고장 전류 제한 장치
Fault current limiterFCL(Fault current controller, FCC)이라고도 하는 고장 전류 한계치([1]FCL)는 고장이 발생할 때(예: 송전망에서) 완전한 분리 없이 예상 고장 전류를 제한하는 장치다.이 용어는 초전도, 고체, 유도 장치를 포함한다.[2]null
적용들
배전 시스템에는 고장 시 전원을 차단하기 위한 회로 차단기가 포함되지만 신뢰도를 극대화하기 위해 네트워크의 가장 작은 부분을 차단하고자 한다.이는 회로 차단기에 대한 모든 배선은 물론 가장 작은 회로 차단기도 큰 고장 전류를 차단할 수 있어야 함을 의미한다.null
전력 공급을 업그레이드하거나, 신세대 용량을 추가하거나, 상호연결을 추가하면 문제가 발생한다.이는 공급될 수 있는 전력량을 증가시키기 때문에 모든 분기 회로는 버스 바와 회로 차단기를 업그레이드하여 새로운 더 높은 고장 전류 한계치를 처리해야 한다.null
이는 기존 전력망에 풍력 발전, 옥상 태양광 발전 등 분산 발전이 추가될 때 특히 문제가 된다.대규모 시스템 전체 업그레이드 없이 추가 전원을 추가할 수 있는 것이 바람직하다.null
간단한 해결책은 회로에 전기 임피던스를 추가하는 것이다.이는 전류가 증가할 수 있는 속도를 제한하며, 이는 차단기가 열리기 전까지 결함 전류가 상승할 수 있는 수준을 제한한다.그러나, 이것은 또한 회로가 빠르게 변화하는 수요를 만족시킬 수 있는 능력을 제한하므로, 큰 부하를 추가하거나 제거하면 불안정한 전원이 발생한다.null
고장 전류 한계치는 정상 전류 레벨에서는 임피던스가 낮지만 고장 전류 레벨에서는 더 높은 임피던스를 나타내는 비선형 소자다.또한, 이 변화는 극히 빠른 속도로, 몇 밀리초 후에 회로 차단기가 트립할 수 있다.(고출력 회로 차단기는 교류 제로 교차로에 동기화되어 아크를 최소화한다.)null
단층 시 전원이 불안정하지만 완전히 분리되지는 않는다.고장 분기가 분리되면 고장 전류 제한 장치가 자동으로 정상 작동으로 돌아간다.null
초전도 고장 전류 제한 장치
초전도 단층 전류 한계치는 온도, 전류 밀도 및 자기장의 중요한 조합보다 훨씬 빠른 초전도성 손실(일명 "쿼치"라고 함)을 이용한다.정상 작동에서는 전류가 저항과 무시할 수 있는 임피던스 없이 초전도체를 통해 흐른다.null
고장이 발생하면 초전도체가 급랭하고 저항이 급격히 상승하며 전류가 원하는 높은 임피던스를 가진 병렬 회로로 전환된다.null
(정상적으로 전도되는 초전도성 물질은 저항이 충분히 높지 않기 때문에 이 구조물은 회로차단기로 사용할 수 없다.재료가 녹을 정도로 충분히 가열될 수 있을 정도로만 높다.)null
초전도 단층 전류 한계치는 저항성 또는 유도성의 두 가지 주요 범주 중 하나로 설명된다.null
저항성 FCL에서는 전류가 초전도체를 직접 통과한다.그것이 가라앉을 때, 저항이 급격히 상승하면 고장 전류가 그렇지 않을 경우(잠재적 고장 전류)로부터 감소한다.저항성 FCL은 DC 또는 AC일 수 있다.AC일 경우 AC 손실(초전도 히스테리시스 손실)으로 인한 지속적인 전력 소모가 발생하며 이는 극저온 시스템에 의해 제거되어야 한다.AC FCL은 일반적으로 비인덕적으로 감긴 와이어로 만들어진다. 그렇지 않으면 장치의 인덕턴스는 시스템에 추가적인 정전력을 발생시킬 것이다.null
유도 FCL은 많은 변형에서 나오지만 기본 개념은 저항성 FCL을 2차 개념으로 하는 변압기다.무고장 운전 시에는 2차 운전에서 저항이 없으므로 기기의 인덕턴스가 낮다.고장 전류가 초전도체를 정지시키고, 2차 전류가 저항성을 띠며, 전체 장치의 인덕턴스가 상승한다.이 설계의 장점은 전류 리드를 통해 초전도체로 열이 침투하지 않기 때문에 극저온 전력 부하가 낮을 수 있다는 것이다.그러나, 필요한 철의 양이 많다는 것은 유도 FCL이 저항성 FCL보다 훨씬 크고 무겁다는 것을 의미한다.이러한 유형의 HTS FCL에 대한 첫 번째 현장 테스트는 2009년 제너지 파워 plc의 부문인 SC 파워 시스템에 의해 수행되었다.null
담금질 과정은 2단계 과정이다.첫째, 작은 지역이 높은 전류 밀도에 반응하여 직접 침전한다.이 구간은 Joule 난방에 의해 빠르게 가열되며, 온도 상승은 인접한 지역을 약화시킨다.[promotional language]그리드ON Ltd는 유통 및 전송 네트워크를 위한 최초의 상용 유도 FCL을 개발했다.초전도성 또는 극저온 구성 요소가 필요하지 않은 고유한 자기 플럭스 변경 개념을 사용하여 자체 트리거 FCL은 고장 조건 시 임피던스를 즉시 10배 증가시킨다.전체 기간 동안 고장 전류를 제한하고 그 직후 정상 상태로 복구한다.이 유도 FCL은 추가 고전압 정격까지 확장 가능하다.[3]null
솔리드 스테이트 고장 전류 제한 장치
![[icon]](/wiki/File:Wiki_letter_w_cropped.svg){kind=small} | 이 구간은 확장이 필요하다.덧셈을 하면 도움이 된다. (2015년 8월) |
유도 고장 전류 제한 장치
| 이 구간은 확장이 필요하다.덧셈을 하면 도움이 된다.(2015년 11월) |
초전도 단층 전류 한계치 개발
FCL은 활발한 개발 중에 있다.2007년에는 마그네슘 디보리드 와이어나 YBCO 테이프를 이용한 국내외 프로젝트가 최소 6건, BSCCO-2212봉을 이용한 프로젝트가 2건 있었다.FCL 개발에 적극적인 국가는 독일, 영국, 미국, 한국, 중국이다.2007년, 미국 에너지부는 3개의 FCL 개발 프로젝트에 2,900만 달러를 썼다.null
실제 FCL에는 고온 초전도체가 필요하다.AC 손실은 초전도체 내부에서 일정한 열을 발생시키며, 저온 초전도체가 요구하는 액체 헬륨 온도에서 극저온 냉각 비용이 전체 장치를 비경제적으로 만든다.null
FCL의 최초 신청은 중전압 배전 시스템 제어에 도움이 되고, 이어 해군 함정, 잠수함, 크루즈선 등 전기구동선이 사용될 가능성이 높다.더 큰 FCL은 결국 고전압 전송 시스템에 배치될 수 있다.null
