Transient Thermal Analysis of HTS DC Cables Cooled With Gaseous Helium Using a Volume Element Method

Suttell, Nick G.; Vargas, J.V.C.; Ordóñez, Juan C.

doi:10.1109/tasc.2016.2639030

Cited by 4 publications

(4 citation statements)

References 8 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…The capability to also accurately capture the temperature gradients around a hot spot is enabled by the use of a static non-uniform spatial grid along the axis. In [55] the same model is applied to investigate the cool-down time of the cable, with various GHe flow rates. The work in [54] is extended also in [56,57] to include a 1D equation for the pressure drop along the GHe cooling channels, the differential form of which is reported in equation ( 13):…”

Section: Modelsmentioning

confidence: 99%

Thermal-hydraulic models for the cooling of HTS power-transmission cables: status and needs

Savoldi¹,

Placido²,

Viarengo³

2022

Supercond. Sci. Technol.

View full text Add to dashboard Cite

An overview of the main peculiarities of the models currently available in literature for the thermal-hydraulic analysis of the cooling of the HTS power transmission cables, mainly in nominal operating conditions, is performed. Several models address specific issues such as the temperature distribution along or across the cables, and their pressure drop, typically with a simplified approach. The verification and validation of the models has not been systematically addressed so far. From the analysis of the available literature, the lack of a general model, capable to address thermal-hydraulic transients for the cooling of the different possible cable designs, with capability to catch both the behaviour of the cable solid components and different cryogens, is highlighted. The main ingredients that such general thermal-hydraulic model should not miss are presented, also based on the know-how on, and comparison to, similar tools for LTS cables for nuclear fusion applications.

show abstract

Section: Modelsmentioning

confidence: 99%

Thermal-hydraulic models for the cooling of HTS power-transmission cables: status and needs

Savoldi¹,

Placido²,

Viarengo³

2022

Supercond. Sci. Technol.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…In order to realize the large-scale application of medium-and highvoltage DC networks for ships, it is necessary to overcome the technical bottlenecks, including the design and development of key equipment, grid optimization and safety protection, as well as the development of corresponding specifications and standards systems [103][104][105]. In the selection of key DC equipments (e.g., DC circuit breaker, DC cable, high-voltage high-power converter, and DC current limiter), the current development level of equipment still cannot meet the application-based requirements of medium-and high-voltage DC networks [106][107][108][109]. For example, the current DC network for ships often adopts the E-PP technology.…”

Section: Tablementioning

confidence: 99%

A review of multi-energy hybrid power system for ships

Yuan

Wang

Yan

et al. 2020

Renewable and Sustainable Energy Reviews

126

View full text Add to dashboard Cite

“…In these works, Newton-Raphson and Runge-Kutta methods are used for the steady-state and transient numerical solution, respectively. VEM approach gains ground even in the most relevant studies [140,141] for transient thermal analysis of HTS cables. Finally, recent efforts on the same topic use multi-physics software as COMSOL R [142], 4-C code [143] or thermal network methods (TNM) to determine temperature distribution over superconducting power equipment [144].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…Occurrence of transient over voltages needs to be considered for termination and protection system designs for electric ships using HTS power cables. More recently, in [140] and [141], detailed transient thermal analysis of HTS dc cables was presented and system contingencies in which the system undergoes a transition that may lead to quenching were studied. It is shown that transient models for several potential contingencies are useful tools for design, operational protocol, and managing HTS cable systems potentially serve several critical loads.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Control of superconducting dc transmission systems and solution of coupled electrothermal superconducting cable model

Δούκας¹

View full text Add to dashboard Cite

Ο βασικός σκοπός αυτής της διατριβής είναι η διενέργεια μελετών σχετικά με υπεραγώγιμα συστήματα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας συνεχούς ρεύματος. Το πρώτο κομμάτι της έρευνας εστιάζει στη μοντελοποίηση και το σχεδιασμό του ελέγχου για υπεραγώγιμες διασυνδέσεις συνεχούς ρεύματος μεταξύ δύο στιβαρών ή ασθενών συστημάτων. Επιπλέον, μελετώνται εναλλακτικά σενάρια ενσωμάτωσης υπεραγώγιμων διασυνδέσεων συνεχούς ρεύματος εντός συμβατικών δικτύων συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος. Μέσω μιας μελέτης εφαρμοσιμότητας, δίνεται έμφαση στην ιδανική διαστασιολόγηση των στοιχείων του συστήματος, στη συνεισφορά του καλωδίου στη μείωση των απωλειών όπως επίσης και σε στοχευμένες βελτιώσεις στο επίπεδο του ελέγχου που θα προσδώσουν πρόσθετη απόσβεση. Η ανάλυση δοκιμάζεται τόσο σε στάσιμη κατάσταση όσο και για την εξέταση μεταβατικών φαινομένων για να αποδείξει ότι με την κατάλληλη μοντελοποίηση του καλωδίου όσο και με στοχευμένες βελτιώσεις στο επίπεδο του ελέγχου, η υπεραγώγιμη μεταφορά συνεχούς ρεύματος μπορεί να αποτελεί ρεαλιστικό σενάριο στο εγγύς μέλλον. Το δεύτερο μέρος της διατριβής ασχολείται με την ενδελεχή ανάλυση και επίλυση του θερμικού και ηλεκτροθερμικού μοντέλου ενός υπεραγώγιμου καλωδίου συνεχούς ρεύματος. Αναφορικά με τη θερμική μοντελοποίηση, γίνεται χρήση της μεθόδου στοιχειωδών όγκων με σκοπό την επίλυση των εξισώσεων μεταφοράς θερμότητας σε ένα δισδιάστατο αμφισυμμετρικό μοντέλο καλωδίου και την εξαγωγή της κατανομής θερμοκρασίας και πίεσης ως προς μήκος και χρόνο. Για τη μοντελοποίηση του ηλεκτρικού κομματιού, εισάγονται δύο προσεγγίσεις, για τη μελέτη είτε της στάσιμης είτε της μεταβατικής κατάστασης. Για την πρώτη, θεωρείται κατάτμηση του καλωδίου σε εν σειρά συνδεδεμένα Π-ισοδύναμα κυκλώματα ενώ για τη δεύτερη γίνεται χρήση της μεθόδου πεπερασμένων διαφορών στο πεδίο του χρόνου με σκοπό τον υπολογισμό ρευμάτων και τάσεων ως προς χρόνο και χώρο επίσης. Η ηλεκτροθερμική σύζευξη και στις δύο περιπτώσεις είναι αμφισήμαντη καθώς το ρεύμα μεταφράζεται σε παραγωγή θερμότητας ενώ η μεταβολή της θερμοκρασίας οδηγεί σε μεταβολή της αντίστασης των υλικών. Τέλος, τα μοντέλα που αναπτύχθηκαν είναι γενικευμένα, ακριβή και συνδυασμένα με αποδοτικούς αριθμητικούς επιλυτές με σκοπό τη συστηματική διερεύνηση της θερμικής και ηλεκτροθερμικής συμπεριφοράς, τόσο υπό στάσιμη όσο και υπό μεταβατική κατάσταση, οποιουδήποτε υπεραγώγιμου καλωδίου. Οι προτεινόμενες μεθοδολογίες αποτελούν χρήσιμα εργαλεία για την ανάδειξη ενός πλαισίου ασφαλούς λειτουργίας εντός του οποίου ο υπεραγώγιμος εξοπλισμός είναι διασφαλισμένος.

show abstract

Transient Thermal Analysis of HTS DC Cables Cooled With Gaseous Helium Using a Volume Element Method

Cited by 4 publications

References 8 publications

Thermal-hydraulic models for the cooling of HTS power-transmission cables: status and needs

Thermal-hydraulic models for the cooling of HTS power-transmission cables: status and needs

A review of multi-energy hybrid power system for ships

Control of superconducting dc transmission systems and solution of coupled electrothermal superconducting cable model

Contact Info

Product

Resources

About