With the increasing utilization of high-voltage, direct current (HVDC) transmissions in modern power systems, the DC grid is becoming a hot topic in academic and practical systems. In the DC grid, one of the urgent problems is the fast clearance of the DC fault in the DC network. One preferred method is to isolate the faulty point from the DC network in a short time. The DC circuit breaker is to interrupt the overcurrent after DC faults occur. In this paper, a self-excited resonant DC circuit breaker is an easy and cheap equipment to interrupt the DC fault current. The Mayr's arc model is utilized to simulate the self-excited DC circuit breaker in a DC test system in PSCAD/EMTDC.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.23
no.5
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pp.299-304
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2018
An ideal circuit breaker should supply electric power to loads without losses in a conduction state and completely isolate the load from the power source by providing insulation strength in a break state. Fault current is relatively easy to break in an Alternating Current (AC) circuit breaker because the AC current becomes zero at every half cycle. However, fault current in DC circuit breaker (DCCB) should be reduced by generating a high arc voltage at the breaker contact point. Large fire may occur if the DCCB does not take sufficient arc voltage and allows the continuous flow of the arc fault current with high temperature. A semiconductor circuit breaker with a power electronic device has many advantages. These advantages include quick breaking time, lack of arc generation, and lower noise than mechanical circuit breakers. However, a large load capacity cannot be applied because of large conduction loss. An extinguishing technology of DCCB with polymeric positive temperature coefficient (PPTC) device is proposed and evaluated through experiments in this study to take advantage of low conduction loss of mechanical circuit breaker and arcless breaking characteristic of semiconductor devices.
Currently, the development of industry makes needs larger electric supply. Providers must consider the efficiency about losses and reliability of the system. In this case, DC power system can save electrical energy; long-distance transmission line losses. Relevance to switch technology with a voltage-source converter (VSC) in AC-DC conversion system have been researched. But, protection device of DC-link against fault current is still needed to study much. VSC DC power system is vulnerable to DC-cable short-circuit and ground faults, because DC-link has a huge size of capacitor filter which releases extremely large current during DC faults. Furthermore, DC has a fatal flaw that current zero crossing is nonexistence. To interrupt the DC, several methods which make a zero crossing is used; parallel connecting self-excited series LC circuit with main switch, LC circuit with power electronic device called hybrid DC circuit breaker. Meanwhile, self-excited oscillator needs a huge size capacitor that produces big oscillation current which makes zero crossing. This capacitor has a quite effective on the price of DCCB. In this paper, hybrid self-excited type superconducting DCCB which are using AC circuit breaker system is studied by simulation tool PSCAD/EMTDC.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.68
no.4
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pp.593-597
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2019
We proposed a current Interruption type DC superconducting circuit breaker(I-DC SCB), a protection device that combines the current limiting technology of a superconductor with the cut-off technology of circuit breaker. Unlike existing protective devices, the current I-DC SCB is a device that combines two protection functions, notably improving failure probability and operational reliability. It is also applicable to all DC systems, such as HV, MV, and LVDC, due to the ease in capacity increase. The 100 kV I-DC SCB was designed after taking into account the actual power system conditions, followed by an analysis of the transient characteristics and the breaking range of the limiter. The results of the analysis showed that the I-DC SCB had a fault current limit of about 75% at the rated voltage, and completed the cut-off operation within about 20 ms.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.67
no.7
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pp.981-986
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2018
AC(alternating current) CB(circuit breaker) at the fault occurred in the existing AC distribution system is limiting the fault current through zero cross-point. However, DC(direct current) CB does not have zero cross-point. Therefore, arc occurred by on-off operation of DC CB is very huge. Nowadays, many research team are studying the way to decrease breaking time, which is one of the essential conditions in DC CB. We suggested novel arc-induction type DC CB in this paper. The proposed arc-induction type DC CB is composed of the mechanical Arc ring and DC CB. We confirmed the operation of arc-induction type DC CB through the HFSS(High Frequency Structure Simulator) 3D simulation program and performed the experiment for operation characteristics. Results showed that arcing time of the arc-induction type DC CB by using induction ring was faster than existing mechanical DC CB. On the transient system, we confirmed stable operation characteristics of the arc-induction type DC CB through the simulation and experimental results. We expect that the proposed arc-induction type DC CB technology is will go to stay ahead of the existing DC CB technology.
Kim, Geon-woong;Jeong, Ji-sol;Park, Sang-yong;Choi, Hyo-sang
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.23
no.3
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pp.51-54
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2021
The DC system has less power loss compared to the AC system because there is no influence of frequency and dielectric loss. However, the zero-crossing point of the current is not detected in the event of a short circuit fault, and it is difficult to interruption due to the large fault current that occurs during the opening, so the reliability of the DC breaker is required. As a solution to this, an LC resonance DC circuit breaker combined a superconducting element has been proposed. This is a method of limiting the fault current, which rises rapidly in case of a short circuit fault, with the quench resistance of the superconducting element, and interruption the fault current passing through the zero-crossing point through LC resonance. The superconducting current limiting element combined to the DC circuit breaker plays an important role in reducing the electrical burden of the circuit breaker. However, at the beginning of a short circuit fault, superconducting devices also have a large electrical burden due to large fault currents, which can destroy the element. In this paper, the reactor is connected to the source side of the circuit using PSCAD/EMTDC. After that, the change of the fault current according to the reactor capacity and the electrical burden of the superconducting element were confirmed through simulation. As a result, it was confirmed that the interruption time was delayed as the capacity of the reactor connected to the source side increased, but peak of the fault current decreased, the zero-crossing point generation time was shortened, and the electrical burden of the superconducting element decreased.
Park, Byung-Rak;Jo, Man-Yong;Kim, Jin-Seok;Shin, Hee-Sang;Kim, Jae-Chul
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.25
no.7
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pp.105-113
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2011
The study about three-phase synthetic making test using DC power has been performed in order to increase the making test capacity on Vacuum Circuit Breaker. And, it made possible to solve the limitations that short-circuit testing facilities can not fulfill the testing requirements of VCB exceeding three-phase 36[kV] 31.5[kA]. By using DC power and high speed spark-gap switch, this method made the equivalence with the pre-arc that occurred during the making process under the fault condition of power system. As results, KERI(Korea Electrotechnology Research Institute) could have capacity to carry out type test for VCB under three-phase 52[kV] 40[kV], which satisfies the IEC Standard.
So, Jooyeong;Lee, Seyeon;Choi, Kyeongdal;Lee, Ji-kwang;Kim, Woo-Seok
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.21
no.4
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pp.39-43
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2019
The breaking of a circuit in DC grid could pose a challenge because of the absence of zero-crossing instant for both current and voltage when a fault occurs. An additional fault current limiting function will be very helpful for reducing the burden of the DC circuit breaker by limiting the fault current to a reasonable value. In this paper, we studied the overcurrent characteristics of several HTS conductors so that we could use the selected conductors for the basic design work of a resistive type fault current limiting module as a part of the circuit breaking system. According to the short-circuit test results, we suggested and compared two different basic design parameters of the HTS fault current limiting module, which will be connected in series to the DC circuit breaker.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.67
no.4
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pp.595-599
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2018
Interruption system with the transformer type superconducting fault current limiter(TSFCL) is proposed in this paper. The interruption system with a TSFCL is a technology that it maximizes the interruption function of a mechanical DC circuit breaker using a transformer and a superconducting fault current limiter. By a TSFCL, the system limits the fault current till the breakable current range in the fault state. Therefore, the fault current could be cut off by a mechanical DC circuit breaker. The Interruption system with a TSFCL were designed using PSCAD/EMTDC. In addition, the Interruption system with a TSFCL was applied to the DC test circuit to analyze characteristics of a current-limiting and a interruption operation. The simulation results showed that the Interruption system with a TSFCL interrupted the fault current in a stable when a fault occurred. Also, The current-limiting rate of the Interruption system with a TSFCL was approximately 69.55%, and the interruption time was less than 8 ms.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.3
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pp.526-531
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2016
This paper presents an experimental study on the optimal settings for the selected DC fault relay (50F) to improve the operating performance for the high-speed circuit breaker on DC feeding system which ensure safety within rolling stock maintenance depot. In this study, current supplied to overhead contact wire was calculated on 1 ms interval to analyze the correction values of DC fault selective relay for the operation of current supply cutout. Particularly, standards for the accurate detection of accidents between an electric railway vehicle and the electric power facilities are shown by investigating the optimal correction values for detection of fault current, and the results indicated that it takes about 213 ms for the DC fault selective relay(50F) to fully open. In the future, the correction values of DC fault selective relay suggested in this paper will be used as the reference values of protective relay for the safe operation of DC electric railroad system such as urban railway.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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