Villamos forgógépek és transzformátorok Szakmai Nap Szupravezetős Önkorlátozó Transzformátor Györe Attila VILLAMOS ENERGETIKA TANSZÉK BUDA PESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGY ETEM
Közreműködők Erdélyi István Györe Attila Horvát Máté Dr. Semperger Sándor Tihanyi Viktor Dr. Vajda István
Tartalom Szupravezető anyagok Szupravezetős zárlati áramkorlátozók Önkorlátozó Transzformátor felépítése, működése Önkorlátozó Transzformátor mérőrendszere Szupravezető gyűrű mérése Légmagos tekercs Transzformátoros állapot Hirtelen rövidzárlat Elért eredmények
Szupravezető anyagok
Szupravezető anyag B-T-J felülete A felületen belül: szupravezetési állapot A felületen kívül: normál állapot Kritikus J-B-T felület Áramsűrűség MHS M HS Indukció Hőmérséklet
Szupravezető anyagok
Szupravezetős zárlati áramkorlátozók
Főbb követelmények Normál, üzemi áramokkal szemben megfelelően kicsi (elhanyagolható) impedanciát képviseljen. Normál üzemmódban a ZÁK vesztesége a védendő kör teljesítményének néhány tized százaléka illetve feszültségesése a hálózat névleges feszültségének maximum néhány százaléka legyen. A zárlati áramokkal szemben meghatározott nagy impedanciát képviseljen, tehát hatásosan korlátozza a tranziens áramokat, és az előírt (névlegesnél nagyobb) értékre az állandósult zárlati áramot. Működése gyors legyen, hogy a zárlati áramnak már az első amplitúdó-csúcsát is hatásosan csökkentse. A zárlati áramot meghatározott ideig (amíg a megfelelő megszakító azt meg nem szakítja) hatékonyan csökkentse, valamint korlátozza a zárlati áramok által okozott termikus igénybevételeket.
Szupravezetős ZÁK fajtái Rezisztív típusú Induktív típusú
Induktív áramkorlátozó felépítése R SC =0 R SC >>ωl m Φ 2 I 2 I 1 I 1 Φ 1 Φ 1 a) Φ 1 Φ 2 ; R sc 0, Z Z rz b) Φ 2 0; R sc»ωl m, Zω ω L m Az induktív MHS ZÁK normál üzemű (a) és korlátozó üzemű (b) működése
1 Fázisú Önkorlátozó Transzformátor felépítése, működése
Cél Egy olyan magashőmérsékletű szupravezetőt használó eszköz elkészítése, amely magában foglalja az áramkorlátozás és a transzformátor funkcióját.
1 Fázisú Önkorlátozó transzformátor
Önkorlátozó transzformátor Induktív MHS ZÁK bővített, tovább fejlesztett változata: Egyfázisú transzformátor + Induktív ZÁK Normál állapot = Transzformátoros üzem Normál üzemben MHS gyűrű ellengerjeszt, így a kiegészítő oszlop fluxusa 0 Korlátozó állapotban a szekunder oldali eredő feszültséget csökkenti le a szembe kapcsolt, osztott szekunder tekercselés, ezzel korlátozza a szekunder áramot Előny: Fajlagos költsége kisebb, mint egy független induktív ZÁK-é és egy transzformátoré Alacsony- és szobahőmérsékletű hálózatok összekapcsolását teszi lehetővé
Önkorlátozó transzformátor működése #1 Flux distribution at normal mode of the Slimformer 4,E-04 4,E-04 3,E-04 Fluxes [Wb] 3,E-04 2,E-04 2,E-04 1,E-04 Fi1 Fi2 Fi3 5,E-05 0,E+00 200 150 100 Load resistance [Ohm] 50 0
Önkorlátozó transzformátor működése #2 Flux distribution in the limbs of the Slimformer at limitation mode 4,0E-04 3,5E-04 3,0E-04 Fluxes [Wb] 2,5E-04 2,0E-04 1,5E-04 Fi1 Fi2 Fi3 1,0E-04 5,0E-05 0,0E+00 350 300 250 200 150 Load resistance [Ohm] 100 50 0
Önkorlátozó transzformátor működése #3 Voltages on the Secondary at normal mode of the Slimformer 60 50 Voltage [V] 40 30 20 Secondary Auxiliary Sum of Sec&Aux 10 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 Secondary Current [A]
Önkorlátozó transzformátor működése #4 Secondary voltages of the Slimformer at limitation mode 60 50 Voltage [V] 40 30 20 Sum of Sec&Aux Secondary Auxiliary 10 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 Secondary current [A]
20 kva-es Önkorlátozó Transzformátor Tervezett értékek: Paraméter Érték Paraméter Érték Látszólagos teljesítmény 20 kva Vasmag átmérője 134 mm Primer feszültség 1400 V Járom hossza 1148 mm Primer áram 14,3 A Oszlop magassága 826 mm Primer menetszám 364 Szekunder feszültség 108,3 V Szekunder áram 184,7 A Fő szekunder tekercs menetszáma(i) 10-14-20-28 Kiegészítő szekunder tekercs menetszáma(i) 10-14-20-28
Az elkészült elő-prototípus önkorlátozó transzformátor
Az elkészült elő-prototípus önkorlátozó transzformátor
MHS gyűrűk gyári/mért adatai Gyűrű sorszáma Stabilizáló réteg a külső/belső falon Maximális gerjesztés5 percig [Amenet] Fal vastagság [mm] 35.007 FRP / CFK 3000 5,45 35.016 FRP / CFK 3780 5,88 35.019 FRP / CFK 3480 5,3 35.009 FRP / FRP 3000 5,65 35.006 FRP / FRP 3660 6 35.013 FRP / FRP 3360 5,5 35.012A FRP+sönt / FRP 1170 3 43.023A FRP+sönt / FRP 1200 3
MHS gyűrűk, Ø200 mm
Mérőrendszer
Transzformátoros üzemállapot Állandósult állapot, # 43.023-as gyűrű, Upri=400V, 28-20, Rt=444 mohms + teljes rövidzár 100 90 80 70 60 50 40 Primer Voltage Secondary Main Voltage Secondary Voltage Primary Current Secondary Current Secondary Aux Voltage 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Idő [s]
Transzformátoros üzemállapot A 43.023A gyűrű különböző szekunder menetszám kombinációknál 600 500 Működési idő [s 400 300 200 28-20 28-28 14-28 100 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Szekunder áram [A]
A 10 perces működés utáni zárlat Hirtelen rövidzár 10 perces működés után, 20 kva Önkorlátozó Tr., # 43.023 gyűrű, Upri=500V, 14-28, Rt=444 mohms + teljes rövidzár 800 600 400 200 0 0,36 0,41 0,46 0,51 0,56-200 Primer Voltage Secondary Main Voltage Secondary Voltage Primary Current Secondary Current Secondary Aux Voltage -400-600 -800 Idő [s]
A szekunder áramok csúcsértékei különböző szekunder menetszám kombinációnál 700 600 500 400 300 200 100 0 1 3 299.3 V 395.8 V 9 7 502.9 V 599.9 V 697.8 V 802.2 V 894.8 V 297.5 V 396.4 V 9 499.2 V 596.6 V 5 999.7 V 1096.5 V 1197.7 V 1299.4 V 1349.2 V 1407.5 V 1448.4 V 7 695.7 V 744.8 V 789.8 V 5 888.2 V 998.9 V ser1 1050.8 V 3 1 Absolute value of the peak of the secondary currents [A] 299.3 V 395.8 V 502.9 V 599.9 V 697.8 V 802.2 V 894.8 V 999.7 V 1096.5 V 1197.7 V 1299.4 V 1349.2 V 1407.5 V 1448.4 V Number of halfperiods Primary Voltage [V] 297.5 V 1200 Absolute value of the peak of the secondary currents [A] 396.4 V 499.2 V 596.6 V 695.7 V 744.8 V 789.8 V 888.2 V 998.9 V ser1 1050.8 V Number of halfperiods 1000 800 600 400 200 0 Primary Voltage [V]
Hirtelen rövidzárlat Hirtelen rövidzár, 20 kva Önkorlátozó Tr., #43.023 gyűrű, U=1400V, 28-28, teljes rövidzár 2500 2000 1500 1000 500 0 0,33 0,35 0,37 0,39 0,41 0,43 0,45 0,47 0,49 0,51-500 Primer Voltage Secondary Main Voltage Secondary Voltage Primary Current Secondary Current Secondary Aux Voltage -1000-1500 -2000-2500 Idő [s]
Eredmények A transzformátoros üzemállapotban mért 10 perces működési áramok alapján lehet meghatározni a gyűrű névleges áramát és így az önkorlátozó transzformátor állandósult állapotát A hirtelen rövidzárlati mérésekből meghatározható a gyűrű zárlat alatti viselkedése, aktiválása, ebből az önkorlátozó transzformátor korlátozási tulajdonságai határozhatók meg
Köszönöm megtisztelő figyelmüket!