This Paper deals with the short circuit tests of the three-Phase DC reactor type fault current limiter (FCL) in changing of turns ratio of transformers. The experiment of this paper is a preliminary step to develop the FCL's faculties for an application to high voltage transmission line. So, superconducting coil was made of Nb-Ti, low temperature superconductor, and the ratings of the power system of experimental circuit are 400V/7A class. A three-phase DC reactor type FCL consists of three transformers, six diodes, one superconducting coil and one cryostat. The important point of experimental analysis is transient period, the operating lagging time of circuit breaker. As the results of the experiment, the values are referred to the limitation rate about 77% and 90% when the turns ratio of transformer was 1:1 and 2:1 respectively.
In recent years, the proliferation of DER (distributed energy resources) is progressing rapidly. In particular, research on LVDC distribution grid with various advantages has begun. In order to commercialize this LVDC grid, direct current protection method should be established by analysis of DC faults. Recently, the development of HSCB (high-speed circuit breaker) for new ${\pm}750[V]$ LVDC grid has been researched. This paper deals with the calculation of the maximum short-circuit fault current of the HSCB as a part of the development of HSCB for the LVDC distribution grid. First, modeling using PSCAD was carried out for PV array with BESS on the Gochang Power Test Center system. Next, to calculate the rated capacity of HSCB, fault currents were calculated and the characteristics were analyzed through fault simulations. Thus, this study results can help to establish short-circuit capacity calculation of HSCB and protection plan for DC protection relay system.
직류 배전시스템의 보급이 증가됨에 따라 이에 따른 고장 발생 및 화재 사고도 증가하고 있고 특히 스마트 그리드의 구성 요소인 ESS 화재 사고, 직류 시스템인 태양광 발전 시스템의 화재 사고는 신재생에너지의 보급이 급격하게 증가하고 동시에 사용 연수 10년 이상의 노후 시설이 많아짐에 따라, 시스템 구성 요소 간의 전기적인 접속의 문제들로 발생하고 있다. 이로 인해 유발된 빛과 열을 방출하여 직접적인 화재의 원인이 될 수 있는 아크가 화재의 한 원인으로 지적되고 있다. 따라서 이러한 아크 결함의 문제는 기존의 과전류차단기와 누전차단기로는 아크사고를 사전에 차단할 수 없는 실정이며 대규모 유틸리티 시스템뿐만 아니라 소규모 주거 시스템에서도 인간의 안전에 중대한 위협이 될 수 있기에 아크사고에 대한 대책이 필요하다. 본 논문에서는 국제표준화에 만족하는 시험장비 개발과 아크 발생에 따른 고장 및 화재를 보호하기 위한 직류 아크 Generator를 개발 하고자 한다.
This paper presents general concept of DC switch gear(DCSWGR). Normally, DCSWGR consist of Digital protection unit(DPU), High Speed Circuit Breaker(HSCB), Disconnect Switch (DS), Programmable Logic Control(PLC), Auxiliary Relays and etc. Most of the components has its special characteristics and their interface between each others are various and complex. In this paper every constituent general design are preceded and interface between each component are examined. And also DCSWGR operation logic with logical diagram including interlock signal are introduced.
Magnetic arc extinguishing technology is effective as an extinguishing device for low-voltage direct current (DC) circuit breakers with a resistive load of ≤4 kW. The separation distance between the magnet and the electrical contact must be shortened to increase the magnetic arc extinguishing force. However, if the magnet is installed too close to the electrical contact points, the magnet is exposed to high temperatures due to the arc current generated when the load current is cut off and the magnetism is lost. To solve this problem, the effective magnetic flux density at the electrical contact can be maintained high by placing the arc extinguishing magnet in a tandem structure with the electrical contact point between them, and the proper separation distance between the contact points and the magnet can be maintained. In addition, an electric arc extinguishing technology that emits arc energy using a series circuit of diode and resistor is used to suppress the continuous arc voltage generated by the inductive load. For the proposed circuit breaker, the breaking characteristics are analyzed through the breaking test for the DC load of the 760 V level, the load power of 4 kW, and the time constant of 5 ms, and an appropriate arc extinguishing design guideline is proposed.
Grounding fault and short of the DC power supply systems are detected and protected by high-speed circuit breaker, linked breaking device, ground relay and fault selective device, all of which are installed and operated in substaions. however, there have been many cases in which the protective devices did not detect grounding of of the over head catenary systems on concrete support for an extended period of time. Such cases often cause severe damages to the supports with high grounding resistances. If grounding accidents occur repetitively, the earth current and the rise of earth potential can damage not only passenger and staff but also electric facilities and equipment, necessitating high cost and endeavor to restore. The following study points out various problems that can be occurred occur as a result of high impedance grounding accident, and proposes a new system which can protect and intercept them.
We investigated the current limiting characteristics of resistive and inductive SFCLs with 100 $\Omega$ of quench impedance for a single line-to-ground fault. which accounts for about 70% of the total power line faults, in the 154 kV transmission system. The fault simulation at the phase angles 0$^{\circ}$, 45$^{\circ}$, and 90$^{\circ}$ showed that the resistive SFCL limited the fault current less than 15 kA without any DC component after one half cycle from the instant of the fault. On the other hand, the inductive SFCL suppressed the current below 12 KA, but with 3 kA of DC component which decreased to zero in 5 cycles. We concluded that the inductive SFCL had higher performance in current limiting but the resistive SFCL was better from the view point of DC components.
We studied the operating properties of resistive and inductive SFCLS with 100 $\Omega$ of quench impedance for a three-phase-fault in the 154 kV transmission system. The fault simulation at the phase angles 0$^{\circ}$ , 45$^{\circ}$ , and 90$^{\circ}$ showed that the resistive SFCL limited the fault current less than 16 kA without any DC component after one half cycle from the instant of the fault. On the other hand, the inductive SFCL suppressed the current below 11 kA, but with 3-4 kA of DC component which decreased to zero in 5 cycles. We concluded that the inductive SFCL had higher performance in current limiting but the resistive SFCL was better from the view point of DC components.
In this paper, a Magnetic Core Reactor (MCR) which forms a part of the DC reactor type three-phase high-Tc superconducting fault current limiter (SFCL) has been developed. This SFCL is more economical than other types with three coils since it uses only one high-Tc superconducting (HTS) coil. When DC reactor type three-phase high-Tc SFCL is developed using just one coil, fewer power electronic devices and shorter HTS wire are needed. The SFCL proposed in this paper needs a power-linking device to connect the SFCL to the power system. The design concept for this device was sprang from the fact that the magnetic energy could be changed into the electrical energy and vice versa. Ferromagnetic material is used as a path of magnetic flux. When high-Tc superconducting DC reactor is separated from the power system by using SCRs, this device also limits fault current until the circuit breaker is opened. The device mentioned above was named Magnetic Core Reactor (MCR). MCR was designed to minimize the voltage drop and total losses. Majority of the design parameters was tuned through experiments with the design prototype. In the experiment, the current density of winding conductor was found to be $1.3\;A/mm^2$, voltage drop across MCR was 20 V and total losses on normal state was 1.3 kW.
A conventional single-phase high-power system typically generates a large AC line input current at universal 90 VAC condition. Sometimes, this phenomenon can block the Earth Leakage Circuit Breaker (ELCB), which causes problems. Replacing power facilities is essential to ensure smooth operations. Thus, this paper proposes a method that can drive higher power than the limit of conventional power facilities. The proposed method can reduce the large AC line input current by limiting the input power of Power Factor Correction (PFC). An additional battery circuit can supplement the power deficiency. Specifically, a bidirectional converter with charging and discharging functions was adopted for the battery circuit. Finally, the validity of the proposed system could be confirmed by modal analysis and simulation, and an experiment in 2 KW condition was implemented with a prototype sample as well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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