To ensure the safe operation of high-voltage direct current grids, circuit breakers are used to disconnect a faulty link from the rest of the grid. Incorporating vacuum interrupters as a part of these circuit breakers constitutes an outstanding technology for such DC interruptions. However, testing the interrupters take a long time and can be very expensive. Hence, to reduce the time and cost of testing the interrupters, the purpose of this project was to find the most important parameters to test in a vacuum interrupter to evaluate it for use in a DC circuit breaker. This was done by modeling the particle density, before and after current-zero, and the post-arc current using a new model along with existing ones. Review of existing research was also included to support the models in order to draw conclusions regarding reignitions and restrikes. dI/dt before current-zero, dV /dt after current-zero, and contact gap length were found to be the key contributors for reignition, while temperature, contact surface condition and contact gap length were of great importance for restrikes. These breakdowns should occur around the center of the contact surface, or at surface protrusions. The following parameters should be varied when testing vacuum interrupters: dI/dt before current-zero, ranging from 10 A µs−1 to 800 A µs−1; arcing current, from 1 kA to 20 kA; arcing time, from 1 ms to 4 ms before current-injection; dV /dt after current-zero, from 0.5 kV µs−1 to 20 kV µs−1; maximum TRV from 5 kV to 25 kV, to find the threshold voltage for failed interruption; and gap length, from 1 mm to 10 mm, to find the critical gap length. Furthermore, temperature should also be measured, though measuring postarc current seems to be of lesser importance. To minimize damage to the interrupter, it was recommended to start with higher gap lengths with low values on everything else. / För att säkerställa ett stabilt kraftflöde för högspända likströmsnät används brytare för att isolera defekta delar från resten av nätet. Vakuumbrytare kan utgöra en viktig komponent i sådana likströmsbrytare. Att testa brytarna tar dock lång tid och kan bli mycket dyrt. För att minska på tiden och kostnaderna för att testa brytarna, var syftet med detta projekt att hitta de viktigaste parametrarna att testa i en vakuumbrytare för att utvärdera den för användning i en likströmsbrytare. Detta gjordes genom att modellera partikeldensiteten före och efter nollgenomgången i strömmen, och strömmen som uppstår efter den nollgenomgången genom att använda en ny modell med hjälp av äldre modeller. Granskning av befintlig forskning inkluderades också för att stödja modellerna och dra slutsatser om nytändning och återtändning. dI/dt före strömnollgenomgången, dV /dt efter strömnollgenomgången, bågströmmen och kontaktseparationen visade sig vara nyckelparametrar för nytändning. Temperaturen, kontaktytstillståndet och kontaktseparationen var av stor betydelse för återtändning. Dessa elektriska urladdningar hade en högre sannolikhet att ske närmare mitten av kontaktytan eller vid små spetsiga ojämlikheter. Följande parametrar bör varieras vid testning av vakuumbrytare: dI/dt före strömnollgenomgången, från 10 A µs−1 till 800 A µs−1 ; strömmen före strömnollgenomgången, från 1 kA till 20 kA; ljusbågstiden, från 1 ms till 4 ms; dV /dt efter strömnollgenomgången, från 0.5 kV µs−1 till 20 kV µs−1 ; maximala TRV, från 5 kV till 25 kV, för att hitta tröskelspänningen för misslyckat brytning; och kontaktseparationen, från 1 mm till 10 mm. Att mäta strömmen efter strömnollgenomgången verkade vara av mindre betydelse. Dock föreslogs det att mäta temperaturen på vakuumbrytaren. För att minimera skador på brytaren rekommenderades det att börja testandet med högre kontaktseparationer med låga värden på allt annat.

The aim of the present thesis is to improve and optimize a Thomson coil based actuatorfor medium voltage vacuum interrupters. The Thomson coil based actuator’s concept isdiscussed. The thesis presents analytical as well as finite element models of the actuatoralong with a comparison of their results. Several experimental setups have been built forthis degree project and they are described in the thesis. Measurements from these setupsare also compared to simulation results. The thesis concludes by drawing conclusionsfrom the compared results and proposes possible directions for additional work in thenear future. / Målsättningen för denna uppsats är att förbättra och optimera en aktuator för mellanspänningsvakuumbrytare baserad på en Thomsonspole. Aktuatorkonceptet analyserasoch diskuteras. Uppsatsen presenterar analytiska modeller såväl som numeriska modellerför FEM av aktuatorn, samt jämförelser av resultaten från simuleringar gjorda av dessa.Flera experimentuppställningar har byggts under detta examensprojekt och beskrivs idenna uppsatsen. Mätningar från dessa uppställningar jämförs också med resultaten frånsimuleringarna. Uppsatsen drar slutligen slutsatser utifrån resultaten och föreslår möjligavägar för ytterligare arbete på området inom en snar framtid.

Vakuumbrytare som utsätts för höga kortslutningsströmmar (kA) kan förstöras om den rörliga kontaktdelen i brytaren studsar tillbaka för långt efter att den har nått sitt ändläge. Detta p.g.a. att det sker en spänningskollaps mellan kontaktytorna så att en ny ljusbåge uppstår vilket bränner sönder kontaktytorna. En lämplig dämpningsmekanism för att försöka förhindra en återstuds av kontakten fordras. Hur detta kan utvärderas m.h.a. en matematisk modell som bygger på en differentialekvation framtagen ur krafterna som verkar på det mekaniska fjädersystemet, för att försöka uppskatta dämpningskoefficient behandlas i denna rapport. Resultatet visar att en oljedämpare med en slaglängd på max 8 mm är bäst lämpad som dämpare av det mekaniska systemet. Detta baseras på de slutsatser som dras av den matematiska modellen ihop med jämförelser av det verkliga rörelsebeteendet hos brytaren. / <p>Programvaran (skript för Matlab/GNU Octave) som utvecklades för detta projekt kan med fördel användas som bas av framtida studenter som eventuellt fortsätter att arbeta med samma ämne hos Hughes Power System AB. Framför allt gränssnittet för in- och utmatning kan återanvändas så att mer tid kan läggas på kärnfrågan. Detta förutsatt att läroverket ifråga godkänner ett sådant förfarande.</p>

Många elektriska apparater är i behov av reaktiv effekt för att kunna fungera. Transport av reaktiv effekt tar onödig plats av den tillgängliga kapaciteten i elnätet, därför används kondensatorbatterier nära slutanvändaren för att generera reaktiv effekt. Därmed genereras och förbrukas den reaktiva effekten i en avskild del av nätet. Tillkoppling av kondensatorbatterier ger upphov till transienter som kan skada andra närliggande komponenter. Utifrån det verkliga ställverket Stallbacka i Trollhättan har denna rapport analyserat de transienter som uppstår efter tillkoppling av ett kondensatorbatteri inom mellanspänningsområdet. Analysen har innefattat hur stora transienterna blir efter olika förutsättningar och scenarier. Resultatet visade att transienterna i detta fall aldrig nådde upp till några allvarliga nivåer, och därmed klarade komponenterna sig med god marginal. Huruvida transienterna påverkar elkvaliteten är oklart, då det inte finns några definierade krav. Slutligen skulle ett beräkningsverktyg för förutspådda transienter tas fram. Beräkningsverktyget blev aldrig fullständigt på grund av den ohanterliga lösningen som erhölls. / Many electrical devices need reactive power to operate. Transmission of reactive power occupies a proportion of the available capacity in the power system and therefore capacitor banks are used near to the end user to generate reactive power. Thus, the reactive effect is generated and consumed in a separate part of the power system. Capacitor banks switching causes transients which may damage the surrounding components. Based on the real substation Stallbacka in Trollhättan, this study has analysed capacitor banks switching transients within the medium voltage level. The analysis has covered the size of these transients according to different conditions and scenarios. The result showed that the transients in this case never reached serious levels, thus there was no impact on the components. It is not clear whether the transients affect the power quality because there are no defined limits.  A calculation tool to the predicted transients was supposed to be created in the process. This calculation tool was never completed due to the unmanageable solution that was obtained.