MEASUREMENT OF AC LOSSES IN INDUCTIVE HTS FAULT CURRENT LIMITERS

Abstract

Power failures in high risk locations cause serious consequences in our day-to-day life. To ensure that this does not happen, it is essential to use instruments responsible for dealing with short circuits that inevitably occur, and thus, protecting equipment used in electrical energy distribution and transport. Their actions can save a lot of investments in fixings and replacements of many devices affected by short circuits. Super-conducting Current Fault limiters (SFCLs) are commonly used to protect equip- ment in these networks, so it is important to be aware of the possible wear of the SFCL’s so they may not affect the performance of other network equipment. They can be integrated into multiple locations in electrical grids, contributing to the electrification of the energy system, and taking an important role in Energy Transition. Among the several kinds of SFCLs that have been developed, it is the Inductive Transformer-Type SFCL that will be the focus of this dissertation. It is comprised of a three-phase transformer with a short-circuited HTS winding as its secondary. By inducing voltage into these superconducting windings, AC losses are generated. The purpose of this dissertation is to analyze the AC losses that affect the lifespan of Transformer-type SFCLs using a computer program developed in Python. By studying how the HTS windings will perform when integrated into SFCLs based on their characteristics, we can draw conclusions that will help enhance the production and design of HTS windings to reduce AC losses and improve the performance of SFCLs. This objective was accomplished by creating three HTS windings from HTS tapes using methods for superconductor soldering and jointing, as well as developing multiple critical equipment for maintaining good system performance during operation. The SFCL in question is in normal operation (not when a short circuit occurs) and in Single-phase; the losses will be measured based on the instantaneous current and the electromotive force present on the HTS windings. Other experiments were made to test the methods of mea- suring the Solder Joint Resistance of the samples and their AC Losses when incorporated or not into the Inductive Transformer-type SFCL.

As falhas de energia em locais de risco causam graves consequências no nosso dia a dia. Para garantir que isso não aconteça, é fundamental a utilização de instrumentos responsáveis por lidar com os curtos-circuitos que inevitavelmente ocorrem e, assim, proteger os equipamentos utilizados na distribuição e transporte de energia elétrica. As suas ações podem economizar muitos investimentos em consertos e substituições de muitos dispositivos afetados por curtos-circuitos. Os limitadores de corrente de curto-circuito supercondutores (SFCLs) são normal- mente usados para proteger equipamentos nessas redes, daí a importância em observar qualitativamente os SFCLs para que estes não afetem o desempenho de outros elementos da rede. Podendo ser integrados em múltiplos locais das redes elétricas, contribuem para a eletrificação de sistemas energéticos, são assim importantes na Transição Energética. Dos diversos tipos de SFCLs que foram desenvolvidos, é o SFCL do Tipo Transformador Indutivo que será o foco desta dissertação. É composto por um transformador trifásico com enrolamento HTS em curto-circuito como secundário. Ao induzir tensão nesses enrolamentos supercondutores, são geradas perdas AC. O objetivo desta dissertação é analisar as perdas AC que afetam a vida útil de SFCLs do Tipo Transformador, utilizando um programa de computador desenvolvido em Python. Ao estudar o desempenho dos enrolamentos HTS quando integrados aos SFCLs, com base em suas características, podemos tirar conclusões que ajudarão a melhorar a produção e o projeto de enrolamentos HTS para reduzir as perdas AC e melhorar os seus desempenhos. Este objetivo foi alcançado ao criar três enrolamentos HTS a partir de fitas HTS usando métodos para soldadura e união de supercondutores, bem como desenvolver vários equipamentos críticos para manter o bom desempenho do sistema durante a operação. O SFCL em questão está em operação normal (não quando ocorre curto-circuito) e em regime Monofásico; as perdas serão medidas com base na corrente instantânea e na força eletromotriz presente nos enrolamentos do HTS. Outras experiências foram realizadas para testar os métodos de medição da Resistência da junta de solda das amostras e as suas perdas AC quando incorporadas ou não no SFCL do tipo Transformador Indutivo.