3.4.7. Разработка трансформаторов с использованием высокотемпературной сверхпроводимости

Одним из основных требований, предъявляемых к энергоснабжению, является снижение потерь электроэнергии экономически оправданными средствами. Жестокие требования к ограничению площади, занимаемой энергетическим оборудованием, особенно в густонаселенных городских районах, приводят к необходимости уменьшения размеров оборудования. Транспортные ограничения по мере возрастания мощности в единице определяют предельную мощность трансформаторов. В случае необходимости замены оборудования действующей подстанции более мощным оборудованием, крайне желательно не увеличивать площадь, занимаемую подстанцией.

Все более жестким становятся экологические требования к трансформаторам, в том числе к их пожаробезопасности, особенно в случае установки трансформаторов в густонаселенных районах, закрытых помещениях, например, в цехах предприятий и пр.

Технология проектирования и изготовление трансформаторов весьма совершенны и оставляют мало возможностей для значительного снижения стоимости и уменьшения потерь трансформаторов. Значительные улучшения можно ожидать только от применения новых материалов для проводников, магнитной системы или электрической изоляции.

С открытием (в конце 80-х годов XX в.) явления «теплой сверхпроводимости» технология применения ее для производства силового электрооборудования стала развиваться достаточно высокими темпами. Это, в частности, относится и к применению высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) в силовых трансформаторах.

По экономическим соображениям максимальный ток перегрузки ограничивают значением тока менее двойного номинального. Поэтому передача тепла от проводника к охлаждающей среде не является ограничивающим фактором. Для тока, значительно превышающего критическое значение, потери увеличиваются на порядок. Этот режим является режимом ограничения аварийного тока, кратковременным переходным режимом. Энергия, выделенная в проводнике в переходном режиме, будет поглощена испарением части охлаждающей жидкости. Эти свойства сверхпроводников могут позволить значительно повысить коэффициент полезного действия трансформаторов, сделать их более компактными, исключить масло, как охлаждающую жидкость, и принять па себя функцию ограничения больших токов.

Ведущие промышленно развитые страны (США, Германия, Франция, Япония, Австралия, Швеция, Англия) к настоящему времени произвели опытные образцы силовых трансформаторов. В большинстве случаев эти образцы использовались для проверки принятых при конструировании новых решений [3.2]. Часть из них была установлена в опытную эксплуатацию в реальные сети с целью проверки их работоспособности параллельно с традиционными конструкциями.

Потери короткого замыкания в ВТСП трансформаторах при номинальном токе могут быть уменьшены на 80—90 %, а общая масса приблизительно в 2 раза. Замена масла жидким азотом и уменьшенные размеры позволят установить такие трансформаторы в городских условиях и помещениях. На рис. 3.8 представлена зависимость минимальных суммарных потерь от мощности обычных и ВТСП трансформаторов.

Зависимость суммарных потерь (Я ) от мощности трансформатора ^ном

Рис. 3.8. Зависимость суммарных потерь (Я ) от мощности трансформатора ^ном:

/ — обычные трансформаторы; 2 — ВТСП трансформаторы

Применение ВТСП трансформаторов в энергосистеме позволяет воспользоваться их способностью ограничивать токи короткого замыкания. При замене обычного трансформатора на ВТСП трансформатор большей мощности не потребуется замена выключателей. Ограничение токов короткого замыкания в ВТСП трансформаторах уменьшает напряжение короткого замыкания трансформатора на 50 %. Это позволит иметь более стабильное трансформаторное напряжение, не прибегая к регулированию, что повысит качество напряжения.

Одним из существенных преимуществ ВТСП трансформаторов является отсутствие термического старения изоляции.

Исследования показывают, что ВТСП трансформаторы могут быть совместимы с существующими сетями и их защитными устройствами.

Коммерческие перспективы практического использования ВТСП трансформаторов зависят главным образом от стоимости сверхпроводящих материалов (СП-материалов). США планируют, что после 2015 г. ВТСП-траисформаторы станут коммерческим продуктом.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >