Nadprzewodnikowy ogranicznik prądu - magnetodynamiczny model polowo-obwodowy

• Autorzy: Kozak S.

Warianty tytułu

EN

Superconducting fault current limiter - magnetodynamic circuit-fem numerical model

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Nadprzewodnikowe ograniczniki prądu mogą być wykorzystywane do ograniczania poziomu prądów zwarciowych w sieciach energetycznych. Ograniczniki te, w przeciwieństwie do dławików czy transformatorów wysokoimpedancyjnych ograniczają prądy zwarciowe bez zwiększania impedancji obwodu w warunkach pracy znamionowej. W nadprzewodnikowych ogranicznikach prądu typu rezystancyjnego element nadprzewodnikowy włączony jest bezpośrednio, szeregowo od obwodu. Prąd zwarciowy powoduje przejście nadprzewodnika do stanu rezystywnego i w obwodzie pojawia się rezystancja ograniczająca prąd zwarcia. W nadprzewodnikowych ogranicznikach prądu typu indukcyjnego nadprzewodnikowy ogranicznik rezystancyjny umieszczony jest po stronie wtórnej transformatora. Impedancja tego ogranicznika jest bliska zeru w warunkach znamionowych, ponieważ zerowa impedancja wtórnego uzwojenia nadprzewodnikowego przenoszona jest na stronę pierwotną. Podczas zwarcia rezystancja ze strony wtórnej przenoszona jest do obwodu i ogranicza prąd zwarciowy. W pracy został opisany model numeryczny nadprzewodnikowego ogranicznika prądu typu indukcyjnego. Model fizyczny takiego ogranicznika zbudowany został w Pracowni Krioelektromagnesów. Charakterystyki napięciowo-prądowe modelu fizycznego zmierzone w temperaturze pokojowej (295 K) wykorzystane zostały do weryfikacji modelu numerycznego. Model numeryczny nadprzewodnikowego ogranicznika prądu typu indukcyjnego opracowany został przy wykorzystaniu modułu magnetodynamicznego MD sprzężonego z obwodem zewnętrznym w programie polowym FLUX2D. Model numeryczny wykorzystany został do przeanalizowania wpływu wybranych parametrów na charakterystyki napięciowo-prądowe ogranicznika. Pokazano, że zmiana geometrii rdzenia magnetycznego wpływa znacząco na te charakterystyki.

EN

The superconducting fault current limiters (SFCL) can be used to limit the short-circuit current level in electrical transmission and distribution networks. These fault current limiters, unlike reactors or high-impedance transformers, will limit fault currents without adding impedance to the circuit during normal operation. In one concept of SFCL - serial resistive limiter, the superconductor is inserted in the circuit directly. During a fault, the fault current pushes the superconductor into a resistive state and resistance, which limits the fault current, appears in the circuit. Another concept - inductive limiter, uses a resistive limiter on a transformer secondary. The impedance of this limiter under standard operation conditions is nearly zero, since the zero impedance of the secondary superconducting winding is reflected to the primary. In the event of a fault, the resistance in the secondary is reflected into the circuit and limits the fault current. The paper describes a numerical model of an inductive type supercomducting fault current limiter. A physical model of that SFCL was made in the Cryomagnet Laboratory. The voltage-current characteristic of the model measured in room temperature (295 K) was used to verify the numerical model. The numerical model of the inductive SFCL was made using the magnetodynamics (MD) physical domain of the CAD package FLUX2D coupled with circuit equations. The numerical model was used to analyse the influence of selected parameters on SFCL voltage-current characteristics. The paper shows that the changes of the iron core geometry influence those characteristics significantly.

Słowa kluczowe

PL

nadprzewodnikowe ograniczniki prądu; ograniczniki prądu; model numeryczny; Flux 2D

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki
• Czasopismo: Prace Instytutu Elektrotechniki
• Rocznik: 2002
• Tom: Z. 211
• Strony: 71--81
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Kozak S.

• Instytut Elektrotechniki w Warszawie, Zakład Badań Podstawowych Elektrotechniki, Pracownia Krioelektromagnesów - Lublin

Bibliografia

• 1. Cave J. R., et al., Testing and modelling of inductive superconducting fault current limiters. IEEE Trans. Appl. Supercond., 7: 832-835, 1997.
• 2, CEDRAT, FLUX2D - CAD Package for electromagnetic and Thermal Analysis using Finite Elements, User's Guide.
• 3 CEDRAT, FLUX2D - CAD Package for electromagnetic and Thermal Analysis using Finite Elements, Circuit Equations Coupling.
• 4. Hassenzahl W.V., Superconductivity, an Enabling Technology for 21st Century Power Systems ?, IEEE Trans, on Applied Superconductivity, vol. 11, 2001, pp 1447-1453.
• 5. Ise T., Nguyen H , Kumagai S , Reduction of Inductance and Current Rating of the Coil and Enhacement of Fault Current Limiting Capability of a Rectifier Type Superconducting Fault Current Limiter", IEEE Trans, on Applied Superconductivity, vol 11. 2001. pp 1932-1935.
• 6. Janowski T., Kondratowicz-Kucewicz B., Kozak S, Wojtasiewicz G., Postępy w zastosowaniach nadprzewodników, Prace Naukowe Instytutu Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii Politechniki Wrocławskiej, nr 37, seria: Konferencje nr 12, Jamrozowa Polana, 2000, str.261-268.
• 7. Kozak S., Wojtasiewicz G, Wybrane zastosowania nadprzewodnictwa w energetyce. XXIV-SPETO 2001, Gliwice - Ustroń 2001, str 131-134.
• 8. Kozak S., Wojtasiewicz G., Pomiary charakterystyk statycznych modelu nadprzewodnikowego ogranicznika prądu typy indukcyjnego, III Seminarium „Zastosowania nadprzewodników, Lublin - Nałęczów 2001, str 111-120 .
• 9. Kozak S., Model numeryczny nadprzewodnikowego ogranicznika prądu typy indukcyjnego, III Seminarium „Zastosowania nadprzewodników, Lublin - Nałęczów 2001, str 121-126.
• 10. Paul W, Chen M., Lakner M., Rhyner J„ Braun D., Lanz W., Fault current limiter based on high temperature superconductors - different concepts, test results, simulations, applications, Physica C 354 (2001) 27-33.
• 11. Salasoo L, Boenig H. J., Superconducting Fault Current Limiters, Webster J.G. (ed.), Wiley Encyclop. of Electr. and Electronics Eng, vol. 20, John Wiley & Sons, Inc., New York 1999.