Особливості роботи надпровідного обмежувача струму при раптовому короткому замиканні

Особливості роботи надпровідного обмежувача струму при раптовому короткому замиканні

У статті розглянуто обмежувач струму короткого замикання індуктивного типу з високотемпературними надпровідними обмоткою та екраном. Проаналізовано основні особливості перехідного процесу при виникненні струму короткого замикання. В статье рассмотрен ограничитель тока короткого замыкания индуктивног...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Електротехніка і електромеханіка
Datum:2014
Hauptverfasser: Данько, В.Г., Гончаров, Є.В.
Format: Artikel
Sprache:Ukrainian
Veröffentlicht: Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2014
Schlagworte:
Електричні машини та апарати
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148765
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Особливості роботи надпровідного обмежувача струму при раптовому короткому замиканні / В.Г. Данько, Є.В. Гончаров // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 6. — С. 30–33. — Бібліогр.: 3 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-148765
record_format dspace
spelling Данько, В.Г.
Гончаров, Є.В.
2019-02-18T18:47:59Z
2019-02-18T18:47:59Z
2014
Особливості роботи надпровідного обмежувача струму при раптовому короткому замиканні / В.Г. Данько, Є.В. Гончаров // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 6. — С. 30–33. — Бібліогр.: 3 назв. — укр.
2074-272X
DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2014.6.04
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148765
621.3.04
У статті розглянуто обмежувач струму короткого замикання індуктивного типу з високотемпературними надпровідними обмоткою та екраном. Проаналізовано основні особливості перехідного процесу при виникненні струму короткого замикання.
В статье рассмотрен ограничитель тока короткого замыкания индуктивного типа с высокотемпературными сверхпроводящими обмоткой и экраном. Проанализированы основные особенности переходного процесса при возникновении тока короткого замыкания.
In the article the fault current limiter of inductive type with hightemperature superconducting coil and screen is considered. Main features of transient at occurrence of short circuit are analyzed.
uk
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
Електротехніка і електромеханіка
Електричні машини та апарати
Особливості роботи надпровідного обмежувача струму при раптовому короткому замиканні
Features of operation of a superconducting current limiter at the sudden short circuit
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Особливості роботи надпровідного обмежувача струму при раптовому короткому замиканні
spellingShingle Особливості роботи надпровідного обмежувача струму при раптовому короткому замиканні
Данько, В.Г.
Гончаров, Є.В.
Електричні машини та апарати
title_short Особливості роботи надпровідного обмежувача струму при раптовому короткому замиканні
title_full Особливості роботи надпровідного обмежувача струму при раптовому короткому замиканні
title_fullStr Особливості роботи надпровідного обмежувача струму при раптовому короткому замиканні
title_full_unstemmed Особливості роботи надпровідного обмежувача струму при раптовому короткому замиканні
title_sort особливості роботи надпровідного обмежувача струму при раптовому короткому замиканні
author Данько, В.Г.
Гончаров, Є.В.
author_facet Данько, В.Г.
Гончаров, Є.В.
topic Електричні машини та апарати
topic_facet Електричні машини та апарати
publishDate 2014
language Ukrainian
container_title Електротехніка і електромеханіка
publisher Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
format Article
title_alt Features of operation of a superconducting current limiter at the sudden short circuit
description У статті розглянуто обмежувач струму короткого замикання індуктивного типу з високотемпературними надпровідними обмоткою та екраном. Проаналізовано основні особливості перехідного процесу при виникненні струму короткого замикання. В статье рассмотрен ограничитель тока короткого замыкания индуктивного типа с высокотемпературными сверхпроводящими обмоткой и экраном. Проанализированы основные особенности переходного процесса при возникновении тока короткого замыкания. In the article the fault current limiter of inductive type with hightemperature superconducting coil and screen is considered. Main features of transient at occurrence of short circuit are analyzed.
issn 2074-272X
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148765
citation_txt Особливості роботи надпровідного обмежувача струму при раптовому короткому замиканні / В.Г. Данько, Є.В. Гончаров // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 6. — С. 30–33. — Бібліогр.: 3 назв. — укр.
work_keys_str_mv AT danʹkovg osoblivostírobotinadprovídnogoobmežuvačastrumupriraptovomukorotkomuzamikanní
AT gončarovêv osoblivostírobotinadprovídnogoobmežuvačastrumupriraptovomukorotkomuzamikanní
AT danʹkovg featuresofoperationofasuperconductingcurrentlimiteratthesuddenshortcircuit
AT gončarovêv featuresofoperationofasuperconductingcurrentlimiteratthesuddenshortcircuit
first_indexed 2025-11-25T20:31:26Z
last_indexed 2025-11-25T20:31:26Z
_version_ 1850521741194952704
fulltext 30 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №6 © В.Г. Данько, Є.В. Гончаров УДК 621.3.04 В.Г. Данько, Є.В. Гончаров ОСОБЛИВОСТІ РОБОТИ НАДПРОВІДНОГО ОБМЕЖУВАЧА СТРУМУ ПРИ РАПТОВОМУ КОРОТКОМУ ЗАМИКАННІ У статті розглянуто обмежувач струму короткого замикання індуктивного типу з високотемпературними надпро- відними обмоткою та екраном. Проаналізовано основні особливості перехідного процесу при виникненні струму коро- ткого замикання. В статье рассмотрен ограничитель тока короткого замыкания индуктивного типа с высокотемпературными сверх- проводящими обмоткой и экраном. Проанализированы основные особенности переходного процесса при возникнове- нии тока короткого замыкания. ВСТУП Ідея використати в тім або іншому виді фазовий перехід при втраті надпровідності для обмеження струму короткого замикання виникла давно. Однак її реалізація на рівні низькотемпературних надпровід- ників була практично неможлива через надмірні енер- гетичні витрати на охолодження. Тільки з появою високотемпературних надпровідних матеріалів (ВТНП), які надійно працюють при температурі ки- піння рідкого азоту, що зменшувало необхідні витра- ти на охолодження. Обмежувачі струму короткого замикання можна розділити на дві основні групи: ре- зистивні та індуктивні. Є цілий ряд пропозицій по використанню ВТНП для обмеження змінного струму в електричних мере- жах [1]. Найбільш придатний для цього обмежувач струму індуктивного типу з ВТНП екраном і ВТНП обмоткою, що разом з осердям розташовані в загаль- ному кріостаті і охолоджуються рідким азотом (рис. 1). Рис. 1. Конструктивна схема ОСКЗ індуктивного типу: 1 – ВТНП екран, 2 – осердя, 3 – ВТНП обмотка, 4 – кріостат Він послідовно з’єднаний з навантаженням і в нормальному режимі роботи (номінальний режим) крізь нього проходить струм навантаження iн, який визначається номінальною напругою uн і повним опо- ром навантаження Zн (рис. 2,а). ОСОБЛИВОСТІ ПЕРЕХІДНОГО ПРОЦЕСУ Враховуючи те, що падіння напруги на обмежу- вачі струму з ВТНП не перебільшує 3…5 % від uн, а сам характер падіння напруги чисто індуктивний, мо- жна вважати, що iн = uн/Zн. Таким чином, на момент раптового КЗ (рис. 2,б) початкові умови будуть такими: iн0 = Iнmsin(ψu – φн), де Iнm = Uнm/Zн, ψu – початкова фаза КЗ, φн – кут наван- таження. а б Рис. 2. Схема заміщення увімкнення НПОС у електромережу: а – до виникнення КЗ (t = 0); б – при виникненні КЗ (t = + 0) Але сам процес раптового КЗ ускладнюється тим, що при збільшенні струму крізь обмежувач струму збільшується напруженість магнітного поля на поверхні ВТНП екрана і при досягненні її критичного значення Hкр він втрачає діамагнітні якості, а також може бути втрачена надпровідність ВТНП обмотки при досягненні Iкр. І перше, і друге змінює як індукти- вність обмежувача струму, так й резистивний опір його обмотки, а це, в свою чергу, призводить до зміни сталої часу і повного опору обмежувача струму. Все вищевикладене дає підстави розділити пере- хідний процес у ВТНП ОСКЗ при раптовому КЗ на такі етапи: 1) від початкового струму iн0 = Iнmsin(ψu – φн) до втрати діамагнітної властивості ВТНП екрана (або до втрати надпровідності ВТНП обмотки); 2) від втрати діамагнітної властивості ВТНП екрана до втрати надпровідності ВТНП обмотки (або навпаки від втрати надпровідності ВТНП обмотки до втрати діамагнітної властивості ВТНП екрана); 3) від втрати всіх проявів надпровідності до уста- леного струму в електричній мережі. Реалізація того чи іншого варіанта визначається підбором ВТНП матеріалів для екрана і обмотки. Індукція магнітного поля на поверхні ВТНП екра- на Bе визначається струмом і кількістю рядів n ВТНП обмотки [2]. Тому, знаючи Bкр для матеріалу ВТНП екрана, можна реалізувати перший варіант, прийнявши ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №6 31 таке число рядів ВТНП обмотки, щоб Bкр досягалось при I = (2,5…3)Iнm. При цьому критичне значення струму повинно бути Iкр = (4…5)Iнm, що гарантує нор- мальну роботу ВТНП ОСКЗ при можливих флуктуаці- ях струму в електромережі. Другий варіант відбувається, якщо критичне зна- чення струму Iкр буде на рівні (2,5…3)Iнm, а Bкр для екрана при досягненні струмом (4…5)Iнm. Перший етап однаковий для обох варіантів. Його параметри – RОС1 – резистивний опір ВТНП обмотки, LОС1 – індуктивність обмежувача струму і  2ОС1 2 ОС1ОС1 2 LfRZ  – повний опір обмежу- вача струму – визначаються таким чином: RОС1 = P0/Iн 2, де P0 – сумарні втрати потужності в надпровідній обмотці при перемагнічуванні; LОС1 = wФр/Iн, де w – число витків ВТНП обмот- ки, Фр – магнітний потік розсіювання (рис. 3), який при числі рядків обмотки n дорівнює ст пр пр2 н0рФ r а b nI  . Рис. 3. Структурна схема ОСКЗ: 1 – осердя; 2 – ВТНП обмотка; 3 – ВТНП екран Саме рішення на першому етапі можна предста- вити як iк1 = iу1 + iв1, де  ОС1 ОС1 н у1 ψωsin  u m t Z U i , а iв1 находиться з диференційного рівняння 0в1ОС1 в1 ОС1  iR dt di L , що дає в загальному вигляді t L R eAi ОС1 ОС1 11в   . Таким чином,   t L R u m eAt Z U i ОС1 ОС1 1ОС1 ОС1 н к1 ψωsin   . З початкових умов стала інтегрування    ОС1 ОС1 н нн1 ψsinψsin  u m um Z U IA . Остаточно отримуємо:       ,ψsinψsin ψωsin ОС1 ОС1 ОС1 ОС1 н нн ОС1 ОС1 н к1 t L R u m um u m e Z U I t Z U i          де ОС1 ОС1 ОС1 2 arctg R Lf  . В залежності від початкової фази КЗ зміна стру- му буде такою:  при ψu = 0:       ;sinsin ωsin ОС1 ОС1 ОС1 ОС1 н нн ОС1 ОС1 н к1 t L R m m m e Z U I t Z U i          (1)  при ψu = π/2:   .coscos ωcos ОС1 ОС1 ОС1 ОС1 н нн ОС1 ОС1 н к1 t L R m m m e Z U I t Z U i          (2) Незалежно від варіанта послідовності перехідно- го процесу другий етап починається при досягненні струмом iк1 значення (2,5…3)Iнm. Уводячи це значен- ня у формули (1), (2) визначаємо час закінчення (три- валість) першого етапу tк1. Відповідно, початкова фаза напруги для другого етапу перехідного процесу збільшується на ωtк1, а саме рішення в загальному вигляді буде таким   t L R u m eAtt Z U i ОС2 ОС2 2ОС21к ОС1 н к2 ψωωsin   , де відлік по часу t починається з нуля: 0 ≤ t ≤ tк2, де tк2 – час закінчення другого етапу. З початкових умов для другого етапу: при t = 0 iк2 = (2,5…3) Iнm – визначаємо    ОС21к ОС1 н н2 ψωsin3...5,2  u m m t Z U IA . Остаточно зміна струму на другому етапі КЗ бу- де такою       .ψωsin3...5,2 ψωωsin ОС2 ОС2 ОС21к ОС1 н н ОС21к ОС1 н к2 t L R u m m u m et Z U I tt Z U i          Параметри RОС2, LОС2, ZОС2, φОС2 (рис. 4):  для першого варіанта: RОС2 = RОС1;   mI rwB L н 2 стнас ОС2 3...5,2   ;  2ОС2 2 ОС1ОС2 2 LfRZ  ; ОС1 ОС2 ОС2 2 arctg R Lf  , 32 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №6  для другого варіанта: пр ст прОС2 2 S rw R   ; LОС2 = LОС1;  2ОС1 2 ОС2ОС2 2 LfRZ  ; ОС2 ОС1 ОС2 2 arctg R Lf  . а б Рис. 4. Розподіл магнітного поля у ОСКЗ: 1 – осердя; 2 – ВТНП обмотка; 3 – ВТНП екран; а – нормальна робота електромережі; б – раптове КЗ При ψu = 0:       .ωsin3...5,2 ωωsin ОС2 ОС2 ОС21к ОС1 н н ОС2к1 ОС1 н к2 t L R m m m et Z U I tt Z U i          При ψu = π/2:       .ωcos3...5,2 ωωcos ОС2 ОС2 ОС21к ОС1 н н ОС2к1 ОС1 н к2 t L R m m m et Z U I tt Z U i          На третьому етапі в зв’язку з втратою діамагне- тизму ВТНП екрана і надпровідності ВТНП обмотки параметри ОСКЗ з достатньою ступінню точності можна прийняти такими пр ст прОС3 2 S rw R   ;   mI rwB L н 2 стнас ОС3 5...4   ;  2ОС3 2 ОС3ОС3 2 LfRZ  ; ОС3 ОС3 ОС3 2 arctg R Lf  . Якщо перехідний процес дійде до третього етапу (а цього може і не статися) його початкові умови iк3 = (4…5)Iнm при t = 0, де відлік часу t починаємо з нуля: 0 ≤ t ≤ tк3 (час закінчення третього етапу). Поча- ткова фаза напруги збільшується на ωtк2, а саме рі- шення в загальному вигляді буде таким    t L R u m eAttt Z U i ОС3 ОС3 2ОС32к1к ОС3 н к3 ψωωsin   . З початкових умов для третього етапу визначаємо     ОС32к1к ОС3 н н3 ψωsin5...4  u m m tt Z U IA , а зміна струму на третьому етапі КЗ буде такою         .ψωsin5...4 ψωωsin ОС3 ОС3 ОС32к1к ОС3 н н ОС32к1к ОС3 н к3 t L R u m m u m ett Z U I ttt Z U i          При ψu = 0:         t L R m m u m ett Z U I ttt Z U i ОС3 ОС3 ОС32к1к ОС3 н н ОС32к1к ОС3 н к3 ωsin5...4 ψωωsin          . При ψu = π/2:         .ωcos5...4 ψωωcos ОС3 ОС3 ОС32к1к ОС1 н н ОС32к1к ОС3 н к3 t L R m m u m ett Z U I ttt Z U i          Результати розрахунків ОСКЗ розглянутої конс- трукції на параметри: Sн = 2,4 МВА; Iн = 400 А; Uн = 6000 В для двох варіантів підбору ВТНП матеріалів для ВТНП екрану і ВТНП обмотки показані на рис. 5, 6. -200 300 800 1300 1800 2300 2800 3300 0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 а 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 б Рис. 5. Перехідний процес (перший варіант): а – при ψu = 0; б – при ψu = π/2 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №6 33 -200 300 800 1300 1800 2300 2800 3300 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0,0035 0,004 а 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,001 0,0012 б Рис. 6. Перехідний процес (другий варіант): а – при ψu = 0; б – при ψu = π/2 Третій етап перехідного процесу відбувається по експоненціальній спадаючій, струм стухає з постій- ною часу τ = RОС3/LОС3. Час закінчення третього етапу перехідного етапу триває близько 3τ, але фактично час закінчення tк3 відповідає спрацюванню апаратури захисту. На рис. 7,а,б наведені криві струму iк3 для початкових фаз напруги ψu = 0, ψu = π/2. а б Рис. 7. Третій етап перехідного процесу: а – при ψu = 0; б – при ψu = π/2 ВИСНОВКИ На першому та другому етапі перехідного проце- су тривалість часу tк1, tк2 зменшується в залежності від початкової фази напруги, найменший час при ψu = π/2. Тривалість третього етапу перехідного процесу зале- жить від RОС активного опору ВТНП проводу обмот- ки, при достатній його величині [3] третій етап пере- хідного процесу може і не відбуватися, а струм при цьому може буди менший за номінальний. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Данько В.Г., Полянська І.С., Гончаров Є.В. Використан- ня високотемпературної надпровідності в електроенергети- чному обладнанні: монографія. – Х.: НТМТ, 2011. – 248 с. 2. Данько В.Г., Гончаров Е.В. Расчет параметров индуктив- ного ограничителя тока короткого замыкания со сверхпрово- дящим экраном // Электротехника. – 2013. – №9. – C. 10-13. 3. Janowski T., Kozak S., Kondratowicz-Kucewicz B. Analy- sis of transformer type superconducting fault current limiters // IEEE transactions on applied superconductivity. – 2004. – vol.17. – №2. – pp. 1778-1780. REFERENCES: 1. Dan'ko V.G., Polyanska I.S., Goncharov E.V. Vykorystannia vysokotemperaturnoi nadprovidnosti v elektroenerhetych- nomu obladnanni: monohrafiia [The use of high-temperature supercon- ductivity in electric power equipment: monograph]. Kharkiv, NTMT Publ., 2011. 248 p. 2. Dan'ko V.G., Goncharov E.V. Calculating of parameters of an inductive short-circuit current limiter with a superconducting shield. Elektrotekhnіka – Electrical engineering, 2013, no.9, pp. 10-13. 3. Ja- nowski T., Kozak S., Kondratowicz-Kucewicz B. Analysis of transformer type superconducting fault current limiters. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2004, vol.17, no.2, pp. 1778-1780. Поступила (received) 10.09.2014 Данько Володимир Григорович1, д.т.н., проф., Гончаров Євген Вікторович1, м.н.с., 1 Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 61002, Харків, вул. Фрунзе, 21, тел/phone +38 057 7076427, e-mail: vdankog@gmail.com, jay1981@rambler.ru V.G. Dan'ko1, E.V. Goncharov1 1 National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" 21, Frunze Str., Kharkiv, 61002, Ukraine Features of operation of a superconducting current limiter at the sudden short circuit. In the article the fault current limiter of inductive type with high- temperature superconducting coil and screen is considered. Main features of transient at occurrence of short circuit are analyzed. Key words – coil, high-temperature superconducting, magnetic permeability.

Ähnliche Einträge