KR101017131B1 - Fault current limiter - Google Patents

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KR101017131B1
KR101017131B1 KR1020100094820A KR20100094820A KR101017131B1 KR 101017131 B1 KR101017131 B1 KR 101017131B1 KR 1020100094820 A KR1020100094820 A KR 1020100094820A KR 20100094820 A KR20100094820 A KR 20100094820A KR 101017131 B1 KR101017131 B1 KR 101017131B1
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iron core
magnetization
magnetic field
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current
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KR1020100094820A
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김우석
현옥배
김혜림
임성우
유승덕
양성은
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한국전력공사
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current

Abstract

PURPOSE: A fault current limiter is provided to limit the fault current by generating the impedance on the AC current line through the magnetization of the metal core. CONSTITUTION: A fault current limiter comprises an iron core(10), an alternating current line(20), and a direct current magnet(30). The iron core is magnetized as the short circuit current is induced into the iron core. The magnetization of the iron core generates big impedance in the alternating current line. The impedance generated in the alternating current line limits the fault current.

Description

사고전류 제한장치{fault current limiter}Fault current limiter

본 발명은 사고전류 제한장치에 관한 것으로, 특히 철심의 비선형 특성을 이용하여 사고전류를 제한하는 사고전류 제한장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fault current limiting device, and more particularly to a fault current limiting device for limiting fault current by using the non-linear characteristics of the iron core.

전력계통에서의 사고전류를 제한하기 위해 다양한 장치들이 이용되고 있다.Various devices are used to limit the fault current in the power system.

예를 들어, 전력계통에 상시 투입되는 리액터, 기계적 또는 반도체 스위칭 작용을 이용한 한류기, 초전도체와 같은 물질의 상변이 특성을 이용한 한류기, 자성재료의 비선형 특성을 이용한 한류기 등이 그것이다.For example, reactors are always put into the power system, a current limiter using a mechanical or semiconductor switching action, a current limiter using a phase change of a material such as a superconductor, a current limiter using a non-linear characteristic of the magnetic material.

한편, 철심의 투자율을 이용하여 사고전류를 제한하는 기술 중 자속구속형 사고전류 제한기는 변압기의 1차 및 2차 권선을 병렬 연결하여 철심 내 자속을 상쇄시켜 상시 임피던스를 최소화하고, 사고전류 인가시에는 2차권선에 연결된 초전도체의 상변이에 의한 전압으로 철심내 자속을 발생시켜 1차 권선에 임피던스를 발생시키는 기술이다.On the other hand, among the technologies for limiting the fault current by using the magnetic permeability of the core, the flux-bound fault current limiter connects the primary and secondary windings of the transformer in parallel to offset the magnetic flux in the iron core, thereby minimizing the impedance at all times. It is a technology that generates impedance in the primary winding by generating magnetic flux in the iron core with the voltage caused by the phase change of the superconductor connected to the secondary winding.

상기 자속구속형 사고전류 제한기는 일반적인 초전도저항형 사고전류 제한기에 비하여 초전도체의 부담이 줄어드는 장점이 있으나, 송전급 전력계통에 적용할 경우 철심의 크기가 매우 커지고, 초전도체에 상시전류 및 사고전류가 직접 인가되므로 안정성이 떨어지는 단점이 있다.The magnetic flux-limited fault current limiter has the advantage of reducing the burden on the superconductor compared to the general superconducting fault current limiter. However, when applied to a transmission power system, the core size is very large, and the constant current and the fault current are directly applied to the superconductor. There is a disadvantage that the stability is poor.

또한, 초전도체의 상변이 후 사고전류의 일부가 직접 인가되므로 사고 후 초전도체의 회복이 느려 고속 재폐로 동작에 능동적으로 대응하기 어렵다는 단점이 있다.In addition, since a part of the accident current is directly applied after the phase change of the superconductor, the recovery of the superconductor after the accident is slow and it is difficult to proactively respond to the fast reclosing operation.

또한, 초전도체에 고전압이 인가되므로 극저온에서의 고전압 절연기술의 개발이 필수적이나, 이는 아직 해결되지 못하고 있는 과제이다.In addition, since high voltage is applied to the superconductor, development of high voltage insulation technology at cryogenic temperature is essential, but this is a problem that has not been solved yet.

본 발명은 장치 구성이 단순하고, 안정적이며, 극저온 고전압 절연기술의 적용이 필요 없는 사고전류 제한장치를 제공함에 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a fault current limiting device having a simple device configuration, which is stable and does not require the application of cryogenic high voltage insulation technology.

또한, 본 발명은 사고전류 제한작용이 신속히 이루어지고, 추후 사고 재발생시 정확한 재현성을 갖도록 된 사고전류 제한장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an accident current limiting device in which an accident current limiting action is quickly performed and has an accurate reproducibility when an accident occurs again later.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving the above object,

자화용이축이 형성된 강판이 다수 적층되어 이루어진 철심과,Iron core made of a plurality of laminated steel sheets formed with a biaxial axis for magnetization,

상기 철심의 자화용이축 방향과 수직을 이루는 자기장을 형성하도록 상기 철심에 권선되는 교류선로와,An alternating current line wound around the iron core to form a magnetic field perpendicular to the magnetizing biaxial direction of the iron core;

상기 철심의 주변에 설치되고 상기 철심의 자화용이축 방향으로 직류 자기장을 형성하는 직류마그네트DC magnet installed around the iron core and forming a DC magnetic field in the direction of the biaxial direction for magnetization of the iron core

를 포함한다.It includes.

또한, 상기 철심은 방향성 강판을 적층하여 사각 고리 형태로 제작되고,In addition, the iron core is produced in the form of a square ring by laminating a directional steel sheet,

상기 방향성 강판의 면이 철심의 측면에 위치하며,The surface of the oriented steel sheet is located on the side of the iron core,

상기 철심은 전방 또는 후방 중 어느 한 방향을 향해 자화용이축이 형성된 것을 특징으로 한다.The iron core is characterized in that the easy axis for magnetization is formed in any one of the front or rear direction.

상기 철심은 띠 모양의 방향성 강판을 권취한 원형 고리 형태로 제작되고,The iron core is manufactured in the form of a circular ring wound around a strip-shaped oriented steel sheet,

상기 방향성 강판의 면은 철심의 측면에 위치하며,The surface of the oriented steel sheet is located on the side of the iron core,

상기 철심은 전방 또는 후방 중 어느 한 방향을 향해 자화용이축이 형성된 것을 특징으로 한다.The iron core is characterized in that the easy axis for magnetization is formed in any one of the front or rear direction.

또한, 본 발명은, 자화용이축이 형성된 강판이 다수 적층되어 이루어진 철심과,In addition, the present invention, the iron core is formed by laminating a plurality of steel sheets formed with a biaxial axis for magnetization,

상기 철심의 자화용이축 방향과 수직을 이루는 자기장을 형성하도록 상기 철심에 권선되는 교류선로와,An alternating current line wound around the iron core to form a magnetic field perpendicular to the magnetizing biaxial direction of the iron core;

상기 철심의 주변에 설치되고 상기 철심의 일측 자화용이축 방향으로 직류 자기장을 형성하는 제1직류마그네트와,A first direct current magnet installed around the iron core and forming a direct current magnetic field in a direction of biaxial magnetization for one side of the iron core;

상기 철심의 주변에 설치되고 상기 철심의 반대측 자화용이축 방향으로 직류 자기장을 형성하는 제2직류마그네트A second direct current magnet installed in the periphery of the iron core and forming a direct-current magnetic field in the direction of the opposite axis for magnetization of the iron core;

를 포함한다.It includes.

또한, 상기 철심은 방향성 강판을 적층하여 사각 고리 형태로 제작되고,In addition, the iron core is produced in the form of a square ring by laminating a directional steel sheet,

상기 방향성 강판의 면이 철심의 전면에 위치하며,The surface of the oriented steel sheet is located in front of the iron core,

상기 철심은 내부에서 외부를 향하는 방향으로 자화용이축이 형성된 것을 특징으로 한다.The iron core is characterized in that the easy axis for magnetization is formed in the direction from the inside to the outside.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면,According to the present invention as described above,

상기 철심에 권선된 교류선로의 교류 자계 방향이 철심의 자화용이축과 직각 방향이므로 상기 철심은 저자장영역에서 자화가 매우 적게 일어나고 특정 값 이상의 자계에서 자화가 급격하게 발생하는 비선형 특성을 가짐으로써 큰 단락전류가 유입되었을때 상기 철심이 즉시 강력히 자화되어 상기 교류선로에 큰 임피던스를 발생시킴으로써 사고전류를 제한할 수 있게 된다.Since the direction of the alternating magnetic field of the AC line wound on the iron core is in a direction perpendicular to the easy axis of magnetization of the iron core, the iron core has a nonlinear characteristic in which magnetization occurs very little in the low magnetic field region and magnetization occurs rapidly in a magnetic field above a certain value. When a short-circuit current flows in, the iron core is immediately strongly magnetized to generate a large impedance in the AC line, thereby limiting the fault current.

또한, 상용 규소강판을 이용하여 철심을 제작하므로 철심의 크기 제한이 없어지고, 1개의 철심만을 사용하므로 철심의 크기 감소에 따라 장치의 크기가 작아진다.In addition, since the iron core is manufactured using a commercial silicon steel sheet, the size limitation of the iron core is eliminated, and since only one iron core is used, the size of the device is reduced as the size of the iron core decreases.

또한, 초전도체를 사용하지 않으므로 초전도체에 전류 직접 인가로 인한 안정성 저하 문제, 초전도체의 회복 지연에 의한 고속 재폐로 동작의 능동 대응성 저하 문제, 초전도체의 극저온 고전압 절연기술이 필요한 문제가 존재하지 않게 된다.In addition, since the superconductor is not used, there is no problem of deterioration in stability due to the direct application of the current to the superconductor, active responsiveness in the high speed reclosing operation due to the delay in the recovery of the superconductor, and the need for the cryogenic high voltage insulation technology of the superconductor.

또한, 초전도체를 강한 직류 자기장 형성을 위해 사용하는 경우에도, 초전도체가 고압의 교류선로와 분리되어 있어 극저온 고전압 절연 문제는 발생하지 않는다.In addition, even when the superconductor is used for forming a strong direct current magnetic field, the superconductor is separated from the high-voltage AC line, and thus there is no problem of cryogenic high voltage insulation.

또한, 상기 철심에 자화용이축과 같은 방향으로 직류 자기장이 상시 작용하게 되므로 사고후 정상상태로의 복귀시 철심에 잔류 자속이 존재하지 않게 되어 초기 정상상태로의 복귀가 정확하게 이루어지고, 이에 사고전류 제한특성의 재현성이 향상됨으로써 장치 작동의 안정성 및 신뢰성이 향상된다.In addition, since the direct current magnetic field always acts on the iron core in the same direction as the easy axis for magnetization, there is no residual magnetic flux in the iron core when returning to the normal state after an accident, so that the return to the initial normal state is accurately performed, and thus an accident current By improving the reproducibility of the limiting characteristics, the stability and reliability of the device operation is improved.

도 1은 본 발명에 따른 사고전류 제한장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예의 구성도,
도 3 내지 도 5는 철심의 다양한 실시예 및 교류선로의 설치 상태도,
도 6은 방향성 강판의 보통 상태의 자기이력곡선과, 직류 자기장을 자화용이축 방향으로 인가한 경우의 자기이력곡선을 도시한 자기이력선도이다.1 is a configuration diagram of a fault current limiting device according to the present invention;
2 is a configuration diagram of another embodiment of the present invention;
3 to 5 are various embodiments of the iron core and the installation state of the AC line,
FIG. 6 is a magnetic history curve showing a magnetic hysteresis curve in a normal state of a grain-oriented steel sheet and a magnetic hysteresis curve when a direct current magnetic field is applied in the direction of the easy axis of magnetization.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명에 따른 사고전류 제한장치의 구성도로서, 본 발명은 다수의 강판이 적층되어 이루어진 철심(10)과, 상기 철심(10)에 권선되는 교류선로(20)와, 상기 철심(10)의 외측 주변을 둘러싸는 상태로 설치되고 상기 철심(10)의 자화용이축(磁化容易軸, Magnetic easy axis) 방향으로 직류 자기장을 형성하는 직류마그네트(30)를 포함한다.1 is a configuration diagram of a fault current limiting device according to the present invention, the present invention is an iron core 10 is formed by stacking a plurality of steel sheets, an AC line 20 wound on the iron core 10, and the iron core ( And a DC magnet 30 installed in a state surrounding the outer periphery of 10) and forming a DC magnetic field in the direction of the magnetic easy axis of the iron core 10.

상기 직류마그네트(30)에는 직류전원(40)이 연결된다.DC power source 40 is connected to the DC magnet 30.

상기 철심(10)은 일반 변압기용 규소강판 적층 철심과 그 구조가 동일하다. 즉, 얇은 두께의 규소강판이 다수 적층된 구조를 갖는다.The iron core 10 has the same structure as that of a silicon steel sheet laminated iron core for a general transformer. That is, it has a structure in which many thin silicon steel sheets are laminated.

단, 본 발명에 따른 상기 철심(10)을 이루는 강판은 철심(10)에 형성되는 자기장의 방향성을 극대화하기 위하여 일정한 방향의 자화용이축을 가지도록 제작된 방향성 강판인 것이 바람직하다.However, the steel sheet forming the iron core 10 according to the present invention is preferably a oriented steel sheet manufactured to have a biaxial axis for magnetization in order to maximize the directionality of the magnetic field formed in the iron core 10.

도 3 내지 도 5에 상기 철심(10)의 다양한 실시예가 도시되어 있다.3 to 5 illustrate various embodiments of the iron core 10.

도 3은 방향성 강판을 이용하여 제작된 사각 고리 형태의 적층 철심(11)을 도시한 것으로서, 강판의 면이 철심(11)의 측면에 위치하도록 강판이 철심의 내측에서 외측방향으로 적층된다. 즉, 강판의 양단면이 철심(11)의 전면과 후면에 위치된다.3 illustrates a rectangular ring-shaped laminated iron core 11 manufactured using a oriented steel sheet, in which steel sheets are laminated from the inner side to the outer side of the iron core so that the surface of the steel sheet is located on the side of the iron core 11. That is, both end surfaces of the steel sheet are located on the front and rear surfaces of the iron core 11.

또한, 상기 강판은 철심(11)의 후방(화살표 a)을 향해 자화용이축이 형성된 것이다. 실시예로서 철심(11)의 후방으로 자화용이축이 형성된 경우만을 예로 들어 설명하였으나, 철심(11)의 전방으로 자화용이축이 형성되도록 할 수도 있으며, 이 경우에도 상기 직류마그네트(30)에 의한 자기장 형성 방향을 반대로 조정하면 동일한 작용효과가 발생함은 물론이다.In addition, the steel sheet is a magnetic axis for magnetization toward the rear (arrow a) of the iron core (11). As an example, the case where the magnetizing biaxial is formed to the rear of the iron core 11 is described as an example, but the magnetizing biaxial may be formed to the front of the iron core 11, in this case also by the DC magnet 30 Of course, if the direction of magnetic field formation is reversed, the same effect occurs.

또한, 상기 철심(11)의 각에는 상기 교류선로(20)가 감겨져 권선 형태로 설치된다.In addition, the AC line 20 is wound around each of the iron core 11 is installed in the form of a winding.

특히, 상기 교류선로(20)는 자신에 의해 생기는 자기장의 방향이 상기 철심(11)의 자화용이축에 대해 수직이 되도록 상기 철심(11)에 권회된다.In particular, the AC line 20 is wound around the iron core 11 so that the direction of the magnetic field generated by the AC line 20 is perpendicular to the easy axis of magnetization of the iron core 11.

도 4는 방향성 강판을 이용하여 제작된 또 다른 형태의 적층 철심(12)을 도시한 것으로, 강판의 면이 철심(12)의 전면에 위치하도록 강판이 후방에서 전방으로 적층된다. 상기 강판의 양측에는 상호 반대 방향으로 자화이용축이 형성된다.4 shows another type of laminated iron core 12 fabricated using a directional steel sheet, in which steel sheets are laminated from the rear to the front so that the surface of the steel sheet is located in front of the iron core 12. Magnetization utilization shafts are formed on both sides of the steel sheet in opposite directions.

또한, 상기 강판의 자화용이축은 철심(12)의 내부에서 외부를 향하는 방향(화살표 b)으로 형성된다.In addition, the easy axis for magnetization of the steel sheet is formed in the direction toward the outside (arrow b) inside the iron core (12).

상기 교류선로(20)의 설치 형태는 동일하다. 이 경우에도 상기 교류선로(20)에 의해 발생되는 자기장의 방향은 철심(12)의 자화용이축 방향에 대해 수직이다.The installation form of the AC line 20 is the same. Also in this case, the direction of the magnetic field generated by the AC line 20 is perpendicular to the direction of the biaxial axis for magnetization of the iron core 12.

도 5는 방향성 강판을 이용하여 제작된 원형 고리 형태의 권취형 철심(13)을 도시한 것으로, 하나의 연속된 띠 형상의 강판이 원형으로 권취되어 제작된다. 따라서 강판의 면은 철심(13)의 측면에 위치되고, 자화용이축은 철심(13)의 후방(화살표 a)을 향해 형성된다. 이 경우에도 도 3의 경우와 마찬가지로 철심(13)의 전방을 향해 자화용이축이 형성될 수 있다.FIG. 5 shows a wound iron core 13 having a circular ring shape manufactured using a directional steel sheet, in which one continuous strip-shaped steel sheet is wound in a circular shape. Therefore, the surface of the steel sheet is located on the side of the iron core 13, and the easy axis for magnetization is formed toward the rear of the iron core 13 (arrow a). Also in this case, as in the case of FIG. 3, the easy axis for magnetization may be formed toward the front of the iron core 13.

상기 교류선로(20)의 설치 형태는 동일하다. 상기 교류선로(20)의 자기장 방향과 철심(13)의 자화용이축과의 관계 역시 동일하다.The installation form of the AC line 20 is the same. The relationship between the magnetic field direction of the AC line 20 and the easy axis of magnetization of the iron core 13 is also the same.

한편, 상기 직류마그네트(30)는 상기 철심(10)의 주변을 감싸는 원통형의 코일이며, 상기 직류전원(40)으로부터 직류전류를 공급받아 상기 철심(10)의 자화용이축 방향과 동일한 방향(화살표 A)으로 직류 자기장을 상시 인가한다.On the other hand, the DC magnet 30 is a cylindrical coil surrounding the periphery of the iron core 10, receiving a DC current from the DC power source 40 in the same direction as the biaxial direction for magnetization of the iron core 10 (arrow A) A direct current magnetic field is always applied.

한편, 상기 도 1의 실시예에서는 도 3과 도 5에 도시된 바와 같은 즉, 자화용이축이 철심의 후방(화살표 a)으로 형성된 철심(11,13)을 사용한다.On the other hand, in the embodiment of Figure 1, that is, as shown in Figures 3 and 5, that is, the magnetic axis is used the iron core (11, 13) formed in the rear (arrow a) of the iron core.

이때 상기 직류마그네트(30)는 상기 철심(11,13)의 자화용이축 방향과 동일한 방향(화살표 A)으로 자기장이 형성되도록 상기 직류전원(40)에 연결된다.At this time, the DC magnet 30 is connected to the DC power source 40 so that a magnetic field is formed in the same direction (arrow A) as the magnetization easy axis direction of the iron cores 11 and 13.

한편, 상기 도 2의 실시예에서는 도 4에 도시된 철심(12) 즉, 자화용이축이 철심(12)의 내측에서 외측방향(화살표 b)으로 형성된 강판을 이용해 제작된 철심(12)을 사용한다.Meanwhile, in the embodiment of FIG. 2, the iron core 12 illustrated in FIG. 4, ie, the iron core 12 manufactured using a steel sheet 12 formed on the inner side of the iron core 12 in an outer direction (arrow b), is used. do.

이 경우에는 상기 단일형 직류마그네트(30) 대신 제1직류마그네트(31)와 제2직류마그네트(32)가 설치된다.In this case, the first DC magnet 31 and the second DC magnet 32 are installed instead of the single DC magnet 30.

상기 제1직류마그네트(31)와 제2직류마그네트(32)는 권선수와 지름이 같은 두 코일이 상호 이격되고 직렬 연결된 헬름홀츠 코일이다.The first DC magnet 31 and the second DC magnet 32 are Helmholtz coils in which two coils having the same number of turns and diameters are spaced apart from each other and connected in series.

이 경우, 상기 제1직류마그네트(31)와 제2직류마그네트(32)는 상기 직류전원(40)에 의해 상호 반대 방향으로 전류가 인가되도록 직렬 연결되어 있어서, 전류 공급시 제1직류마그네트(31)와 제2직류마그네트(32)에서는 상호 반대 방향(화살표 B, B′)의 자기장이 발생한다.In this case, the first DC magnet 31 and the second DC magnet 32 are connected in series so that currents are applied in opposite directions by the DC power supply 40, so that the first DC magnet 31 is supplied when the current is supplied. ) And the second direct current magnet 32 generate magnetic fields in opposite directions (arrows B and B ').

따라서, 사용된 철심이 도 4의 철심(12)일 때 철심의 양쪽 방향에 각각 자화용이축과 동일한 방향(화살표 B, B′)의 자기장이 형성된다.Therefore, when the used iron core is the iron core 12 of Fig. 4, magnetic fields in the same directions (arrows B and B ') are formed in both directions of the iron core, respectively.

이제, 본 발명의 작용 및 효과를 설명한다.Now, the operation and effect of the present invention will be described.

상기 직류마그네트(30), 제1직류마그네트(31), 제2직류마그네트(32)는 직류전원(40)으로부터 직류 전류를 공급받아 항상 같은 크기의 직류 자기장을 철심(10)의 자화용이축 방향으로 형성한다.The DC magnet 30, the first DC magnet 31, and the second DC magnet 32 are supplied with a DC current from the DC power supply 40, and always have a DC magnetic field of the same size in the biaxial direction for magnetization of the iron core 10. To form.

상기 교류선로(20)는 철심(10)의 자화에 의하여 임피던스(impedance)가 발생하는데, 이는 철심(10)의 비선형적 자화 특성에 좌우된다.The AC line 20 generates impedance by the magnetization of the iron core 10, which depends on the nonlinear magnetization characteristics of the iron core 10.

상기 교류선로(20)에 의하여 발생하는 교류 자계의 방향은 상기 철심(10)의 자화용이축과 직각 방향이므로 일반적인 방향성 규소강판의 자화특성과는 다르게 도 6의 저자장영역(가)에서 자화가 매우 적게 일어나고, 특정 값 이상의 자계(나)에서 자화가 급격하게 발생하는 비선형 특성을 보인다.Since the direction of the alternating magnetic field generated by the alternating current line 20 is a direction perpendicular to the easy axis of magnetization of the iron core 10, the magnetization of the magnetic field in FIG. 6 is different from that of the general oriented silicon steel sheet. It occurs very rarely and exhibits a non-linear characteristic in which magnetization rapidly occurs in a magnetic field (b) above a certain value.

즉, 상기 철심(10)에 권선된 교류선로(20)의 교류 자계 방향이 철심(10)의 자화용이축에 대해 직각 방향이므로 상기 철심(10)은 저자장영역(가)에서 자화가 매우 적게 일어나고 특정 값 이상의 자계(나)에서 자화가 급격하게 발생하는 비선형 특성을 가짐으로써 큰 단락전류가 유입되었을때 상기 철심(10)이 즉시 강력히 자화되어 상기 교류선로(20)에 큰 임피던스를 발생시킴으로써 사고전류를 제한할 수 있게 된다.That is, since the direction of the alternating magnetic field of the AC line 20 wound around the iron core 10 is perpendicular to the easy axis of magnetization of the iron core 10, the iron core 10 has very little magnetization in the low magnetic field region (A). It has a non-linear characteristic that the magnetization occurs rapidly in a magnetic field (b) or more than a certain value, when the large short-circuit current is introduced, the iron core 10 immediately magnetizes strongly and generates a large impedance in the AC line 20 Current can be limited.

또한, 본 발명은 상기 직류마그네트(30), 제1직류마그네트(31), 제2직류마그네트(32)에 의해 규소강판의 자화용이축 방향(즉, 철심의 자화 용이축 방향)으로 직류 자기장을 상시 인가함으로써 도시된 바와 같이 자화가 적게 발생하는 상기 저자장영역(가)의 영역 범위를 확장(확장된 저자장영역(다))시킬 수 있으며, 이에 따라 인가되는 직류 자기장의 크기에 비례하여 철심(10) 자화의 비선형성은 더욱 증가하게 된다.In addition, according to the present invention, a direct current magnetic field is formed in the biaxial direction for magnetization of the silicon steel sheet (ie, the easy axis magnetization direction of the iron core) by the direct current magnet 30, the first direct current magnet 31, and the second direct current magnet 32. As shown in the drawing, the region of the low magnetic field region (a) where magnetization occurs less as shown in the drawing can be extended (extended low magnetic field region (C)), and the iron core is proportional to the size of the applied DC magnetic field. (10) The nonlinearity of magnetization is further increased.

따라서, 평상시 전력계통의 운전시에는 상기 교류선로(20)에 의한 자계의 세기가 비교적 작으므로 상기 저자장영역(확장된 저자장영역;(다))에서 운전되고, 철심(10)의 자화가 매우 적으므로 상기 교류선로(20)의 임피던스는 거의 없거나 매우 작다. 따라서, 정상적인 전력 소통이 이루어진다.Therefore, since the strength of the magnetic field by the AC line 20 is relatively small during the operation of the power system, the magnetization of the iron core 10 is operated in the low magnetic field region (extended low magnetic field region; (C)). The impedance of the AC line 20 is very small or very small since it is very small. Thus, normal power communication is achieved.

그러나, 단락사고 발생시에는 매우 큰 단락전류(사고전류)가 상기 교류선로(20)에 유입되면서 철심(10)이 강하게 자화되어 고자장영역(라)에서 운전되며, 이때는 철심(10)의 급격하고 강한 자화에 의해 상기 교류선로(20)의 임피던스가 크게 증가함으로써 사고전류가 제한된다.However, in the event of a short circuit, a very large short circuit current (accident current) flows into the AC line 20, and the iron core 10 is strongly magnetized to operate in the high magnetic field region (D). Due to the strong magnetization, the impedance of the AC line 20 is greatly increased, thereby limiting the fault current.

또한, 큰 사고전류에 의해 교류선로(20)에 발생하는 임피던스는 상기 철심(10)의 상기와 같은 비선형적 자화 특성에 따라 발생하고, 구성 소자들이 모두 수동소자이어서 사고전류에 대한 임피던스 발생 시간차가 존재하지 않으므로 사고전류 제한 작용이 매우 신속하게 이루어진다.In addition, the impedance generated in the AC line 20 by the large fault current is generated according to the nonlinear magnetization characteristics as described above of the iron core 10, and since the components are all passive elements, the impedance generation time difference with respect to the fault current is increased. Since it does not exist, the fault current limiting action is made very quickly.

한편, 단락사고가 해결된 이후에는 교류선로(20)의 정상 전류에 의해 자계의 세기가 다시 평상 운전상태로 복귀하게 되지만 철심(10)의 자기이력이 존재하는 경우에는 최초 상태로 복귀하지 못하고, 잔류자속영역(마)에서 전력계통의 운전이 이루어질 수 있다.On the other hand, after the short-circuit accident is resolved, the strength of the magnetic field is returned to the normal operation state again by the normal current of the AC line 20, but when the magnetic history of the iron core 10 exists, it cannot be returned to the initial state. Operation of the power system may be performed in the residual magnetic flux region (e).

상기의 경우 상시 임피던스의 크기는 크게 변화되지 않지만, 재 단락사고가 발생하는 경우에 교류선로(20)에 발생하는 임피던스는 이전에 발생하였던 임피던스의 크기와 다르게 되며, 또한 사고전류의 크기에 따라 예측 불가능한 영역으로 재운전 영역이 설정될 수 있으므로 실제 사용하기 곤란할 수 있다.In the above case, the magnitude of the constant impedance does not change significantly, but in case of a short circuit accident, the impedance generated in the AC line 20 is different from the magnitude of the previously generated impedance, and also predicted according to the magnitude of the accident current. The restart region may be set to an impossible region, and thus may be difficult to actually use.

그러나, 본 발명의 경우, 항상 철심(10)의 자화용이축 방향으로 직류 자기장이 인가되어 있기 때문에, 도 6에서 직류 자기장이 인가된 경우의 자기이력곡선(점선)에서와 같이, 단락사고가 발생한 후 사고가 해결되어 다시 정상상태로 복귀할 때 상기 철심(10)의 자화 상태가 항상 원래의 운전영역 즉, 상기 저자장영역(다)으로 복귀된다.However, in the case of the present invention, since a direct current magnetic field is always applied in the magnetizing biaxial direction of the iron core 10, a short circuit accident occurs as shown in the magnetic hysteresis curve (dotted line) when the direct current magnetic field is applied in FIG. After the accident is solved and returned to the normal state, the magnetization state of the iron core 10 is always returned to the original operating region, that is, the low magnetic field region (C).

따라서, 사고전류 제한특성의 재현성이 안정적으로 보장되므로 장치 작동의 안정성 및 신뢰성이 향상된다.Therefore, the reproducibility of the fault current limiting characteristic is stably ensured, thereby improving the stability and reliability of the device operation.

또한, 상기 교류선로(20)의 상시전류 및 사고전류에 의한 교번 자장은 직류마그네트(제1,2마그네트 포함)를 이루는 코일에 쇄교하지 않기 때문에 직류마그네트에 유기기전력을 발생시키지 않는다.In addition, since the alternating magnetic fields by the constant current and the fault current of the AC line 20 do not cross over the coils forming the DC magnets (including the first and second magnets), organic electromotive force is not generated in the DC magnets.

한편, 본 발명은 일회성 소자를 사용하지 않으므로 전기절연이 유지되는 한 특별한 유지보수 작업이 필요 없다.On the other hand, the present invention does not use a one-time device, so no special maintenance work is required as long as electrical insulation is maintained.

또한, 본 발명은 사고전류의 크기에 따른 상기 철심(10)의 자화 강도에 따라 따라 상기 교류선로(20)에 가변 임피던스를 발생시키므로 사고전류를 그 크기에 상관없이 거의 일정한 범위의 전류값으로 제한할 수 있다.In addition, the present invention generates a variable impedance in the AC line 20 according to the magnetization strength of the iron core 10 according to the magnitude of the fault current, limiting the fault current to a substantially constant range of current value regardless of the magnitude can do.

또한, 기존의 포화철심형 사고전류 제한기와는 달리 두 개의 철심을 사용할 필요가 없으므로 철심의 크기가 작아진다.In addition, unlike conventional saturation iron fault current limiter, the size of the iron core is reduced because there is no need to use two iron cores.

또한, 상기 철심(10)이 직류 자기장을 인가하기 위한 직류마그네트(30,31,32)의 코일을 쇄교하지 않으므로 사고제한 작용시 직류마그네트의 코일에 역기전력을 거의 발생시키지 않기 때문에 초전도 코일 및 직류전원(40)의 보호가 가능하다.In addition, since the iron core 10 does not bridge the coils of the DC magnets 30, 31, and 32 for applying the DC magnetic field, the superconducting coil and the DC power supply rarely generate back EMF in the coils of the DC magnets during accident limiting. 40 can be protected.

또한, 초전도체를 사용하는 경우와 달리 극저온 고전압 절연 기술이 필요 없으므로 장치의 안정성 및 경제성을 확보할 수 있다.In addition, unlike the case of using a superconductor, the cryogenic high voltage insulation technology is not required, thereby ensuring the stability and economy of the device.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 한쪽 방향으로 배열된 자화용이축을 가지도록 제작된 방향성 규소강판으로 철심(10)을 제작하고, 상기 철심(10)에 직류 자기장을 상기 자화용이축과 동일한 방향으로 상시 인가하여 방향성을 극대화한 후, 교류선로(20)의 전류 크기에 따른 유동성 임피던스의 변화를 구현하고, 상기 규소강판의 자기이력현상에 의하여 사고전류 인가 후에 철심(10)에 잔류자속이 잔존하는 가능성을 감소시킴으로써 사고전류 제한특성의 재현성을 확보할 수 있도록 된 것이다.As described above, in the present invention, the iron core 10 is made of a oriented silicon steel sheet manufactured to have biaxial axes for magnetization arranged in one direction, and a DC magnetic field is always applied to the iron cores 10 in the same direction as the biaxial axes for magnetization. After applying the maximization of the direction, the change in the flow impedance according to the current magnitude of the AC line 20, the possibility of residual magnetic flux remaining on the iron core 10 after the accident current is applied by the magnetic history of the silicon steel sheet By reducing the voltage, it is possible to secure the reproducibility of the fault current limiting characteristic.

또한, 상기와 같이 이미 상용화되어 있는 일반 변압기용 규소강판을 적층하여 철심(10)을 용이하게 제작할 수 있으므로 철심의 크기 제한이 없어진다.In addition, since the iron core 10 can be easily manufactured by stacking the silicon steel sheet for general transformers already commercialized as described above, the size limitation of the iron core is eliminated.

또한, 상시 인가되는 직류 자기장에 의해 철심(10)의 자화를 더욱 감소시킬 수 있으므로 상시 임피던스가 매우 작아지고, 사고 해결 이후에 직류 자기장에 의해 자화용이축에 대한 직각방향의 잔류자속을 제거하여 자기이력현상을 최소화할 수 있으므로 사고전류의 재현성을 확보할 수 있다.In addition, since the magnetization of the iron core 10 can be further reduced by the always-applied direct current magnetic field, the constant impedance becomes very small, and after resolving the accident, the residual magnetic flux in the perpendicular direction to the biaxial axis for magnetization is removed by the direct current magnetic field. Hysteresis can be minimized to ensure reproducibility of fault currents.

한편, 강한 직류 자기장을 형성하기 위하여 초전도 직류 자석을 적용할 수 있다. 그러나, 이 경우에도 자속구속형 사고전류 제한기와는 달리 초전도체가 고압의 교류선로와 전기적으로 분리되어 있기 때문에 극저온 고전압 절연 문제가 발생하지 않는다.On the other hand, a superconducting direct current magnet may be applied to form a strong direct current magnetic field. However, even in this case, unlike the flux-limited fault current limiter, since the superconductor is electrically separated from the high-voltage AC line, there is no problem of cryogenic high voltage insulation.

또한, 상기 초전도 자석에는 직류가 인가되므로 교류손실 등에 의한 냉각손실을 현저하게 줄일 수 있으므로 초고압 송전장치에 적용할 수 있다.In addition, since a direct current is applied to the superconducting magnet, cooling loss due to alternating current loss or the like can be significantly reduced, so that the superconducting magnet can be applied to a super high voltage power transmission device.

10,11,12,13 : 철심 20 : 교류선로
30 : 직류마그네트 31 : 제1직류마그네트
32 : 제2직류마그네트 40 : 직류전원10,11,12,13: Iron core 20: AC line
30: DC magnet 31: First DC magnet
32: second DC magnet 40: DC power

Claims (5)

자화용이축이 형성된 방향성 강판이 다수 적층되어 이루어진 철심과,
상기 철심의 자화용이축 방향과 수직을 이루는 자기장을 형성하도록 상기 철심에 권선되는 교류선로와,
상기 철심의 주변에 설치되고 상기 철심의 자화용이축 방향으로 직류 자기장을 형성하는 직류마그네트
를 포함하는 사고전류 제한장치.An iron core formed by laminating a plurality of oriented steel sheets having a biaxial axis for magnetization,
An alternating current line wound around the iron core to form a magnetic field perpendicular to the magnetizing biaxial direction of the iron core;
DC magnet installed around the iron core and forming a DC magnetic field in the direction of the biaxial direction for magnetization of the iron core
Accidental current limiting device comprising a. 청구항 1에 있어서,
상기 철심은 방향성 강판을 적층하여 사각 고리 형태로 제작되고,
상기 방향성 강판의 면이 철심의 측면에 위치하며,
상기 철심은 전방 또는 후방 중 어느 한 방향을 향해 자화용이축이 형성된 것을 특징으로 하는 사고전류 제한장치.The method according to claim 1,
The iron core is manufactured in the form of a square ring by laminating a directional steel sheet,
The surface of the oriented steel sheet is located on the side of the iron core,
The iron core is an accident current limiting device, characterized in that the biaxial for magnetization is formed toward either the front or rear direction. 청구항 1에 있어서,
상기 철심은 띠 모양의 방향성 강판을 권취한 원형 고리 형태로 제작되고,
상기 방향성 강판의 면은 철심의 측면에 위치하며,
상기 철심은 전방 또는 후방 중 어느 한 방향을 향해 자화용이축이 형성된 것을 특징으로 하는 사고전류 제한장치.The method according to claim 1,
The iron core is manufactured in the form of a circular ring wound around a strip-shaped oriented steel sheet,
The surface of the oriented steel sheet is located on the side of the iron core,
The iron core is an accident current limiting device, characterized in that the biaxial for magnetization is formed toward either the front or rear direction. 자화용이축이 형성된 방향성 강판이 다수 적층되어 이루어진 철심과,
상기 철심의 자화용이축 방향과 수직을 이루는 자기장을 형성하도록 상기 철심에 권선되는 교류선로와,
상기 철심의 주변에 설치되고 상기 철심의 일측 자화용이축 방향으로 직류 자기장을 형성하는 제1직류마그네트와,
상기 철심의 주변에 설치되고 상기 철심의 반대측 자화용이축 방향으로 직류 자기장을 형성하는 제2직류마그네트
를 포함하는 사고전류 제한장치.An iron core formed by laminating a plurality of oriented steel sheets having a biaxial axis for magnetization,
An alternating current line wound around the iron core to form a magnetic field perpendicular to the magnetizing biaxial direction of the iron core;
A first direct current magnet installed around the iron core and forming a direct current magnetic field in a direction of biaxial magnetization for one side of the iron core;
A second direct current magnet installed in the periphery of the iron core and forming a direct-current magnetic field in the direction of the opposite axis for magnetization of the iron core;
Accidental current limiting device comprising a. 청구항 4에 있어서,
상기 철심은 방향성 강판을 적층하여 사각 고리 형태로 제작되고,
상기 방향성 강판의 면이 철심의 전면에 위치하며,
상기 철심은 내부에서 외부를 향하는 방향으로 자화용이축이 형성된 것을 특징으로 하는 사고전류 제한장치.

The method according to claim 4,
The iron core is manufactured in the form of a square ring by laminating a directional steel sheet,
The surface of the oriented steel sheet is located in front of the iron core,
The iron core is a fault current limiting device, characterized in that the biaxial for magnetization is formed in the direction from the inside to the outside.

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