„Villamos forgógépek és transzformátorok” Szakmai Nap Szupravezetős Önkorlátozó Transzformátor Györe Attila
VILLAMOS ENERGETIKA TANSZ ÉK 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
Áramsűrűség
A felületen kívül: normál állapot
Krit ikus J-B-T f elület
M HS MHS
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 RSC>>ωL >>ω m
RSC=0 Φ2 I2
I1
I1
Φ1
a) Φ1 ≈ –Φ Φ2; Rsc≈ 0, Z≈ ≈ Zrz
Φ1
b) Φ2≈ 0; Rsc» ω Lm, Zω≈ ω≈L ω≈ 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
Fluxes [Wb]
3,E-04
3,E-04
2,E-04
2,E-04
Fi1
1,E-04
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
Fluxes [Wb]
3,0E-04
2,5E-04
Fi1
2,0E-04
Fi2
Fi3
1,5E-04
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
Voltage [V]
50
40
30
Secondary
Auxiliary
Sumof Sec&Aux
20
10
0 0
0,2
0,4
0,6
0,8
Secondary Current [A]
1
1,2
1,4
1,6
Önkorlátozó transzformátor működése #4
Secondary voltages of the Slimformer at limitation mode 60
Voltage [V]
50 40 30 Sum of Sec&Aux
Secondary
Auxiliary
20 10 0 0
0,05
0,1
0,15
0,2
Secondary current [A]
0,25
0,3
0,35
20 kVA-es Önkorlátozó Transzformátor • Tervezett értékek: Paraméter
Érték
Paraméter
Látszólagos teljesítmény
20 kVA
Vasmag átmérője
Primer feszültség
1400 V
Járom hossza
Primer áram
14,3 A
Oszlop magassága
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
Érték 134 mm 1148 mm 826 mm
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]
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
Fal vastagság [mm]
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 Primer Voltage Secondary Main Voltage Secondary Voltage Primary Current Secondary Current Secondary Aux Voltage
60
50 40 30 20
10 0 0
20
40
60
80
100 Idő [s]
120
140
160
180
200
Transzformátoros üzemállapot A 43.023A gyűrű különböző szekunder menetszám kombinációknál 600
Működési idő [s]
500 400 28-20 300
28-28 14-28
200 100 0 0
10
20
30
40
Szekunder áram [A]
50
60
70
A 10 perces működés utáni zárlat Hirtelen rövidzár 10 perces működés után, 20 kVA Önkorlátozó Tr., # 43.023 gyűrű, Upri=500V, 1428, Rt=444 mOhms + teljes rövidzár 800
600
400
200
0 0,36
0,41
0,46
-200
-400
-600
-800 Idő [s]
0,51
0,56
Primer Voltage Secondary Main Voltage Secondary Voltage Primary Current Secondary Current Secondary Aux Voltage
A szekunder áramok csúcsértékei különböző szekunder menetszám kombinációnál 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
500 400 300 200 100
1200 2 97.5 V 3 96.4 V
1000
4 99.2 V 5 96.6 V 6 95.7 V 7 44.8 V
800
7 89.8 V
600
8 88.2 V 9 98.9 V ser1
400
1 050.8 V
200
1050.8 V
888.2 V
998.9 V ser1
789.8 V
744.8 V
695.7 V
596.6 V
499.2 V
396.4 V
9
Number of halfperiods
7
5
3
0
297.5 V
Primary Voltage [V]
1
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
299.3 V 395.8 V
9
7
Number of halfperiods
5
3
1
0
Absolute value of the peak of the secondary currents [A]
600
Absolute value of the peak of the secondary currents [A]
700
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
-500
-1000
-1500
-2000
-2500 Idő [s]
0,45
0,47
0,49
0,51
Primer Voltage Secondary Main Voltage Secondary Voltage Primary Current Secondary Current Secondary Aux Voltage
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!
