최근 장거리 송전을 위한 초고압직류송전(HVDC)과 디지털부하의 증가와 신재생에너지로 인한 소규모 발전 확대로 DC 기술에 대한 요구가 높아지고 있다. 또한 전기차 충전 인프라와 태양광 발전 설비를 수용하기 위해 고압직류배전(MVDC) 기술에 대한 연구가 이뤄지고 있다. 하지만 DC 송배전 기술의 안정성 확보에 필요한 사고 차단기술이 미흡한 문제가 있다. DC 계통에서 전류를 차단하는 것은 전압과 전류가 영점을 지나는 AC 계통보다 어려운 문제다. DC 차단 기술이 발전되며 더 높은 전류를 차단할 수 있게 되었지만, 정격전류보다 수배는 큰 사고전류를 차단하기 위해 DC 차단기의 용량은 더욱 높아져야한다.
초전도한류기는 평상시에 매우 작은 저항으로 계통에 영향을 주지 않지만, 사고전류가 발생하면 임피던스를 발생시켜 매우 짧은 시간 안에 효과적으로 사고전류를 제한하는 기기이다. 두 기기를 조합한 차단시스템을 사용하면 낮아진 사고전류를 낮은 용량의 차단기로도 효과적으로 차단할 수 있다. 초전도한류기의 종류로는 저항을 투입시켜 사고전류를 제한하는 저항형 한류기와 인덕턴스를 투입하는 유도형 한류기와 자기차폐형 한류기를 비롯한 여러 종류가 있다. DC 계통은 주파수는 0이므로 인덕턴스로 인해 임피던스가 발생하지 않지만, 사고 시 급격한 전류변화가 생기면 임피던스가 발생된다. 하지만 유도성 성분은 계통에 문제를 야기할 우려가 있으므로 저항형 초전도한류기가 DC 계통에 적절하다고 판단했다.
저항형 초전도한류기는 초전도선재에 높은 전류가 흐를 때 초전도현상이 깨지며 저항이 발생하는 현상을 이용한 기기이다. 초전도선재의 저항 발생 특성은 초전도선재의 종류에 따라 다르기 때문에 초전도선재의 구조와 재료에 대한 연구가 진행되어한다. 또한 여러 종류의 초전도선재를 사고 상황을 모사한 단락 시험환경에서 저항성장특성을 확인하여 15 kV, 3 kA의 MVDC에 적용할 한류모듈을 설계했다. 이후 설계를 검증하기 위해 500 V, 50 A의 DC 계통을 모사한 환경을 설계했다. 500 V, 50 A에 맞는 소형 한류 모듈을 제작하여 DC 차단기를 조합한 차단시스템의 성능을 확인했다.
본 연구를 통해 DC 계통에서 저항형 초전도한류기를 사용한 차단시스템의 차단특성을 확인했다. 차단기가 받는 소산에너지를 획기적으로 줄인 차단시스템 기술은 DC 계통 구현에 필요한 차단시스템 개발 비용을 줄일 수 있을 것으로 기대한다.