In order to anticipate gradual increase of fault current in electric power systems, current limiting technology and current limiting device has been investigated for a long time. But the commercial use of current limiting device was delayed due to the lack of effective method to insert impedance to the elective power systems without loss and surplus defects. However, novel current limiting device, which use superconducting materials, was considered as a dream technology to be applied in a distribution and transmission lines. LG Industrial systems and KERPI started to investigate resistive type superconducting fault current limiters in order to develop 154kV fault current limiters and this year, we succeed to test 3 phase 6.6kV/200A fault current limiters. Based on these achievements, 24kV superconducting fault current limiters will be realized withing 3 years which could be tested in a real fields. In this paper, the developments of fault current limiting module which use YBCO thin films, cryogenic systems, the structure and construction of 3 phase fault current limiters and finally the test results of 6.6kV superconducting fault current limiters will be introduced.
The fault current has been increasing due to expansive substation facilities for meeting the increase of demand. To limit increasing fault current in a power system, among methods the superconducting fault current limiter (SFCL) has been considered to be adopted in the power grid. However, in case of adopting SFCL in the power system, most of SFCLs need to solve problems such as recovery, cost. With efforts to solve those problems, the novel fault current limiting device which is called hybrid SFCL is developed. To apply the hybrid SFCL, it has to be needed to analyze application possibility and itself operation characteristics. In this paper, the fault current limiting and operation characteristics of hybrid SFCL with first half cycle the limiting operation in case of various resistances of superconducting element were analyzed through experiment.
When an abnormal condition occurs due to a fault current at a consumer location where electricity is supplied through a high-capacity and high-$T_c$ superconducting(HTS) cable, the HTS cable would be damaged if there is no appropriate measure to protect it. Therefore, appropriate measures are needed to protect HTS cables. The fault-current-limiting HTS cable that was suggested in this study performs an ideal transport current function in normal operations and plays a role in limiting a fault current in abnormal operation (i.e., when a fault current is applied). It has a structure that facilitated its self-current-limiting ability through device change and reconfiguration in the existing HTS cable without extra switching equipment. To complete this structure, it is essential to investigate about the selection of the superconducting wire. Therefore, in this paper, HTS wire using two types of different stabilization layer is compared and examined the stability and current limiting properties under the existence of a fault current.
These days, SFCLs are being developed in order to limit fault current. However, the superconducting elements that limit the fault current have such problems as capacity increase and require auxiliary devices including cooling device. If devices that comprise the current power network can withstand fault current for at least one cycle, it is possible to limit the fault current with current limiting elements by bypassing it on the fault line. In this study, the fault current limiter was configured with current transformer, vacuum interrupter, and current limiting element. Through the experience, it was confirmed that the fault current was limited within one cycle. The superconducting element, as a current limiting element, limited the fault current by 80 % within one cycle from fault occurrence, and the passive element limited it more than 95 %. Also, through the comparison between resistance curve and power consumption curve, it was confirmed that the current limiting element using a passive element was more stable than the superconducting element that required capacity increase and other auxiliary devices. It was considered that the FCL proposed in this study could limit fault current stably within one cycle from fault occurrence by using the existing power technologies such as fault current detection and solenoid valve operating circuit.
For limitation and interruption of short circuit currents from low voltage to extra high voltage applications, the electrical equipment including fuses and circuit breakers, are widely used today. But in order to anticipate increasing needs for effective and competitive device for limiting the growing fault current in electrical power systems, fault current limitation technologies and fault current limitation devices are widely introduced and investigated in these days. Fault current limiters are emerging electric equipment which is under development using various methods including superconducting fault current limiter, solid state fault current limiter, arc driving fault current limiters. And these various methods have some advantages and disadvantages to take into considerations In order to commercialize fault current limiters in the electrical networks, a lot of discussions should be given on the point that fault current limiting methods, need for fault current limiters, coordination with existing protective system, and field experience before commercialization. In this paper, recent trends of fault current limiting technologies will be reviewed and the key issues of superconducting fault current limiters will be dealt with. And finally, future applications of superconducting fault current limiters would be discussed.
The current limiting characteristics of hybrid SFCL with additional power electronic devices was investigated in order to improve operation reliabilities. The hybrid SFCL developed consists of a superconducting trigger (S/T) part, a fast switch (F/S) module and a current limiting (C/L) part. Although hybrid SFCL had shown a excellent current limiting characteristics, this device was rather vulnerable to the residual arc currents which could exist during fast switch operation. This undesirable arc should be extinguished as quickly as possible in order to implement perfect fault current commutation. So, in order to eliminate the residual arcs between fast switch contacts, the power electronic devices (IGBT or GTO) were connected in series between the S/T part and the interrupter of the F/S module. According to the fault tests conducting with an input voltage of $270\;V_{rms}$ and a fault current of $5\;kA_{rms}$, The power electronic devices could perfectly remove the arc generated between the contacts of the interrupter within 4 ms after the fault occurred. From the test analysis, it was confirmed that the hybrid SFCL could enhance the operation reliability by adopting additional power electronic devices.
For the application of superconducting wires to fault current limiting devices, it is required that they have a high rated voltage when a fault occurs. Stabilizer-free coated conductors, particularly, shows a good performance for the high rated voltage, which is beyond 0.6 V/cm. In this study, using the stabilizer-free coated conductors, we made fault current limiting devices and examined their characteristics. Fault current limiting devices were fabricated with a shape of the cylinder of a mono-filar coil winding. Stabilizer-free coated conductors were wound along the mono-filar coil line and the terminal parts between the wire and metal were soldered using In solder. Two kinds of devices were fabricated by a different method in the terminal joint, one was made by a soldering and the other was made by a soldering-free joint. Critical currents and resistance at the joint parts were measured. In addition, long-time current flowing tests were also carried out for the characterization of the fault current limiting devices.
The resistive fault current limiter (SFCL) is a very attractive device for power networks. But it has a serious Problem in using YBCO films for fault current limiter is inhomogeneities caused by imperpect manufacturing. So simultaneous quenches are a difficult problem which elements for current limiting are connected in series for increasing voltage ratings. We investigated extended electric field-current characteristics for current limiting element of YBCO film when O-130mT magnetic field is applied. And quench characteristics were investigated in over all element and between elements of YBCO films. From the experiments, it was shown that applied magnetic fields using solenoid coil induced uniform quench distribution for over all stripes and simultaneous quench in all elements for current limiting of YBCO film was realized. We have achieved resistive fault current limiter of 1.2kV/20A rating using magnetic field.
Superconducting fault current limiter(SFCL) is expected to be introduced into electric power system in future as an effective countermeasure for the increase of the short-circuit current due to the growth of the electric power system. SFCL has a merit that the fault current can be limited by the resistance generated when a superconductor transits from a superconducting state to a normal state without additional detecting device. In this paper, we investigated the resistance variance of resistive type SFCL and the fault current limiting characteristics due to the amplitude of source voltage. We could obtain the more effective fault current limiting characteristics of SFCL as the source voltage increased.
For limitation and interruption of short circuit currents from low voltage to extra high voltage applications, the electrical equipment including fuses and circuit breakers, are widely used today. But in order to anticipate increasing needs for effective and competitive device for limiting the growing fault current in electrical power systems, fault current limitation technologies and fault current limitation devices are widely introduced and investigated in these days. Furthermore, the applications of high temperature superconducting materials (HTSC) into the current limiting devices are new approach for developing of novel and effective col-rent limitation electrical equipment. In this research, the necessities of current limitation technology and the developed and developing current limitation devices for power systems are introduced. Finally, the investigation of resistive type fault current limiters which is under development by LG and KEPCO were introduced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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