HTS power cable bypass the fault current through the former to protect superconducting tapes. On the other hand, the fault current limiting (FCL) power cable can be considered to mitigate the fault current using its increased inductance and resistance. Using the increased resistance of the cable is similar to the conventional resistive fault current limiter. In case of HTS power cable, the magnetic field of HTS power cable is mostly shielded by the induced current on the shield layer during normal operation. However, quench occurs at the shield layer and its current is kept below its critical current at the fault condition. Consequently, the magnetic field starts to spread out and it generates additional inductive impedance of the cable. The inductive impedance can be enhanced more by installing materials of high magnetic susceptibility around the HTS power cable. It is a concept of SFCL power cable. In this paper, a sample SFCL power cable is suggested and experimental results are presented to investigate the effect of iron cover on the impedance generation. The tests results are analyzed to verify the generation of the inductive and resistive impedance. The analysis results suggest the possible applications of the SFCL power cable to reduce the fault current in a real grid.
In this paper, we analyze experimental results by applying the PHILS model to a lab-scale superconducting current limiter system for its actual application in medium-voltage direct current (MVDC) systems. Superconducting current limiters exhibit effective current-limiting performance in circuit breaker operations, particularly in limiting large fault currents within a short period, addressing the challenges posed by the increasing use of renewable energy and the integration of DC medium-voltage distribution systems. The development of such superconducting current limiters faces various technical and cost disadvantages, especially when applying a medium-voltage 35kV level system, which is intended for future introduction. The proven lab-scale superconducting current limiter system and the PHILS model are combined and integrated into the actual system. Our plan involves analyzing the limiter's performance, assessing its impact on the system, and preparing for its application in future medium-voltage systems. Utilizing RTDS, a simulation was conducted by connecting actual scaled-down equipment and systems, with the analysis results presented.
The performance of an electrodialyzer for concentrating seawater is predicted by means of a computer simulation, which includes the following five steps; Step 1 mass transport; Step 2 current density distribution; Step 3 cell voltage; Step 4 NaCl concentration in a concentrated solution and energy consumption; Step 5 limiting current density. The program is developed on the basis of the following assumption; (1) Solution leakage and electric current leakage in an electrodialyzer are negligible. (2) Direct current electric resistance of a membrane includes the electric resistance of a boundary layer formed on the desalting surface of the membrane due to concentration polarization. (3) Frequency distribution of solution velocity ratio in desalting cells is equated by the normal distribution. (4) Current density i at x distant from the inlets of desalting cells is approximated by the quadratic equation. (5) Voltage difference between the electrodes at the entrance of desalting cells is equal to the value at the exits. (6) Limiting current density of an electrodialyzer is defined as average current density applied to an electrodialyzer when current density reaches the limit of an ion exchange membrane at the outlet of a desalting cell in which linear velocity and electrolyte concentration are the least. (7) Concentrated solutions are extracted from concentrating cells to the outside of the process. The validity of the computer simulation model is demonstrated by comparing the computed results with the performance of electrodialyzers operating in salt-manufacturing plants. The model makes it possible to discuss optimum specifications and operating conditions of a practical-scale electrodialyzer.
This paper suggests an application method for a superconducting fault current limiter (SFCL) using an evaluation index to estimate the risk regarding the short-circuit capacity of the circuit breaker (CB). Recently, power distribution systems have become more complex to ensure that supply continuously keeps pace with the growth of demand. However, the mesh or loop network power systems suffer from a problem in which the fault current exceeds the short-circuit capacity of the CBs when a fault occurs. Most case studies on the application of the SFCL have focused on its development and performance in limiting fault current. In this study, an analysis of the application method of an SFCL considering the risk of the CB's short-circuit capacitor was carried out in situations when a fault occurs in a loop network power system, where each line connected with the fault point carries a different current that is above or below the short-circuit capacitor of the CB. A loop network power system using PSCAD/EMTDC was modeled to investigate the risk ratio of the CB and the effect of the SFCL on the reduction of fault current through various case studies. Through the risk evaluations of the simulation results, the estimation of the risk ratio is adequate to apply the SFCL and demonstrate the fault current limiting effect.
Park, Chung-Ryul;Lim, Sung-Hun;Park, Hyoung-Min;Choi, Hyo-Sang;Han, Byoung-Sung
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.18
no.9
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pp.856-862
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2005
A flux-lock type SFCL consists of two coils, which are wound in parallel each other through an iron core, and a HTSC thin film connected in series with coil 2. If the current of the HTSC thin film exceeds its critical current by the fault accident, the resistance generated of the HTSC thin film, and thereby the fault current can be limited by the impedance of the flux-lock type SFCL. The amplitude of fault current can be set by the impedance of the flux-lock type SFCL. In this paper, we investigated the variance of the limiting current due to the ratio of inductances between coil 1 and coil 2 in the flux-lock type SFCL through the computer simulations and short circuit tests. In addition, both the simulation results and experimental ones were compared each other. From the comparison of both the results, the simulation results agreed well with the experimental ones.
Kim, Dongmin;Kim, Sungkyu;Cho, Jeonwook;Kim, Seokho
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.22
no.1
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pp.7-11
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2020
As demand for electricity in urban areas increases, it is necessary to improve electric power stability by interconnecting neighboring substations and high temperature superconductor (HTS) power cables are considered as a promising option due to its large power capacity. However, the interconnection of substations reduces grid impedance and expected fault current is over 45 kA, which exceeds the capacity of a circuit breaker in Korean grid. To reduce the fault current below 45 kA, a HTS power cable having a fault current limiting (FCL) function is considered by as a feasible solution for the interconnection of substations. In this study, a FCL HTS power cable of 600 MVA/154 kV, transmission level class, is considered to reduce the fault current from 63 kA to less than 45 kA by generating an impedance over 1 Ωwhen the fault current is induced. For the thermal design of FCL HTS power cable, a parametric study is conducted to meet a required temperature limit and impedance by modifying the cable core from usual HTS power cables which are designed to bypass the fault current through cable former. The analysis results give a minimum cable length and an area of stainless steel former to suppress the temperature of cable below a design limit.
To protect the power systems from fault current, the rated protective equipment should be installed. However growth of power system scale and concentration of loads caused the large fault current in power transmission system and distribution system. And capacities of installed protective equipment have been exceeded the due to increase of fault current. This increase is not temporary phenomenon but will be steadily as long as the industry develops. The power system need a counter measurement for safety, so superconducting fault current limiter (SFCL) has been received attention as an effective solutions to reduce the fault current. For the above reasons various type SFCL is studied recently. In this paper, the operational characteristics and power burden of trigger type SFCL is studied. The trigger type SFCL has been used for real system research in many countries. And another trigger type SFCL (double quench trigger type SFCL) is also studied. For this paper, short circuit test is performed.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.22
no.8
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pp.689-693
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2009
We investigate the comparison of fault current characteristics between the separates three-phase flux-lock type superconducting fault current limiter(SFCL) and integrated three-phase flux-lock type superconducting fault current limiter(SFCL). The single-phase flux-lock type SFCL consists of two coils. The primary coil is wound in parallel to the secondary coil on an iron core and superconducting elements are connected to secondary coil in series. Superconducting elements are used by the YBCO coated conductor. The separated three-phase flux-lock type SFCL consists of single-phase flux-phase type SFCL in each phase. But the integrated three-phase flux-lock type SFCL consists of three-phase flux-reactors wound on an iron core. Flux-reactor consists of the same turn's ratio between coil 1 and coil 2 for each single phase. To compare the current limiting characteristics of the separated three-phase flux-lock type SFCL and integrated three-phase flux-lock type SFCL, the short circuit experiments are carried out fault condition such as the single line-to-ground fault. The experimental result shows that fault current limiting characteristic of the separated three-phase flux-lock type SFCL was better than integrated three-phase flux-lock type SFCL. And the integrated three-phase flux-lock type SFCL has an effect on sound phase.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2003.07a
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pp.529-532
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2003
Quench behavior of resistive superconducting fault current limiters (SFCLs) with various pattern shapes was investigated. The pattern shapes employed were meander, bi-spiral, and spiral shapes of identical line width, gap and margin. SFCLs were fabricated from YBCO thin films grown on two-inch diameter $Al_2O_3$ substrates under the same conditions. Resistance rise of current limiting elements was low at a spiral shape before the whole quench completion, which may act as a disadvantage for simultaneous quench in serial connection between current limiting elements, but the temperature tended to have similar values at higher voltages. On the other hand, bi-spiral shape was severe at insulation level between current limiting lines. When these aspects were considered, we concluded that a meander shape was appropriate to design for a resistive SFCL based on thin films except the concentration of electric field at edge areas of strip lines.
To investigate the mechanism of the reaction of electrolytic oxidation of iodide to iodate ions, polarization curves are determined in various kinds of solution using electrodeposited lead peroxide and platinum anodes. It was observed from the polarization curves that the limiting current is exists at concentration 1.5 M of potassium iodide, and these limiting current disappeared as potassium hydroxide was added up to concentration of 0.1 M. while in case of platinum anode, limiting current did not appear in dilute potassium iodide solution. These results are owing to the chemical reaction, $PbO_2+2I^{-}+2H^+{\to}PbO+I_2+H_{2}O$ ocurring at the surface of lead peroxide anode. Also, we studied to obtain the optimum conditions of electrolytic preparation of iodate from iodide solution using a cell without the diaphragm. The results are that; (a) addition of potassium dichromate at the anti-reducing agent is proper in concentration of 0.1 g/l, (b) electrolytic temperature is not so much effective in raising the current efficiency, (c) current efficiency is increased with current density, and (d) electrolysis is the most effective in weak alkaline solutions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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