This paper suggests a decision scheme for optimal insertion resistance in an Superconducting Fault Current Limiter (SFCL) application to reduce the transformer inrush current. This scheme and the SFCL model are implemented using Electromagnetic Transient Program (EMTP). We determine the optimal SFCL resistance by EMTP simulation, and this value is applied to model the SFCL by EMTP. The simulation results show the validity and effectiveness of the suggested scheme and the ability of a SFCL to reduce the inrush current.
We present domestic efforts for superconducting fault current limiter (SFCL) application in the Korea Electric Power Corporation (KEPCO) grid and pending points at issue. KEPCO's decision to upgrade the 154 kV/22.9 kV main transformer from 60 MVA to 100 MVA cast a problem of high fault current in the 22.9 kV distribution lines. The grid planners supported adopting an SFCL to control the fault current. This environment friendly to SFCL application must be highly dependent upon the successful development of SFCL having specifications that domestic utility required. The required conditions are (1) small size of not greater than twice of 22.9 kV gas insulated switch-gear (GIS), (2) sustainability of current limitation without the line breaking by circuit breakers (CB) for maximum 1.5 seconds. Also, optionally, recommended is (3) the reclosing capability. Conventional resistive SFCLs do not meet (1) $\sim$ (3) all together. A hybrid SFCL is an excellent solution to meet the conditions. The hybrid SFCL consists of HTS SFCL components for fault detection and line commutation, a fast switch (FS) to break the primary path, and a limiter. This characteristic structure not only enables excellent current limiting performances and the reclosing capability, but also allows drastic reduction of HTS volume and small size of the cryostat, resulting in economic feasibility and compactness of the equipment. External current limiter also enables long term limitation since it is far less sensitive to heat generation than HTS. Semi-active operation is another advantage of the hybrid structure. We will discuss more pending points at issues such as maintenance-free long term operation, small size to accommodate the in-house substation, passive and active control, back-up plans, diagnosis, and so on.
The studies of superconducting fault current limiter (SFCL) for reduction of the fault current are actively underway in the worldwide. In this paper, we analyzed the characteristics of a new type SFCL using the conventional transformer and superconducting elements combined mutually. The secondary and third windings of this SFCL were connected the load and the superconducting element, respectively. The electric power was provided to load connected to secondary windings of the transformer in normal state of power system. On the other hand, when the fault occurred in power system, the fault current was limited by closing the line of third winding of the transformer. At this time, the ripple phenomenon of the fault was minimized by opening the fault line in secondary winding of a transformer in power system. The sensing of the fault state was performed by the CT(current transformer) and then turn-on and turn-off switching behavior of the SFCL was performed by the SCR(silicon-controlled rectifier). As a result, the proposed SFCL limited the fault current within a half-cycle efficiently. We confirmed that the fault current limitation rate was changed according to the winding ratio of a transformer.
We fabricated and tested a novel hybrid superconducting fault current limiter (SFCL) of three-phase $24kV_{rms}/630A_{rms}$ rating. In order to apply conventional resistive SFCLs into electric power systems, the urgent issues to be settled are as follows, such as initial installation price of SFCL, operation and maintenance cost due to ac loss of superconductor and the life of cryostat, and high voltage and high current problems. The ac loss and high cost of superconductor and cryostat system are main bottlenecks for real application. Furthermore in order to increase voltage and current ratings of SFCL, a lot of superconductor components should be connected in series and parallel which resulted in extreme high cost. In addition, the method to quench all components at the same instant needs very sophisticated skill and careful operation. Due to these problems, the practical applications of SFCL were pending. Therefore, in order to make practical SFCL, the price of SFCL should be lowered and should meet the demand of utilities. We designed novel hybrid SFCL which combines superconductor and conventional electric equipment including vacuum interrupter, power fuse and current limiting reactor. The main purpose of hybrid SFCL is to drastically reduce total usage of superconductor by adopting current commutation method by use of superconductor and high fast switch. Consequently, it was possible to get the satisfactory test results using this method, and further works for field tests are in the process.
KEPCO Research Institute has been researching a Superconducting Fault Current Limiter (SFCL) which is considered one of solutions of fault current problems with Korea Institute of Machinery & Materials (KIMM) and Hanyang University since 2011. In this paper, we fabricated a current limiting module and conducted electrical short circuit tests for checking the validity of the transmission level SFCL design. Based on the short circuit characteristics of the second generation High Temperature Superconductor (HTS), we analyzed the short circuit characteristics of 3 parallel connected superconducting wires. The structure of the HTS wire is as follows: the stainless steel stabilizer of $100{\mu}m$ is laminated on the superconductor layer and under the substrate, both of which are electrically jointed with solder. We fabricated the current limiting module which has 40 series and 6 parallel connections and studied the short circuit characteristics of the module under various voltage levels.
The resistive type superconducting fault current limiter(SFCL) is a current limiter using the Quench mechanism of superconductors. When Quench occurs in superconductors, the resistance of superconductors increases abruptly. In order to increase SFCL capacity, current limiting elements were connected in series. If the Quench current of each element was different, voltage distribution was imbalanced. This imbalance could be removed by arrangement including series and parallel connection of elements. Based on this result, an SFCL of 1.8kV/50A was designed and experimented, expecially, in terms of increasing the voltage rating.
Kim, J.H.;Song, J.B.;Hwang, S.J.;Kim, K.L.;Kim, H.M.;Kim, H.R.;Hyun, O.B.;Ko, T.K.;Lee, H.G.
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.9
no.3
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pp.62-66
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2007
Electromagnetic forces (Attractive and repulsive force), interacting between current leads show different tendency according to the arrangement of current leads on the top flange of the cryostat and the distance of each lead. Especially in case of high-current electric power devices or high-field magnets, optimal arrangement of current leads becomes one of the safety issues to be considered for minimizing the electromagnetic for ce acting on them. In this paper, we suggest an optimal arrangement method with three pairs of current leads for a 24kV class 650A superconducting fault current limiter (SFCL) system which has a probability of unpredicted fault currents(i.e, 20kA).
Three-phase inductive superconducting fault current limiter (SFCL) with DC reactor rated on 6.6 $KV_{rms}/200 A_{rms}$ has been developed in Korea. This system consists of one DC reactor, AC/DC power converter, and a three-phase transformer, which is called magnetic core reactor (MCR). This paper deals with the short-circuit analysis of the SFCL. The DC reactor was the HTS solenoid coil whose inductance was 84mH. The power converter was performed as the dual-mode operation for dividing voltage between the rectifying devices. The short-term normal operation (1 see) and short-circuit tests (2∼3 cycles) of this SFCL were performed successfully. In regular short-circuit test, the fault current was limited as 30% of rated short-circuit current at 2 cycles after the fault. The experimental results have a very similar tendency to the simulation results. Using the technique for the fault detection and SCR firing control, the fault current limiting rate of the SFCL was improved. From this research, the parameters for design and manufacture of large-scale SFCL were obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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