Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Multi-physical Simulations of High Voltage Circuit Breakers
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology.
2017 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

This report is the outcome of a 6-month Master’s Thesis carried out at General Electric Grid Solutions in Villeurbanne within the LTDT team in the Circuit Breaker and Bay Development (CB2D) department of the Apparatus Research Center (ARC). It presents both the innovative methodology adopted and the results obtained along the project.

The Master’s Thesis deals with high voltage circuit breakers and is focused on one project, which will be called CB2 for confidentiality reasons. The aim of the project is to design a new circuit breaker, the CB2, based on an existing circuit breaker, with a cost reduction of 25% in order to adapt the device to the Indian market. To do so, numerical simulations on a software platform called MC3 were implemented. Simulations are indeed quicker and much cheaper than real tests. MC3 is a 2D axisymmetric solver, thus it is necessary to calculate 2D equivalent sections and volumes of the circuit breaker.

The first step of the project is to calibrate the MC3 tool for the original device, called CB1. Before implementing the tests on MC3, a mechanical study is led in order to study both the wear and the velocities in these different tests. The conclusion of the study asserted that the velocities are lower than expected on almost all of the tests, however, the levels of wear are sometimes critical. The calibration –comparison of the overpressure in the thermal volume – is carried out based on one parameter, the FRAC (fraction of the radiative flux involved in the ablation process); each default and arcing time is thus tested with two FRAC values: 0.8 and 1.1. The first step was invalidated due to the high wear of the circuit breaker. FRAC 1.1 shows more accurate results than FRAC 0.8. However, the pressure differentials are lower in all MC3 calculations than in real tests, which may be due to the high wear and low velocities (reduced by 3 m/s) compared to the old device.

Finally, some modifications of the CB1’s geometry are recommended based on different studies in order to improve the design of CB2. Those modifications will be tested on MC3 by the next interns at ARC.

Abstract [sv]

 Denna rapport är resultatet av en sex-månaders examensarbete utförd vid General Electric Grid Solutions i Villeurbanne, Frankrike, inom LTDT laget av Circuit Breaker Bay Development (CB2D) avdelningen som ingår i Apparatus Research Center (ARC). Både den innovativa metoden som använts och de resultat som uppnåtts under arbetets gång presenteras härmed.

Examensarbetet behandlar högspänningsbrytare och är inriktad på ett projekt som kommer att kallas för CB2 av sekretesskäl. Syftet med projektet är att utforma en ny brytare, CB2, baserad på den befintliga brytaren CB1 med en kostnadsminskning på 25% för att anpassa enheten till den indiska marknaden. För att göra detta, numeriska simuleringar av strömbrytarens interna termomekaniska processer har genomförts på en programvara som kallas för MC3. Simuleringar är faktiskt snabbare och mycket billigare än riktiga tester. MC3 använder sig av 2D-rotationssymmetriska beräkningar, därför är det nödvändigt att avspegla flertalet 2D avsnitt i motsvarande mängd för att simulera strömbrytaren.

Det första steget i projektet är att kalibrera MC3 verktyget på den ursprungliga enheten, strömbrytaren CB1, med sina välbeprövade parametrar. Innan simuleringsprocessen för CB2 genomförs på MC3 har en mekanisk studie inletts för att studera både slitaget och hastigheterna i den nya enheten. Slutsatsen av studien tillstyrker att hastigheterna blir lägre än väntat på nästan alla drivrutiner, dock kan slitagenivåerna bli kritiska. Simulationsprocessen för CB2 – nämligen en jämförelse av övertrycket i den termiska volymen - genomförs baserat på en varierande parameter, FRAC (fraktion av strålningsflödet som påverkar slitaget genom ablationsprocessen); varje tidsberoende verkan inom enheten har beräknats med två FRAC värden: 0,8 och 1,1. Ett första steg ansågs ogiltigt på grund av den höga slitaget av effektbrytaren, således FRAC 1,1 visar mer exakta resultat än FRAC 0,8. Däremot är tryckökningen lägre i alla MC3 beräkningar än i verkliga tester, vilket kan bero på den det höga slitaget och den låga hastigheterna (som minskar med 3 m/s) jämfört med den ursprungliga strömbrytaren.

Slutligen har några specifika ändringar på CB1:s geometri föreslagits för att bättre utforma CB2, baserat på olika studier. Dessa modifikationer kommer att simuleras igen på MC3 plattformen av nästföljande praktikanter vid ARC.

Place, publisher, year, edition, pages
2017. , p. 80
Series
EGI_2017-0012 MSC EKV 1178
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-210221OAI: oai:DiVA.org:kth-210221DiVA, id: diva2:1117482
Supervisors
Examiners
Available from: 2017-06-29 Created: 2017-06-29 Last updated: 2017-06-29Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3370 kB)166 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3370 kBChecksum SHA-512
dfffa7d16d553613187fe96805a1edaf9093866bc3c4ab401a1fc5f8da30f6cab906338cad4f1c8da322a9995f46863a76121c406789226fa288d870f48d850f
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Energy Technology
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 166 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 614 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf