This paper describes the construction and test results of a 10kVA single phase HTS transformer. Double pancake windings with BSCCO-2223 HTS tape and G10-FRP cryostat with room temperature bore are used in the transformer. Two double pancake windings are connected in series to provide 188 turns and other two double pancake windings are connected in parallel to conduct the secondary current of 45.4[A]. Coefficients of the constructed transformer are obtained using the fundamental teats of the transformer. According to the test results, larger leakage reactance than expected is observed due to the bulky core which surrounds the sryostat.
In the response to the demand for electrical energy, much effort was given to develop and commercialize high temperature superconducting (HTS) power equipment has been made around the world. Especially, a HTS transformer is one of the most promising devices. Recently, Korea Polytechnic University and Gyeongsang National University are developing a power distribution and transmission class HTS transformer that is one of the 21st century superconducting frontier projects in Korea. For the development of 154 kV class HTS transformer, the cryogenic insulation technology should be established. We have been analyzed insulation composition and investigated electrical characteristics such as the breakdown of $LN_2$, barrier, kapton films, and the surface flashover of FRP in $LN_2$. Furthermore, we are going to compare with measured each value and apply the value to the most suitable insulating design of the HTS transformer.
A common problem in many fields of cryogenic power engineering is applying high voltage to cold parts of superconducting apparatus. In many cases, a bushing provides electrical insulation for the conductor which makes the transition from ambient temperature to the cold environment. The 60 kV class cryogenic high voltage bushing for neutral line of the 154 kV / 100MVA high temperature superconducting (HTS) transformer was described. The bushing is energized with the line-to-ground voltage between the coaxial center and outer surrounding conductors; in the axial direction, there was a temperature difference from ambient to about 77 K. For the insulation design of cryogenic bushing, electrical insulation characteristics of the GFRP were discussed in this paper.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.29
no.10
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pp.630-634
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2016
In this paper, we analyzed the power consumption and the accumulated energy in HTSC (high-TC superconducting elements) according to the resistance of HTSC element and the winding current of transformer type SFCL (superconducting fault current limiter) using double quench. For the analysis, two different inductances of the one secondary winding among two secondary windings comprising the transformer type SFCL were selected and the short-circuit tests were carried out. The consumed power and the accumulated energy in HTSC element connected into the secondary winding with larger inductance were analyzed to be larger compared to the one connected into the secondary winding with lower inductance.
We have proposed a 3 phase, 100 MVA, 154 kV class HTS transformer substituting for a 60 MVA conventional transformer. The power transformer of 154 kV class has a tertiary winding besides primary and secondary windings. So the HTS transformer should have the 3rd superconducting winding. In this paper, we designed conceptually the structure of the superconducting windings of a single phase 33 MVA transformer. The electrical characteristics of the HTS transformer such as % impedance and AC loss vary with the arrangement of the windings and gaps between windings. We analyzed the effects of the winding parameters, evaluated the cost of each design, and proposed a suitable HTS transformer model for future power distribution system.
For the analysis of characteristics of a superconducting transformer, we designed and fabricated a 5kVA superconducting transformer with two kinds of secondary winding. Using the results of the open and short tests, we calculated the parameters of its equivalent circuit. We designed also a 5kVA conventional transformer with the same design conditions as the superconducting one. The performances of the superconducting transformer were compared with the performances of the designed conventional transformer and another 5kVA distribution transformer.
HTS (High Temperature Superconducting) Transformer has the several useful characteristics in the viewpoints of technical and economical. Especially, an HTS transformer replaces the copper wire coils in a conventional transformer with lower loss HTS wire In addition, inexpensive, environmentally benign liquid nitrogen replaces the conventional oil as the electrical insulation (dielectric) and provides the necessary cooling for the HTS transformer Therefore, the Life-cycle cost of an HTS transformer is much more attractive than conventional because it is more energy efficient, lighter in weight, smaller in size, and environmentally compliant. HTS transformer can be the best way to replace with conventional transformer in the future. In this paper, we investigate the expected price of HTS transformer to have a merit in viewpoint of economic aspect. First, life-cycle cost of conventional transformer is calculated and based on this, the expected price of HTS transformer is evaluated, which HTS transformer is competitive against conventional transformer.
Important key technologies of high-$T_c$ superconducting (HTS) transformer may include the HTS wire technology, bushing technology, cooling technology, AC loss, reduction technology, large current technology, and cryogenic temperature insulation technology. From among others, the cryogenic temperature insulation technology may be specifically a core technology for ensuring reliability for the smaller size, stability, economic efficiency, and power supply of a transformer. Therefore, the electric insulation technology of a superconducting transformer should be prerequisite. Such relevant studies are ongoing, but still, they are very insufficient for establishing the cryogenic insulation technology as of yet. Therefore, this paper simulated HTS transformer applied with continuous transposed conductor (CTC), which has been studied as a way of reducing AC loss. Also, the paper analyzed the insulation configuration of HTS transformer and bushing, and, accordingly, reviewed various characteristics of insulation breakdown out of liquid nitrogen. Thus, the paper constituted insulation database, and it is going to design the insulation of a transmission class HTS transformer and bushing.
HTS transformers which have been developed until now had only fundamental structures. Among the auxiliary functions of conventional transformers, voltage regulating is the most important one. For the voltage regulation, conventional transformers are equipped with on load tap changers (OLTCS). In this paper, we describe the possibility of the HTS transformer with OLTC. For the case study, we designed a single phase 33 MVA HTS transformer with OLTC. It is one of three individual HTS transformers which composes a 3 phase, 100 MVA transformer. It is expected to substitute for a 3 phase, 60 MVA conventional transformer in Korea. The parameters of an HTS transformer are varied due to the gap length between primary and secondary windings. The length was decided for the transformer to have the impedance of 12 %. Its size was limited to the one of the conventional transformer. The characteristics of the HTS transformer were analyzed in both case of having OLTC and not.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.59
no.3
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pp.330-334
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2010
We tried to combine a transformer with a superconducting element and investigated the current limiting characteristics. When a superconducting element was connected to third winding of the transformer, the fault current was limited to about 90 % effectively. The fault current and consumption power were able to be controlled by the turn's ratio of secondary and third windings. It gives flexibility of the rating of a transformer in the power grid. As a result, power burden of a superconducting element was reduced by the decrease of turn's ratio in third winding of a transformer. It was because the voltage behavior of a superconducting element was dependent on turn's ratio of a transformer while the current characteristic was independent.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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