Обзор зарубежных работ по созданию ВТСП токоограничителей на начало 2011 г. 3. Трехфазный резистивный СОТ из ВТСП 2-го поколения матричного типа «SuperPower» на 115 кВ/1,2 кA
2011, Tом 8, выпуск 2
Тематика: ВТСП устройства
разработчики: SuperPower, University of Houston, Florida State University, Oak Ridge National Laboratory, Rensselaer Polytechnic Institute
СОТ матричного типа набран из модулей, представляющих собой решетку из последовательно соединенных пачек ВТСП лент. Каждый модуль за-
шунтирован медной катушкой индуктивности, расположенной (в отличие от конструкций, описанных выше) в холодной зоне криостата (рисунок 4). Такая схема позволяет существенно сократить ток, протекающий через ВТСП элементы во время к.з., снизить перегрев, уменьшить время восстановления токоограничителя и сократить расход сверхпроводника. Модульная конструкция позволит набирать рабочие напряжения и токи, как для распределительных, так и передающих сетей. Большая охлаждаемая поверхность позволяет сократить время восстановления, а также позволяет восстанавливать сверхпроводящее состояние СОТ без его отключения выключателем (при условии прекращения к.з.).
Хотя деятельность SuperPower, начиная с 2009 года, активно представлена в интернете, однако конкретной информации явно недостаточно. По понятным причинам коммерческого характера отсутствует четкое описание конструкции, а также ее вразумительные фотографии. Более того, авторы многочисленных презентаций SuperPower часто чередуют фотографии реально изготовленных СОТ сборок, с «фотошопным творчеством», не поясняя, какие СОТ сборки изготовлены, а какие только «нарисованы». Первый изготовленный однофазный 2G модуль и результаты его испытаний 2006-2008 гг. представлены на рисунке 5. Ток в модуле течет по 2 лентам (расположенным в одной плоскости) в одну сторону, возвращается обратно по соседней паре лент. Использована 12 мм YBCO лента длиной 40 см без дополнительной стабилизации. Соединение осуществляется прижимно-паянными контактами. Испытания проводились на испытательном полигоне в КЕМА (г.Чалфонт, штат Пенсильвания). Ударный ток в 90 кАпик ограничен до 30 кАпик в первом пике (на 66%) и до 20 кАпик(на 77%) на 3м периоде.
К 2008 г. конструкция претерпела ряд изменений: ленты в модуле, рассчитанном на номинальное значение рабочего тока в 1200 Адейств, стали располагаться «лицом к лицу», а не в одной плоскости: использованы проводники с дополнительным покрытием медью; улучшена технология спаев (см. рисунок 6). При конструировании учитывалось взаимодействие параллельных лент в модуле при протекании по ним тока к.з, а также полученное при расчете распределение магнитного поля в массиве лент. Главная цель, которая преследовалась на этом этапе, состояла в оптимизации процесса восстановления под нагрузкой. Сборка, показанная на рисунке 6, подвергалась серии к.з. при ударном токе до 37 кА с измерением времени возврата в сверхпроводящее состояние. После получения удовлетворительных результатов было решено использовать эту
конструкцию при проектировании промышленных образцов.
К 2010 г. была изготовлена и испытана на полигоне Центра электроэнергетических устройств (САPS) в университете Флориды (FSU) сборка из двух СОТ модулей, показанная на рисунке 7. Описания внутреннего устройства модулей найти не удалось. В ходе испытаний в первом периоде было достигнуто 65% ограничение ударного тока к.з. в 25 кАпик.
В будущем компания планирует создать на основе СОТ модулей, показанных на рисунке 7, два демонстрационных образца на 65-75% ограничение токов к.з.:
- Однофазный СОТ для распределительных сетей (11-15) кВ/(0,8-2) кАдейств/3 модуля – альфа-фаза.
- Трехфазный СОТ для передающих сетей 138 кВ/1,7 кАдейств/14 модулей – Бета-фаза. Последний планируется установить в сеть American Electric Power (AEP).