ВТСП токоограничивающий трансформатор
2009, Tом 6, выпуск 1
Тематика: ВТСП устройства
В университете г. Нагоя (Япония) прошли испытания прототипа ВТСП токоограничивающего трансформатора на 100 кВА. Ожидается, что подобные устройства в передающих и распре-делительных сетях позволят поднять мощность и стабильность энергосистемы. Работы проводились совместно с Forschungszentrum Karlsruhe Institute of Technical Physics (FZK) при финансовой поддержки Министерства образования, науки и технологии Японии.
Рис. 1. ВТСП токоограничивающий трансформатор.
Понижающий ВТСП трансформатор выполнен по схеме с холод-ным ярмом и работает в жидком азоте при температуре 77 К. Трансформатор состоит из первичной медной обмотки на 6,6 кВ и вторичной обмотки на 210 В, намотанной из ВТСП проводника 2-го поколения; токи в обмотках составляют 8,7 и 275 А, соответственно (рис 1). Созданию данного устройства предшествовали работы с макетом ВТСП токоограничивающего трансформатора на основе Bi-2212.
Сверхпроводящая обмотка состоит из двух секций: токоограничивающей, намотанной из ВТСП проводника с высоким удельным сопротивлением, и трансформаторной, в которой был использован проводник с низким удельным сопротивлением. Благодаря такой конструкции стало возможным изменять токоограничивающие свойства трансформатора, не влияя при этом на его основные характеристики. Токоограничивающая секция была намотана из ВТСП проводника шириной 12 мм; толщина хастеллоевой подложки составляла 100 мкм, а YBCO слоя – 1 мкм. Проводник был получен по технологии химического осаждением из газовой фазы и не имел медного покрытия, его критический ток составлял 131 А. Чтобы обеспечить необходимую токонесущую способность намотка производилась двумя проводниками в параллель. Для трансформаторной секции использовалась ВТСП лента с медным стабилизи-рующим слоем шириной 4 мм, ее критический ток составлял 71 А, а намотка производилась четырьмя параллельными проводниками.
В ходе работы над проектом разработчики исследовали различные способы параллельного соединения ВТСП лент. Изучили три способа набора пакета из ВТСП лент: «подложка к подложке», «ВТСП к ВТСП» и «ВТСП к подложке». Наблюдалась сильная зависимость критического тока пакета из ВТСП лент в зависимости от способа их параллельного соединения – для различных конструкций пакета критический ток составлял от 263 до 480 А. Наибольшего значения критического тока удалось добиться при соединении лент «подложка к подложке».
В ходе стендовых испытаний было показано, что токоограничивающий трансформатор ограничивает ударный ток с 980 до 516 А. Процесс ограничения тока короткого замыкания изображен на рис. 2. Отличительной особенностью данного устройства является практически мгновенное восстановление вторичной обмоткой сверхпроводящего состояния после прекращения короткого замыкания. Тепловыделения в криостате токоограничивающего трансформатора, связанные с потерями на переменном токе в сверхпроводнике и магнитопроводе, составили 94,2 Вт.
Рис. 2. Ограничение тока короткого замыкания и возврат ВТСП обмотки в сверхпроводящее состояние.