전력설비는 산업과 생활의 중심에 있으며 질적, 양적으로 개선된 고품질의 전력에너지 수요는 경제 발전 및 생활 복지의 향상과 더불어 지속적으로 증가하고 있다. 증가하는 전력수요에 대응하기 위하여 전력계통의 신뢰도를 유지하고 전력 품질을 향상시킬 수 있는 전력계통의 확장계획 및 운영방안이 필요하다. 전력수요에 효과적인 대응으로 송변전설비의 확충이 필요하지만 설비 확장을 위한 공간적인 제약으로 계통의 상호 연계 방안과 기존 설비의 다회선 및 대용량화 등의 방안을 이용하여 운영하고 있다. 이러한 계통의 운영변화는 전력계통의 결합력을 보강하여 높은 전력 공급 신뢰도와 안정도를 확보할 수 있으나 전력계통의 등가 임피던스를 더욱 작아지게 하여 단락 및 지락 고장발생시 고장전류가 크게 증가하는 문제를 발생시킨다. 고장전류는 지속적인 전력수요에 대한 계통의 구성방안에 따라 증가하여 전력계통을 보호하는 차단기의 정격 차단용량을 초과하는 문제를 초래할 수 있다.
이와 같이 지속적으로 증가하는 고장전류의 문제를 해결하기 위한 대책으로 망상 (Mesh Network) 형태의 전력계통에서 서로 연계되어 운영되는 모선이나 선로를 분리 또는 개방하여 전력계통의 임피던스를 증가시켜 고장전류를 제한하는 방안이 있다. 전력계통을 방사상 (Radial) 구조로 변화로 고장전류를 감소시키는 방안은 새로운 기기를 설치하는 방안과 달리 추가적으로 발생되는 비용이 발생하지 않는다. 그러나, 전력계통의 결합력을 감소시켜 계통의 유연성과 안정도의 감소로 공급 신뢰도가 저하되며 전력품질까지 영향을 미치므로 계통의 안정화를 위한 추가적인 방안이 필요하다. 고장전류 대응으로 다른 방안은 정격 차단용량이 부족한 차단기에 대하여 상위 규격으로 교체하거나 한류리액터나 고 임피던스 기기를 설치하는 기술이 있지만 교체에 따른 비용적 부담과 정상상태 운영시 전력손실 및 전압강하 등 단점을 포함하고 있다.
이러한 기존 고장전류 대응 방안들이 갖는 문제점들을 해결하기 위해 초전도체의 영저항 특징을 이용하여 전력계통의 정상상태에서 전력손실 및 전압강하 등의 문제를 해결하고, 고장 발생시 순간적으로 저항을 발생시켜 차단기의 정격 차단용량을 초과하지 않도록 고장전류를 제한하는 초전도 한류기가 가장 적합한 대안으로 주목을 얻고 있다.
실계통에서 고장전류를 제한하기 위한 초전도 한류기의 적합한 전류용량을 확보하는 방안으로 수많은 단위 초전도체를 직병렬로 결합하거나 접점스위치를 포함하여 전류용량을 증대시키는 연구가 진행되었다. 또한, 실계통에 초전도 한류기를 적용하기 위하여 고장전류 제한효과와 보호기기 협조 동작 등 전력계통에 대한 영향 분석이 진행되었다. 그러나, 초전도 한류기 적용시 고장전류 제한효과와 보호기기 동작 분석은 배전계통에 대하여 연구가 진행되었으며, 전력계통 보호를 위한 차단기의 정격 차단용량을 중심으로 분석되었다.
최근 송전계통에 적용하기 위해 초전도 한류기의 개발이 진행되고 있지만 배전계통과 다른 계통 구조와 보호동작 특성으로 전력계통의 안정적이고 효율적인 운영과 보호를 위하여 초전도 한류기 적용시 전력계통에서 나타나는 영향에 대한 분석이 필요하다. 이때, 차단기에서 고려할 차단 특성은 고장전류를 차단기의 정격 차단용량 이하로 제한하는 것과 함께 차단기의 개방 동작시 양단 전압에 대한 특성 검토가 필요하다. 차단기의 양단 전압 특성은 개방 동작시 과도상태에서 발생하는 과도회복전압 (TRV : Transient Recovery Voltage) 및 초기 과도전압 상승률 (RRRV : Rate of Rise of Recovery Voltage)과 같은 전압 특성이 있으며, 이는 전압계급, 고장형태, 선로정수 등에 따라 특성이 영향을 받는다.
지속적인 연구를 통하여 접점스위치와 한류 임피던스를 이용한 선로 변경식 저항형 및 하이브리드형 초전도 한류기가 개발되었으며, 전력계통에 적용시 고장전류 제한 효과에 대한 연구는 다수 진행되어 보고되었다. 그러나, 접점스위치를 이용한 초전도 한류기는 전력계통에서 고장 발생으로 접점스위치 동작 이후 투입되는 한류 임피던스 구성에 따라 차단기의 개방 동작시 보호 설비의 양단 등가 임피던스가 변하며, 차단기의 양단 전압 특성인 TRV와 RRRV의 특성이 영향을 받게 된다.
점접접점스위치를 이용한 초전도 한류기를 전력계통에 적용시 차단 과도상태에서 고장전류 제한효과에 대한 연구는 다수 진행되어 보고되었지만, 차단기의 개방 동작시 양단 전압에 대한 연구가 미흡한 실정으로 이에 대한 분석이 요구된다.
따라서, 본 논문에서는 송전급 전력계통에 점접접점스위치를 이용한 초전도 한류기를 적용할 경우 차단기의 정격 차단용량에 대한 고장전류 제한 효과와 같이 차단기의 개방 동작시 TRV 및 RRRV에 대한 전압 특성을 분석하였다. 여기서, 차단기의 과도 특성은 전력계통에서 고장 발생시 고장형태나 선로정수 등에 영향을 받으므로 점접접점스위치를 이용한 초전도 한류기의 한류 임피던스 구성에 따라 분석하였다. 차단기의 정격 차단용량을 확보하기 위하여 한류 임피

The continuous increase of power demand has expanded the power system into complex loop system where the concentrated load area in the transmission and distribution system for the reliability and the stability of the power supplement. However, the change of the power system such as the loop and network configuration made some problems such as the protection and the operation of the power system. In addition, the short circuit current could exceed the rated interruption capacity of existing circuit breaker due to more complexity form of the power system which decreases the system impedance compared with the radial system.
For the power system to meet the rated interruption capacity of existing circuit breaker, various methods such as increase of the system impedance and replacement of the power devices have been applied into the real power system. However, these solutions have any disadvantages such as the power losses, voltage sag and reduction of the reliability in normal state of the power system.
To improve the weak point in steady state of the power system, the superconducting fault current limiter (SFCL) has been announced to be acceptable method as one among various solutions.
However, most analyses on the SFCL have been interested on the performance of the SFCL to increase the capacity. Recently, though the studies on the effect of the limiting current and the protection characteristics to meet the rated interruption capacity of circuit breaker and protection coordination owing to the application of the SFCL in power distribution system have been investigated, the report of the voltage among several characteristics to operate the protection device clearly has been required because it depends on the characteristics of the SFCL.
In this paper, the study on the configuration of the SFCL for interruption device of the power system with the excess of the short-circuit capacity was carried out. It is very important to keep the circuit breaker''s rated interruption capacities on the current and the voltage. Though various reports for fault current to keep the short-circuit capacity of the CB, the voltage capacity was not considered. The voltage characteristics of the CB when it was open depends on the conditions of the power system such as the voltage level, fault type, equivalent impedance, load condition and so on.
The SFCL using switch and current limiting reactor (CLR) such as trigger type and hybrid type SFCL has different effects of the current and voltage by CLR’s impedance and makes problems on the voltage characteristics not to keep the interruption capacity of the CB. Therefore, the results through the computer simulation were analyzed to agree the short-circuit capacities on current and voltage and the configuration of the SFCL with mixed current limiting impedance was suggested to be most effective on the operation of the CB.