En strömbrytare är en säkerhetsanordning som är utformad för att bryta strömmen om ett problem uppstår. Det finns ett flertal olika typer av brytare beroende vilket spänningsområde som avses. Brytare för lågspänning används för hushållsapparater, medan högspänningstyper används för överföring av spänning i elnätet. Högspänningsbrytare använder idag svavelhexafluorid (SF6)-gas, som ett isolerande medium för att släcka den elektriska ljusbåge som bildas när strömmen bryts. SF6 är dock problematiskt för miljön, då dess globala uppvärmningspotential (GWP) är 23 500 gånger högre jämfört med koldioxid (CO2). Företaget Hitachi ABB Power Grids har utvecklat AirPlus™-tekniken som ersätter SF6-gasen med en koldioxidbaserad gasblandning. Examensarbetet fokuserade på att utvärdera möjligheten att minska användningen av SF6 genom AirPlus™-tekniken och hur tekniken skulle kunna en introduceras på marknaden. Slutligen så utvecklades en strategi för hur detta skulle kunna ske. Studien innefattar den bakomliggande informationsinhämtningen och analysen av data, marknadsutvärdering och utvecklingen av marknadsstrategin. Detta utfördes genom att utvärdera AirPlus™-tekniken och dess konkurrenter, samt genom en kvalitativ och kvantitativ analys av implementeringen av LTA 420 kV-brytaren på marknaden. Sammanfattningsvis så visar studien att marknadsintroduktionen av strömbrytaren LTA 420 kV är genomförbar. Även om koldioxid tekniskt inte har samma prestanda som SF6, är tekniken fortfarande bra och ger starka kundfördelar: GWP minskar med över 99,9%, användningen överensstämmer med miljöregler, den ger lägre ägandekostnader, färre kontroller, lägre kostnad för hantering av koldioxidgasen, och fungerar väl vid extremt låga temperaturer. De viktigaste utmaningarna för Hitachi ABB Power Grids relaterar till konkurrensen på marknaden. Det är därför tillrådligt att företaget arbetar med en effektiv marknadsintroduktion för att säkerställa en stor marknadsandel. / A circuit breaker is a safety device designed to interrupt power if a problem is detected. There are several kinds of circuit breakers for different applications. Low-voltage circuit breakers are used for household appliances, while high-voltage types are used for transmission networks. High-voltage circuit breakers use sulfur hexafluoride (SF6) gas as an insulating medium, which extinguishes the electric arc that is formed when power is cut. However, it is a huge hazard for the environment, as its global warming potential (GWP) is 23,500 times higher than that of CO2 gas. The company Hitachi ABB Power Grids developed the AirPlus™ technology, which replaces the SF6 gas with a carbon dioxide (CO2) based gas mixture. The presented degree project has evaluated the feasibility of reducing the use of SF6 through the AirPlus™ technology and then developed a strategy for the company Hitachi ABB Power Grids for the market introduction of the eco-efficient LTA 420 kV circuit breaker. This study covers the background research, market evaluation, and market strategy.  It was done through research about the AirPlus™ technology and its competitors, so as qualitative and quantitative analysis of the LTA 420 kV circuit breaker implementation in the market. In conclusion, the study shows that the market introduction of the LTA 420 kV circuit breaker is feasible. Although CO2 is not as good an insulation medium as SF6, it is still good and presents strong customer benefits: GWP reduced by over 99.9%, compliance with new regulations, lower cost of ownership, fewer regulatory controls, reduced cost of handling the gas, and well-functioning at extremely low temperatures. The main concerns for Hitachi ABB Power Grids are related to market competition. Thus, it is advisable that the company works on an effective market introduction to assure a large market share.

High Voltage Direct Current (HVDC) is a rapidly growing form of power transmission that offers advantages with respect to conventional AC networks. One of the key elements that will allow the generalization of the HVDC grids is the Circuit Breaker (CB), which has to interrupt high DC currents in extremely short times. The use of a Thomson coil (TC) to generate high driving forces is being considered as a suitable working principle for the mechanical actuator inside the CB. This thesis presents the design of a concept of a mechanical actuator based on the Thomson coil for SCiBreak AB, a company whose final objective is to create a complete ultra-fast circuit breaker for HVDC lines. The design phase had to face challenges with the high forces required to open a gap between electrical contacts in just a few milliseconds. A detail design for the different components of the actuator was performed and analytical and CAD models of the system were generated. This thesis also included the construction and testing of a prototype at the company’s premises. The final output was the analysis and discussion of the experimental results of the prototype, as well as suggestions for the future development of the mechanical actuator. / Högspänd likström (HVDC, från engelskans High Voltage Direct Current) är en snabbt växande form av kraftöverföring som har många fördelar jämfört med konventionella växelströmsnätverk. Ett av huvudelementen i nätet är strömbrytaren (CB, från engelskans Circuit Breaker), vilken möjliggör avbrott i de höga likströmmarna på extremt korta tider. Användandet av en Thomson-spole (TC, från engelskans Thomson Coil) för att generera höga drivkrafter anses vara en lämplig arbetsprincip för manöverdonet inuti CB. I detta projekt konstruerades ett koncept av ett mekaniskt manöverdon baserat på Thomson-spolen för SCiBreak AB, ett företag vars slutliga mål är att skapa en komplett ultrasnabb strömbrytare för HVDC-linjer. Designfasen mötte utmaningar med de höga krafter som krävs för att öppna ett gap mellan elektriska kontakter på bara några millisekunder. En detaljdesign för de olika komponenterna i manöverdonet utfördes och analytiska och CAD-modeller av systemet genererades. Projektet omfattade också tillverkning och provning av en prototyp i företagets lokaler. Slutprodukten var en analys och en diskussion av prototypens experimentella resultat samt förslag till framtida utveckling av det mekaniska manöverdonet.

Characterizing  power  switches  is  an  indispensable  step  when  designing  a  converter.  This  thesisinvestigates ways to achieve static and dynamic characterization of semiconductors for high power applications such as power grid or train traction. The static characterization has been tested with a Keysight B1506A device analyzer. The problems encountered have been analyzed and corrected.Then the design of a high current switching test bench for dynamic characterization is explained. The full-bridge  configuration  allows  controlled  and  spontaneous  commutations  so  the  bench  can measure hard and soft switching. The voltage can be up to 10 kV and the current up to 3 kA during the commutation. The choice of the probes is justified. The issues of bandwidth, input impedance and common mode current are taken into account. Data are processed in order to interpolate theswitching loss in hard and soft switching. / Karaktärisering  av  halvledarbrytare  är  ett  viktigt  steg  när  man  utformar  en  omvandlare.  Dennaavhandling undersöker olika sätt att uppnå statisk och dynamisk karakterisering av halvledare för högeffekttillämpningar såsom elnät eller ellok. Statisk karaktäriseringen har utförts med en Keysight B1506A-enhetsanalysator. De problem som uppstått har analyserats och korrigerats.Utformningen    av    en    testbänk    för    dynamisk    karakterisering    förklaras.    Den    kompletta bryggkonfigurationen möjliggör kontrollerad och spontan kommutation med spänningar upp till 10 kV och  strömmar  upp till 3 kA så att  bänken kan mäta hård  och mjuk  växling.  Valet  av sonderna förklaras.   Frågorna   om   bandbredd,   ingångsimpedans   och   common-mode   ström   tas   med   iberäkningen. Data bearbetas för att interpolera kopplings förlusten i hård och mjuk växling.