Kyushu Electric Power на пути к ВТСП трансформатору мощностью 20 МВА
2011, Tом 8, выпуск 1
Тематика: ВТСП устройства
Японские специалисты из компании Kyushu Electric Power Co. при финансовой поддержке Министерства Природных ресурсов и Энергии ведут разработки по созданию сверхпроводникового трансформатора на основе ВТСП проводников 2-го поколения для распределительных сетей. Его номинальная мощность составит 20 МВА, рабочие напряжения 66 кВ и 6,9 кВ, а токи 175 А и 1674 А. Массогабаритные характеристики сверхпроводникового трансформатора будут существенно меньше, чем у обычных масляных трансформаторов (вес в 2 раза, объем в полтора раза). Трансформатор будет также обладать функцией токоограничителя. Технология создания сверхпроводникового трансформатора на 20 МВА будет отрабатываться на макетном образце мощностью 2 МВА.
Для создания сверхпроводникового трансформатора как коммерческого устройства необходимо наладить стабильное производство используемого для его обмотки проводника. Предполагается использовать ВТСП проводник, поверхностные слои которого разрезаны лазером на ряд параллельных полосок шириной 5 мм (Рис.1). Такая структура позволит снизить потери на переменном токе. На данном этапе методом PLD (Pulsed Laser Deposition) изготовлено 100 м проводника с критическим током в 120 А. Распределение тока по элементарным волокнам провода представлено на Рис.1. Также изготовлено 30 м ВТСП ленты для проектируемого трансформатора методом MOD (Metal-Organic Decomposition). Несмотря на положительные характеристики созданных проводов, разработчики ищут способы повышения однородности критических параметров, как в продольном, так и в поперечном магнитных полях. Технология изготовления ВТСП проводников для сверхпроводникового трансформатора пока не позволяет вывести производство проводов на коммерческий уровень. Ее усовершенствование является одной из основных задач, стоящих перед специалистами.
Рис. 1. Измерения критических токов PLD проводника до и после лазерной обработки.
Рис. 2. Исследование токоограничивающих свойств модельной обмотки.
Также для исследования токоограничения был создан более мощный макетный образец трансформатора на 400 кВА (1/50 часть от мощности проектируемого трансформатора). Достигнуто ограничение тока короткого замыкания до 1040 А, что 6 раз превосходит номинальное значение (174 А). Измеренные до и после короткого замыкания значения импеданса трансформатора оказались сравнимыми, что подтверждает стойкость обмотки к коротким замыканиям.
Для охлаждения трансформатора мощностью 20 МВА планируется использовать циркуляционную криогенную систему на основе трехблочного неонового микрорефрижератора с турбодетандером холодопроизводительностью 2 кВт, охлаждающего контур с жидким азотом до 65К, циркуляция хладагента в котором осуществляется при помощи специального насоса. Использование магнитных подшипников позволило существенно поднять КПД и надежность криогенной установки. Схема системы криогенного обеспечения приведена на Рис. 3.
Рис. 3. Система криогенного обеспечения.
Источник: сайт International Superconductivity Technology Center ISTEC