автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Сверхпроводниковые ограничители токов короткого замыкания для систем тягового электроснабжения

На правах рукописи

Лобынцев Владимир Васильевич

СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ Д ЛЯ СИСТЕМ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

специальность 05.09.03 - «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 8 ИЮН 2009

МОСКВА - 2009

003472826

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московском государственном университете путей сообщения» (МИИТ).

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Пупынин В.Н.

доктор технических наук, профессор Высоцкий B.C. кандидат технических наук, Литовченко В.В.

Ведущая организация:

Петербургский государственный университет путей сообщения (ПГУПС)

Защита диссертации состоится 2009г .в час^-^мин.

на заседании диссертационного совета Д218.005.02 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ), по адресу: 127994, Москва, ул, Образцова, 9, стр.9, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ).

Автореферат разослан

дай,

Ученый секретарь А. /] д.т.н., старший научный

диссертационного совета //. /, S сотрудник Сидорова H.H.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы:

Актуальность работы связана с тем, что интенсивная электрификация многих участков железных дорог производилась преимущественно во второй половине прошлого века, поэтому большая часть силового электротехнического оборудования уже выработала свой ресурс, и нуждается в замене. Вместе с тем темпы модернизации хозяйства электроснабжения таковы, что для замены только понизительных трансформаторов тяговых подстанций, эксплуатируемых на сегодняшний день сверх нормативного срока службы, понадобится минимум 100 лет. В основном ухудшению технического состояния трансформаторов способствует высокая частота возникновения коротких замыканий в тяговых сетях, которая примерно на два порядка выше, чем в распределительных сетях общепромышленного назначения аналогичного уровня напряжения (6-3 5кВ). При коротких замыканиях в обмотках трансформаторов возникают пондермоторные силы, многократно превышающие максимально допустимые значения, которые приводят к интенсивному старению изоляции. От коротких замыканий страдает и сама контактная сеть (пережоги и отжиг проводов), поэтому требуются срочные меры, позволяющие продлить сроки службы понизительных и преобразовательных трансформаторов, а также сократить число пережогов проводов контактной сети. Защитить обмотки понизительных трансформаторов от динамического действия токов короткого замыкания, а провода контактной сети от пережогов, могут единственные в своём роде безинерцион-ные коммутационные устройства - сверхпроводниковые ограничители тока, позволяющие не только срезать амплитуду ударного тока короткого замыкания, но и ограничить его квазиустановившееся значение.

Особо следует отметить, что сейчас, в период глобальной модернизации хозяйства электроснабжения железных дорог, как никогда открывается прекрасная возможность начать его техническое перевооружение с применением новейших технологий, в том числе, согласно Энергетической стратегии ОАО «РЖД» на период до 2010г. и на перспективу до 2030г., основанных на использовании явления сверхпроводимости. Эти технологии позволят вывести работу систем тягового электроснабжения (СГЭ) на новый качественный уровень и в полной мере способствовать реализации высокоскоростного и тяжеловесного движения.

Цель работы:

Целью диссертационной работы является разработка сверхпроводниковых ограничителей токов короткого замыкания и исследование их токоограничивающего действия в системах тягового электроснабжения постоянного и переменного тока.

Основные задачи:

1. Исследование тепловых процессов в секции токоограничивающего элемента сверхпроводникового ограничителя токов короткого замыкания (СОТ).

2. Разработка математической модели высокотемпературного сверхпроводншсо-вого (ВТСП) ограничителя токов короткого замыкания резистивного типа.

3. Экспериментальное исследование физических свойств ВТСП проводников второго поколения различных производителей и комплексные испытания модельной секции ВТСП токоограничивающего элемента резистивного типа в активно-индуктивной цепи переменного тока.

4. Верификация математической модели ВТСП ограничителя токов короткого замыкания резистивного типа на основе полученных экспериментальных данных.

5. Выбор параметров токоограничивающих элементов, разработка конструкции основных узлов и системы криогенного обеспечения будущих прототипов промышленных СОТ для систем тягового электроснабжения постоянного и переменного тока.

6. Имитационное моделирование токоограничивающего действия СОТ в тяговых сетях постоянного и переменного тока.

Методика исследования:

Для исследования тепловых процессов в секции токоограничивающего элемента сверхпроводникового ограничителя токов короткого замыкания использовалась программная среда СОМБОЬ МиШрЬуэкэ 3.4, ориентированная на решение широкого спектра инженерно-физических задач методом конечных элементов. Экспериментальные исследования физических свойств ВТСП проводников различных производителей и комплексные испытания модельной секции ВТСП токоограничивающего элемента резистивного типа проводились на экспериментальном стенде Института сверхпроводимости и физики твёрдого тела РНЦ «Курчатовский институт». Исследование токоограничивающего действия СОТ в тяговых сетях постоянного и переменного тока производилось при использовании специально разработанной для этих целей компьютерной программы основанной на решении методом итераций линейных и нелинейных алгебраических уравнений, записанных, как в явном, так и в неявном виде.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- предложен метод расчёта времени перехода неидеальных сверхпроводников второго рода в нормальное состояние;

- доказана возможность существенного упрощения нестационарного уравнения теплопроводности используемого при расчёте температуры перегрева ВТСП проводников второго поколения за счёт перехода от двумерной (расчёт распределения температуры перегрева по сечению) к одномерной модели (расчёт температуры перегрева в центральной точке сечения);

- предложена математическая модель ВТСП ограничителя токов короткого замыкания резистивного типа;

- впервые в России проведены комплексные испытания модельной секции ВТСП токоограничивающего элемента резистивного типа, на основе которых произведена верификация математической модели ВТСП ограничителя токов короткого замыкания резистивного типа;

- предложен метод расчёта электрической изоляции криогенной части токовво-дов ВТСП электротехнических устройств различного рода тока и уровня напряжения;

- предложен метод расчёта токоограничивающего действия СОТ при его установке в силовых цепях действующих электроустановок (тяговых подстанций) постоянного и переменного тока.

Достоверность полученных результатов

Все экспериментальные исследования проводились с использованием высокоточной измерительной аппаратуры: цифрового запоминающего осциллографа АКТА-КОМ АСК-3107 и многоканальной измерительной системы Agilent 34970А. Эффективность работы ВТСП токоограничивающего элемента резистивного была доказана предварительным моделированием переходных процессов в электрической цепи с его использованием. Точность моделирования подтверждена экспериментально (расхождение составляет не более 10%).

Практическая ценность работы заключается в том, что:

- разработаны инженерные методы расчёта и проектирования ВТСП токоограни-чивающих элементов резистивного типа;

- разработаны конструктивные решения будущих прототипов СОТ ориентированных на использование в тяговых сетях постоянного и переменного тока ОАО «РЖД»;

- разработана схема универсальной системы криогенного обеспечения СОТ;

- показана возможность размещения в стандартной ячейке постоянного тока СОТ и быстродействующего выключателя (ВАБ-49);

- разработана ячейка ввода в распределительное устройство 27,5кВ с однофазными СОТ;

- дан план размещения оборудования на территории типовой тяговой подстанции переменного тока с первичным напряжением 11 ОкВ, а также ячеек ввода с однофазными СОТ и системы их криогенного обеспечения;

- разработан порядок взаимодействия СОТ с устройствами автоматики и защиты при его установке на вводах в распределительное устройство 27,5кВ.

Внедрение результатов:

Разработанные методы расчётов и теоретических исследований носят новаторский характер, поэтому нашли своё применение при выполнении научно-исследовательских работ в таких организациях как: ООО «Центр«Атом-инновации» и Государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП). С использованием метода расчёта электрической изоляции криогенной части токовводов ВТСП электротехнических устройств различного рода тока и уровня напряжения разработаны токовводные муфты доя протатипа первой в России сверхпроводниковой кабельной линии, которые внедрены на испытательном полигоне ОАО НТЦ «Электроэнергетики».

Апробация работы

Основные результаты работы были представлены на VI научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» 26-27 октября 2005г., Москва, МИИТ; на третьем международном симпозиуме Eltrans2005,15-17 ноября 2005г., Санкт-Петербург, ПГУПС; на международной конференции Siemens AG, 5 апреля 2006г., Москва; на заседании секции «Электрификация и электроснабжение» научно-технического совета ОАО «РЖД» «Перспективные технические средства и технологии для систем тягового электроснабжения железных дорог» 26-27 сентября 2006г. и 19-21 сентября 2007г. Москва, ОАО «РЖД»; на заседании совета по реализации генерального соглашения о сотрудничестве меаду Российской Академией Наук и ОАО РАО «ЕЭС России» по определению направлений развития ЕЭС России, 15 мая 2007г. Москва, РАН; VIII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» 1 -2 ноября 2007г., Москва, МИИТ; на четвёртом международном симпозиуме Eltrans2007, 23-26 октября 2007г.,

Санкт-Петербург, ПГУПС; на конференции по физике конденсированного состояния, материаловедению и сверхпроводимости, посвященной 50-ти летию исследовательского ядерного реактора ИРТ, 26-30 ноября 2007, Москва, РНЦ «КИ»; на всероссийском семинаре по прикладной сверхпроводимости, 14 января 2009г., Москва, РНЦ «КИ».

Публикации

По теме диссертационной работы имеется 17 публикаций, из них один патент на изобретение, одно свидетельство о регистрации программы для ЭВМ и две публикации в издании, рекомендуемом ВАК:

«Электричество », №2,2007г., «НТТ - наука и техника транспорта», №4, 2008г.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объём диссертации составляет 198 страниц включая 107 рисунков, 12 таблиц и списка литературы из 103 наименований и 5 приложений на 14 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи исследования, научная новизна и практическая ценность диссертационной работы. Отмечено, что над проблемой ограничения токов короткого замыкания работали такие специалисты, как Бочев A.C., Герман Л.А., Кейлин В.Е., Овласюк И.Я., Пупынин В.Н., Фигурнов Е.П., и др.

В первой главе представлены физические свойства и динамика развития, а также проанализированы технологические аспекты современного промышленного производства низко- и высокотемпературных сверхпроводников (рис. 1) используемых для создания электротехнических и электрофизических установок различного назначения. Рассмотрены основные типы СОТ, обладающие реальной коммерческой перспективой: индуктивный, выпрямительный и резистивный. Отражены последние мировые достижения и успешно завершенные проекты в сфере создания СОТ. Дан обзор современного состояние дел в области систем криостатирования и тепловой изоляции. Приведены основные типы микрорифрежераторов (криокулеров), в том числе поршневых машин работающих по циклу Стирлинга, входящих в состав, как систем циркуляционного охлаждения, так и компактных воздухоразделительных установок.

Рис. 1 - Структура ВТСП проводника второго поколения и его внешний вид

Во второй главе предложен метод расчёта времени перехода неидеальных сверхпроводников второго рода, к которым относятся ВТСП проводники второго поколения, в нормальное состояние, основанный на двух выдвинутых в рамках данной диссертационной работы гипотезах:

1) основной причиной перехода в нормальное состояние ВТСП проводников второго поколения в случае бифилярной конструкции токоограничивающего элемента

шлшетоя роот их температуры, возникающий при прешдшетш током пехсоторого поро

гового значения, называемого критическим;

2) сверхпроводник переходит в нормальное состояние равномерно по всей длине при увеличении тока в нём сверх критического значения.

Выдвинутые гипотезы позволяют представить процесс перехода ВТСП проводов второго поколения в нормальное состояние схемой замещения (рис. 2), состоящей из двух параллельно включенных нелинейных сопротивлений, и рассматривать в адиабатическом приближении. Данное приближение имеет место потому, что отвод тепла в жидкий азот за характерные времена перехода в нормальное состояние ВТСП проводов второго поколения крайне затруднён ввиду образования газообразной плёнки с низкой теплопроводностью вблизи нагревающейся поверхности. С учётом вышесказанного, для использованного ВТСП проводника второго поколения марки №12050 производства компании ЗирегРомег было записано нестационарное уравнение теплопроводности при переходе его сверхпроводящего слоя в нормальное состояние:

= д (1)

° »а ^

ИЗОЛЯЦИИ

СТАБИЛИЗАТОР

УВСО

ВУФКРНЫЕ СЛОИ

где: тсп - масса погонного метра ВТСП проводника второго поколения, кг/м;

Ср(7) = »/уваСиО-Ср(ув«СиО)(?)+'7А8-С,Р(Ай + ?/ь-С,р(ю(7) - удельная объёмная теплоёмкость ВТСП проводника второго поколения, вклад в которую вносит каждый из слоев, Дж(кгК)1;

ц увасио = ^васю^ь Ц кг = ^/¿я, >/ ь = зу^ - соответственно коэффициенты заполнения ВТСП слоя, слоя серебра и хастеллоя марки С4;

Ср(ГВ«СиО)(?) = 2>022Ъ10*Т1 - 7,8163-10-9-Т4, Ср(Аб) = 235, С ^,(7) = 345,18145 + 0,2205-Т - температурные зависимости удельной теплоёмкости ВТСП, серебра и хастеллоя марки С4, Дж(кгК)';

(Э = (ЛЦ„ (Т))2/Йэ (1,7) - мощность тепловыделений в ВТСП и серебряном слоях проводника, Вт/м;

4Ц.п (¡) = /}ик - падение напряжения на ВТСП проводе, В/м;

¿ик = 10 5-МО"12 В/м; п ~ 27+35;

Я, (1,Т) = (^Ци СО +Л^(Т)-1) - эквивалентное сопротивление парал-

лельно включенных слоёв: ВТСП и серебра в функции тока и температуры, Ом/щ

= -0,02035 + 0,00124Т - 4,52933Ю'7!3 - аппроксимация экспериментально измеренного сопротивления серебряного слоя ВТСП проводника второго поколения, Ом/м;

/-величина тока в цепи, А.

Для ВТСП проводника SF120S0 общей длиной 24м: тсп = 0,0055кг/м; ЙуваСиО = 1 Д-Ю^м2; ^ = 4,8-10'8м2; ^ = б-Ю'У; ^ = б.б-Ю^м2.

Приняв допущение, что проводник 12050 изолирован от внешнего поля и работает лишь в собственном поле отличном от нуля, влияние которого на величину учитывает экспериментально измеренная вольтамперная характеристика (рис. 3), численное решение уравнения (1) позволяет рассчитать время его перехода в нормальное состояние в зависимости от амплитуды, формы и скорости нарастания тока (рис. 4-6). Отсчёт времени начинается с момента появления первого теплового возмущения в ВТСП проводнике при 1> 4 и заканчивается с достижением температуры порядка 88К,

Рис. 2 - Схема замещения ВТСП проводника второго поколения

которая ниже критической температуры характерной для соединения УВаСиО ввиду технологических особенностей производства сверхпроводников на его основе.

1ЙЭ 150

I. А

Рис. 3 -Вольтамперная характеристика ВТСП проводника 2-го поколения 8Е12050

Рис. 4 - Время перехода ВТСП проводника второго поколения I = 0,03112с

т. к

6« 1 64 1.70 I 72

Рнс. 5 ■ Время перехода ВТСП проводника Рис. б - Время перехода ЗК12050 в нор-второго поколения I = 0,00232с мальное состояние н достигаемая кратность

тока в зависимости от сШ&

Расчёт распределения температуры перегрева по сечению использованного ВТСП проводника второго поколения - 8Е12050 в режиме ограничения тока короткого замыкания показал, что по истечении, как промежуточных, так н заданного отрезка времени разность температур между наиболее н наименее нагретыми точками его поперечного сечения не превышает 0,3К. Это обстоятельство является основным доказательством того, что распределение температуры по сечению проводника 5Т12050, получаемое посредством решения нестационарного уравнения теплопроводности (2), можно считать

равномерным, а это позволяет перейти к расчёту температуры перегрева в центральной точке его поперечного сечения, используя уравнение (3):

V(-£VT) = Q>

(2)

т»ср-^=й (3)

где: Q = U2 ¡{r^ (Т) -L2 ■ s) ~ мощность джрулевого тепловыделения, отнесенная к объему серебра в гроводе (для хастеллоевой подложки Q = 0), Вт/м3; U- допустимое падение напряжения на ВТСП проводе; L - длина ВТСП провода, м; S-суммарная площадь поперечного сечения серебряных слоев, м2; р, Сри к - плотность, удельная теплоемкость и тензор теплопроводности вещества в каждой рассматриваемой подобласти/

Также было выяснено, что тепловые постоянные времени SF12050, в силу малой толщины образующих этот ВТСП провод слоев, существенно меньше постоянных времени переходных электрических процессов развивающихся в цепи при его переходе в нормальное состояние, вследствие чего резисгивньй нагрев последнего происходит от квадрата мгновенного значения тока (рис. 7).

210 200 190 180 170 1Б0 150 * 140 130 120 110 100 90 80

0.00 0.02 0.04 0,06 . 0.08 0,10 0.12 0.14 0.16 t, С

Рис. 7 - Временные зависимости температуры центральной точки сечения ВТСП проводника 2-го поколения длиной 24м на постоянном и переменном токе при амплитуде падения напряжения на нём 380В и Jz- 380 = 537,4 В соответственно

При моделировании восстановления секцией ВТСП токоограничнвающего элемента сверхпроводящих свойств, основанном на решении уравнения (2) в отсутствии джоулева тепловыделения (£) = 0), было выяснено, что в мировой практике нет единого мнения каким из граничных условий (рис. 8), определяющим величину теплового напора с нагретой поверхности в жидкий азот пользоваться. Однако это не помешало «делать вывод о том, что для сокращения времени восстановления секцией ВТСП токоограничнвающего элемента сверхпроводящих свойств нужно прибегать к конструктивным решениям, максимально развивающим площадь охлаждаемой поверхности.

1стреш11Яв £ Гсчепсе [К] ^ Т (К)

Рис. 8 - Зависимости коэффициента теплопередачи в жидкий азот от температурного напора с нагретой поверхности

Ответной реакшей ВТСП токоограничигеля резистивного тага (СОТ) на изменение величины тока в электрической цепи является изменение его активного сопротивления, соответственно основные режимы его работы:

1) нулевое сопротивление - величина тока в цепи с СОТ не превышает его критического значения -1<

2) переход в нормальное состояние - величина тока в цепи с СОТ - I е [4; 1у),

3) токоограничивающее действие - величина тока в цепи больше или равна току уставки -1>

4) восстановление сверхпроводящего состояния - после отключения быстродействующего выключателя, установленного в цепи последовательно с СОТ (величина тока в цепи равна нулю - /=0).

Из режимов работы ВТСП токоограничителя резистивиого типа вытекает общая математическая модель его работы (4), которая, как было показано выше, в основном базируется на решении нестационарного уравнения теплопроводности (3). Однако для моделирования токоограничивающего действия СОТ в силовых цепях реальных электроустановок необходимо получить совместное решение модифицированного нестационарного уравнения теплопроводности (5), и дифференциальных уравнений, описывающих изменение электрического тока в такой цепи.

4:01 лиа{1)+11м<Х)-Г '

Ясаг=Л*СГ), 1Ы,,

ДсОТ=/(Г)*, 7 = 0.

(4)

""Изменение сопротивления токоограничивающего элемента СОТ - Ясот при восстановлении им сверхпроводящего состояния представлено в функции температуры по той причине, что конечные выкладки определяются особенностями теплоотдачи в жидкий азот зависящей также от конструкции токоограничивающего элемента.

Модифицированное нестационарное уравнение теплопроводности, описывающее изменение температуры токоограничивающего элемента СОТ от времени и величины тока в цепи:

где: Ттч = 77К - начальная температура токоограничивающего элемента СОТ; ЛТ{{) -температура перегрева токоограничивающего элемента СОТ, К; - суммарная масса ВТСП провода в токоограничивающем элементе, кг; с?(Т) - удельная теплоемкость ВТСП провода, Дж-Скг-К)"1; Я-сотСП - сопротивление токоограничивающего элемента СОТ, Ом.

В диссертации были получены совместные решения модифицированного нестационарного уравнения теплопроводности (5), и дифференциальных уравнений, описывающих переходные процессы в электрических цепях постоянного тока, как при работе СОТ в случае отказа быстродействующего выключателя (В АБ), так при совместной работе СОТ и ВАБ, однако ввиду большого объёма эти выкладки не представлены.

13

Рассмотрен случай использования СОТ на переменном токе, при его установке на фазах ввода в распределительное устройство и отказе выключателя или устройства защиты га одном из фидеров (рис. 9).

ф*

Я, R-J.IT)

27,1

I

Рис. 9 - Схема замещения дня случая возникновения короткого замыкания в тяговой сети переменного тока при отказе фидерного выключателя и наличии СОТ, и зависимости изменения тока в ней

На схеме замещения (рис. 9) приняты следующие обозначения элементов: содействующее значение напряжения холостого хода на шинах тяговой подстанции (ГП); 1п, Яп - эквивалентное сопротивление и индуктивность ТП, определяемые параметрами первичной питающей системы, мощностью и числом включенных понижающих трансформаторов; йсот(7) - сопротивление вводимое СОТ в цепь протекания тока; Ятс> 1ТС -удельное сопротивление и индуктивность тяговой сети (суммарные значения последовательно соединенных и индуктивно связанных контактной и рельсовой сетей); хР"1^ -место короткого замыкания.

Все злеметпы схемы замещения (рис. 9) считаются линейными, кроме йсот(1), проявляющего себя в на втором этапе длительностью

Для схемы (рте. 9) и первого этапа длительностью ОД линейное дифференциальное уравнение записанное по второму закону Кирхгофа:

"X + = ¿п(а*+у), (б)

аг

где: ¿х = 21п+£тс; Н-т. = 2Яп+Дгс; и -угловая скорость, раде'1; у - начальная фаза напряжения, эл. град.,

(б)

решение которого выглядит так:

(зт(со/ + \|/-ф1С)-8т(х|/-ф1<)-е к ), (7)

где: срк = - угол сдвига фазы между током и напряжением, эл. град.

Для схемы (рис. 9) и второго этапа длительностью Д/п по второму закону Кирхгофа запишем нелинейное дифференциальное уравнение:

Лсот (Г))»" = вт(а>1+у), (8)

а/

решение которого, справедливое для интервала линеаризации Д/, выглядит так:

1/ ( " 81п(ю/+1|/-<р1С)-5т(у-(р1;)-е ^

^(Н, + Яссл(Т))2 + (тЬ,)2

(9)

/

С использовашшм полученных уравнений, в том числе и на постоянном токе, было выполнено математическое (имитационное) моделирование токоограничивающе-го действия СОТ в тяговых сетях постоянного и переменного тока.

В третьей главе описаны задачи и представлены схемы проведённых экспериментальных исследовании свойств ВТСП проводников второго поколения различных производителей, в частности вольтамперных характеристик и температурной зависимости их погонного сопротивления, а также комплексные лабораторные испытания модельной секции ВТСП токоограничивающего элемента резистивного типа (рис. 10).

Рис. 10 - Конструкция модельного ВТСП токоограничивающего элемента

15

Проведён анализ полученных экспериментальных данных, на основе которых построены кривые уровня потерь в модельном ВТСП токоограничнвающем элементе (рис. 11) ивремени восстановления им сверхпроводящих свойств (рис. 12).

Рис. 11 - Зависимость погонной величины Рис. 12 - Временная зависимость погонного потерь та переменном токе от действующе- сопротивления модельного ВТСП токоогра-го значения рабочего тока в модельном ничивающего элемента в ходе восстановле-ВТСП токоограничнвающем элементе ния им сверхпроводящих свойств

Представлены совмещённые осциллограммы ограниченного тока короткого замыкания, падения напряжения на ВТСП токоограничнвающем элементе и температуры его перефева снятые при разной начальной фазе короткого замыкания (рис. 13,14).

чальной фазе тока короткого замыкания чальной фазе тока короткого замыкания V* = 334° (-26°) у* = 7°

Произведена верификация математической модели СОТ, полученные данные по результатам моделирования при прочих равных условиях были сопоставлены в одних координатных осях (рис. 17,18).

_ 1 д -и.о.В 1А .„-и -и.о.В Л / 1 Л

Рис. 17 - Сравнение расчётных данных с Рис. 18 - Сравнение расчётных данных с результатами эксперимента при начальной результатами эксперимента при начальной ф азе тока короткого замыкания = 7° ф азе тока = 84°

Ввиду невозможности проведения на имеющемся экспериментальном стенде опыта глухого короткого замыкания (к.з.) с целью определения амплитуды ударного и установившегося токов короткого замыкания, последние были получены расчётным способом при начальной фазе короткого замыкания у* = 334° (рис. 19) и = 7° (рис. 20).

Рис. 19 Рис. 20

Характер изменения тока к.3. в преимущественно активной цепи с модельным ВТСП

токоограничивающим элементом н без него при I = 0,492мГн, Д = 0,07820м

, • 200 000-

«Ю- -Ь /

-U-V г^ • 190

5 носа => - А А /Г \f{j\ ■ 100 • 140 к; ® э о-

' \ \ / \п \ \ ' ■ 120

•200- V V/ Щ V V ■ 100 -кю-

■«КО • -SO

лео- -too ■

осо осе 004 ooe ооа d id

1С

Рис. 21 Рис. 22

Характер изменения тока к.з. в преимущественно индуктивной цепи с модельным ВТСП

то ко ограничивающим элементом и без него при L = 2,46мГн, R = 0,07820м

Ввиду невозможности проведения экспериментов по определению достигаемого эффекта от токоограничивающего действия модельной секции ВТСП токоограничиваю-щего элемента в цепи с преобладанием индуктивного сопротивления оно было смоделировано при начальной фазе короткого замыкания = 7° (рис. 21) и = 334° (рис. 22).

В четвертой главе выполнена разработка схемы и конструкции токоограничи-вающих элементов СОТ для тяговых сетей постоянного и переменного тока (рис. 23).

а)-

стою

Токоограничивающий элемент однофазного ВТСП СОТ переменного тока и его принципиальная схема /,™=840-1.5 = 12б0А; & = 27500/380 =73шг„ Ц,- 1260/250= 5игг.; 1Г = 2-24-365= 17520м, Ясот = 150м.

Общий расход сверхпроводника ЬТ12050 с максимальной ШЩКНШЙ способностью в 215.8А составит 17,5км, при этом первоначально вводимое в цепь протекания тока СОТ сопротивление составит 150м.

Обздий расход сверхпроводника ЭК12050 с максимальной ЩЗЖЙШЙ способностью в 215.8А составит б,9км, при этом первоначально вводимое в цепь протекания тока СОТ сопротивление составит 0.870м.

Собственное время токоограничивающих элементов СОТ порядка 0,1 -1мс

Рис. 23 - Токоограничивакицие элементы прототипов промышленных СОТ

Токоограничивающий элемент Б ТСП СОТ постоянного тока для установки на фидер питания депо и его принципиальная схема

4™= 840-1.5 = 1260А;

= 27500/380-73шт„ Ып= 1260/250 = 5нп.; 1Е = 2-24-365= 17520м;

Предложена схема системы принудительного перевода в нормальное состояние токоограничивающего элемента СОТ по сигналу от микропроцессорной защиты (СППНС), позволяющая регулировать его уставку в широком диапазоне. Выполнен расчёт электрической прочности изоляции криогенной части токовводов ВТСП электротехнических устройств (рис. 24).

Рис. 24 - Уровни пробивного напряжения в токовоодах прототипа ВТСП кабельной линии: а) - без изоляционных барьеров; б)-с изоляционными барьерами

Проведен расчёт тепловых потерь в СОТ постоянного и переменного тока, на основе которых осуществлялся выбор производительности компактной воздухораздели-тельной установки и объёма буферной ёмкости. Разработана универсальная система криогенного обеспечения СОТ. Показана возможность размещения СОТ в стандартной ячейке постоянного тока совместно с быстродействующим выключателем (ВАБ-49). Дан план размещения оборудования типовой тяговой подстанции переменного тока с первичным напряжением ПОкВ и разработанных ячеек вводов в распределительное устройство тягового напряжения.

В пятой главе выполнено имитационное моделирование токоограничивающеш действия СОТ при его установке на фидере питания депо тяговой подстанции «Ожерелье» Московской железной дороги (рис. 25,26). Разработан порядок взаимодействия СОТ с существующими системами защнгы и автоматики тяговых подстанций переменного тока при его установке на вводах в распределительное устройство тягового напряжения.

19

Рис. 25 - Временные зависимости процессов отключения близких токов к.з. (для СОТ использовалась СППНС, действующая по сигналу от ЦЭАФ-3,3), где: I - отключаемый

ток к.3., 2 - напряжение на дуге выключателя, 3 - перенапряжения на индуктивности цепи, 4 - падение напряжения на активном сопротивлении СОТ вводимом в цепь; а -(-) 1хВАБ-49+СОТ, (----) 2ХВАБ-49; б - (-) 2хВАБ-49+СОТ, (----) 2хВАБ-49.

1.А Т,К RcoI.Oм

Рис. 26 -Изменение тока к.з. при отказе быстродействующего выключателя

Выполнено имитационное моделирование токоограничивающего действия СОТ при его установке на вводах в распределительное у стршство 27,5кВ тяговой подстанции «Грязи» для случая отказа фидерного выключателя (рис. 27).

20

-Ь.9.1111 ■ Тсзт^) -ТсагЦ)

-к!..1Ч -И:от(11 --ИсоЧ!)

Рис. 27 - Токоограничивающее действие СОТ на вводах РУ-27,5кВ ТП «Грязи» при отказе фидерного выключателя и начальной фазек.з. *ук= 30 и90 эл.град. соответственно

Приведены соображения о технико-экономической эффективности использования СОТ в системе тягового электроснабжения переменного тока.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Исследование процесса перехода неидеальных сверхпроводников второго рода показало. что характерные времена, за которые происходит этот переход, действительно малы, по сравнению с характерными временами переходных режимов короткого замыкания.

2. Исследование температуры перегрева ВТСП проводников второго поколения в режиме ограничения тока короткого замыкания не выявило по истечении, как промежуточных, так и заданного отрезка времени значительного перепада температур между наиболее и наименее нагретыми точками его поперечного сечения, что свидетельствует о равномерном распределении температуры и возможности существенного упрощения расчётной модели.

3. Исследование процессов остывания токоограничивающих элементов в азотной ванне после их перехода в нормальное состояние позволило выявить существенные недостатки в существующих методиках расчёта этих процессов, требующих глубокого экспериментального н теоретического изучения.

4. Проведены экспериментальные исследования физических свойств ВТСП проводников второго поколения различных производителей.

5. Изготовлен и испытан модельный ВТСП токоограничивающий элемент резистив-ного типа.

6. Математическая модель СОТ проверена путём сопоставления в одних координатных осях экспериментальных данных и полученных с её помощью временных зависимостей при прочих равных условиях, Расхождение составляет менее 10%.

7. Ввиду отсутствия возможности проведения экспериментальных исследований то-коограничивающего действия модельного ВТСП токоограничивающего элемента в активно-индуктивной цепи переменного тока было выполнено его математическое моделирование.

8. Спроектированы полномасштабные прототипы СОТ для тяговых сетей постоянного и переменного тока, а также разработана универсальная система их криогенного обеспечения, которая при необходимости может быть доукомплектована буферной ёмкостью.

9. Разработана схема системы принудительного перевода токоограничивающего элемента СОТ в нормальное состояние по сигналу от микропроцессорной зашиты, открывающая возможность регулирования его ток уставки в широком диапазоне.

10. Разработан метод расчёта электрической изоляции криогенной части токовводов ВТСП электротехнических устройств различного рода тока и уровня напряжения.

11. Показана возможность размещения в стандартной ячейке постоянного тока СОТ и автоматического быстродействующего выключателя.

12. Разработана ячейка ввода в распределительное устройство 27,5кВ с использованием однофазных СОТ и дан план размещения этих ячеек на территории типовой тяговой подстанции магистральных железных дорог переменного тока с первичным напряжением 1 ЮкВ совместно с электротехническим оборудованием традиционного исполнения.

13. Выполнено имитационное (математическое) моделирование токоограничивающего действия СОТ в тяговой сети постоянного тока при его установке на фидере питания депо.

14. Разработан порядок взаимодействия СОТ с существующими устройствами автоматики и защиты, при его установке на вводах в распределительное устройство тягового напряжения - 27,5кВ.

15. Выполнено математическое моделирование токоограничивающего действия СОТ в тяговой сети переменного тока в случае отказа фидерного выключателя при различной начальной фазе короткого замыкания.

16. Показана технико-экономическая эффективность различной компоновки СОТ на тяговой подстанции переменного тока, потому как на тяговой подстанции постоянного тока использование СОТ полезно, но не так необходимо как на переменном токе. Список работ, опубликованных по теме диссертации

1) Лобынцев В.В., Оценка эффективности использования сверхпроводникового оборудования в системах тягового электроснабжения // Труды шестой научно-практической конференции "Безопасность движения поездов", том 2, 26-27 октября 2005г, Москва, с. VI-56-VI-57

2) Лобынцев В .В., Перспективы использования сверхпроводимости в системах тягового электроснабжения // Тезисы докладов третьего международного симпозиума Eltrans2005,15-17 ноября 2005г., Санкт-Петербург, с. 315-318

3) Шевлюгин М.В., Лобынцев В.В., Сверхпроводимость притормозила на пороге подстанций // "Мир транспорта", №1,2006г., с. 44-47

4) Лобынцев В.В., Система тягового электроснабжения постоянного тока с использованием сверхпроводящего кабеля // Труды международной конференции Siemens AG, 5 апреля 2006г., Москва, 6 стр.

5) Лобынцев В.В., Моделирование процесса ограничения токов короткого замыкания сверхпроводящим токоограничителем в тяговых сетях постоянного тока // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006611592, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 12 мая 2006г., 21 стр.

6) Лобынцев В.В., Сверхпроводниковые трансформаторы // Информационный бюллетень "Сверхпроводники для электроэнергетики", том 3, В 4, сентябрь 2006г., с. 4-8

7) Лобынцев В.В., Пупынин В.Н., Система тягового электроснабжения постоянного тока с использованием сверхпроводящего кабеля // "Электричество", №2,2007г., с. 20-22

8) Лобынцев В.В., Сверхпроводниковые динамические синхронные компенсаторы// Информационный бюллетень "Сверхпроводники для электроэнергетики", том 4, выпуск 2, апрель 2007г., С. 7

9) Лобынцев В.В., Ильин АА, Сверхпроводниковый ограничитель токов короткого замыкания как принципиально новый способ защиты понижающих трансформаторов от динамического действия токов к.з.// Труды восьмой научно-практической конференции "Безопасность движения поездов", том 1,1-2 ноября 2007г., Москва, с. V-41

10) Лобынцев В.В., Щербаков В.И., Необходимость использования СТУ в тяговых сетях // "Мир транспорта", №4, 2007г., с. 60-63

]

/

11) Лобынцев В.В., Щербаков В.И., Сверхпроводниковое оборудование для систем тягового электроснабжения железных дорог // Информационный бюллетень "Сверхпроводники для электроэнергетики", том 4, выпуск 5, октябрь 2007г., с. 8-9

12) Лобынцев В.В., Щербаков В.И., Сверхпроводниковый трансформатор готов к установке на подвижной состав // Информационный бюллетень "Сверхпроводники для электроэнергетики", том 4, выпуск 5, октябрь 2007г., с. 9-10

13) Лобынцев В.В., Пупынин В.Н., Система тягового электроснабжения постоянного тока (варианты) // Патент на изобретение №2307036,27.09.07

14) Лобынцев В.В., Щербаков В.И., Сверхпроводниковые ограничители токов короткого замыкания резистивного типа в тяговых сетях переменного тока // Тезисы докладов третьего международного симпозиума ЕКтагш 2007, 23-26 октября 2007г., Санкт-Петербург, с. 58-59

15) Лобынцев В.В., Щербаков В.И., Сверхпроводящий ограничитель токов короткого замыкания резистивного типа в сетях переменного и постоянного тока // Тезисы докладов конференции по физике конденсированного состояния, материаловедению и сверхпроводимости, посвященной 50-ти летию исследовательского ядерного реактора ИРТ, 26-30 ноября 2007, Москва, РНЦ «КИ», с. 235

16) Лобынцев В.В., Щербаков В.И., Криогенное оборудование для сверхпроводниковых электротехнических устройств // Информационный бюллетень "Сверхпроводники для электроэнергетики", том 5, выпуск 1, февраль 2008г., с. 7-11

17) Лобынцев В.В., Пупынин В.Н., Силовое оборудование систем тягового электроснабжения завтрашнего дня // Наука и техника транспорта, №4, 2008, с. 21-24

Лобынцев Владимир Васильевич

СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

специальность 05.09.03 - «Электротехнические комплексы и системы»

Подписано в печать - ^ ££ (¡д Формат 60 х 84/16 Тираж -100

Заказ № £// Усл. печ. л. -1,5

127994, Москва, ул. Образцова, 9, стр. 9 Типография МИИТа

Введение.

1 Явление сверхпроводимости и его техническое использование

1.1 Сверхпроводники: физические свойства и технология производства

1.2 Сверхпроводниковые ограничители токов короткого замыкания.

1.3 Системы криогенного обеспечения и тепловой изоляции.

1.4 Выводы по главе.

2 Исследование тепловых процессов в секции токоограничивающего элемента сверхпроводникового ограничителя токов короткого замыкания

2.1 Переход неидеальных сверхпроводников второго рода в нормаль- ^ ное состояние.

2.2 Теоретическое исследование температуры перегрева ВТСП проводов второго поколения в режиме ограничения тока короткого замыкания

2.3 Расчет времени остывания различных вариантов секции ВТСП токоограничивающего элемента в азотной ванне после перехода в нормальное состояние.

2.4 Математическая модель ВТСП ограничителя токов короткого замыкания резистивного типа.

2.5 Выводы по главе.

3 Экспериментальное исследование модельного токоограничивающего элемента СОТ

3.1 Задачи экспериментов.

3.2 Схемы экспериментов.

3.3 Результаты исследований свойств ВТСП проводов второго поколения

3.3.1 Критические токи коротких образцов ВТСП проводов

3.3.2 Температурные зависимости погонного сопротивления различных ВТСП проводов.

3.3.3 Сравнение параметров ВТСП проводов второго поколения различных производителей.

3.4 Конструкция модельного токоограничивающего элемента СОТ

3.5 Результаты опыта короткого замыкания и измерения уровня потерь на переменном токе в модельном ВТСП токоограничивающем элементе

3.5.1 Переходные процессы в нелинейной электрической цепи содержащей модельный ВТСП токоограничивающий элемент СОТ.

3.5.2 Измерение времени восстановления модельным ВТСП то-коограничивающим элементом сверхпроводящего состояния.

3.5.3 Результаты измерения уровня потерь на переменном токе в модельном ВТСП токоограничивающем элементе.

3.6 Сопоставление экспериментальных данных с результатами математического моделирования.

3.7 Выводы по главе.

4 Определение параметров токоограничивающих элементов, разработка конструкции основных узлов и системы криогенного обеспечения СОТ

4.1 Определение величины активного сопротивления СОТ первоначально вводимого в цепь тока короткого замыкания.

4.1.1 Прототип секции токоограничивающего элемента СОТ для тяговых сетей постоянного и переменного тока.

4.1.2 Параметры токоограничивающего элемента СОТ для тяговой сети переменного тока.

4.1.3 Параметры токоограничивающего элемента СОТ для тяговой сети постоянного тока.

4.1.4 Система принудительного перевода токоограничивающих элементов СОТ в нормальное состояние.

4.2 Расчёт электроизоляции токовводов ВТСП устройств для тяговых сетей постоянного и переменного тока.

4.3 Расчёт параметров системы криогенного обеспечения СОТ для тяговых сетей постоянного и переменного тока.

4.4 Выводы по главе.

5 Имитационное моделирование токоограничивагощего действия СОТ в тяговых сетях постоянного и переменного тока, оценка технико-экономической эффективности использования данного типа устройств

5.1 Отключение токов короткого замыкания в тяговых сетях постоянного и переменного тока.

5.2 Имитационное моделирование токоограничивающего действия СОТ в тяговой сети постоянного тока при его установке на фидере питания депо.

5.3 Порядок взаимодействия СОТ с устройствами автоматики и защиты при его установке на вводах в распределительное устройство 27,5кВ.

5.4 Имитационное моделирование токоограничивающего действия СОТ в тяговой сети переменного тока при его установке на вводах РУ-27,5кВ и отказе фидерного выключателя.

5.5 Оценка величины ущербов по вине коротких замыканий в тяговых сетях переменного тока.

5.6 Оценка стоимости прототипа промышленного образца однофазного СОТ для тяговых сетей переменного тока и возможного снижения его стоимости при серийном производстве.

5.7 Определение экономического эффекта от внедрения комплекта серийно выпускаемых однофазных СОТ на типовой тяговой подстанции магистральных железных дорог переменного тока.

5.8 Выводы по главе.

Существующее электротехническое оборудование тяговых подстанций и контактной сети - трансформаторы, токоограничивающие и сглаживающие реакторы, кабельные и воздушные линии, преобразовательные агрегаты - является резистивным оборудованием, обладающим активным сопротивлением. По этой причине при работе такого оборудования часть проходящей через него электрической энергии теряется, преобразуясь в тепло, аналогично тому, как превращается в тепло электрическая энергия в спирали электрической плитки. Из курса электротехники известно, что величина энергии, превращающейся в тепло, в каждый момент времени пропорциональна произведению квадрата протекающего тока на величину активного сопротивления участка цепи. Если выделяемое тепло не отводить от оборудования, то его токопроводящие части и их изоляция могут быть термически поражены и оборудование выйдет из строя. При нагреве голых медных токопроводящих частей сверх 200°С они теряют свои упругие механические свойства, что, например, недопустимо для проводов контактной сети, которые в этом случае «отжигаются» и начинают «течь» — растягиваются под действием собственного веса наподобие резинового жгута и ложатся на рельсы, создавая устойчивые короткие замыкания. При нагреве изолированных токопроводящих частей интенсивно стареет их изоляция.

Таким образом, чтобы не допустить нежелательного перегрева токопроводящих частей оборудования протекающими по ним токами, приходится увеличивать их сечения, уменьшая тем самым их активные сопротивления и количество выделяемого в них тепла. В результате этого, силовое электрооборудование тяговых подстанций становится громоздким и тяжелым, а превращенная в тепло энергия тратится впустую, нагревая воздух вблизи трансформаторов, реакторов, выпрямительных агрегатов и землю в местах прокладки кабелей.

Избавиться от указанных выше недостатков существующего резистивно-го оборудования тяговых подстанций можно, используя оборудование лишенное активного сопротивления. Кроме того, использование такого оборудования позволит решить целый ряд проблем повышения надежности и улучшения эне-го- и ресурсосбережения, которые не могут быть решены традиционным путем. Электротехнические установки (оборудование) лишенные активного сопротивления обычно именуются «сверхпроводящими» или «сверхпроводниковыми». Именно такой терминологии мы и будем придерживаться ниже. Сверхпроводниковое электротехническое оборудование сегодня интенсивно разрабатывается во всех развитых странах (Франция, Германия, США, Япония, Корея) и уже началась его опытная эксплуатация на Западе.

Сверхпроводниковое оборудование работает при низких температурах необходимых для достижения его элементами сверхпроводящего состояния. Существует целый ряд сверхпроводящих материалов: одни из них нуждаются в охлаждении жидким гелием (температура 4,2К), другие в охлаждении достаточно более дешевым жидким азотом (температура 77К). Следует заметить, что в настоящее время охлаждение элементов сверхпроводникового электротехнического оборудования до криогенных температур является рутинной и хорошо отработанной операцией, используемой в ядерной физике и даже в медицине: в мире ежегодно производится более 1000 сверхпроводниковых томографов. Охлаждаемые части сверхпроводникового оборудования располагаются в специальных ёмкостях - криостатах. За создание и последующее поддержание внутри криостата необходимых для работы сверхпроводникового оборудования криогенных температур обычно отвечают микрорефрижераторы (криокулеры), надёжность и принцип действия которых близок к устройствам используемым в бытовых холодильниках.

Закономерно возникает вопрос, какое же сверхпроводниковое оборудование создано, апробировано и может быть уже сейчас спроектировано и изготовлено на территории Российской Федерации?

Вот его краткий перечень:

1. Сверхпроводниковые аналоги существующего оборудования:

• Сверхпроводниковые силовые и преобразовательные трансформаторы (СПТ);

• Сверхпроводниковые реакторы сглаживающих устройств подстанций постоянного тока (СПР);

• Сверхпроводниковые кабельные линии (СПКЛ).

2. Принципиально новое сверхпроводниковое оборудование, не имеющее аналогов в традиционном исполнении:

• Сверхпроводниковые индуктивные накопители энергии (СПИНЭ);

• Сверхпроводниковые ограничители тока (СОТ).

Технико-экономический эффект от использования сверхпроводниковых аналогов существующего оборудования при одинаковой электрической проходной мощности выражается в значительном сокращении габаритов и веса при одновременном, существенном увеличении перегрузочной способности и практически стопроцентном сокращении потерь энергии внутри оборудования.

Всё сверхпроводниковое оборудование пожаробезопасно, так как в любом состоянии ни гелий, ни азот не горят и не поддерживают горение.

Пример сокращения объема и веса силового понижающего трансформатора тяговой подстанции в сверхпроводниковом исполнении показан на рисунке 1.

Что же касается сравнения перегрузочной способности резистивного и сверхпроводникового трансформаторов (СПТ) одинаковой номинальной мощности то, по зарубежным данным, последний допускает двукратные перегрузки в течение 2-х суток, вместо перегрузки в 1,3 раза в течение 2-х часов у обычных трансформаторов. Использование понижающих сверхпроводниковых трансформаторов исключает необходимость закладывать резервные мощности в трансформаторное оборудование тяговых подстанций на случай выпадения одной из них. Существенно выше и шкала кратковременных перегрузок, сверхпроводниковый трансформатор способен выдерживать десятикратные перегрузки в течение 2-5 минут.

Сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии (СПИНЭ) представляет особый интерес, поскольку в отличие от остальных потребителей электрической энергии тяговые подстанции (ТП) системы тягового электроснабжения характеризуются крайне неравномерным графиком потребления энергии. Это объясняется тем, что пиковые значения токовых нагрузок ТП более чем в пять раз превышают эффективный суточный ток. С целью экономии энергии, повышения ее качества, уменьшения установленной мощности понижающих и преобразовательных трансформаторов ТП, а также с целью максимально эффективного использования энергии рекуперации, отдаваемой электроподвижным составом на крутых спусках и при торможении вблизи станций, целесообразно прибегнуть к установке на тяговых подстанциях СПИНЭ.

Рисунок 1 - Сравнительные габариты трансформаторов мощностью ЗОМВА: а - традиционного резистивного массой 48 тонн, б - сверхпроводникового массой 16 тонн

Конструктивно СПИНЭ представляет собой сверхпроводниковую катушку большой индуктивности и специальный полупроводниковый управляемый преобразователь. Вне зависимости от типа подстанции (переменного или постоянного тока) СПИНЭ подключается непосредственно к шинам тягового напряжения и подзаряжается в моменты отсутствия тяговой нагрузки, накапливая энергию в виде электромагнитного поля, и отдает её в тяговую сеть в виде электрического тока в моменты пиковых нагрузок. Если на тяговой подстанции устанавливается СПИНЭ, позволяющий снять пиковое потребление энергии из питающей сети первичного электроснабжения, доведя его до постоянного среднесуточного, то габаритные размеры сверхпроводникового трансформатора уменьшатся примерно еще в 1,25-1,4 раза, а вес, соответственно, в 2-3 раза против указанных на рисунке 1.

Использование вместо обычных резистивных реакторов сглаживающих устройств типа РБФАУ-3,3-6500/3250У2 в цепи возврата тягового тока на тяговых подстанциях постоянного тока сверхпроводниковых реакторов (СПР), имеющих по сравнению с резистивным аналогом меньшие габариты и массу, позволит размещать их в стандартных фидерных ячейках. Величину индуктивности при изготовлении сверхпроводниковых реакторов можно будет принимать существенно большей, для сглаживания пульсаций выпрямленного тока при той или иной схеме выпрямления. Экономия только на внутренних потерях энергии в одном реакторе при такой замене может составить величину порядка 180 ОООкВт-ч в год на средневзвешенной тяговой подстанции.

Сверхпроводниковые ограничители тока (СОТ) предназначены для ограничения токов короткого замыкания (к.з.), как в цепях постоянного, так и переменного тока. Они обладают высоким быстродействием и надёжностью ввиду отсутствия механических частей. Их сопротивление в нормальном режиме работы практически равно нулю, но резко возрастает при достижении током в цепи заданного критического значения, тем самым, позволяя ограничить ток к.з. до требуемой величины. Целесообразность и необходимость ограничения токов к.з. объясняется спецификой работы тяговых сетей постоянного и переменного тока, в которых, вследствие особенностей токосъема скользящим полозом токоприёмника электроподвижного состава, количество к.з. в год на 100км длины примерно на два порядка больше, чем в промышленных сетях напряжением 635кВ и составляет 30-г50 на фидер (питающую линию контактной сети) в год.

Установка СОТ на фидерах контактной сети существующих ТП переменного и постоянного тока позволит повысить надёжность отключения коротких замыканий в контактной сети коммутационными аппаратами (выключателями) и, тем самым, исключая случаи отказов выключателей, защитить силовое оборудование и токоведущие части от последствий электродинамического и термического воздействий, а контактные провода в месте дугового короткого замыкания от пережогов.

Установка СОТ на вводах в распределительное устройство 27,5кВ существующих тяговых подстанций переменного тока позволит не только уменьшить число пережогов проводов контактной сети, но и практически полностью исключить повреждения понижающих трансформаторов, значительно продлив тем самым их срок службы. Это объясняется тем, что, за счёт своего высокого быстродействия (полное время ограничения тока составляет 0Д-г1мс) СОТ способен не только ограничить установившееся значение тока короткого замыкания, но, что особенно важно, полностью срезать амплитуду ударного тока короткого замыкания. Следует особо отметить, что на это принципиально не способен ни один из самых совершенных выключателей переменного тока. Конструкция прототипа трёхфазного СОТ переменного тока на номинальную мощность 1MB А созданного компанией Siemens показана на рисунке 2.

Приведём некоторые соображения по экономической эффективности использования сверхпроводникового оборудования.

Для примера была подсчитана суммарная годовая экономия энергии получаемая при замене существующего резистивного оборудования (преобразовательного трансформатора и реактора сглаживающего устройства) сверхпроводниковыми на подстанции «Дмитров» Московской ж.д. Годовая экономия составляет величину порядка 200 ОООкВт-час или 360 000руб. в год.

Рисунок 2 - Конструкция прототипа трёхфазного СОТ номинальной мощностью ШВА для сетей переменного тока: 1 - система криогенного обеспечения (компрессор и криокуллер), 2 - токов йоды, 3 - токоограничивающие элементы (иттриевая (УВСО) пленка на керамической подложке), 4 - жидкий азот, 5 - криостат с многослойной термоизоляцией

В случае оборудования фидеров контактной сети СОТ экономия от снижения количества пережогов проводов контактной сети и рисков возникновения более тяжелых аварий по причине неотключённых коротких замыканий, составит величину порядка 1,9млн. руб. на подстанцию в год.

Таким образом, использование перечисленного выше сверхпроводникового оборудования позволит не только существенно сократить потери электрической энергии в оборудовании тяговых подстанций и питающих линиях первичного электроснабжения, но и улучшить её качество и, в целом, увеличить надежность функционирования систем тягового электроснабжения. В частности это будет достигнуто также и за счет возможности создания полностью закрытых тяговых подстанций постоянного и переменного тока с размещением всего высоковольтного и сверхпроводникового оборудования внутри здания.

В России, сохранявшей лидерство в области прикладной сверхпроводимости, наряду с США и Японией вплоть до начала 90-х годов, и сохранившей высокий научный и кадровый потенциал, прежде всего в отделении сверхпроводимости и физики твердого тела Курчатовского центра, в лабораториях ВНИИНМ им. Бочвара, ФГУП «ВЭИ», ОАО «ВНИИКП» и НИИ «Электромаш» (г. Санкт-Петербург) имеются все предпосылки для начала рабочего проектирования названного выше сверхпроводникового оборудования, изготовления его опытных образцов на Российских заводах и испытаний на действующих тяговых подстанциях ОАО «РЖД» и трансформаторных подстанциях РАО ЕЭС. Использование сверхпроводникового оборудования нужно, более чем другим потребителям электроэнергии, электрическим железным дорогам, в силу их крайне неравномерного по времени энергопотребления и высокой частоты возникновения коротких замыканий, по сравнению с электрическими сетями общепромышленного назначения.

Решением проблемы ограничения токов короткого замыкания занимались такие учёные как: профессора Пупынин В.Н., Герман Л. А., Кейлин В.Е., Овла-сюк И.Я., Фигурнов Е.П., Бочев A.C. и другие.

На сегодняшний день известно несколько способов ограничения амплитудного значения установившихся токов короткого замыкания, применяемых для защиты ЛЭП, но они не могут должным образом использоваться в системах тягового электроснабжения в силу специфики последних.

Актуальность работы также связана с тем, что интенсивная электрификация многих участков железных дорог производилась преимущественно во второй половине прошлого века, поэтому большая часть силового электротехнического оборудования уже выработала свой ресурс, и нуждается в замене. Вместе с тем темпы модернизации хозяйства электроснабжения таковы, что для замены только понизительных трансформаторов тяговых подстанций, эксплуатируемых на сегодняшний день сверх нормативного срока службы, понадобится минимум 100 лет. В основном ухудшению технического состояния трансформаторов способствует высокая частота возникновения коротких замыканий в тяговых сетях, которая примерно на два порядка выше, чем в распределительных сетях общепромышленного назначения аналогичного уровня напряжения (635кВ). При коротких замыканиях в обмотках трансформаторов возникают пон-дермоторньте силы, многократно превышающие максимально допустимые значения, которые приводят к интенсивному старению изоляции. От коротких замыканий страдает и сама контактная сеть (пережоги и отжиг проводов), поэтому требуются срочные меры, позволяющие продлить сроки службы понизительных и преобразовательных трансформаторов, а также сократить число пережогов проводов контактной сети. Защитить обмотки понизительных трансформаторов от динамического действия токов короткого замыкания, а провода контактной сети от пережогов, могут единственные в своём роде безинерцион-ные коммутационные устройства - сверхпроводниковые ограничители тока, позволяющие не только срезать амплитуду ударного тока короткого замыкания, но и ограничить его квазиустановившееся значение.

Особо следует отметить, что сейчас, в период глобальной модернизации хозяйства электроснабжения железных дорог, как никогда открывается прекрасная возможность начать его техническое перевооружение с применением новейших технологий, в том числе, согласно Энергетической стратегии ОАО «РЖД» на период до 2010г. и на перспективу до 2030г., основанных на использовании явления сверхпроводимости. Эти технологии позволят вывести работу систем тягового электроснабжения (СТЭ) на новый качественный уровень и в полной мере способствовать реализации высокоскоростного и тяжеловесного движения.

Целью диссертационной работы является разработка сверхпроводниковых ограничителей токов короткого замыкания и исследование их токоограничи-вающего действия в системах тягового электроснабжения постоянного и переменного тока.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие теоретические и экспериментальные задачи:

1. Исследование тепловых процессов в секции токоограничивающего элемента сверхпроводникового ограничителя токов короткого замыкания (СОТ).

2. Разработка математической модели высокотемпературного сверхпроводникового (ВТСП) ограничителя токов короткого замыкания резистивного типа.

3. Экспериментальное исследование физических свойств ВТСП проводников второго поколения различных производителей и комплексные испытания модельной секции ВТСП токоограничивающего элемента резистивного типа в активно-индуктивной цепи переменного тока.

4. Верификация математической модели ВТСП ограничителя токов короткого замыкания резистивного типа на основе полученных экспериментальных данных.

5. Выбор параметров токоограничивающих элементов, разработка конструкции основных узлов и системы криогенного обеспечения будущих прототипов промышленных СОТ для систем тягового электроснабжения постоянного и переменного тока.

6. Имитационное моделирование токоограничивающего действия СОТ в тяговых сетях постоянного и переменного тока.

Для исследования тепловых процессов в секции токоограничивающего элемента сверхпроводникового ограничителя токов короткого замыкания использовалась программная среда СОМБОЬ МиШрИуБюз 3.4, ориентированная на решение широкого спектра инженерно-физических задач методом конечных элементов. Экспериментальные исследования физических свойств ВТСП проводников различных производителей и комплексные испытания модельной секции ВТСП токоограничивающего элемента резистивного типа проводились на экспериментальном стенде Института сверхпроводимости и физики твёрдого тела РНЦ «Курчатовский институт». Исследование токоограничивающего действия СОТ в тяговых сетях постоянного и переменного тока производилось при использовании специально разработанной для этих целей компьютерной программы основанной на решении методом итераций линейных и нелинейных алгебраических уравнений, записанных, как в явном, так и в неявном виде.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- предложен метод расчёта времени перехода неидеальных сверхпроводников второго рода в нормальное состояние;

- доказана возможность существенного упрощения нестационарного уравнения теплопроводности используемого при расчёте температуры перегрева ВТСП проводников второго поколения за счёт перехода от двумерной (расчёт распределения температуры перегрева по сечению) к одномерной модели (расчёт температуры перегрева в центральной точке сечения);

- предложена математическая модель ВТСП ограничителя токов короткого замыкания резистивного типа;

- впервые в России проведены комплексные испытания модельной секции ВТСП токоограничивающего элемента резистивного типа, на основе которых произведена верификация математической модели ВТСП ограничителя токов короткого замыкания резистивного типа;

- предложен метод расчёта электрической изоляции криогенной части то-ковводов ВТСП электротехнических устройств различного рода тока и уровня напряжения;

- предложен метод расчёта токоограничивающего действия СОТ при его установке в силовых цепях действующих электроустановок (тяговых подстанций) постоянного и переменного тока.

Достоверность полученных результатов. Все экспериментальные исследования проводились с использованием высокоточной измерительной аппаратуры: цифрового запоминающего осциллографа АКТАКОМ АСК-3107 и многоканальной измерительной системы Agilent 34970А. Эффективность работы ВТСП токоограничивающего элемента резистивного была доказана предварительным моделированием переходных процессов в электрической цепи с его использованием. Точность моделирования подтверждена экспериментально (расхождение составляет не более 10%).

Практическая ценность работы заключается в том, что:

- разработаны инженерные методы расчёта и проектирования ВТСП токоо-граничивающих элементов резистивного типа;

- разработаны конструктивные решения будущих прототипов СОТ ориентированных на использование в тяговых сетях постоянного и переменного тока ОАО «РЖД»;

- разработана схема универсальной системы криогенного обеспечения СОТ;

- показана возможность размещения в стандартной ячейке постоянного тока СОТ и быстродействующего выключателя (ВАБ-49);

- разработана ячейка ввода в распределительное устройство 27,5кВ с однофазными СОТ;

- дан план размещения оборудования на территории типовой тяговой подстанции переменного тока с первичным напряжением 110кВ, а также ячеек ввода с однофазными ограничителями токов короткого замыкания и системы их криогенного обеспечения;

- разработан порядок взаимодействия СОТ с устройствами автоматики и защиты при его установке на вводах в распределительное устройство 27,5кВ.

Внедрение результатов работы. Разработанные методы расчётов и теоретических исследований носят новаторский характер, поэтому нашли своё применение при выполнении научно-исследовательских работ в таких организациях как: ООО «Центр«Атом-инновации» и Государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП). С использованием метода расчёта электрической изоляции криогенной части токовводов ВТСП электротехнических устройств различного рода тока и уровня напряжения разработаны токов-водные муфты для протитипа первой в России сверхпроводниковой кабельной линии, которые внедрены на испытательном полигоне ОАО НТЦ «Электроэнергетики».

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на VI научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» 26-27 октября 2005г., Москва, МИИТ; на третьем международном симпозиуме Eltrans2005, 15-17 ноября 2005г., Санкт-Петербург, ПГУПС; на международной конференции Siemens AG, 5 апреля 2006г., Москва; на заседании секции «Электрификация и электроснабжение» научно-технического совета ОАО «РЖД» «Перспективные технические средства и технологии для систем тягового электроснабжения железных дорог» 26-27 сентября 2006г. и 19-21 сентября 2007г. Москва, ОАО «РЖД»; на заседании совета по реализации генерального соглашения о сотрудничестве между Российской Академией Наук и ОАО РАО «ЕЭС России» по определению направлений развития ЕЭС России, 15 мая 2007г. Москва, РАН; VIII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» 1-2 ноября 2007г., Москва, МИИТ; на четвёртом международном симпозиуме Eltrans2007, 23-26 октября 2007г., Санкт-Петербург, ПГУПС; на конференции по физике конденсированного состояния, материаловедению и сверхпроводимости, посвященной 50-ти летию исследовательского ядерного реактора ИРТ, 26-30 ноября 2007, Москва, РНЦ «КИ»; на всероссийском семинаре по прикладной сверхпроводимости, 14 января 2009г., Москва, РНЦ «КИ».

Публикации. По теме диссертационной работы имеется 17 публикаций, из них один патент на изобретение, одно свидетельство о регистрации программы для ЭВМ и две публикации в издании, рекомендуемом ВАК: «Электричество », №2, 2007г., «НТТ - наука и техника транспорта», №4, 2008г.

5.8 Выводы по главе

При всех своих достоинствах действительно безынерционного сверхбыстродействующего токоограничивающего устройства способного не только ограничить величину установившегося тока к.з., но и полностью срезать амплитуду его ударного тока, СОТ обладает одним существенным недостатком — сравнительно высокой стоимостью. Видимо, по этой причине во всём мире затруднена их коммерциализация и не только. Для СОТ, как самоуправляемого устройства, довольно трудно найти место установки внутри сбалансировано действующей энергосистемы, разве только на шинах низкого или среднего напряжения конечного потребителя с целью защиты обмоток понизительного трансформатора от часто возникающих коротких замыканий. В этом смысле идеальным потребителем СОТ может выступить железнодорожный транспорт, а именно системы тягового электроснабжения переменного тока, в которых нет альтернативных методов защиты от динамического действия токов короткого замыкания. Тем более, что необходимость ограничения токов к.з. регламентирована ГОСТ-12965-85Е. В этой связи также следует отметить, что потенциальные места установки СОТ - тяговые подстанции системы тягового электроснабжения переменного тока должны выбираться исходя из параметров питающей системы, типа и количества установленных на их территории силовых понизительных трансформаторов. Крайне необходимыми местами установки СОТ представляются тяговые подстанции, территориально близко расположенные к питающим центрам, переходный режим к.з. в силовых цепях которых или в питаемой ими контактной сети сопровождается существенным изменением э.д.с. и индуктивного сопротивления генераторов усиливающимся в результате действия устройства регулирования возбуждения (АРВ) [102]. Установка СОТ на таких тяговых подстанциях будет способствовать искусственному удалению к.з., препятствуя тем самым разбалансу распределительной системы общепромышленного назначения.

Заключение

1. Исследование процесса перехода неидеальных сверхпроводников второго рода показало, что характерные времена, за которые происходит этот переход, действительно малы, по сравнению с характерными временами переходных режимов короткого замыкания.

2. Исследование температуры перегрева ВТСП проводников второго поколения в режиме ограничения тока короткого замыкания не выявило по истечении, как промежуточных, так и заданного отрезка времени значительного перепада температур между наиболее и наименее нагретыми точками его поперечного сечения, что свидетельствует о равномерном распределении температуры и возможности существенного упрощения расчётной модели.

3. Исследование процессов остывания токоограничивающих элементов в азотной ванне после их перехода в нормальное состояние позволило выявить существенные недостатки в существующих методиках расчёта этих процессов, требующих глубокого экспериментального и теоретического изучения.

4. Проведены экспериментальные исследования физических свойств ВТСП проводников второго поколения различных производителей.

5. Изготовлен и испытан модельный ВТСП токоограничивающий элемент ре-зистивного типа.

6. Математическая модель СОТ проверена путём сопоставления в одних координатных осях экспериментальных данных и полученных с её помощью временных зависимостей при прочих равных условиях. Расхождение составляет менее 10%.

7. Ввиду отсутствия возможности проведения экспериментальных исследований токоограничивающего действия модельного ВТСП токоограничиваю-щего элемента в активно-индуктивной цепи переменного тока было выполнено его математическое моделирование.

8. Спроектированы полномасштабные прототипы СОТ для тяговых сетей постоянного и переменного тока, а также разработана универсальная система их криогенного обеспечения, которая при необходимости может быть доукомплектована буферной ёмкостью.

9. Разработана схема системы принудительного перевода токоограничивающего элемента СОТ в нормальное состояние по сигналу от микропроцессорной защиты, открывающая возможность регулирования его ток уставки в широком диапазоне (применима на постоянном токе).

10. Разработан метод расчёта электрической изоляции криогенной части токовводов ВТСП электротехнических устройств различного рода тока и уровня напряжения.

11.Показана возможность размещения в стандартной ячейке постоянного тока СОТ и автоматического быстродействующего выключателя.

12.Разработана ячейка ввода в распределительное устройство 27,5кВ с использованием однофазных СОТ и дан план размещения этих ячеек на территории типовой тяговой подстанции магистральных железных дорог переменного тока с первичным напряжением 110кВ совместно с электротехническим оборудованием традиционного исполнения.

13.Выполнено имитационное (математическое) моделирование токоограничивающего действия СОТ в тяговой сети постоянного тока при его установке на фидере питания депо.

14.Разработан порядок взаимодействия СОТ с существующими устройствами автоматики и защиты, при его установке на вводах в распределительное устройство тягового напряжения - 27,5кВ.

15.Выполнено математическое моделирование токоограничивающего действия СОТ в тяговой сети переменного тока в случае отказа фидерного выключателя при различной начальной фазе короткого замыкания.

16.Показана технико-экономическая эффективность различной компоновки СОТ на тяговой подстанции переменного тока, потому как на тяговой подстанции постоянного тока использование СОТ полезно, но не так необходимо как на переменном токе.

1. A. L. Fetter and Р. С. Hohenberg, "Theory of type II superconductors", in R. D. Parks (Ed.), Superconductivity. New York: Marcel Dekker, 1969.

2. Squire C. F., Low Temperature Physics, New York, 1953, p. 115.

3. Т. Ван Дузер, Ч. У. Тернер, "Физические основы сверхпроводниковых устройств и цепей", Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1984, с. 266.

4. Mclnturff A. D., The metallurgy of superconducting Materials (ed. T. Luhman and D. Dew Hughes), Chapter 3, Academic Press, N. W., 1979.

5. Hanak J. J., Strater K, Cullen G. W. RCA Rev, 25 (3), 342 (1964).

6. Benz. M. G. IEEE Trans., MAG-2, 760 (1966).

7. Larbalestier D. C., Madsen P. E., Wilson M. N., Charlesworth J. P. IEEE Trans., MAG-11, 247 (1974).

8. Van Beijnen C. A., Elen J. D. IEEE Trans., MAG-15, 87 (1979).

9. Flukiger R., Foner S., McNiff E. J., Schwarts В. B. IEEE Trans., MAG-15, 763 (1979).

10. M. Уилсон, "Сверхпроводящие магниты", Пер. с англ. М.: Мир, 1985, с. 359-362.

11. Информационный бюллетень "Сверхпроводники для электроэнергетики" ,-М.: ООО НИЦ «НЕОТОН», том 1, выпуск 1, октябрь 2004г.

12. Paul N. Barnes, PhD, Conductor Design & Engineering Session, Jan 2006

13. Информационный бюллетень "Сверхпроводники для электроэнергетики",-М.: ООО НИЦ «НЕОТОН», том 1, выпуск 2, ноябрь 2004г.

14. Информационный бюллетень "Сверхпроводники для электроэнергетики",-М.: ООО НИЦ «НЕОТОН», том 4, выпуск 1, 2007г.

15. IEEE Transactions on Magnetics, vol. 27, 1991, p. 1089

16. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 5, 1995, p. 1059

17. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 10, 2000, p. 832

18. Информационный бюллетень "Сверхпроводники для электроэнергетики",— М.: ООО НИЦ «НЕОТОН», том 3, выпуск 6, 2006г.

19. W. Paul, М. Chen, М. Lakner, J. Rhyner, D. Braun and W. Lanz, "Fault current limiter based on high temperature superconductors different concepts test results, simulations, applications", Physica С 354, 2001, pp. 27-34.

20. T. Verhaege, et. al., "HTS materials for ac current transport and fault current limitation", IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 11, No. 1, March 2001, pp. 2503-2506.

21. M. Chen, W. Paul, et. al., "6.4 MVA Resistive Fault Current Limiter Based on Bi-2212 Superconductor", Proceedings of the 5th European Conf. on Applied Superconductivity, (EUCAS 2001), Copenhagen; Physica C.

22. International Standard, IEC 71-1, "Insulation coordination part 1: Definition, priprincuples, rules", seventh edition, 12-1993.

23. M. Noe, K.-P. Juengst, S. Elschner, et. al., "High voltage design, requirements and tests of a 10 MVA superconducting fault current limiter", to be presented at ASC 2004, 4LG18, 3-8 Oct. 2004, Jacksonville, USA.

24. R. Kreutz, D. Krischel, et. al., "HTSL- Massivmaterial-Strombegrenzer Aufbau, Wirkungsweise und Anwendung", DKV-Tagungsbericht 2003, Bonn, 19.-21. Nov. 2003, pp. 189-206.

25. McFee R., Optimum Input Leads for Cryogenics Apparatus, Review of Scientific Instruments, New York, N. Y., February 1959, p. 9840. "COLD FACTS", Summer 2007, Volume 23, Number 3, p.641. http://www.trithor.com/

26. Fault Current Limiters in Electrical Medium and High Voltage Systems, Paris, C1GRE, December of2003, p. 7

27. Кемпбелл А., Иветс Дж., "Критические токи в сверхпроводниках", М.: Мир, 1975, с. 332

28. Anderson P.W. // Physical Review Letter 1962, Vol. 9, N 7, p. 309-311

29. B.P. Романовский, "Автоволновая динамика магнитного потока в неидеальных сверхпроводниках второго рода с различными типами вольтамперных характеристик", Журнал технической физики, 2000, том 70, выпуск 12, с. 48

30. Гуревич A.B., Минц Р.Г., Рахманов A.JI. "Физика композитных сверхпроводников", М: Наука, 1987, с. 240

31. Уилсон М., "Сверхпроводящие магниты", М: Мир, 1985, с. 407

32. V.R. Romanovskii, K.Watanabe, S. Awaji, G. Nishijima and Ken-ichiro Takaha-shi, "Limiting current-carrying capacity of Ag-sheathed Bi2Sr2CaCu208 conductors: linear approximation", Supercond. Sei. Technol. Vol. 17 (2004), pp. 12421246

33. V.R. Romanovskii and K. Watanabe, "Nonlinear approximation for limiting current-carrying capacity of Ag-sheathed Bi2Sr2CaCu208 conductors", Supercond. Sci. Technol. Vol. 18 (2005), pp. 407-416

34. V.R. Romanovskii and K. Watanabe, "Operating modes of high-Tc composite superconductors and thermal runaway conditions under current charging", Supercond. Sci. Technol. Vol. 19 (2006), pp. 541-550

35. B.P. Романовский, "Тепловыделения в устойчивом сверхпроводящем состоянии при вводе тока в композитный сверхпроводник", Журнал технической физики, 1999, том 6, выпуск 4, с. 126

36. V.R. Romanovskii, К. Watanabe, S. Awaji and G. Nishijima, "Current-carrying capacity dependence of composite Bi2Sr2CaCu208 superconductors on the liquid coolant conditions", Supercond. Sci. Technol. Vol. 19 (2006), pp. 703-710

37. Vladimir R Romanovskii, "Joule heat release in a superconducting composite under a transport current charge", Supercond. Sci. Technol. Vol. 15 (2002), pp. 881— 887

38. А.Я. Архангельский, "Приёмы программирования в Delphi", М: Бином, 2004, с. 203

39. К.-Н. Miiller and С. Andrikidis, "Flux jumps in melt-textured Y-Ba-Cu-O", Physical Review B, Vol. 49, №2 1 JANUARY 1994-11, p. 1302

40. COMSOL 2007 Online. Available: www.comsol.com

41. Roy F., et al., "Magneto-thermal modeling of second-generation HTS for resistive FLC design purposes", IEEE Trans. Appl. Supercond., vol.18, no.l, pp. 29-35, March 2008

42. Duron J., et al., "3-D finite element simulations of strip lines in a YBCO/Au fault current limiter", IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 15, no. 2, pp. 1998-2002, Jun. 2005

43. Rettelbach Т., Schmitz G., "3D simulation of temperature, field and current density evolution superconducting components", Supercond. Sci. Technol., vol. 16, pp.645-653, April 2003

44. М.Уилсон, «Сверхпроводящие магниты» -М.: Мир, 1985г., с.963. www.SuperPower.com

45. Р Tixador, С Villard and Y Cointe, DC superconducting fault current limiter, Supercond. Sci. Technol. 19 (2006) S118-S125

46. Hans-Peter Cramer, Wolfgang Schmidt, et. al., Test of a lkA Superconducting Fault Current Limiater for DG applications, IEEE Transactions on applied superconductivity, Vol.15, No.2, Jun 2005, pp. 1986-1989

47. Alexander Usoskin, Herbert C. Freyhardt, et. al., Superpoli Fault-Current Li-miaters Based on YBCO Stainless Still Tapes, IEEE Transactions on applied superconductivity, Vol.13, No.2, Jun 2003, pp. 1972-1975

48. Mathias Noe, Klaus-Peter Juengst, et. al., Testing Bulk HTS Modules for Resistive Superconducting Fault Current Limiters, IEEE Transactions on applied superconductivity, Vol.13, No.2, Jun 2003, pp. 1976-1979

49. Физические величины: Справочник/ А.П. Бабичев, H.A. Бабушкина, A.M. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Михайлова. М.; Энерго-атомиздат, 1991г., с. 545-546.

50. Соловьев М.А., Филатов Г.П. Импульсный пробой жидкого азота и глубо-коохлажденных резин.// Тез. докл. второй обл. научно-практ. конф. мол. и студ. Томск.- 1996. - С. 4-5.

51. Ушаков В.Я. Импульсный электрический пробой жидкостей.- Томск: Изд-во ТГУ, 1975,254 с.

52. В.Д. Радченко, «Техника высоких напряжений устройств электрической тяги», М.: Транспорт, 1975, с. 1876. www.dioksid.ru

53. Пупынин В.Н., «Сравнение фидерных выключателей постоянного тока» ВАБ-49-3200/30Л и GE Rapid 4207 2x4, «Железные дороги мира», №5, 2006г., с.64-71

54. В.Д. Радченко, С.Д. Соколов, Н.Д. Сухопрудский, «Перенапряжения и токи короткого замыкания в устройствах электрифицированных железных дорог постоянного тока», М.: Трансжелдориздат, 1959г., с.133

55. С.Д. Соколов, Ю.М. Бей, Я.Д. Гуральник, О.Г. Чаусов, «Полупроводниковые преобразовательные агрегаты тяговых подстанций», М.: Транспорт, 1979г., с.36 •

56. Пупынин В.Н., Герман Л.А., «Совершенствование системы защиты от токов короткого замыкания контактной сети переменного тока», «Электричество», №1, 2008г., с.15

57. Щурская Т.В., "Методы и средства повышения надежности силовых трансформаторов тяговых подстанций электрических железных дорог", Ростов-на-Дону, 2003г.

58. Юндина Н.М., «Ограничение токов короткого замыкания в электротяговой сети переменного тока», Ростов-на-Дону, 1999г., с.35

59. А.Б. Косарев, Б.И. Косарев, «Основы электромагнитной безопасности систем электроснабжения железнодорожного транспорта», М.: Интекст, 2008г., с.358

60. Батенин В.М., Веселовский А.С., и др., «К вопросу создания сверхпроводникового токоограничивающего реактора», «Материалы III инновационного форума Росатома», Москва, 2008г., с. 150-152

61. Лобынцев В.В., Пупынин В.Н., «Силовое оборудование систем тягового электроснабжения завтрашнего дня», «Наука техника транспорта», №4, 2008г., с.21-24

62. Е.П. Фигурнов, «Релейная защита», М.: Трансжелдориздат, 2002г., с.342-343

63. Технический паспорт тяговой подстанции «Грязи» ЭЧЭ-14 Юго-Восточной железной дороги.

64. Анализ работы хозяйства электроснабжения в 1991 году. ЦЭТ-5 — М.: ПМП МПС, 1992г.-83с.

65. Анализ работы хозяйства электроснабжения в 1992 году. ЦЭТ-3 М.: ПМП МПС, 1993г.-89с.

66. Анализ работы хозяйства электроснабжения в 1993 году. ЦЭТ-3 — М.: ПМП МПС, 1994г.-78с.

67. Анализ работы хозяйства электроснабжения в 1994 году. ЦЭТ-3 М.: ПМП МПС, 1995г.-91с.

68. Анализ работы хозяйства электроснабжения в 1995 году. ЦЭТ-3 М.: ПМП МПС, 1996г. - 77с.

69. Анализ работы хозяйства электроснабжения в 1996 году. ЦЭТ-3 М.: ПМП МПС, 1997г.-75с.

70. Анализ работы хозяйства электроснабжения в 1997 году. ЦЭТ-3 — М.: ПМП МПС, 1998г.-76с.

71. Анализ работы хозяйства электроснабжения в 1998 году. ЦЭТ-3 М.: ПМП МПС, 1999г.-82с.98. www.rosstat.ru

72. SuperPower Inc. QUOTE No. K10182100. www.siemens.com

73. C.M. Сердинов, «Анализ работы и повышение надёжности устройств энергоснабжения электрифицированных железных дорог», М.: Транспорт, 1975г., 366с.

74. Ю.М. Бей, P.P. Мамошищ В.Н. Пупынин, М.Г. Шалимов, «Тяговые подстанции», М.: Транспорт, 1986г., с.29

75. Fault Current Limiters in Electrical Medium and High Voltage Systems, Paris, CIGRE, December of2003, p. 18

76. Сводные таблицы по ВТСП материалам и криогенному оборудованию

77. Название Формула Сокращение TK1.-купрат La(Sr,Ba)CuO <40K

78. ЛЕ-купрат YBa2Cu307.5 YBCO 92K-купрат Bi2Sr2CaiCu20s Bi2Sr2Ca2Cu30io Bi2212 Bi2223 94K 110K77.купрат Т12Ва2Са2Си30ю T12223 125Kg-купрат HgBa2Ca2Cu308+5 Hgl223 133K