하였고 그로 인해 초전도 계자코일의 운전전류가 순간적으로 증가함에 따라 초전도체로 권선되어지는 계자코일은 따로 마진을 두어 설계하거나 ?치 보호시스템을 적용해야 하지만 본 논문에서 제시한 No-insulation 권선 방식을 적용하면 이러한 문제들을 해소시킬 수 있다.
No-insulation 권선 방식을 적용시킨 Insulatinoless HTS coil은 간단히 말해 코일의 턴과 턴 사이에 전기적인 인슐레이션을 제거하거나 금속성 인슐레이션을 삽입한 고온초전도체 코일을 일컫는다. 먼저 각각의 HTS coil의 충, 방전 실험을 진행하였다. 운전 전류 증가에 따라 Insulated HTS coil은 정상적인 충, 방전을 확인하였고, Insulationless HTS coil 또한 임계전류 이하로는 정상적인 충, 방전을 확인하였지만 임계전류 이상의 운전전류를 통전시킬 때에는 점점중심 자장이 포화가 되는 것을 확인하였다. 이는 턴과 턴 사이로 전류분류가 발생함에 따라 전류밀도가 바뀜에 따라 나타나는 현상이라고 할 수 있다. 과전류 실험을 했을 때는 Insulated HTS coil은 약 147 A에서 ?치에 의해 발열이 발생하여 소손이 되는 것을 확인할 수 있었지만, Insulationless HTS coil은 전류분류로 인하여 300 A의 운전전류를 흘려도 전류 분류 특성으로 인하여 코일이 소손되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 Insulationless HTS coil이 기존의 초전도 코일보다 과전류에 대한 안정도를 더 많이 가질 수 있는 것으로 확인할 수 있었고 결론적으로 10 MW 초전도 풍력발전기의 계자코일을 No-insulation 권선방식을 적용하여 제작한다면 발전기의 과도 상태시 안정도를 가질 수 있을 것 이라 판단할 수 있다.
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