автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Исследование ограничения токов короткого замыкания в электроэнергетических системах с помощью высокотемпературных сверхпроводящих токоограничителей индуктивного типа

На правах рукописи

Лоскутов Александр Викторович

ИССЛЕДОВАНИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ С ПОМОЩЬЮ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ТОКООГРАНИЧИТЕЛЕЙ ИНДУКТИВНОГО ТИПА

Специальность 05.14.02 -Электростанции и электроэнергетические

системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2004

Работа выполнена в Новосибирском государственном техническом университете.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Манусов Вадим Зиновьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Дмитриев Евгений Васильевич кандидат технических наук, доцент Ветров Владимир Ильич

Ведущая организация: ОАО «Сибирский научно-исследовательский институт энергетики» СибНИИЭ.

Защита состоится 23 декабря 2004 г. в Ю часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.01 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, Новосибирск-92, пр. К. Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

Тимофеев И.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На современном этапе развития сложных электроэнергетических систем (ЭЭС), несмотря на то, что используются различные токоограничивающие устройства, проблема ограничения токов короткого замыкания (КЗ) до сих пор остается открытой. Рост тока короткого замыкания в электрических сетях всех классов напряжения делает актуальной разработку новых эффективных методов и устройств, предназначенных для его снижения.

В связи с этим в последнее время в развитых странах рассматриваются вопросы повышения эффективности функционирования и обеспечение устойчивого развития электроэнергетики на базе новых современных технологий. С появлением высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) к одному из перспективных направлений в электроэнергетике следует отнести разработку и внедрение в промышленных масштабах сверхпроводящих ограничителей тока (СОТ)1.

Проблему ограничения тока короткого замыкания приходится решать для распределительного устройства и сети генераторного напряжения теплоэлектростанции, на сборках генераторного напряжения укрупненных блоков гидроэлектростанции, на вторичной стороне (6 — 10 кВ) подстанции, в системе собственных нужд конденсационной электростанции и атомной электростанции и, наконец, в распределительном устройстве и сетях высокого напряжения мощных районных электростанции.

Сверхпроводящие ограшгчители тока, в различном конструктивном исполнении, постепенно находят все большее практическое применение в задачах по ограничению токов КЗ. Однако эффективность использования таких устройств в электроэнергетике до сих пор полностью не изучена.

Разработка различных типов сверхпроводящих токоограничиваю-щих устройств активно ведется с начала 90-х годов прошлого века в целом ряде организаций нашей страны и за рубежом, среди них: ABB (Швейцария), VPTI Hydro-Quebec (Канада), Central Research Institute of Electrical Power Industry (Япония), СибНИИЭ, ЭНИН, Power Superconductor Applications (США), ИФ СО РАН, КрасГУ, ВНИИЭ, РНЦ «Курчатовский институт», General А^>шк(США) и многие другие.

Целесообразность применения сверхпроводящих ограничителей тока для решения задач данного типа проистекает вследствие следующих

В дальнейшем речь идет только о СОТ на базе В

причин: нелинейной вольтамперной характеристики устройств, отсутствия в таких токоограничителях механических движущихся частей и контактов, сокращения потерь мощности в нормальном режиме работы в сравнении с используемыми бетонными реакторами, возможности более эффективной координации величины тока короткого замыкания и параметров оборудования сети. Существенной особенностью сверхпроводящих ограничителей тока является то, что они могут использоваться в сочетании с классическими методами и устройствами ограничения токов короткого замыкания.

Отдельную благодарность за ценные консультации в области ВТСП и помощь в проведении лабораторных экспериментов автор выражает руководителю НИЛ ВТСП, к.ф-м.н., доценту Марийского государственного университета А.Р. Буеву.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является оценка возможности применения высокотемпературных сверхпроводящих токоограничителей, в частности ограничителей тока индуктивного типа с дискретным (составным) экраном, для задачи ограничения токов КЗ в электроэнергетических системах.

Проведение теоретических и экспериментальных исследований, направленных на разработку токоограничителя индуктивного типа с дискретным экраном из «тонких» колец, потребовало решения следующих задач:

1. Усовершенствование конструкции токоограничителя индуктивного типа с ВТСП экраном и разработка модели СОТ с дискретным экраном.

2. Экспериментальное исследование влияния конструкции дискретного экрана из тонких колец на величину порога ограничения тока, определяемую по вольтамперной характеристике устройства.

3. Определение наиболее эффективной конструкции экрана для СОТ индуктивного типа.

4. Исследование и анализ области применения СОТ для задачи ограничения токов КЗ в электроэнергетических системах.

5.Сравнителъный анализ эффективности использования в электрической сети традиционных ограничителей тока (бетонных реакторов) и сверхпроводящих токоограничителей.

Методы исследований. При проведении исследований использовались положения теории высокотемпературной сверхпроводимости, методы обработки результатов эксперимента, теория электромагнитных процессов в электрических системах.

Научная новизна работы определяется следующими положениями:

1. Выполнены теоретический анализ и оценка принципиальной возможности применения высокотемпературных сверхпрово-дящих-токоограничителей индуктивного типа в системах элек-

троснабжения. Показаны преимущества, недостатки, определен круг задач, которые могут быть эффективно решены с использованием в электроэнергетических сетях СОТ.

2. Разработана модель СОТ индуктивного типа с составным экраном из «тонких» колец, являющаяся дальнейшим развитием концепции СОТ с ВТСП экраном.

3.Впервые исследовано влияние конструкции дискретного экрана на величину порога ограничения тока, определяемую по вольт-амперной характеристике устройства.

4. Определена наиболее оптимальная конструкция экрана в токоо-граничивающем устройстве индуктивного типа. Впервые установлено, что неравномерное раздвижение колец в экране улучшает значение порога ограничения тока в вольтамперной характеристике устройства.

5.Выполнен сравнительный анализ эффективности использования сверхпроводящих ограничителей тока в системах электроснабжения. Показана целесообразность применения СОТ для задач ограничения токов короткого замыкания.

На основании результатов, полученных во время экспериментальных исследований, выдан патент на изобретение № 2230417 РФ, МКИ 7Н02Н9/02 «ВТСП ограничитель тока с дискретным экраном».

Основные положения, выносимые на защиту, заключаются в следующем:

1.Обоснованность применения СОТ для задач ограничения токов КЗ в электроэнергетических системах.

2.Разработка модели СОТ индуктивного типа с дискретным экраном.

3.Определение степени эффективности СОТ при решении задачи ограничения токов КЗ в электроэнергетике.

Достоверность результатов, полученных в диссертации подтверждается результатами экспериментов, в ходе которых была создана модель сверхпроводящего ограничителя тока, использованием стандартных схем электрических сетей в качестве исходной информации при проведении исследований, апробацией результатов на сравнительном анализе со значениями, определенными для традиционных токоо-граничивающих устройств, а также корректным применением методов теоретической электротехники и расчета электромагнитных процессов.

Практическая ценность. Выполненные исследования, а также разработанная модель токоограничивающего устройства могут использоваться в АО-энерго, городских электрических сетях, проектных и ис-

следовательских организациях для решении задачи координации уровней токов КЗ и параметров электрооборудования.

Основное практическое значение диссертационной работы заключается в разработке и исследовании новой модели сверхпроводящего токоограничивающего устройства. Предложенная в работе конструкция дискретного экрана для СОТ позволяет существенно увеличить величину порога ограничения тока и тем самым повысить эффективность применения в сверхпроводящих токоограничителей индуктивного типа в электроэнергетических системах.

Проведенные исследования представляют практический интерес с целью улучшения как технических показателей сверхпроводящих то-коограничивающих устройств индуктивного типа с ВТСП экраном, так и улучшения технико-экономических показателей энергосистем, улучшения качества функционирования ЭЭС, повышения оперативности и надежности при ограничении токов короткого замыкания.

Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в проведении экспериментов [8], обработке и анализе данных, а также их интерпретации.

Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, региональных конференциях, в том числе

1. Региональной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Техника. Инновации» (НГТУ, г. Новосибирск, 4-7 декабря 2001, 2002 г.);

2.Международной научно-технической конференции «Школа по сверхпроводимости 2002» (г. Протвино (Моск. обл.), 19-23 мая 2002 г.);

3.Международном семинаре по материаловедению «Steinfurter-Keramik-Seminar, Materialforschung und Anwendung» (Германия, г. Штайнфурт, 15-19 декабря 2002г.);

4. IX Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (ТПУ, г. Томск, 7-11 апреля 2003 г.);

5.VI11 Международном российско-корейском симпозиуме по науке и технологии K0RUS-2004 (ТПУ, г. Томск, 26 июня - 3 июля 2004 г.)

На семинарах кафедры «Системы электроснабжения предприятий» факультета Энергетики НГТУ.

Публикации. По результатам исследований соискателем лично и в соавторстве опубликовано 11 печатных работ, в том числе 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем 125 страниц текста. Основной материал изложен на ПО страницах текста, иллюстрирован 30 рисунками, содержит 9 таблиц. Список использованных источников включает 94 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение

Во введении изложена общая характеристика диссертационной работы, показана ее актуальность, сформулированы цели и задачи исследования, отражена научная новизна и практическая ценность, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, и описана структура работы.

1. Современное состояние проблемы

В первой главе приведена характеристика электроэнергетической системы как объекта ограничения токов КЗ, дан обзор существующих методов ограничения токов КЗ с применением, как схемных решений, так и специальных токоограничивающих устройств, а также показана целесообразность применения сверхпроводящих ограничителей тока в электроэнергетике.

Проектирование и эксплуатация ЭЭС - это сложные технико-экономические задачи, которые по своей сути всегда являются динамическими, нелинейными и многовариантными. Необходимость ограничения токов КЗ может возникнуть как на стадии проектирования электростанций, так и во время эксплуатации. При этом как известно выбираемые токоограничивающие устройства не должны оказывать существенного влияния на нормальный режим работы электрической сети, должны иметь стабильные характеристики при изменении схемы и параметров режима.

Как показал обзор, использование существующих токоограни-чивающих устройств в большинстве случаев является достаточно действенным в большинстве случаев, однако они все же имею ряд существенных недостатков, которые ограничивают область их применения, снижают эффективность. Среди некоторых характерных недостатков можно выделить: ограниченное быстродействие (размыкатели), падение реактивной мощности во время КЗ, увеличение потерь и снижение качества напряжения в нормальном режиме (бетонные реакторы), однократность срабатывания (предохранители и ограничители ударного тока взрывного действия), наличие у традиционных токоограничивающих

устройств механических движущихся частей и контактов

Наличие этих недостатков обуславливает необходимость создания новых типов устройств для ограничения токов КЗ. С развитием ВТСП в последние десятилетия были предложены различные типы сверхпроводящих токоограничигелей. Предпочтение их традиционным токоограничивающим устройствам обусловлено тем, что имеют высокое быстродействие, обладают нелинейной вольтамперной характеристикой и рядом других преимуществ.

В связи с этим в настоящей работе проведен анализ применения устройства нового поколения — высокотемпературного сверхпроводящего ограничителя тока индуктивного типа с составным экраном - с точки зрения исследования особенностей его функционирования, а также оценки области применения такого устройства в ЭЭС.

2. Сверхпроводимость в электроэнергетике

Во второй главе приводится краткая история развития сверхпроводимости. Явление сверхпроводимости, как известно, открыто в 1911 г. X. Камерлинг-Оннесом и это была так называемая низкотемпературная сверхпроводимость (НТСП) при температуре жидкого гелия. С открытия в 1986 г. Дж. Беднорцем и К.А. Мюллером высокотемпературной сверхпроводимости произошел переход к температуре жидкого азота. НТСП отошла на второй план, ее дальнейшая разработка относится, скорее всего, не к научным проблемам, а к технике и высоким технологиям.

По имеющимся данным прикладное использование явления сверхпроводимости нашло свою практическую реализацию в различных областях электроэнергетики: производство энергии (термоядерный синтез и МГД-генераторы), преобразование энергии (электрические генераторы и двигатели постоянного и переменного тока, а также трансформаторы, индуктивные накопители, сверхпроводящие токоограничители), передача электрической энергии (ВТСП кабели).

В главе приведены статистические данные, показывающие тенденцию увеличения доли изношенного оборудования, как в электроэнергетики РФ, так и многих стран мира. В частности износ активной части фондов в электроэнергетике РФ составляет 60-65%, в сельских распределительных сетях свыше 75% и требует замены изношенного оборудования на более экономичное, экологически безопасное и технически совершенное.

В гоже время в промышленно развитых странах уже существуют или формируются общенациональные программы по сверхпроводимости. Растет рынок, и увеличиваются инвестиции в разработку сверхпро-

водникового электротехнического оборудования.

Среди основных особенностей определяющих эффективность применения сверхпроводникового оборудования в задачах электроэнергетики, со ссылкой на известные источники следует отметить:

• уменьшение в 2-3 раза массогабаритных показателей и соответственно материалоемкости и затрат на изготовление;

• увеличение эффективности использования электроэнергии на 5-7%;

• уменьшение выброса парниковых газов, более чем на 10% и снижение общей нагрузки на окружающую среду;

• снижение цен на сверхпроводники в 7-8 раз и тенденция их дальнейшего уменьшения;

• упрощение системы охлаждения и сокращение эксплутационных расходов из-за использования жидкого азота, обладающего высокой технологичностью и диэлектрической прочностью, сравнимой с трансформаторным маслом.

Все вышесказанное позволяет утверждать, что одна из перспективных областей использования ВТСП не в последнюю очередь связана с внедрением ВТСП устройств в электроэнергетику, в частности в сильноточную технику. Прежде всего, потому что сильноточные сверхпроводниковые технологии ныне вышли на уровень, на котором при их использовании возможно создание нового поколения электроэнергетического оборудования существенно превосходящего по своим характеристикам оборудование традиционного (резистивного) исполнения.

3. Сверхпроводящие ограничители тока

В третьей главе дается постановка задачи ограничения токов КЗ. Указывается, что одним из наиболее благоприятных способов решения такой задачи будет применение СОТ не нарушающих функционирования в нормальном режиме работы электрической сети. За счет незначительного сопротивления и обладающих достаточным сопротивлением в случае КЗ.

В главе проводится сравнение различных типов СОТ, указываются преимущества и недостатки присущие каждому из типов, и выбирается схема модельного СОТ. Дается характеристика и рассматривается принцип действия индуктивного токоограничителя с ВТСП экраном (схематическое изображение представлено на рис.1).

Экспериментальные исследования состоят из двух частей. В первой исследовано влияние составного ВТСП экрана на величину внешнего магнитного поля, во второй на величину порога ограничении тока. Па основании проведенных исследований, разработан алгоритм определения оптимального расположения ВТСП колец по длине произвольного экрана.

В первой экспериментальной части за основу берется цилиндрический ВТСП экран из керамики состава ¿^•^С^СиС^.^ с размерами высота 120 мм, внутренний диаметр 18 мм, толщина стенки 2,5 мм

1. Эксперимент по исследованию экрана на величину поля проникновения. Экран размещается внутри катушки индуктивности, создающей однородное, параллельное ее оси магнитное поле. Внутри экрана, в его центре, размещается датчик Холла. С помощью изменения тока катушки снимается типичная гистерезисная кривая, изображенная на рис. 2 (кривая 1) На основании этой кривой, по точке ее отрыва от оси Ве , определяется величина поля проникновения . Экран разрезается на кольца высотой 2,5 мм и отбираются кольца с высокой плотностью критического тока. Для составного экрана из 10 колец (высота 25 мм - 35,5% от высоты цельного экрана): (рис. 2 (кривая 4)

Рис. 2. Кривые гистерезиса В,{В^) Рис. 3. Кривые гистерезиса В,{В<,)

для четырех ВТСП экранов для составного экрана при различ-

1 - цельный экран; 2,3,4 - составной ных величинах зазора между ними:

экран из колец хорошего качества 1 - d - 0 мм, 2 - d =0,6 мм, 3 - d =

из 8,9,10 колец соответственно 1,5 мм, 4 - d= 3,0 мм, 5 - d = 6,0 мм

ВТСП ре Сетевая

ШшШЗ Криостат

Рис. 1 СОТ со ВТСП экраном

Таким образом, используя с составном экране только кольца хорошего качества, получаем увеличение поля проникновения примерно в 2 раза.

2. Эксперимент по исследованию влияния раздвижения ВТСП колец в составном экране на величину поля проникновения (рис. 3). Видно, что с увеличением расстояния d поле проникновения возрастает больше чем в 1,5 раза.

3. Эксперимент по сканированию внутреннего магнитного поля экрана. В этом опыте экран состоит из 10 одинаковых по величине плотности критического тока колец. Осуществляется сканирование поля проникновения Вр, с помощью размещения датчика Холла в различных точках на его оси) по всей высоте экрана. Определяются средние по высоте значения Врим соответствуют горизонтальные линии на рис. 4.

Раздвижение колец составного экрана приводит к увеличению зоны полной экранировки и среднего (по высоте всего раздвинутого экран) поля проникновения.

Рис. 4. Зависимость поля проникновения Вр от расположения датчика Холла на оси составного экрана. -значения усреднен-

ные по высоте всего составного экрана

Во второй экспериментальной части в качестве экрана была использована трубка из керамики состава с размерами: высота 120 мм, внутренний диаметр 23 мм, толщина стенки 2 мм

Цельный экран разрезается на две части и для одной из полови-

нок из них измеряется ВАХ и но ней определяется величина порога ограничения тока (ПОТ), которая принимается за базисную в последующих опытах. Под ПОТ будем понимать токовую координату наиболее выпуклой точки ВАХ. Эту точку будем находить путем построения, приведенного на рис 5.

1 - прямая, совпадающая с верхним линейным участком ВАХ;

2 - прямая, совпадающая с начальным линейным участком ВАХ;

3 - биссектриса угла образованного прямыми 1 и 2;

А - наиболее выпуклая точка ВАХ.

Рис.5 Определение точки соответствующей ПОТ

Затем обе половинки исходного экрана разрезаются на кольца вы-согой 3 мм, которые тестируются на значение плотности критического тока. Для дальнейших опытов отбираются 20 лучших суммарная высота которых равна половине исходного экрана — 60 мм.

1. Эксперимент по ис-

Рис. 6. ВАХ для СОТ с экраном из раздвинутых колец при различных 1

следованию влияния раздви-жения ВТСП колец в составном экране с постоянным шагом на величину порога ограничения тока (рис. 6). В экране расстояние ( между кольцами увеличивалось с постоянным шагом (0,3 мм) от 0 до 3 мм. ВАХ соответствующие проведенным измерениям представлены на рис. 6, для большей наглядности, чтобы избежать загромождения представлены не все характеристики. Видно, что при расстояния ( =3 мм величина ПОТ возрастает на 40% в сравнении с ПОТ для половинки цельного экрана.

2. Эксперимент по исследованию влияния раз-движения ВТСП колец в составном экране с переменным шагом на величину порога ограничения тока (рис. 7). Рассматриваются два варианта размещения колец, уменьшение расстояния d от краев к центру (вариант 1) и наоборот от центра к краям (вариант 2). экране расстояние d между кольцами увеличивалось с постоянным шагом (0,3 мм) от 0 до 3 мм. ВАХ соответствующие двум вариантам сравниваются с ВАХ для 20 колец. Видно что, используя неравномер -ное размещение колец в составном экране, можно увеличить величину ПОТ на 10% и при этом сэкономить дорогостоящий ВТСП материал.

Рис. 7. ВАХ для СОТ с составным экраном при постоянном и переменном расстоянии d

Алгоритм вычисления магнитного поля в СОТ с составным экраном Для олтимизации СОТ на основе составного, из тонких колец, экрана при заранее известных (измеренных) критических токах всех колец необходимо расположить кольца на таких расстояниях друг от друга, чтобы их суммарное экранирующее действие было максимальным.

В случае сплошной, длинной (длина много больше диаметра) ВТСП трубки и длинной катушки, экран и катушка создают однородные встречные магнитные поля, такие, что суммарное поле внутри катушки, а также магнитный поток, равны нулю. В случае экрана из раздвинутых отдельных колец, магнитное поле катушки также компенсируется с помощью кольцевых токов, но, как показали представленные выше эксперименты, более эффективно.

Можно показать, что сверхпроводящие токи, наведенные в кольцах в результате взаимоиндукции, много меньше экранирующих токов и взаимоиндукцией при расчете можно пренебречь. В результате получено уравнение, позволяющее определить искомое магнитное поле:

(4<)0 = Вкат (*)-/?■£ В(ИК) • Ркоя (х-Нк), к

где: В(х) - магнитное поле внутри катушки (с учетом влияния ВТСП колец) на его оси; х - расстояние от точки х до центра катушки, - расстояние от ¿-кольца до центра катушки;

В кат (х) :

я-d1

/«= —

■F{x), F(x) = (H-x)-In f(x-H) + x-\n f{x)\

R\

R

^ + 1

Здесь p - f.tQ - a 12 , Pa - магнитная постоянная, d - диаметр провода Rip) - внутренний (наружный) диаметр катушки, q — коэффициент заполнения витками объема обмотки, Н — высота катушки, а - коэффициент, определяющий величину сверхпроводящего тока i(hk) в ¿-кольце согласно соотношению:

i{ht) = a-B(hk). (2)

Формула (2) может быть легко получена в случае длинной катушки. Для магнитного потока через ¿-кольцо справедливо соотношение:

где б* — магнитное поле в плоскости ¿-кольца; B(h0 —магнитное поле в центре ¿-кольца, т.е. на оси катушки; S\ - площадь ¿-кольца; а^ -коэффициент пропорциональности

В случае одинаковых колец (Sk~ S) и длинной катушки, конфигурации (профили) магнитных полей в плоскостях всех колец можно считать похожими и тогда ak = а = const и

Сверхпроводящий ток i-кольца создаёт через его площадь магнитный поток:

где Ц - индуктивность ¿-кольца (Ц = L) в сверхпроводящем состоянии.

Сверхпроводящий ток, индуцируемый в кольце, имеет такую величину, что тогда и получаем:

Уравнение (1) аналитически не может быть решено. Но возможно его численное решение методом последовательных приближений с использованием в качестве нулевого приближения равенства:

При этом правая часть (1) может быть легко вычислена: В(0) (х) = Вкат «-/?■£ Вкат (1Ч) ■ Ркол(*-/>*)■ к

Найденное подставляем в правую часть формулы (1) и

находим в первом порядке метода последовательных прибли-

жений:

Этот алгоритм может быть продолжен до необходимого порядка или до тех пор, пока не будет выполняться неравенство:

г,(11) _ 1)

"ср иср

В(п)

иср

<6,

где: 5 - некий малый параметр, задающий желаемую точность,

(4)

Здесь Вс'р - среднее значение магнитной индукции на оси соленоида, Ь - длина соленоида.

Формула (4) позволяет вычислить В^} для данного набора ВТСП -колец. Изменяя положение колец, т.е. расстояние Л*, и, вычисляя соответствующие вУр , можно найти оптимальный набор этих расстояний, лри котором достигает минимума. При этом минимизируется магнитная индукция внутри соленоида, что позволяет создать оптимальную конструкцию СОТ с данной катушкой индуктивности и данным набором колец.

4. Применение сверхпроводящих ограничителей тока в электрических сетях 6-10 кВ

В этой главе рассмотрены варианты месторасположения сверхпроводящих токоограничителей в сетях 6-10 кВ, проведен сравнительный

анализ эффективность применения доя токоограничения бетонного реактора и СОТ.

Основной вопрос, который удается решить при установке СОТ, является координация величины тока короткого замыкания и параметров оборудования сети. При этом использование СОТ может оказаться эффективным как на существующих подстанциях, так и на вновь проектируемых. Использование СОТ на существующих подстанциях оказывается целесообразным в случае изменения схемы питания подстанции с существенным увеличением тока короткого замыкания на ее шинах и присоединениях на напряжении 6-10 кВ, например, при изменении количества питающих линий электропередач. Установка СОТ позволяет решить эту проблему или в виде окончательного технического решения, или в виде временной меры, позволяющей отодвинуть срок реконструкции подстанции на требуемое время.

Использование СОТ уже на стадии проектирования схемы электроснабжения может оказаться целесообразным при питании нагрузки от собственных электростанций небольшой мощности с резервированием электроснабжения от сетей ЕЭС.

При помощи СОТ может быть решен вопрос токоограничения при соблюдении требований по самозапуску двигателей в цепях собственных нужд электростанций и ТЭЦ, а также на промышленных предприятиях со сложными непрерывными технологическими процессами. При этом могут быть улучшены оба параметра, влияющих на самозапуск двигателей: увеличено напряжение на шинах, с подключенными двигателями, которое прикладывается к ним после отключения короткого замыкания, и уменьшена длительность посадки напряжении при коротком замыкании за счет сокращения времени АВР, и соответственно уменьшения времени торможения двигателей

Из сказанного выше следует, что характерными местами установки СОТ в электрических сетях являются распределительные сети 6-10 кВ, и распределительные устройства собственных нужд электростанций и подстанций промышленных предприятий, например см. рис 8

Как известно, нагрузки кабельных сетей 6-10 кВ имеют большие нагрузки питаются от более мощных источников, чем воздушные сети. Поэтому основное внимание при разработке технических требований к СОТ для распределительных сетей 6-10 кВ следует обращать именно на такие сети. Типовая схема питания нагрузки в городских кабельных сетях рис.8. Указаны места возможной установки СОТ: либо в цепи выключателя ПКЛ со стороны питания, либо на вводе питания к секциям ЦП и в цепи секционного выключателя ЦП.

Сравнительный анализ эффективности двух вариантов схемы

Рассчитывалась схема ТЭЦ (рис. 9), по которой находились, используя метод последовательных упрощений по схеме замещения (рис.10), токи КЗ. Получены следующие значения (таблица 1):

Таблица 1.

Расчетные значения токов короткого замыкания в схеме ТЭЦ

Место КЗ Точка К| Точка К2 Точка К3 Точка К4 Точка К5

Величина тока 13,147 кА 20,521 кА 92,873 кА 147,824 кА 93,647 кА

Рис.10. Схема замещения ТЭЦ

Токи КЗ в сетях ВН 220 кВ (т. К) и 110 кВ (т. К.) практически достигают величины 100 кА. Однако вопрос применения СОТ в таких сетях, при всей очевидной важности, требует особого рассмотрения, выходящего за рамки данной работы.

Для ограничения тока КЗ в (т. К) рассматривается установка в ГРУ 10 кВ секционного реактора. Значение тока КЗ при этом составляет уменьшение примерно на 25 % от первоначального значения. При установке вместо секционного реактора СОТ ток КЗ уменьшается на 40 % Эффективность СОТ с сравнении с бетонным реактором составляет больше 30 %.

Заключение

Основная направленность диссертационной работы связана с разработкой и исследованием характеристик новой модели СОТ индуктивного типа и теоретическим обоснованием возможности применения такого устройства, как на вновь проектируемых электростанциях, так и на реально существующих.

К наиболее существенным полученным результатам следует отнести следующие:

1.Показано, что проблема ограничения токов КЗ до настоящего времени сохраняет свою актуальность и требует нахождения новых подходов для решения задач: координации величины тока КЗ и параметров оборудования электрической сети, повышения надежности и сроков службы силового и коммутационного оборудования, улучшения технико-экономических показателей энергосистем, повышения качества функционирования ЭЭС.

2. Проведен анализ существующих методов ограничения токов КЗ в электроэнергетических системах.

3.Выполнены теоретические и экспериментальные исследования, послужившие основой для усовершенствования конструкции СОТ индуктивного типа с ВТСП экраном.

4.Разработана модель СОТ индуктивного типа с дискретным (составным) экраном. Рассмотрены различные варианты размещения колец по длине катушки индуктивности.

5.Экспериментально доказано следующее: 1) величина поля проникновения в составном экране из колец хорошего качества увеличивается примерно в 2 раза, 2) СОТ с составным экраном из колец хорошего качества улучшает величину ПОТ на 12,5% в сравнении с цельным цилиндрическим экраном, 3) раздвижение колец приводит к увеличению зоны полной экранировки и среднего поля проникновения, 4) раздви-жение колец в экране СОТ с постоянным шагом приводит к увеличению

ПОТ на 40%, 5) неравномерное размещение колец приводит к возрастанию ПОТ на 10%.

6. Разработан, на основании проведенных исследований, алгоритм определения оптимального размещения колец по длине произвольного ВТСП экрана. Практическая реализация нашла свое отражение в создании кольцевого ВТСП экрана с неравномерным размещением колец.

7. Выполнен анализ области применения СОТ в электрических сетях 6 —10 кВ и сравнительный анализ эффективности использования в электрической сети традиционных ограничителей тока (бетонных реакторов) и сверхпроводящих токоограничителей. Использование СОТ оказалось эффективнее бетонных реакторов на 30 %.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1.Лоскутов А.В., Манусов В.З. Токоограничители со сверхпроводящим экраном // Сборник научных трудов НГТУ. -Новосибирск: НГТУ, 2001.-№3.-с139-144

2. Лоскутов А.В., Манусов В.З. Токоограничивающие устройства с ВТСП экранами // «Наука. Техника. Инновации». Региональная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Тезисы докладов.- Новосибирск: НГТУ, 2001.- Часть 2.- с. 88-89

3.Лоскутов А.В., Манусов В.З. Сверхпроводящие токоограничители // Электроэнергетика: Сборник научных трудов - Новосибирск: НГТУ, 2002. - Часть 2. - с. 43-50

4.Buev A.R., A. Loskutow, W. Manusow u.a. Strombegrenzter mit dem Abschirmelement aus diinnen HTSL - Ringen //6. Steinfurter-Keramik Seminar, 2002. - 15-19 Dezember. - P-I XI - P-I X8 (Токоограничитель с составным экраном из тонких ВТСП-колец)

5.Лоскутов А.В., Манусов В.З. Использование явления сверхпроводимости в ограничении токов КЗ // «Наука. Техника. Инновации». Региональная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Тезисы докладов. - Новосибирск: НГТУ, 2002. -Часть 2.- с. 151-152

6.Лоскутов А.В., Манусов В.З. Особенности работы сверхпроводящих ограничителей тока в установившемся и аварийных режимах работы // Фундаментальные и прикладные проблемы физики и энергетики: Межвуз. сборник научных трудов. — Новосибирск: Сибирское соглашение, 2003. - с. 202-210

7.Буев А.Р., Лоскутов А.В., Манусов В.З. Сверхпроводящий ограничитель тока с составным экраном // Научный вестник НГТУ. - Новосибирск: НГТУ, 2002.-№2(13).- с. 137-144

8.Буев А.Р., Лоскутов А.В., Манусов В.З. Сверхпроводящий ограничитель аварийных токов с составным экраном. Результаты экспериментов // Электро. -2003. - №3. -с.6-10

9.Buev A.R., Loskutov A. V., Manusov V. Z. Superconducting Current Limiter- Experimental Results // Proceedings of the 9th International Scientific and Practical Conference of Students, Post-graduates and young Scientists (Modern Techniques and Technologies MTT 2003) April 7-11, 2003, Tomsk Politechnic University, Russia. - pp. 35-38 {Сверхпроводящий токоограничитель -результаты экспериментов)

10. Loskutov A.V., Superconductivity and Power Engineering: the Perspectives of Development // Proceedings of the 8th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology (K0RUS-2004) June 26 -July 3, 2004, Tomsk Politechnic University, Russia. - Vol. 1. - pp. 250-253 (Сверхпроводимость и электроэнергетика: перспективы развития)

11. Патент 2230417 РФ, МКИ 7 Н 02 Н 9/02, ВТСП ограничитель тока с дискретным экраном / Буев А.Р., Игумнов В.Н., Лоскутов А.В., Иванов В.В.. Опубл. 10.06.2004, Бюл. №16, Приоритет 07.08. 2002. -с. 8

Подписано в печать ¿А 11.04 Формат 84x60x1/16 Бумага офсетная. Тираж 100 экз. Печ. Л. Заказ №

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

№'¿57 52

462

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

1.1. Координация уровней токов короткого замыкания и параметров электрооборудования

1.2. Токи короткого замыкания в электроэнергетических системах

1.3. Методы ограничения токов короткого замыкания

1.3.1. Общий подход

1.3.2. Схемные решения

1.3.3. Специальные технические средства

1.4. Обоснование применения сверхпроводящих ограничителей тока в электроэнергетике

2. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

2.1. Сверхпроводимость как явление. Краткая история вопроса

2.2. Прикладное использование явления сверхпроводимости

2.3. Сверхпроводимость и электроэнергетика: перспективы развития

2.4. Выводы

3. СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ ТОКА

3.1. Постановка задачи

3.2. Сравнение различных типов сверхпроводящих ограничителей тока и выбор схемы модельного токоограничителя

3.3. СОТ индуктивного типа. Исследование и эксперимент 54 3.3.1 Влияние высокотемпературного сверхпроводящего составного экрана на внешнее магнитное поле

3.3.2. Сканирование внутреннего магнитного поля

3.3.3. Сверхпроводящий ограничитель тока с составным экраном из тонких колец

3.3.3.1. Общая характеристика и принцип действия

3.3.3.2. Влияние конструкции экрана на характеристики сверхпроводящего ограничителя тока

3.3.4. Выводы 71 4. ПРИМЕНЕНИЕ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ОГРАНИЧИТЕЛЕЙ

ТОКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 6-10 KB

4.1. Определение месторасположения сверхпроводящих ограничителей тока в электроэнергетических системах

4.2. Технические требования на сверхпроводящие ограничители тока

4.3. Сравнительный анализ эффективности применения бетонного реактора и сверхпроводящего ограничителя тока

4.3.1. Расчет токов короткого замыкания в основных точках схемы

4.3.2. Выбор секционного реактора

4.3.3. Расчет тока КЗ с учетом секционного реактора

4.3.4. Расчет тока КЗ с учетом сверхпроводящего ограничителя тока 97 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 100 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 102 ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность темы. На современном этапе развития сложных электроэнергетических систем (ЭЭС), несмотря на то, что используются различные токоограничивающие устройства (ТОУ), проблема ограничения токов короткого замыкания (КЗ) до сих пор остается открытой. Рост тока короткого замыкания в электрических сетях всех классов напряжения делает актуальной разработку новых эффективных методов и устройств, предназначенных для его снижения.

В связи с этим в последнее время в развитых странах рассматриваются вопросы повышения эффективности функционирования и обеспечение устойчивого развития электроэнергетики на базе новых современных технологий. С появлением высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) к одному из перспективных направлений в электроэнергетике следует отнести разработку и внедрение в промышленных масштабах сверхпроводящих ограничителей тока (СОТ)'.

Проблему ограничения тока короткого замыкания приходится решать для распределительного устройства и сети генераторного напряжения теплоэлектростанции, на сборках генераторного напряжения укрупненных блоков гидроэлектростанции, на вторичной стороне (6-10 кВ) подстанции, в системе собственных нужд конденсационной электростанции и атомной электростанции и, наконец, в распределительном устройстве и сетях повышенных напряжений мощных районных электростанций.

Сверхпроводящие ограничители тока в различном конструктивном исполнении постепенно находят все большее практическое применение в задачах по ограничению токов КЗ. Однако эффективность использования таких устройств в электроэнергетике до сих пор полностью не изучена.

1В дальнейшем речь идет только о СОТ на базе ВТСП

Разработка различных типов высокотемпературных сверхпроводящих токоограничивающих устройств активно ведется с начала 90-х годов прошлого века в целом ряде организаций нашей страны и за рубежом, среди них: ABB (Швейцария), VPTI Hydro-Quebec (Канада), Central Research Institute of Electrical Power Industry (Япония), СибНИИЭ, ЭНИН, Power Superconductor Applications (США), ИФ CO РАН, КрасГУ, ВНИИЭ, РНЦ «Курчатовский институт», General Atomic (США) и многие другие.

Целесообразность применения сверхпроводящих токоограничителей для решения задачи ограничения токов КЗ проистекает вследствие следующих причин: нелинейной вольтамперной характеристики устройств, отсутствия в таких токоограничителях механических движущихся частей и контактов, сокращения потерь мощности в нормальном режиме работы по сравнению с используемыми бетонными реакторами, возможности более эффективной координации величины тока короткого замыкания и параметров оборудования электрической сети.

Существенной особенностью СОТ является то, что они могут использоваться в сочетании с классическими методами и устройствами ограничения токов КЗ.

Отдельную благодарность за ценные консультации в области ВТСП и помощь в проведении лабораторных экспериментов автор выражает руководителю НИЛ ВТСП, к.ф-м.н., доценту Марийского государственного университета А.Р. Буеву.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является оценка возможности применения высокотемпературных сверхпроводящих токоограничителей, в частности ограничителей тока индуктивного типа с дискретным (составным) экраном, для задачи ограничения токов КЗ в электроэнергетических системах.

Проведение теоретических и экспериментальных исследований, направленных на разработку токоограничителя индуктивного типа с дискретным экраном из «тонких» колец, потребовало решения следующих задач:

1. Усовершенствование конструкции токоограничителя индуктивного типа с ВТСП экраном и разработка модели СОТ с дискретным экраном.

2. Экспериментальное исследование влияния конструкции дискретного экрана из «тонких» колец на величину порога ограничения тока, определяемую по вольтамперной характеристике устройства.

3. Определение наиболее эффективной конструкции экрана для СОТ индуктивного типа.

4. Исследование и анализ области применения СОТ для задачи ограничения токов КЗ в электроэнергетических системах.

5. Сравнительный анализ эффективности использования в электрической сети 6-10 кВ традиционных ограничителей тока (бетонных реакторов) и сверхпроводящих токоограничителей.

Методы исследований. При проведении исследований использовались положения теории высокотемпературной сверхпроводимости, методы обработки результатов эксперимента, теория электромагнитных процессов в электрических системах.

Научная новизна работы определяется следующими положениями:

1. Выполнены теоретический анализ и оценка принципиальной возможности применения высокотемпературных сверхпроводящих токоограничителей в системах электроснабжения. Показаны преимущества, недостатки таких устройств, определен круг задач, которые могут быть эффективно решены с использованием в электроэнергетических сетях СОТ.

2. Разработана физическая модель СОТ индуктивного типа с составным экраном из «тонких» колец, являющаяся дальнейшим развитием концепции СОТ с ВТСП экраном.

3. Впервые исследовано влияние конструкции дискретного экрана на величину порога ограничения тока, определяемую по вольтамперной характеристике устройства.

4. Определена наиболее оптимальная конструкция экрана в токоограничивающем устройстве индуктивного типа. Впервые установлено, что неравномерное размещение колец в составном экране улучшает значение порога ограничения тока GOT.

5. Выполнен сравнительный анализ эффективности использования сверхпроводящих ограничителей тока в системах электроснабжения. Показана целесообразность применения СОТ для задачи ограничения токов КЗ.

На основании результатов, полученных во время экспериментальных исследований, выдан патент на изобретение № 2230417 РФ, МКИ 7Н02Н9/02 «ВТСП ограничитель тока с дискретным экраном».

Основные положения, выносимые на защиту, заключаются в следующем:

1. Разработанная конструкция ВТСП дискретного экрана СОТ позволяет повысить основные характеристики устройства при большей его технологичности.

2. Физическая модель СОТ, разработанная в процессе выполнения диссертации, отражает основные свойства реальных устройств.

3. Проведение теоретических и модельных исследований показало более высокую эффективность разработанного СОТ с дискретным экраном по сравнению с бетонными токоограничивающими реакторами.

Достоверность результатов, полученных в диссертации подтверждается результатами экспериментов, в ходе которых была разработана модель СОТ с дискретным экраном, использованием стандартных схем электрических сетей в качестве исходной информации при проведении исследований, апробацией результатов на сравнительном анализе со значениями, определенными для традиционных токоограничивающих устройств, а также корректным применением методов теоретической электротехники и расчета электромагнитных процессов.

Практическая ценность. Выполненные исследования могут быть использоваться в АО-энерго, городских электрических сетях, проектных и исследовательских организациях при решении задачи координации уровней токов КЗ и параметров электрооборудования.

Основное практическое значение диссертационной работы заключается в разработке и исследовании модели СОТ с дискретным экраном. Предложенная в работе конструкция составного экрана для СОТ индуктивного типа позволяет существенно увеличить величину порога ограничения тока и тем самым повысить эффективность применения сверхпроводящих токоограничителей индуктивного типа в электроэнергетических системах.

Проведенные исследования представляют практический интерес для улучшения как технических показателей сверхпроводящих токоограничивающих устройств индуктивного типа с ВТСП экраном, так и улучшения технико-экономических показателей энергосистем, улучшения качества функционирования ЭЭС, повышения оперативности и надежности при ограничении токов короткого замыкания.

Личный вклад автора.

Автор проводил эксперименты по разработке конструкции дискретного экрана и созданию физической модели СОТ с дискретным экраном, исследованию влияния конструкции экрана на основные характеристики СОТ [78,79], обрабатывал и анализировал получаемые данные и давал их интерпретацию.

Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, региональных конференциях, в том числе:

1. Региональной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Техника. Инновации» (НГТУ, г. Новосибирск, 4-7 декабря 2001, 2002 г.);

2. Международной научно-технической конференции «Школа по сверхпроводимости 2002» (г. Протвино (Моск. обл.), 19-23 мая 2002 г.);

3. Международном семинаре по материаловедению «Steinfurter-Keramik-Seminar, Materialforschung und Anwendung» (Германия, г. Штайнфурт, 15-19 декабря 2002г.);

4. IX Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (ТПУ, г. Томск, 7-11 апреля 2003 г.);

5. VIII Международном российско-корейском симпозиуме по науке и технологии KORUS-2004 (ТПУ, г. Томск, 26 июня - 3 июля 2004 г.)

На семинарах кафедры «Системы электроснабжения предприятий» факультета Энергетики НГТУ.

Публикации. По результатам исследований соискателем лично и в соавторстве опубликовано 11 печатных работ, в том числе 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем 124 страниц текста. Основной материал изложен на 110 страницах текста, иллюстрирован 30 рисунками, содержит 8 таблиц. Список использованных источников включает 94 наименования.

3.3.4. Выводы

Проведенные эксперименты показали следующее: С точки зрения влияния ВТСП - экрана на внешнее магнитное поле важнейшим фактором, определяющим эффективность экрана, является как его механическая однородность и целостность (отсутствие микротрещин), так и химическая (по составу) однородность и, как следствие, однородность его сверхпроводящих свойств. Однородность дискретного экрана с точки зрения его сверхпроводящих свойств значительно выше однородности цельного цилиндрического экрана. Эксперименты с отбором качественных колец (п. 3.3.1 (рис.15), п.3.3.3.2 (рис. 21)) обосновывают возможность создания высокогомогенного составного экрана за счет контроля качества каждого его элемента с их последующим отбором.

Раздвижение колец в составном экране повышает величину поля проникновения (п.3.3.1, рис.16), приводит к увеличению зоны полной экранировки и среднего (по высоте всего раздвинутого экрана) поля проникновения (п. 3.3.2., рис.17), а также величины порога ограничения тока на (п.3.3.3.2, рис.22).

Большим преимуществом составного экрана является его значительно улучшенная (по сравнению с традиционными экранами) технологичность. Отдельные керамические кольца могут формоваться двухсторонним, осевым прессованием при давлениях много больших, чем цельные ВТСП - экраны, прессование которых возможно только гидростатическим способом. Это даёт существенно большие плотности прессовок и обеспечивает значительное увеличение (в несколько раз) плотности критического тока.

Предложенная конструкция ВТСП экрана в виде набора тонких плоских колец в сверхпроводящем ограничителе тока, более перспективна, чем конструкция, в которой активный элемент выполняется в виде тонкостенного ВТСП цилиндра. Составные экраны могут иметь, практически, неограниченные размеры, в то время как размер цельного экрана ограничен объёмом гидростатической камеры (до нескольких литров в случае самых мощных гидростатов), а диаметр кольца может достигать в случае даже обычных гидравлических прессов нескольких десятков сантиметров. Высота же стопы таких колец, т. е. высота составного экрана, не имеет ограничений. Увеличение внутреннего объёма экрана в токоограничителе дает возможность применения соленоидов с большими внутренними объёмами, т.е. и с большими (практически без ограничений) индуктивными сопротивлениями.

Из опыта с размещением колец следует, что:

- При оптимальном подборе колец и шага между ними можно увеличить значение ПОТ с учетом магнитного поля конкретного соленоида (п 3.3.3.2 рис. 23)

- Количество колец, а также расстояние между ними у дискретного экрана могут быть изменены, при изменении параметров защищаемой сети.

Можно гибко и в широких пределах осуществлять технически не сложную регулировку основного параметра токоограничителя - ПОТ. Данный факт вытекает из того, что при изменении расположения колец в составном экране можно увеличивать или уменьшать ПОТ;

- Жесткая фиксация каждого кольца по отдельности позволяет противостоять действию пондеромоторных сил, способных повредить экран в момент переключения. Прокладки между кольцами могут также препятствовать действию пондеромоторных сил, т.е. выполнять функцию бандажа. Для этого они должны иметь соответствующую форму и быть изготовлены прочного немагнитного материала;

- Количество используемого дорогостоящего ВТСП материала уменьшается в дискретном экране без ущерба для ПОТ.

Составной экран имеет удельную наружную поверхность в 1,5-2 раза большую, чем цельный экран. Поэтому во столько же раз для составного экрана больше теплообмен и значительно ниже риск термоупругого разрушения.

На основании результатов, полученных во время экспериментальных исследований, выдан патент на изобретение № 2230417 РФ, МКИ 7Н02Н9/02 «ВТСП ограничитель тока с дискретным экраном» [89].

4. Применение сверхпроводящих ограничителей тока в электрических сетях 6-10 кВ 4.1. Определение месторасположения СОТ в электроэнергетических системах

В зависимости от вида сети, в которой предполагается установка СОТ, и места установки его на подстанции, параметры, характеризующие работу СОТ, должны иметь различную величину. Для определения места установки СОТ необходимо определить тот положительный эффект, который получается от его применения [90].

Основным вопросом, который удается решить при установке СОТ, является координация величины тока короткого замыкания и параметров оборудования сети. При этом использование СОТ может оказаться эффективным как на существующих подстанциях, так и на вновь проектируемых. Использование СОТ на существующих подстанциях оказывается целесообразным в случае изменения схемы питания подстанции с существенным увеличением тока короткого замыкания на ее шинах и присоединениях на напряжении 6-10 кВ, например, при изменении количества питающих линий электропередач. В этом случае ток короткого замыкания может превысить допустимую для используемого оборудования величину, что сделает необходимым замену не только выключателей на подстанции, но и другого коммутационного оборудования по требованиям термической и динамической стойкости. Снижение тока короткого замыкания при помощи бетонных реакторов в ряде случаев оказывается недостаточным при условии сохранения приемлемой величины падения напряжения на нем. Установка СОТ позволяет решить эту проблему или в виде окончательного технического решения, или в виде временной меры, позволяющей отодвинуть срок реконструкции подстанции на требуемое время.

Использование СОТ на стадии проектирования схемы электроснабжения может оказаться целесообразным при питании нагрузки от собственных электростанций небольшой мощности с резервированием электроснабжения от сетей ЕЭС.

Как показано в [91] на примере ОАО «Газпром», суммарная мощность собственных электростанций этой организации к 2005 г. достигнет 1085 МВт при единичной мощности 0,2 36 МВт. При этом кроме питания собственной нагрузки предполагается выдача мощности в сети ЕЭС, используя их при этом в качестве резерва. Естественно, уровень токов короткого замыкания при питании подстанций от собственного источника во много раз меньше, чем от резервного источника. С другой стороны время питания нагрузки от сетей ЕЭС меньше времени питания от собственного источника. Для того, чтобы иметь возможность выбирать оборудование на таких подстанциях по уровням токов короткого замыкания основного, маломощного источника, необходима установка СОТ в цепь резервного питающего фидера, соединенного с ЕЭС. В этом случае СОТ является, пожалуй, одним из немногих видов оборудования, позволяющего сократить затраты на сооружение таких электростанций.

Следует отметить, что вопрос ограничения токов короткого замыкания по требованиям электрооборудования актуален не только для распределительных сетей и подстанций с напряжением 6-10 кВ. Как показано в [92], при современном развитии сетей уровень токов короткого замыкания в сетях ВН 110 кВ и выше может достигать величины 100 кА. Однако вопрос применения СОТ , при всей его очевидной важности, в таких сетях требует особого рассмотрения, выходящего за рамки данной работы.

При помощи СОТ может быть решен вопрос токоограничения при соблюдении требований по самозапуску двигателей в цепях собственных нужд электростанций и ТЭЦ, а также на промышленных предприятиях со сложными непрерывными технологическими процессами. При этом могут быть улучшены оба параметра, влияющих на самозапуск двигателей: увеличено напряжение на шинах с подключенными двигателями, которое прикладывается к ним после отключения короткого замыкания, и уменьшена длительность посадки напряжении при коротком замыкании за счет сокращения времени АВР, и соответственно уменьшения времени торможения двигателей. Первый эффект вытекает из уже рассмотренного свойства СОТ иметь низкое сопротивление в нормальном режиме. В случае установки в рассматриваемых цепях бетонных реакторов, сопротивление которых выбирается по уровню токоограничения, напряжение за ними после ликвидации короткого замыкания может оказаться недостаточным для самозапуска двигателей. Исходя из этих соображений, в ряде случаев приходится отказываться от установки токоограничивающих реакторов, завышая при этом коммутационную способность выключателей и удорожая тем самым стоимость распределительных устройств. Уменьшение времени АВР может быть достигнуто за счет установки СОТ в цепь секционного выключателя. Такая схема позволяет держать секционный выключатель нормально замкнутым, не боясь увеличения тока короткого замыкания. При этом время работы с пониженным напряжением определится только временем отключения поврежденного присоединения или ввода питания. Снижения же напряжения на той секции, где нет короткого замыкания, вообще практически не произойдет. Возможность работы секционированного РУ с нормально замкнутым секционным выключателем позволяет, кроме того, равномерно распределить нагрузку между питающими трансформаторами, что ведет к снижению потерь. Последнее относится не только к цепям собственных нужд, но и любым распределительным и питающим сетям.

Из вышеизложенного следует, что характерными местами установки СОТ в электрических сетях являются распределительные сети 6-10 кВ, и распределительные устройства собственных нужд электростанций и подстанций промышленных предприятий.

Использование СОТ открывает возможность: 1) координации величины тока короткого замыкания (практически до любого требуемого уровня) и параметров оборудования электрической сети; 2) повышения надежности и сроков службы силового и коммутационного оборудования; 3) улучшения технико-экономических показателей энергосистем, снижения технологического расхода электроэнергии, связанного с ее передачей, повышения качества функционирования ЭЭС; 4) обеспечения качества электрической энергии в соответствии с ГОСТ 13109-97.

4.2. Технические требований на СОТ

Поскольку СОТ является новым элементом электрических сетей, то со ссылкой на известные источники [36,61] можно определить параметры, которые станут характеризовать его работу: номинальное напряжение сети, в которой устанавливается СОТ - UH0M; номинальный ток цепи, в которой происходит токоограничение - 1ном\ ударный ток в этой цепи при коротком замыкании в случае отсутствия СОТ - 1уд.\ установившееся значение тока короткого замыкания в этой цепи с учетом токоограничивающего действия СОТ -Icon максимальное амплитудное значение тока короткого замыкания, протекающего через СОТ - 1т Сот\ начальная мгновенная величина тока короткого замыкания, протекающего через СОТ, при котором он начинает проявлять свои токоограничивающие свойства - ток начала реагирования - ip\ время начала реагирования СОТ на ток короткого замыкания -10; время от момента возникновения короткого замыкания до отключения его коммутационным аппаратом - время существования короткого замыкания - tK.3. время, необходимое СОТ для восстановления своих исходных свойств, характеризующих его работу при отсутствии короткого замыкания, после отключения выключателя - время восстановления - teoccm

Соотношения между перечисленными параметрами, характеризующими токоограничивающее действие СОТ и его влияние на работу сети в нормальном режиме, могут быть описаны следующими коэффициентами: коэффициент токоограничения Кт =-;

I ном ударный коэффициент Ку = ———;

I тСОТ коэффициент реагирования Кр = , где iHOM ном коэффициент снижения сопротивления Кх, равный отношению сопротивления СОТ в номинальном режиме к его эквивалентному сопротивлению в режиме токоограничения, и характеризующий снижение потерь в токоограничивающем устройстве и уменьшение напряжения на нагрузке по сравнению с обычным токоограничивающим реактансом.

Стойкость СОТ может быть охарактеризована теми же величинами, что и для бетонного реактора:

1) термическая (для установившегося режима) - величиной интеграла Джоуля- I2сот' /*»

2) динамическая - 1макс = Im сот.

Кроме того, влияние СОТ, являющегося нелинейным элементом, на качество напряжения сети должно быть в пределах, определенных ГОСТ 13109-97, и характеризоваться коэффициентом искажения синусоидальности кривой линейного напряжения в месте подключения Ки и Кип.

Здесь следует сделать оговорку, что указанный список требований на СОТ является лишь рекомендуемым и должен корректироваться в зависимости от места предполагаемой установки СОТ в электрических сетях 6-10 кВ и применительно к конкретной ситуации.

Как известно, распределительные сети 6-10 кВ могут быть кабельными и воздушными. Кабельные линии (KJI), в основном, используются в городских сетях при питании промышленных и бытовых потребителей. Воздушные линии (BJI) чаще используются для питания сельских потребителей. Ввиду того, что нагрузки городских кабельных сетей имеют, как правило, большие значения, питаются от более мощных источников питания и имеют, следовательно, больший уровень токов КЗ, основное внимание при разработке технических требований на СОТ для распределительных сетей 6-10 кВ следует обращать именно на городские кабельные сети. Типовая схема питания нагрузки в городских кабельных сетях приведена на рис. 24.

Нагрузка 0,4 кВ через трансформаторы ТП имеет двухстороннее питание от распределительных кабельных линий (PKJI) 6-10 кВ. PKJI через выключатели присоединяются к секциям шин распределительных подстанций РП, которые в свою очередь, через питающие кабельные линии (ПКЛ) подключатся к секциям шин центра питания (ЦП). KJI имеют выключатели по обоим концам. ЦП являются электростанции, ТЭЦ или мощные подстанции 110-500 кВ.

СОТ в распределительных сетях может быть установлен либо в цепи выключателя ПКЛ со стороны питания (к одному СОТ может быть подключено до 3-х ПКЛ), либо на вводе питания к секциям ЦП и в цепи секционного выключателя ЦП.

Введение СОТ в схемы электроснабжения не должно сказываться на условиях эксплуатации сети и действии релейной защиты и автоматики (РЗиА). Это обстоятельство должно быть положено в основу при определении параметров СОТ.

Рис. 24.Схема распределительной сети 6-10 кВ и возможные места установки

СОТ

Защита распределительной кабельной сети осуществляется максимальной токовой защитой с выдержкой времени. Ток срабатывания защиты 1сраб = 1,5 ' 1Раб.макс. Ток возврата 1в0зв-= 0,85 1сраб- Выдержка времени защиты на выключателе PKJI tpKJI = 0,6 сек, на секционном выключателе РП tce = 1,2 сек, на выключателях ПКЛ tnm = 1,8 сек (времена даны с учетом времени отключения выключателей). Последняя величина определяет максимальное время существования короткого замыкания и определяет tK3 СОТ. Следует отметить тот факт, что в последнее время происходит внедрение в распределительных сетях электронных защит, которые позволяют уменьшить время существования короткого замыкания до 0,9 с, что облегчит требования на СОТ.

Так как одной из функций СОТ является снижение требований к динамической стойкости оборудования сетей и подстанций, его токоограничивающее действие должно проявляться уже на первом полупериодё тока короткого замыкания. Поэтому независимо от места установки СОТ to = V2 Т сек. Время готовности СОТ к повторному срабатыванию будет определяться временем охлаждения ВТСП элемента до температуры хладагента после отключения тока и должно удовлетворять требованиям, предъявляемым электрической системой. Время восстановления СОТ своих свойств, соответствующих нормальному режиму работы сети после отключения короткого замыкания, должно быть минимальным. При создании СОТ желательно уменьшение этой величины, особенно для случая его установки на РУ собственных нужд и промышленных предприятий с двигательной нагрузкой.

Ток начала реагирования СОТ должен быть больше тока срабатывания защиты. Для распределительных сетей 6-10 кВ принято Кр = 2.

Кабельные линии (KJI) распределительной сети в большей своей части прокладываются в земле. При повреждении KJI необходимо определить место повреждения, после чего производится ремонт кабеля. Определение места повреждения КЛ производится в два этапа. Сначала по приборам определяется расстояние от места измерения (подстанции) до места повреждения. Для проведения этого измерения необходимо, чтобы повреждение было очевидным — или короткозамкнутым между фазой кабеля и его оболочкой, или между фазами, или разомкнутым при перегорании фазы кабеля, причем последнее предпочтительнее. В случае если при повреждении KJI этого не происходит, что случается, например, при пробое изоляции кабеля в случае его испытании повышенным напряжением, необходимо производить «дожигание» кабеля с помощью устройства дожига. Этот процесс в некоторых случаях может длиться несколько часов, что затягивает время ремонта KJI. После определения расстояния до места повреждения KJI и привязки его к местности, производят точное определение места повреждения индуктивным или акустическим (является более точным) методами. При этом, как правило, возможность, и скорость определения места повреждения определяются очевидностью повреждения KJT. Наличие очевидности места повреждения существенно упрощает и ускоряет как определение поврежденного кабеля в пучке после раскопки котлована в месте повреждения, так и позволяет избежать такой опасной операции, как прокол кабеля.

На степень разрушения кабеля и на все перечисленные выше особенности определения места повреждения KJI влияет величина тока короткого замыкания в распределительной сети. Следует сказать, что скорость определения места повреждения КЛ напрямую влияет на скорость ремонта кабеля и, в конечном счете, на надежность электроснабжения потребителя. Введение такого нового элемента, как СОТ, в распределительную кабельную сеть 6-10 кВ не должно сказываться на условиях определения места повреждения KJI.

Таким образом, при определении токоограничивающего действия СОТ возникают два противоречащих друг другу требования: 1) с одной стороны ток КЗ следует ограничивать как можно глубже, что дает возможность облегчить работу всего электрооборудования подстанций, снизить требования к коммутационной способности выключателей, уменьшить число их ремонтов и т.д., 2) с другой стороны по требованиям эксплуатации KJI ток короткого замыкания не должен сильно отличаться от существующего. Исходя из этих соображений, величина токоограничения СОТ для распределительных сетей 6-10 кВ принята равной 3, т.е. Ку = 3. Исходя из соотношения между номинальным током и током короткого замыкания, которое может быть оценено по соответствующим величинам для наиболее распространенного в кабельной сети типа выключателя ВМП-10, /„ = 630 А, 1000А, 1откл = 20 кА, принимаем Кт = 7.

Системы электроснабжения 6 кВ собственных нужд электростанций и ТЭЦ, а также промышленных предприятий с большой двигательной нагрузкой и непрерывными технологическими процессами имеют ряд отличий от распределительных сетей: больший уровень установившегося значения тока короткого замыкания из-за близости источника питания и наличия подпитки от двигателей нагрузки; большая величина ударного тока из-за наличия большой апериодической составляющей; время отключения короткого замыкания не превышает 0,5 сек включая время действия релейной защиты и отключения выключателя; сравнительно небольшая длина кабельных линий. При этом KJI в основном размещаются в кабельных каналах, туннелях, блоках, на эстакадах, что облегчает поиск места повреждения. Кроме того, за счет большой величины тока короткого замыкания возможен поджиг неповрежденных кабелей, находящихся на одной или соседней полке с поврежденными, от дуги в месте короткого замыкания; необходимость обеспечения самозапуска двигателей, остановка которых недопустима по условиям технологического цикла. При коротком замыкании в сети такие двигатели не отключаются от шин питания. В течение времени короткого замыкания при значительном снижении напряжения на двигателях, они работают в режиме торможения с уменьшением скорости вращения. При восстановлении питания после отключения короткого замыкания эти двигатели разгоняются из режима работы с пониженным числом оборотов, до номинальной скорости, т.е. происходит их самозапуск. При этом ток, потребляемый двигателями, достигает величины 5 • 1Н0М, от которого отстраиваются устройства релейной защиты.

Рис.25. Схемы собственных нужд блочной электростанции (а) и электростанции с шинами генераторного напряжения (б)

Таким образом, к токоограничивающему устройству в цепях собственных нужд должны предъявляться требования более глубокого ограничения тока короткого замыкания по сравнению с распределительными сетями и минимального сопротивления в нормальном режиме. В качестве примера на рис. 25, 26 показаны схемы питания собственных нужд электростанций и промышленных предприятий с указанием возможных мест установки СОТ.

110 кВ электростан ция

Рис. 26. Типичная схема распределительной сети 6-10 кВ промышленного предприятия

Параметры СОТ в зависимости от места установки представлены в табл.6. По условию отстройки от тока самозапуска Кр = 5; Кт = 7. По условию более глубокого токоограничения Ку = 5. Время протекания по СОТ тока короткого замыкания принято равным максимальному времени отключения tK3 = 0,5 с. Следует отметить, что эти величины носят несколько условный характер и должны уточняться при конкретном проектировании в зависимости от типа и мощности электростанции или промышленного предприятия, а также от места установки СОТ (рис.25, 26). Для удобства анализа и сравнения значения основных величин, характеризующих работу СОТ в различных местах установки, они сведены в общую таблицу 6. В таблице 7 представлен список технических требований на СОТ для распределительных сетей 6-10 кВ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основная направленность диссертационной работы связана с разработкой и исследованием характеристик новой модели СОТ индуктивного типа и теоретическим обоснованием возможности применения такого устройства, как на вновь проектируемых электростанциях, так и на реально существующих.

К наиболее существенным полученным результатам следует отнести следующие:

1. Показано, что проблема ограничения токов КЗ до настоящего времени сохраняет свою актуальность и требует нахождения новых подходов для решения задач: координации величины тока КЗ и параметров оборудования электрической сети, повышения надежности и сроков службы силового и коммутационного оборудования, улучшения технико-экономических показателей энергосистем, повышения качества функционирования ЭЭС.

2. Проведен анализ существующих методов ограничения токов КЗ в электроэнергетических системах.

3. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования, послужившие основой для усовершенствования конструкции СОТ индуктивного типа с ВТСП экраном.

4. Разработана модель СОТ индуктивного типа с дискретным (составным) экраном. Рассмотрены различные варианты размещения колец по длине катушки индуктивности.

5. Экспериментально доказано следующее: величина поля проникновения в составном экране из колец хорошего качества увеличивается примерно в 2 раза,

СОТ с составным экраном из колец хорошего качества улучшает величину ПОТ на 12,5 % в сравнении с цельным цилиндрическим экраном, раздвижение колец приводит к увеличению зоны полной экранировки и среднего поля проникновения, раздвижение колец в экране СОТ с постоянным шагом приводит к увеличению ПОТ на 40 %, неравномерное размещение колец приводит к возрастанию ПОТ на 10 %.

6. Разработан, на основании проведенных исследований, алгоритм определения оптимального размещения колец по длине произвольного ВТСП экрана. Практическая реализация нашла свое отражение в создании кольцевого ВТСП экрана с неравномерным размещением колец.

7. Выполнен анализ области применения СОТ в электрических сетях 6 -10 кВ и сравнительный анализ эффективности использования в электрической сети традиционных ограничителей тока (бетонных реакторов) и сверхпроводящих токоограничителей. Использование СОТ оказалось эффективнее бетонных реакторов примерно на 30 %.

1. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах: Учебник для вузов. Новосибирск: НГТУ. - 2002. - 283 с.

2. Неклепаев Б.Н. Координация уровней токов короткого замыкания в электрических системах. — М.: Энергия, 1978. —152 с.

3. Электрические системы / Под ред. В.А. Веникова т.1. Математические задачи электроэнергетики. М.: Высшая школа, 1981. - 288 с.

4. Околович М.Н. Проектирование электрических станций: Учебник для вузов. -М.: Энергоиздат, 1982. 400 с.

5. Рожкова Л.Д., Козулин B.C. Электрооборудование станций и подстанций (учеб. для энерг. и энергостроит, тех. — 3-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 648 с.

6. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986640 с.

7. McFee R Сверхпроводимость и ее применение в электротехнике / Под ред. Б.К. Буль, Б.М. Тареева, М.; Л.: Энергия, 1964, с.38-59.

8. Глазков И.Н. Исследование сверхпроводящих электротехнических устройств. Новосибирск: ИТФ СО АН, 1980, с. 22-29.

9. Leug E.M.W. // Advances in Gryogenic Engineering, 1996, № 42, pp. 961 965.

10. Paul W., Lanker M., Rhyner J. et al. Test of 1,2 MVA higt-Tc superconducting fault current limiter. // Supercond. Sci. Technol., 1997, Vol. 10, pp. 914-918.

11. Chen M., Baumann Th., Unternahaher P., Paul W. Physica C, 1997, Vol. 235 240, pp. 2639 - 2640.

12. Porcar L., Bourgault D., Noudem J.G. et al. Physica C, 1997, Vol. 235 -240, pp. 2623 2624.

13. Noudem J.G., Porcar L., Belmont O. et al. Physica C, 1997, Vol. 235 240, pp. 2625 - 2626.

14. Румянцев. С. Упрочить финансовое положение компании. // Энергия, 1998, № 1(49), с. 2.

15. М.И. Петров, Д.А. Балаев, В.И. Кир ко и др. Ограничитель тока короткого замыкания на основе высокотемпературного сверхпроводника // ЖТФ. 1998. - Т.68. - № ю. - с. 129-130.

16. Лоскутов А.В., Манусов В.З. Токоограничители со сверхпроводящим экраном // Сборник научных трудов НГТУ. Новосибирск: НГТУ, 2001. -№3.-с. 139-144

17. W.T. Norris et al. Fault current Limiters using superconductors. // Cryogenics, 1997, № 37, pp. 657.

18. Кресин B.3. Сверхпроводимость и сверхтекучесть. М.: Наука, 1978. 190 с.

19. Bednorz J.G., Muller К.А. Possible high Тс superconductivity in Ba-La-Cu-0 system. Phys. B. Condensend Matter, 1986, vol.64, pp. 189-193.

20. Maeda H., Tanaka Y., Fukutomi M. et al. Japan, Appl, Phys., 1988, № 27, p.209.

21. Parkin S.P., Lee V.Y, Engler E.M. et al. Phys. Rev. Lett., 1988, № 60, p.2539.

22. Карцев В.П. Магнит за три тысячелетия / 4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 437 с.

23. Иванов С.С. Сверхпроводимость: от фундаментальной науки к высоким технологиям нового века //Энергия.- 1999.- № 7, С. 2-9.

24. Черноплеков Н. А. Сверхпроводниковые технологии: Современное состояние и перспективы практического применения // Вест. РАН.- 2001.- Т. 71.-№4.-с.303 -319.

25. Гинзбург В.Л. Высокотемпературная сверхпроводимость // Вестник АН СССР.- 1987.-№ И.-с. 112-117.

26. Гинзбург B.JI. Сверхпроводимость: позавчера, вчера, сегодня, завтра. Успехи физических наук. 2000. - Т. 170. - № 6. - с. 619-630.

27. Максимов Е.Г. Проблема высокотемпературной сверхпроводимости. Современное состояние. Успехи физических наук. 2000. - Т. 170. - № 10. -с. 1033-1062.

28. Лоскутов А.В., Манусов В.З. Токоограничивающие устройства с ВТСП экранами // «Наука. Техника. Инновации». Региональная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Тезисы докладов.-Новосибирск: НГТУ, 2001.- Часть 2.- с. 88-89

29. Алексеев Б.А. Сверхпроводниковые ограничители токов коротких замыканий // Электро. 2002. - №6. - с. 23-28

30. Блинков Е.Л., Лутидзе Ш.И., Джафаров Э.А. и др. Сверхпроводящие токоограничители // Электро. 2003. - №6. - с. 28-32

31. Ilushin K.V, Koneev S.M.-A, Kovalev K.L., et al. Hysteresis and Relustance Electric Machines with Bulk Rotor Elements // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 1999. - Vol.9. - № 2. - pp. 1074-1077.

32. Ковалев Л. К., Алиевский Б.Л., Илюшин К.В., и др. Сверхпроводниковые электрические машины: состояние разработок и перспективы развития // Электричество.- 2002.- № 5.- с. 22-29.

33. Чубраева Л. И. Сверхпроводимость ключевая технология XXI века // Мост.- 1999.- № 28.- с. 18-19.

34. Переходцев Г. Без сопротивления // Эксперт, 2001, №47 (307), 17 декабря.

35. Нечаев В.В. Электроэнергетика России: состояние и перспективы // Энергия.- 2000. № 1. - с.2-10.

36. Антипов К.М., Неклепаев Б.Н. Последствия коротких замыканий в электроустановках // Токи короткого замыкания в энергосистемах. Всероссийская науч. конфер.: Тезисы докладов / под общ. ред. А.Ф. Дьякова. -М.: РАО ЕЭС России. 1995. -176 с.

37. Машуков Ю. Сверхпроводник против короткого замыкания // Наука в Сибири. - 1999. - № 24 (2210).

38. Лоскутов А.В., Манусов В.З. Сверхпроводящие токоограничители // Электроэнергетика: Сборник научных трудов. — Новосибирск: НГТУ, 2002. -Часть 2. с. 43-50.

39. Paul W., Baumann Th., Rhyner J. et al. Test of 100 kW High-Tc Superconducting Fault Current Limiter // IEEE Trans. Appl. Supercon.- 1995.-Vol.5.- №2.- pp.1059.

40. Leung E., Burley В., Chitvvood N. et al. Design & Development of a 15 kV, 20 kA HTS Fault Current Limiter // IEEE Transaction on Applied Superconductivity.- 2000.- Vol. 10, №1, pp. 832-835.

41. Алексеев М.П., Кейлин В.Е., Микляев С.А. и др. Сверхпроводящий ограничитель тока короткого замыкания // Электричество. 2003. - № 9. -с.21-26.

42. Verhalge Т. et al. Experiments with a higt Voltage (40 kV) Superconducting Fault Current Limiter// Criogenics, 1996, Vol. 36, №7, p.p. 521-526

43. Ennis M.G., Tobin T.J., Cha Y.S. Fault current limiter predominantly resistive behavior of a BSCCO-shielded-core reactor // IEEE Trans. Appl. Supercon. - 2001. - Vol. 11. - №1. pp. 2050-2053.

44. Hoshino Т., Nishikawa M., Salim К. M. et al. Preliminary studies on characteristics of series-connected resistive type superconducting fault current limiter for system design // Physica C.- 2001.- Vol. 354.- pp. 120-124.

45. Tsuda M., Mitani Y., Tsuji K., Kakihana K. Application of resistor based superconducting fault current limiter to enhancement of power system transient stability // IEEE Trans. Appl. Supercon. 2001. - Vol. 11. - №1. -pp. 2122-2125.

46. Choi H.-S., Hyun O.-B., Kim H.-R. Quench characteristics of resistive superconducting fault current limiters based on YBa2Cu307 films // Physica C. -2001. Vol. 351. - pp. 415-420.

47. Noe M., Juegst K., Werfel F. et al Investigation of high-Tc bulk material for its use in resistive superconducting fault current limiters // IEEE Trans. Appl. Supercon. 2001. - Vol. 11. - №1. - pp.1960-1963.

48. Jin J. X., Dou S. X., Cook C., et al. Apperley M. and Beales T. Magnetic saturable reactor type HTS fault current limiter for electrical application // Physica C. 2000. - Vol. 341-348. - pp. 2629-2630.

49. Elschner S., Breuer F., Wolf A. et al. Characterization of BSCCO 2212 bulk material for resistive current limiters // IEEE Trans. Appl. Supercon. 2001. - Vol. 11.-№1.-pp. 2507-2510.

50. Granados X., Obradors X., Puing T. et al. Hybrid superconducting fault current limiter based on bulk melt textured УВа2Сиз07 ceramic composites // IEEE Transaction on Applied Superconductivity.- 1999. Vol. 9.- № 2.- pp. 1308-1311.

51. Hoshino Т., Salim K.M., Nishikawa M. et al. DC reactor effect on bridge type superconducting fault current limiter during load increasing // IEEE Trans. Appl. Supercon. 2001. - Vol. 11. - №1. - pp. 1944-1947.

52. Nomura Т., Yamaguchi M., Fukui S. et al. Single DC reactor type fault current limiter for 6.6 kV power system // IEEE Transaction on Applied Superconductivity.- 2001.- Vol. 11, № 1, pp. 2090-2093.

53. Hoshino Т., Salim K.M., Nishikawa M. Proposal of saturated DC reactor type superconducting fault current limiter (SFCL) // Cryogenics, 2001, vol. 41, pp. 469-474.

54. Yamaguchi M., Fukui S., Satoh T. Three-phase fault current limiter with one DC S/N transition element // IEEE Trans. Appl. Supercon. 2001. - Vol. 11. - №1. - pp. 2398-2401.

55. Nomura Т., Yamaguchi M., Fukui S. et al. Study of single DC device type FCL for three-phase power system. Cryogenics, 2001, Vol. 41, pp. 125-130.

56. Bashkirov Yu.A., Fleishman L.S. et al. Current-Limiting Reactor Based on High-Tc Superconductors // IEEE Trans. Mag.- 1991.- Vol. 27.- pp.1089.

57. A. C. 1823067 (СССР), МКИ H 02 H 9/02. Токоограничивающий реактор / Башкиров Ю.А., Флейшман JI.С., Маглаперидзе O.K. и др. Опубл. 23.06.93. Приоритет 28.12.89

58. Paul W., Baumann Th., Rhyner J. et al. Test of 100 kW High-Tc Superconducting Fault Current Limiter // IEEE Trans. Appl. Supercon. 1995.-Vol.5.-№2.-pp.1059.

59. Bashkirov Yu. A., Yakiments I.V., Fleishman L.S. et al. Application of Superconducting Shields in Current-Limiting and Special-Purpose Transformers // IEEE Trans. Appl. Supercon.-1995.- Vol.5.- pp.1075.

60. D.W. Willen, J.R. Cave Short Circuit Test Perfomance of Inductive High Tc Superconducting Fault Limiters // IEEE Trans. In applied superconductivity, 1995, Vol. 5, № 5, p.p. 1047-1050

61. Paul W., Rhyner J., Baumann Th. et al. Fault Current Limiter Based on High Temperature Superconductors // Applied Superconductivity / Inst. Phys. Conf. Ser.- 1995.-№148, Vol.1.-pp.73.

62. Vajda I., Semperger S., Porjesz T. et al. Three phase inductive HTS fault current limiter for the protection of a 12 kVA synchronous generator // IEEE Trans. Appl. Supercon. 2001. - Vol. 11. - №1. - pp. 2515-2518.

63. Tan Y., Evans P. Quenching behavior of superconductors in an inductive fault current limiter // IEEE Trans. Appl. Supercon. 2001. - Vol. 11. - №1. - pp. 24952498.

64. Paul W., Chen M., Lakner M. et al. Fault current limiter based on high temperature superconductors different concepts, test results, simulations, applications // Physica C. - 2001. - Vol. 354. - pp. 27-33.

65. Yazawa Т., Yoneda E., Matsuzaki J. et al. Design and test results of 6.6 kV high-Tc superconducting fault current limiter // IEEE Trans. Appl. Supercon. -2001. Vol. 11. - №1. - pp. 2511-2514.

66. Mamalis A.G., Petrov M.I., Balaev D.A. et al. A DC superconducting fault current limiter using die-pressed УВагСизОу ceramic // Supercond. Sci. Technol.2001. Vol. 14. - № 6. - pp. 413-416.

67. Sasaki K., Yamagata A., Nii A. Thermal design and performance tests of a current limiter with a conduction cooled NbsSn screen // IEEE Trans. Appl. Supercon. 2001. - Vol. 11. - №1.- pp. 2114-2117.

68. Kaiho K., Yamaguchi H., Arai K. et al. A current limiter with superconducting coil for magnetic field shielding I I Physica C. 2001. - Vol. 354. -pp. 115-119.

69. Буев A.P., Лоскутов A.B., Манусов В.З. Сверхпроводящий ограничитель тока с составным экраном // Научный вестник НГТУ. Новосибирск: НГТУ,2002.-№2(13).- с.137-144

70. Keilin V., Kovalev I., Kruglov S. et. al. Model of HTS three-phase saturated core fault current limiter // IEEE Trans. Appl. Supercon.- 2000.- Vol. 10.- № 1, pp. 836-839.

71. Кейлин B.E. Первое ВТСП устройство для РАО "ЕЭС" // ПерсТ™.2001.- Т.8.- Вып. 12.

72. Buev A.R., A. Loskutow, W. Manusow u.a. Strombegrenzter mit dem Abschirmelement aus diinnen HTSL Ringen // 6. Steinfurter-Keramik Seminar,2002. 15-19 Dezember. - P-I XI - P-I X8

73. Буев A.P., Лоскутов A.B., Манусов В.З. Сверхпроводящий ограничитель аварийных токов с составным экраном. Результаты экспериментов // Электро. -2003.-№3.- С.6-10

74. Буккель В. Сверхпроводимость. Основы и приложения / пер. с нем. Ю.А.Башкиров. М.: Мир. 1975. - 366 с.

75. Физические свойства высокотемпературных сверхпроводников / Под ред. Д.М. Гинзберга. М.: Мир. 1990. - 543 с.

76. Гудилин Е.А., Третьяков Ю.Д. Синтез левитирующих сверхпроводников путь от фантазии к реальности // Природа. - 1999. - № 7.-с.13-25.

77. Овчинников С.Г., Кирко В.И., Mamalis A.G. и др. Новая концепция переключателя тока на основе высотемпературного сверхпроводника // ЖТФ.- 2001.- Т.71.- Вып. 10.- с. 95-98.

78. Cave J. R., Willen D.W.A., Nadi R. et al. Testing and Modelling of Inductive Superconducting Fault Current Limiters // IEEE Trans. AppI, Supercond.- 1997.-Vol.7.-№2.- 832.

79. Kado H., Ichikawa M. Performance of a High-Tc Superconducting Fault Current Limiter. Desing of a 6.6 kV Magnetic Shielding Type Superconducting Fault Current Limiter // IEEE Trans. Appl. Supercond.- 1997.- Vol.7.- №2.-pp.993.

80. A.Y. Ilyshechkin et al. Partial melt processing and electrical properties of Bi-Sr-Ca-Cu-O superconducting thick films on (100) MgO substrates // Supercond. Sci. Technol.- 1997.- № 10.- pp. 330.

81. Пат. 2230417 РФ, МКИ 7H02H9/02. ВТСП ограничитель тока с дискретным экраном / Буев А.Р., Игумнов В.Н., Лоскутов А.В., Иванов В.В. Опубл. 10.06.2004, Бюл. №16, Приоритет 07.08. 2002. с. 8

82. Белоусенко И.В. Основные направления концепции развития энергетики ОАО «Газпром» на основе применения собственных электростанций и энергоустановок // Известия АН. Энергетика . 2001. - № 5.

83. Мозгалев К.В., Неклепаев Б.Н., Шунтов А.В. О стабилизации уровней токов короткого замыкания в сетях 110 кВ и выше // Электрические станции. 2001. - № 12.

84. Справочник по электроустановкам высокого напряжения / под ред. Баумштейна И.А. М.: Энергоатомиздат. - 1989. - 767 с.

85. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Учеб. пособие для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат. - 1989. - 608 с.