Influence of HTS tape parameters on limiting the inrush current in superconducting transformers

• Autorzy: Surdacki Paweł , Woźniak Łukasz

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.06.30

Warianty tytułu

PL

Wpływ parametrów taśm HTS na ograniczanie prądu włączania w transformatorach nadprzewodnikowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a computer model of superconducting tapes, SCS12050 with a copper stabiliser layer and SF12050 without a stabiliser, taking into account their electrical and thermal parameters. The obtained waveforms of cooling and heating power, temperature and currents flowing in individual layers of both types of tape were compared. A computer model of this device developed in the PSpice environment was used to calculate the inrush current of a 21 MVA, 70/10.5 kV HTS superconducting HTS transformer. The first three unidirectional current pulses generated during connecting an unloaded transformer to the network were analysed. The values of the pulse duration (γ angle), the temperature increase of the primary winding as well as the mean and effective values of the inrush current for the first three pulses in the windings with both types of HTS 2G tape were calculated. The conducted analysis allowed to determine the influence of the parameters of the tapes under consideration on the effective limitation of the transformer inrush current to the supply network and the possibility of their use in the construction of superconducting transformer windings.

PL

W artykule przedstawiono model komputerowy taśm nadprzewodnikowych: SCS12050 ze stabilizatorem miedzianym oraz SF12050 bez stabilizatora z uwzględnieniem ich parametrów elektrycznych i termicznych. Porównano otrzymane przebiegi mocy chłodzenia i grzania, temperatury oraz prądów płynących w poszczególnych warstwach obu rodzajów taśm. Model komputerowy opracowany w środowisku PSpice posłużył do obliczenia prądu właczania transformatora nadprzewodnikowego HTS o mocy 21 MVA, 70/10,5 kV. Analizie poddano pierwsze trzy jednokierunkowe impulsy prądowe generowane podczas załączania nieobciążonego transformatora do sieci. Obliczono wartości czasu trwania impulsu (kąt γ), przyrostu temperatury uzwojenia pierwotnego oraz wartości średnie i skuteczne prądu włączania dla pierwszych trzech impulsów w uzwojeniach wykonanych z obu typów taśmy HTS 2G. Przeprowadzona analiza pozwoliła na określenie wpływu parametrów rozpatrywanych taśm na skuteczne ograniczanie prądu właczania transformatora do sieci zasilającej oraz możliwości ich wykorzystania w budowie uzwojeń transformatorów nadprzewodnikowych.

Słowa kluczowe

EN

HTS winding; superconducting transformer; inrush current

PL

uzwojenie HTS; transformator nadprzewodnikowy; prąd włączania

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 6
• Strony: 146--149
• Opis fizyczny: Bibligr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Surdacki Paweł

• Politechnika Lubelska, Katedra Elektrotechniki i Elektrotechnologii, ul. Nadbystrzycka 38 A, 20-618 Lublin

autor

Woźniak Łukasz

• Politechnika Lubelska, Katedra Elektrotechniki i Elektrotechnologii, ul. Nadbystrzycka 38 A, 20-618 Lublin

Bibliografia

• [1] Kalsi S. S. 2011, High temperature superconductors to electric power equipment (IEEE Press, Wiley).
• [2] Komarzyniec G, Energies 2021, 14, Calculating the inrush current of superconducting transformers, doi: 10.3390/en14206714.
• [3] Berger A at al 2010, Comparison of the efficiency of superconducting and conventional transformers, J. Phys. Conf. Series 234 032004, doi:10.1088/1742-6596/234/3/032004.
• [4] Lu J, Choi E S, Zhou H D 2008, Physical properties of Hastelloy C-276 at cryogenic temperatures, J. Appl. Phys. 103, 064908.
• [5] Smith D R, Fickett F R 1995, Low-temperature properties of silver, J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 100 2 pp 119-171.
• [6] Matula R A 1979, Electrical resistivity of copper, gold, palladium, and silver, J. Phys. Chem. Ref. Data 8 4 pp 1147-1298.
• [7] Naito T et al. 2012, Specific heat and thermal diffusivity of YBCO coated conductors, Phys. Procedia, 36 pp 1609-1613.
• [8] Janowski T, Wojtasiewicz G and Jaroszyński L 2016, Transformatory nadprzewodnikowe (Warszawa: Instytut Elektrotechniki), ISBN 978-83-61956-54-9.
• [9] Wilson P R, Ross J N, Brown A D 2001, Optimizing the Jiles-Atherton model of hysteresis by a genetic algorithm, IEEE TransMagn, 37 2 pp 989-993.
• [10] Du R and Robertson P 2015, Dynamic Jiles-Atherton model for determining the magnetic power loss at high frequency in permanent magnet machines, IEEE Trans Magn 51, 6, 7301210.
• [11] Majka M., Kozak J., Wojtasiewicz G., Kozak S., Janowski T.: “Current limiting performance of 9 kVA superconducting transformers”, Przegląd Elektrotechniczny, r. 90, nr 4, s. 70–73, 2014.
• [12] Wojtasiewicz G., Majka M., Kozak J.: „Badania eksperymentalne transformatora nadprzewodnikowego 10 kVA”, Przegląd Elektrotechniczny, r. 90, nr 3, s. 153–156, 2014.
• [13] Surdacki P., Jaroszyński L., Woźniak Ł., 2021, Modelowanie prądu włączania transformatora nadprzewodnikowego w środowisku PSpice, Przegląd Elektrotechniczny, nr 4, 162-165, doi:10.15199/48.2021.04.29
• [14] Surdacki P.; Woźniak Ł.; Influence of the HTS Winding Tape on Limiting the Transient Currents in Superconducting Transformers, Energies 2022, 15(5), 1688; https://doi.org/10.3390/en15051688