한류기 동작 원리, 설치 효과, 종류별 특성

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Table of Contents

1. 한류기 동작 원리

한류기는 전력 계통에서 단락 고장 시 발생하는 과도한 전류를 제한하여, 설비의 손상 및 계통 불안정을 방지하는 장치입니다. 일반적으로 회로에 직렬로 설치되어 인덕턴스를 활용하여 고장 시 즉각적으로 임피던스를 증가시켜 단락 전류를 적정 수준 이하로 억제합니다.

1) 한류기 동작 원리

단락 전류가 발생하면 한류기의 리액턴스가 급격히 증가하여 고장 전류를 제한합니다.
이를 통해, 계통의 보호 장치가 정상적으로 동작할 수 있도록 도와주며, 고장 시 발생할 수 있는 과부하 및 설비 손상을 방지합니다.

2) 고속 동작 및 응답 속도 향상

기존의 기계식 한류기는 동작 속도가 느리다는 단점이 있었으나, 최근에는 초전도 한류기와 같은 고속 응답형 한류기가 개발되어 빠르고 안정적인 동작이 가능합니다.

3) 초전도 한류기의 특성

고온 초전도 재료를 사용하여, 정상 상태에서는 저항이 0에 가까운 상태를 유지합니다.
고장 시 줄열(Joule Heat)에 의해 초전도 현상이 깨지면서 저항이 급격히 증가하고, 이를 통해 고장 전류를 제한합니다.

2. 한류기의 설치 효과

한류기를 전력 계통에 설치하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있습니다:

1) 차단기 차단 내력 증가 억제

한류기는 고장 전류를 억제하여, 차단기에 가해지는 전류 부담을 감소시킵니다.

2) 차단기 과도 회복 전압(TRV) 억제

고장 시 발생하는 과도 회복 전압을 억제하여, 차단기의 안정성을 향상시킵니다.

3) 전력기기의 열적, 기계적 강도 경감

단락 전류로 인해 발생하는 기계적 스트레스와 열적 손상을 줄여줍니다.

4) 계통의 지락 전류 증가 억제

지락 고장 시 과도한 지락 전류를 억제하여, 계통의 손상을 방지합니다.

5) 애자류의 아크 성능 향상

단락 전류가 줄어들어, 애자류의 아크 전류가 감소하고 절연 성능이 향상됩니다.

6) 전자유도 장해 경감

단락 전류가 억제됨에 따라, 인근 통신선로에 발생하는 전자유도 장해도 줄어듭니다.

7) 고장 전류의 파급 방지

고장 전류가 다른 연계 계통으로 전이되지 않도록 하여, 연쇄적인 사고 확산을 방지합니다.

3. 한류기의 종류별 특성

1) 저항형 초전도 한류기

정상 상태: 고온 초전도 전선을 냉각하여 저항이 0에 가까운 상태를 유지합니다.
고장 발생 시: 과도한 전류가 흐르면 초전도 전선의 Quenching 현상이 발생하여 저항이 급격히 증가합니다.
이때 발생한 저항이 고장 전류를 제한하고, 고장 후에는 저항이 원래 상태로 복구되어 회로가 정상 상태로 돌아갑니다.

2) 하이브리드형 초전도 한류기

정상 상태: SW를 투입하여 초전도 전선이 회로를 우회하고, 저항 없이 전류가 흐르도록 합니다.
고장 발생 시: 과도한 전류가 흐르면 Quenching이 발생하여, SW가 차단되면서 리액터가 회로에 연결되고, 고장 전류를 제한합니다.
특징: 일반 초전도 한류기보다 응답 속도가 빠르며, 리액터와 초전도 재료를 함께 사용하여 복합적인 보호가 가능합니다.

3) 포화 철심형 한류기

동작 원리: DC Coil을 통해 철심을 포화 상태로 유지하여, 저임피던스 상태를 유지합니다.
고장 발생 시: 큰 전류가 AC Coil로 흐르면, 포화 상태가 해제되어 임피던스가 급격히 증가하고, 고장 전류를 제한합니다.
특징: 응답 시간이 빠르고, 기존의 전력용 변압기 구조를 사용하여 설계가 용이합니다.