За использование сверхпроводимости надо платить необходимостью криогенного обеспечения

За использование сверхпроводимости надо платить необходимостью криогенного обеспечения. На гелиевом уровне (4. 2 К или -269 С) применение сверхпроводимости было слишком дорого Требуемая мощность рефрижератора для получения 1 Вт холода. Криогенная температура (К) Необходимая мощность при комнатной температуре (Вт) 200 2 150 4 100 8 77 12 30 80 4 2000

С открытием в 1986 г. высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) способных работать при температуре жидкого азота (77 К или -196 С), появилась возможность получения преимуществ при использовании сверхпроводящих устройств. Основные преимущества Ø Резкое снижение затрат на охлаждение ØУпрощение криогенного оборудования Ø Высокое значение Нс2 Ø Повышение стабильности

Традиционные технологии. Мотивация Сверхпроводимость обеспечивает: Повышение плотности тока при нулевом сопротивлении (DC) в сильных магнитных полях. Повышение энергоэффективности Оценки снижения потерь энергии и потерь веса Применения Снижение энергии Снижение объема и/или веса Генераторы (неск. МВА) 30 -40 % 30 -50 % Генераторы (> 100 MVA) 40 -50% 30 -50 % Трансформаторы стационарные ~ 50 % 30 -50 % Трансформаторы мобильные 80 -90 % 40 -60 % Электромагнитный нагрев ~ 50 % Магнитная сепарация > 80 % Токовводы 70 -80 % ВТСП высокополевые магниты > 90 % Кабели ~ 50 % 40 -60 % ~ 50 %

Новые технологии. Мотивация Сверхпроводимость обеспечивает: Высокие плотности тока при нулевом сопротивлении (DC) в сильных магнитных полях. Новые возможности и повышение качества Применения электроснабжения. Сверхпроводящие системы быстрого ограничения токов короткого замыкания Индуктивные накопители энергии Повышение качества электроэнергетики Низкий импеданс с/п энергетического оборудования Высокая устойчивость сети со сверхпроводящими токоограничителями к токам К. З. Быстрая компенсация отклонений режима в сетях с индуктивными накопителями Экологическая чистота и пожаробезопасность

В большинстве электротехнических устройств используемых в энергетике магнитные поля на обмотке сравнительно невелики, поэтому первые промышленные ВТСП применения приходят в электроэнергетику. Главные направления исследований и разработок ВТСП электроэнергетических устройств в мире: ВТСП силовые кабели ВТСП машины и трансформаторы ВТСП ограничители тока короткого замыкания НТСП и ВТСП индуктивные накопители энергии ВТСП силовые сверхпроводящие кабели – это наиболее продвинутое применение и они уже устанавливаются в реальных энергосистемах

Силовые кабели Конструкция НТСП кабеля Однофазные варианты жесткого, полугибкого и гибкого СП-кабелей. Гибкая тепловая изоляция выполнена из гофрированных труб. Проводник также представляет собой гофрированную трубу либо винтовую ленточную обмотку. Длина одной секции гибкого кабеля достигает 200 м, внешний диаметр сечения кабеля не превышает 250 мм. На рис. 9 цифры означают: 1 – защитная труба, 2 – суперизоляция, 3 – вакуум, 4 – распорки, 5 – сильфон, 6 – азот, 7 – тепловой экран (80 К), 8 – гелий, 9 – сверхпроводник, 10 – электрическая изоляция, 11 – тепловой экран (10 К), 12 – обратный поток гелия, 13 – гелиевая труба, 14 – каркас.

Типы конструкции ВТСП кабелей Конструкция ВТСП-кабеля с холодным диэлектриком 1. Жидкий азот 2. Жидкий азот 3. ВТСП-токопроводящая жила 4. Диэлектрик 5. ВТСП-экран 6. Криостат 7. Оболочка

Конструкция ВТСП-кабеля с теплым диэлектриком 1. Жидкий азот 2. ВТСП-токопроводящая жила 3. Криостат 4. Оболочка 5. Экран

Схематичный разрез подстанции 1. Муфты 2. Контур охлаждения 3. Охлаждающая установка 4. ВТСП-кабель 5. Медные шинопроводы

силовые кабели в мире – Россия в общем ряду проектов --- Кабель испытывается в реальной энергосети

• Проект 3 x 30 метров – исследовательский проект. • Проект 3 x 200 метров – изготовлен, испытан и будет установлен в системе энергоснабжения г. Москвы. ПАРАМЕТРЫ Напряжение – 20 к. В Рабочий ток – 1500 А, ток длительной перегрузки – 2000 А.

ВТСП - кабельные линии переменного тока целесообразны в тех случаях, когда необходимо распределение больших потоков электроэнергии на низком напряжении (10 к. В или 20 к. В) от непосредственно шин генераторного напряжения ТЭЦ или шин подстанций. При этом отсутствуют повысительные и понизительные трансформаторные подстанции (например, 20/110 к. В и 110/20 к. В), исключается или замещается строительство воздушных линий электропередачи. ВТСП - кабельные линии постоянного тока, выполняя те же функции, что и ВТСП - кабельные линии переменного тока, способны также осуществлять функцию ограничения токов к. з. Они могут также осуществлять управление потоками мощности, в т. ч. они способны обеспечить реверс мощности. Поэтому в тех случаях, когда помимо передачи больших потоков мощности на низком напряжении требуется еще обеспечить и функцию ограничения токов к. з. и управления потоками мощности, ВТСП - кабельные линии постоянного тока наиболее предпочтительны. Хорошо известно, что эти проблемы присущи схемам электропитания таких городов, как Москва, Санкт-Петербург и др. Пилотный проект подобной кабельной линии предполагается осуществить в одном из районов г. Санкт-Петербурга, где остро стоит проблема повышения надежности электроснабжения в совокупности с решением проблемы ограничения токов к. з.

ВТСП силовые кабели постоянного тока как элемент интеллектуальной энергосистемы 1 - ВТСП кабель 2 - Сверхпроводящий ограничитель токов (СОТ) 3 - ВТСП трансформатор Комплекс КВПУ и ВТСП КЛ обеспечивает: - передачу мощности с минимальными потерями; - регулирование реактивной мощности; - ограничение токов к. з.

ВТСП кабели Требования к материалам • Повышение механических характеристик • Разработка соединений лент с высокими механическими, геометрическими и электрическими характеристиками • Снижение потерь энергии • Повышение критической плотности тока • Снижение стоимости Необходимые исследования и разработки • Повышение характеристик ВТСП материалов и снижение стоимости • Повышение надежности и расширение линейки криогенного оборудования • Повышение характеристик тепловой изоляции и снижение теплопритоков при общем снижении стоимости системы криостатирования • Разработка надежных систем термокомпенсации для длинномерных отрезков • Разработка стандартов/рекомендаций по производству и испытаниям ВТСП кабелей • Демонстрация надежности и эффективности использования ВТСП кабелей путем опытной эксплуатации