Computer simulation of a superconducting transformer short-circuit

• Autorzy: Jaroszyński Leszek

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.6769

Warianty tytułu

PL

Symulacja komputerowa zwarcia transformatora nadprzewodnikowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

High critical temperature superconductor power devices have unique characteristics that reduce energy losses during transmission and distributionof electricity. These superconductors allow for high current density, enabling the construction of smaller, lighter, and more transportable installations. A superconducting transformer can significantly reduce the dynamic effects of the short-circuit current during the initial millisecondsof afault. Hightemperature superconductor windings, on the other hand, are relatively lightweight and have a low heat capacity. Despite being cryogenically cooled and managing already limited current, the windings made of second-generation high-temperature superconductor can be vulnerable to thermal damage, which may occur in a relatively short timeframe. A numerical study of a short circuit in a three-phase power system with a 10MVA 115/16.5kV superconducting transformer is presented in this paper. The superconducting tape's nonlinear electrical and thermal characteristics, as well as heat buildup in the transformer windings during a short circuit, are all taken into consideration by the transformer model.

PL

Urządzenia energetyczne zbudowane z wykorzystaniem nadprzewodników wysokotemperaturowych posiadają unikalne właściwości, które umożliwiają minimalizację strat w przesyle i dystrybucji energii elektrycznej. Dzięki dużej gęstości prądu istnieje sposób nabudowę mniejszych, lżejszych iłatwiejszych w transporcie instalacji. Podczas zwarcia transformator nadprzewodnikowyjest w stanie znacznie zmniejszyć dynamiczne skutki prądu zwarciowego w ciągu kilku pierwszych milisekund. Jednak uzwojenia oparte na przewodniku pokrytym nadprzewodnikiem wysokotemperaturowym mają bardzo małą masę, a co za tym idzie małą pojemność cieplną. Pomimo chłodzenia kriogenicznego i już ograniczonego prądu, uzwojenie nadprzewodnika wysokotemperaturowego drugiej generacji będzie narażonena uszkodzenia termiczne, których prawdopodobieństwo pojawi się w stosunkowo krótkim czasie. W artykule przedstawiono analizę numeryczną zwarcia w trójfazowym systemie elektroenergetycznym z transformatorem nadprzewodnikowym10MVA 115/16,5 kV. Model transformatora uwzględnia nieliniowe właściwości elektryczne i cieplne taśmy nadprzewodnikowej, a także akumulację ciepła w uzwojeniach transformatora podczas zwarcia.

Słowa kluczowe

EN

superconducting transformer; power grid; short-circuit fault; computer simulation

PL

transformator nadprzewodnikowy; sieć elektroenergetyczna; zwarcie ruchowe; symulacja numeryczna

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2024
• Tom: T. 14, nr 4
• Strony: 71--74
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Jaroszyński Leszek

• Lublin University of Technology, Department of Electrical Engineering and Smart Technologies, Lublin, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1674-0970

Bibliografia

• [1] Czerwinski D. et al.: Comparison of Overcurrent Responses of 2G HTS Tapes. IEEE Transactions on Applied Superconductivity 26(3), 2016, 1–4.
• [2] Grilli F. et al.: Computation of Losses in HTS Under the Action of Varying Magnetic Fields and Currents. IEEE Transaction on Applied Superconductivity 24(1), 2014, 78–110.
• [3] Irannezhad F., Heydari H.: Conducting a Survey of Research on High Temperature Superconducting Transformers. IEEE Transactions on Applied Superconductivity 30(6), 2020, 1–13.
• [4] Janowski T., Wojtasiewicz G., Jaroszyński L.: Transformatory nadprzewodnikowe. Wydawnictwo Książkowe Instytutu Elektrotechniki, Warszawa 2016.
• [5] Jaroszyński L., Wojtasiewicz G., Janowski T.: Considerations of 2G HTS transformer temperature during short circuit. IEEE Transactions on Applied Superconductivity 28(4), 2018, 1–5.
• [6] Kacejko P., Machowski J.: Zwarcia w systemach elektroenergetycznych. WNT, Warszawa 2018.
• [7] Kalsi S. S.: High temperature superconductors to electric power equipment. IEEE Press. Wiley, Hoboken, New Jersey 2011.
• [8] Marchionini B. G. et al.: High-Temperature Superconductivity: A Roadmap for Electric Power Sector Applications. IEEE Transaction on Applied Superconductivity 27(4), 2017, 1–7.
• [9] Noe M.: Superconducting Transformers. EUCAS 2017 Short Courses: Superconducting Power Applications. Switzerland, Geneva, 2017.
• [10] Pi W. et al.: Fault Current Characteristics of Parallel Stainless Steel & REBCO Tapes and a 6 kV/400 V HTS Transformer. IEEE Transaction on Applied Superconductivity 31(5), 2021, 1–6.
• [11] Surdacki P., Jaroszyński L., Woźniak Ł.: Modelling short-circuit current of a 21 MVA HTS superconducting transformer. Journal of Physics: Conference Series 1782, 2021, 012036.