This paper shows the entire future market volume of the HTS power industry, one of main smart grid equipment, in the case of the final market penetration ratio reaching 100% in the domestic market (South Korea). In this paper, the market penetration ratio is determined using the judgment method, with the market penetration S-curve induced using the Delphi method and the Product Life Cycle from 2011 (supposed launching year, not realistic physical year), to 2050 (expected final target year). This paper analyzes the HTS market penetration ratio of each stage, apparent innovation, early adapters, and the early/late majority and laggard stage, using the S-curve, thus calculating the total future market volume of HTS equipment in the positive sense. Finally, this paper estimates the quantitative analysis results for the HTS4-items (cable, FCL, transformer, rotation machine) of each year within the domestic market.
BSCCO HTS(High Temperature Superconductor) could be applied to superconducting cable, magnet and motor, using its hight critical properties. Especially, superconducting cable has a hight possibility of practical use due to the possibility of low voltage and high capacity transmission caused by its lower power loss than copper cable. In this paper, the transport characteristics of BSCCO superconducting cable, according to the change of BSCCO superconducting cable's accident point at phase $0^{\circ}$ and $45^{\circ}C$, were analyzed and compared each other. Consequently, when the accident was occur the resistance of the HTS was higher at the point phase $0^{\circ}$ than $45^{\circ}$ which means it will cause much higher load on the HTS.
It is important to control layer current distributions of coaxial multi-layer HTS cables, because a homogeneous layer current distribution decreases AC loss and can supply the largest operational current. We have extended the theory that treat the operational current more than the critical current by considering V-I nonlinear characteristics of HTS tapes including flux flow resistance and contacting resistance between the cable and terminals. It is important to investigate the current distribution under the condition of operational current more than the critical current of cable, because the cable has experiences of fault current. In order to verify the extended theory, we have fabricated a two layers cable with the same twisting layer pitch. It was observed that almost all the operational current less than the critical current flowed on the outer layer because of its lower inductance. In case of operational current more than critical currents of layers, the flux flow resistances affect strongly current waveform and thereby the currents of layers were determined by the flux flow resistances. And we investigated breakdown characteristics in $LN_{2}$/paper composite insulation system for the application to a HTS cable. In this experiment, we got some information out of that the electrical characteristics of the insulation materials depends on the condition of butt gap.
Since the year 2008, the first demonstration project of the superconducting cable for the KEPCO grid operation has been in progress. To apply the HTS (High Temperature Superconducting) cable system into the commercial network, a new test complex was built in the 154kV Icheon substation and the on site assembly of 22.9kV, 50MVA HTS cable with the cryogenic refrigeration system was finished. A full scale of HTS cable fabricated with 2nd generation wire is to be in service in KEPCO network. In this paper, a series of processes of the installation and operation test are introduced.
An HTS power cable is generally composed of 2 layers for conducting and 1 layer for shielding. For the analysis of AC loss of an HTS power cable, 2-dimensional magnetic field analysis is carried out. The magnetization loss in HTS cable core was calculated, and the transport current loss was obtained from the monoblock equation and the elliptical Norris Equation. And the total AC loss of the cable was expected by the sum of magnetization loss and transport current loss. The variation of ac loss with respect to the gap and uncertain factor between the superconducting tapes was investigated, and the ac loss of 22.9kV/50MVA high-Tc superconducting power cable was calculated. These results well agree with those of experiment.
This paper specifies the new power supply paradigm converting 154kV voltage level into 22.9kV class with equivalent capacity using superconducting rower facilities and analyze the fault current characteristics with and without HTS-FCL (High Temperature Superconducting-Fault Current Limiter). Superconducting new power system is the power system to which applies the 22.9kV HTS cable in parallel to HTS transformer and HTS-FCL with low-voltage and mass-capacity characteristics replacing 154kV conventional cable and transformer. The fault current of superconducting new power system will increase greatly because of the mass capacity and low impedance of HTS transformer and cable. This means that the HTS-FCL is necessary to reduce the fault current below the breaking current of circuit breaker. This paper analyze the fault current and suggests the parallel HTS-FCL scheme complementing the inherent problem of HTS-FCL, that is recovery after quenching is impossible within shorter than a few seconds.
High temperature superconducting (HTS) power cable requires forced sub-cooled LN2 flow cooling. Liquid nitrogen is circulated by a pump and cooled back by cooling system. Typical operating temperature range is expected to be between 65 K and 77 K. The HTS power cable needs sufficient cooling to overcome its low temperature heat load. For successful cooling, the hydraulic characteristics of the HTS power cable must be well investigated to design the cables. Especially, the pressure drop in the cable is an important design parameter, because the pressure drop decides the length of the cable, size of the coolant circulation pump and circulation pressure, etc. This paper describes measurement and investigation of the pressure drop of the cooling system. In order to reduce the total pressure drop of the cooling system, the flow rate of liquid nitrogen must be controlled by rotational speed of the circulation pump.
For the insulation design of a HTS cable, the withstand voltage of three kinds were proposed. One of them is the AC design withstand voltage, another is the impulse design withstand voltage, and the other is the partial discharge inception stress. However, the multi-layered effect was not considered on insulation design of a HTS cable at existent design process. Therefore in this paper, the electrical breakdown characteristics by multi-layered effect of LPP insulation paper were investigated. Based on these results, the insulation thickness of 22.9 kV class HTS cable was designed, and compared with existent design process.
The HTS power cable is composed of 2 layers for transmission and 1 layer for shield. The superconducting tapes of transmission layers and shield layer are wound in a cylindrical shape with a winding pitch. The radius of cylinder and the number of superconducting tapes are decided considering to the transmission current capacity and the critical current of superconducting tapes. The increasement of transmission current capacity will increase in volume of HTS cable system. In this paper, the composition method of supercondcuting power cable using the multi-cable is presented. The coated conductor tape can be wound on the smaller cylinder because it has the smaller critical bending diameter than the BSCCO tape. A small-scale cable was composed using the coated conductor tapes and a multi-cable is composed using a small-scale cable considering to transmission current capacity. Even increase of transmission current capacity, this method has advantage that the HTS superconducting power cable can be composed easily. The 22.9 kV and 154 kV superconducting power cable was composed using the presented method.
The model of terminal cryostat for HTS power cable is conceptually designed. In this paper we defined that heat loads of the terminal cryostat was only cooled by the liquid nitrogen without cooling gas. Total heat loss calculated by analytical and numerical methods are 46.4W at 0A and 69W at 1260A for the 3-Phase HTS power cable system of 50MW, 22.9kV.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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