Кабельно-проводниковая продукция и аксессуары

Сверхпроводящий токоограничитель на напряжение до 3,5 кВ

Одним из перспективных способов защиты электрооборудования от воздействия токов КЗ является создание токоограничителей, основанных на высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП). Экономическая эффективность создания резистивных сверхпроводящих токоограничителей (СТО) в значительной степени определяется требуемым объемом ВТСП элемента, который в основном определяется амплитудой и длительностью воздействия тока КЗ. Для уменьшения габаритов и стоимости СТО предложено последовательно с ВТСП элементом подсоединять быстродействующий выключатель, который позволяет существенно сократить (до 10-20 мс) длительность режима токоограничения [1, 2].

В настоящем докладе представлены результаты исследования макетного образца СОТ, содержащего ВТСП модуль из четырех последовательно-параллельно соединенных ВТСП элементов, выполненных в виде меандра, криостат и быстродействующий вакуумный выключатель. В ВТСП модуле использовалась лента SF12100 «М3-609-2» компании SuperPower длиной l = 40 м. Критический ток ленты 313 А.

Для испытаний макета СОТ подготовлен высоковольтный стенд на максимальное напряжение до 5 кВ. Стенд состоит из зарядного устройства G, колебательного контура (источника напряжения), содержащего быстродействующий замыкатель (разрядник Р1 и контактор К1), батарею конденсаторов емкостью C0 до 10 мФ и реактор с регулируемой индуктивностью L0 до 6 мГн, источника постоянного тока J и системы управления (рис. 1). Стенд содержит также сопротивление R1 и индуктивность L1, имитирующие нагрузку сети, и быстродействующий ключ (Р2), для имитации короткого замыкания (КЗ). Система управления содержит генератор запускающих импульсов ГЗИ с регулируемой задержкой, блоки управления Y1 включением контактора замыкателя и отключением Y2 вакуумного выключателя в макете СОТ блоки запуска БУ1 и БУ2 разрядников Р1 и Р2.

Параметры колебательного контура (C0 = 10 мФ, L0 ≈ 1,4 мГн) подбирались таким образом, чтобы на реакторе формировалось синусоидальное затухающее напряжение с периодом порядка 23,5 мс. Исследования проводились при напряжении U0 до 4 кВ и рабочем токе 250 А.

Осциллограммы тока КЗ i0 и тока ограничения ilim при U0 = 4 кВ представлены на рис. 2. Длительность режима ограничения ограничена отключением тока выключателем в первом нуле тока.

Были измерены изменения тока и напряжения на ВТСП элементе при различных напряжениях источника питания U0 = 1-4 кВ. Из анализа данных измерений найдена зависимость максимальной температуры ленты Tmax от погонного напряжения U/l на единицу длины ленты (рис. 3). Из рисунка следует, что температура Tmax практически линейно возрастает с увеличением погонного напряжения U/l и при U0 = 4 кВ достигает 210 К. Такая температура согласуется с оценками допустимого нагрева ленты.

Охлаждение ВТСП модуля определялось путем измерения сопротивления ленты при пропускании тока 1 А сразу после отключения тока выключателем. Время восстановления определялось как до момента охлаждения ВТСП до 90 К (r90), так и до уменьшения сопротивления ленты до нуля (r=0). Результаты измерений представлены на рис. 4.

Результаты исследований продемонстрировали способность данного типа СОТ эффективно ограничивать ток на уровне до 1000 А при ожидаемом токе КЗ порядка 8 кА. Перегрев ленты ВТСП в режиме отключения первой полуволны ограниченного тока составил 210 К при максимальном напряжении 4 кВ. При этом время охлаждения ВТСП после отключения тока не превышало 1,1 с.

Литература
1. Hori T., Otani A., Kaiho K., Yamaguchi I., Morita M. and Yanabu S. Study of superconducting fault current limiter using vacuum interrupter driven by electromagnetic repulsion force for commutating switch // IEEE Trans. Appl. Superconductivity 2006, — Vol. 16. No 4. P. 1999—2004.
2. Alferov D., Budovsky A., Dul’kin I., Fisher L., Ivanov V., Sidorov V., Shul’ga R., Tshay E. and Yevsin D. Study of superconducting fault current limiter model with AC circuit-breaker // IEEE/CSC & ESAS EUROPEAN Superconductivity News Forum (ESNF), No 11. — January 2009.

Обсудить на форуме

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно