Supravodivost (3)

Supravodivost (3)

prof. Václav Černý

5. Supravodivé omezovače zkratových proudů

K nejzávažnějším poruchám v rozvodné síti patří zkratové proudy I_k, které mohou dosahovat až stonásobku jmenovitého proudu I_n. Doba zkratu bývá 30 až 300 ms. V důsledku zkratových proudů dochází k silnému mechanickému i tepelnému namáhání všech prvků sítě. Pro omezení zkratových proudů se používají tlumivky a transformátory s vyšší reaktancí, což má však za následek vyšší ztráty v rozvodných sítích.

Obr. 9. Zjednodušené schéma experimentálního obvodu pro měření supravodivého omezovače proudu FCL

Ideální omezovač zkratového proudu by neměl zvyšovat provozní ztráty v síti, a měl by zkratový proud omezit na hodnotu blízkou jmenovitému proudu.

V roce 1955 byl v Japonsku laboratorně ověřen supravodivý omezovač proudu FCL (Fault Current Limiter, omezovač poruchového proudu), který měl v sérii zapojeno dvacet osm supravodivých modulů YBa₂Cu₃O₇, pracujících při teplotě kapalného dusíku (LN₂). Na obr. 9 je zjednodušené schéma experimentálního obvodu pro měření supravodivého omezovače proudu FCL.

U supravodivých omezovačů proudu se využívá schopnost supravodičů za určitých podmínek přecházet ze supravodivého do normálního stavu (přechod S-N) a zpět, tj. z normálního do supravodivého stavu (přechod N-S).

Obr. 10. Pokles napětí zatížené třífázové sítě bez SMES
Obr. 11. Průběhy poklesu napětí při zařazeném SMES

Jedna americká firma vyrábí mobilní zařízení SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage, supravodivý akumulátor energie), které lze přepravovat na tahačovém podvozku. Toto zařízení může akumulovat až 3 MW·s elektrické energie, tzn. že je možné přes polovodičový měnič dodávat do sítě po dobu jedné sekundy činný výkon 3 MW. Tento výkon umožňuje překlenout dočasný pokles napětí.

V roce 1996 byl uskutečněn roční zkušební provoz supravodivého omezovače zkratových proudů se zdánlivým výkonem 1,2 MV·A. V roce 2000 byl v Japonsku sestaven nový model se zdánlivým výkonem 6,4 MV·A pro napětí sítě U_n = 8 kV a jmenovitý proud I_n = 800 A. Vrcholová hodnota zkratového proudu 10,6 kA, která je rovna 9,5I_n, poklesla za 20 ms na 3,2 kA (tj. 4I_n) a za 80 ms na 2,5 kA (tj. 3,1I_n). Jak je patrné z průběhů poklesu napětí, znázorněných na obr. 10 a obr. 11, byla vrcholová hodnota poruchového proudu snížena o téměř 50 %. V současné době je již několik supravodivých omezovačů zkratového proudu uvedeno do zkušebního provozu.

(pokračování)