Диссертация (Разработка рациональных способов секционирования сверхпроводящих токоограничивающих устройств), страница 10

При этом расход стали оказываетсясравним с её расходом в трансформаторах того же класса мощности.Напротив, применение стального магнитопровода в ТУ на 110 кВ и выше неимеет смысла, в силу ограниченности индукции насыщения стали. Поэтому,в приводимых ниже результатах, варианты конструкций со сталью нерассматриваются.В номинальном режиме токи секций текут в противоположныхнаправлениях.

Создаваемые ими магнитные поля взаимно вычитаются.Благодаря этому, индуктивность токоограничителя в номинальном режиме(эквивалентная индуктивность LЭ ) оказывается существенно ниже егоиндуктивности в режиме ограничения тока ( L0 ). Отношение LЭ/L0 тембольше, чем выше коэффициент связи между первичной и вторичнойобмотками. Исходные данные ограничивают падение напряжения натокоограничителе в номинальном режиме величиной 1 кВ. Для выполненияэтого условия необходимо обеспечить значение коэффициента связи междусекциями k > 0,979 .

Такую связь невозможно обеспечить при выполнениисекций в виде отдельных катушек. Поэтому, физически токоограничительвыполняется в виде чередующихся частей секций первичной и вторичнойобмоток.71Итоговые результаты проведенных расчетов сведены в таблицу 3.2,схемы и геометрические характеристики обмоток даны на рис.3.6-3.8.

Всегопредставлено три варианта: №1 – токоограничитель трансформаторного типа,и два варианта токоограничителей автотрансформаторного типа (№2, №3).Предполагается, что обмотки токоограничителей №1 и №2 выполнены измедного проводника, а обмотки токоограничителя №3 – из сверхпроводящейВТСП-ленты (особенности выбора характеристик сверхпроводящей обмоткирассмотрены в разделе 3.3).Таблица 3.2. Основные характеристики токоограничителейТип токоограничителя№1№2№3Внутренний диаметр обмотки [ м ]2,151,451,5Внешний диаметр обмотки [ м ]2,982,92,5Высота обмотки [ м ]1,90,8351,0Общее число витков240206206количество дисковых катушек-9-Общий вес обмотки [ Т ]26,918,30,56Тепловые потери в номинальном режиме296[кВт]178,218*Индуктивность в номинальном режиме 1,28[мГн]1,561,4Индуктивность в режиме «ограничения 76,5тока» [мГн]76,877,1Максимальныйпроцессе [ кА ]переходном 14,014,214,1режиме 7,257,237,3токвМаксимальныйтокв«ограничения тока» [ кА ]* Потери даны с учетом холодильного коэффициента КХ=10.Основным параметром, ограничивающим возможности выключателейвзрывного типа, является допустимое напряжение размыкания.

До сих порони используются при действующих значениях напряжения размыкаемойцепи до 35 – 40 кВ. При этом известно [42], что максимальные напряжения вмомент размыкания вдвое выше действующих значений. В соответствии стехническимихарактеристикамивыключателей,72всепредложенныеконструкции рассчитывались, исходя из условий: максимальное напряжениеразмыкания на выключателе в течение всего переходного процесса недолжно превышать 70 кВ.Рис.3.6. Схема обмотки токоограничителя трансформаторного типа(Вариант №1 в табл.

№2).Геометрические характеристики обмотки (тип обмотки – послойная).ХарактеристикаОбозначениеЧисло слоев первичной обмоткиn15Число слоев вторичной обмоткиn25Расстояние между слоями∆15 ммЧисло витков в слое первичной ивторичной обмоток,соответственноm1, m240, 8Расстояние между витками в слояхпервичной и вторичной обмотокδ1 ; δ211; 10 мм73Структура витка первичнойобмоткиb1 * h1Структура витка вторичнойобмоткиb2 * h210 медных лент сечением2,5 * 35 мм2 каждая. Общеесечение 875 мм210 медных лент сечением2,52каждая. Общее* 200 ммсечение 5000 мм2Рис.3.7Предполагаемая конструкция дисков токоограничителей для вариантов № 2и №3.(см. табл. № 2)74Рис.3.8 Схема обмотки автотрансформаторного типа с однимвыключателем.

(вариант №2 и вариант №3 в таблице 2).Цифры – номер обмотки, которой принадлежит диск.(1 – первичная обмотка, 2 – вторичная обмотка)W, G, P – число витков в диске, вес меди в диске, мощность тепловыхпотерь в диске (в номинальном режиме).Геометрические характеристики обмотки (тип обмотки – дисковая).ХарактеристикаОбозначениеЧисло дисков в секциях №1, №2соответственноn1, n25, 4Число витков секций №1, №2соответственноW1 , W2154, 52Расстояние между токоведущимичастями витков соседних дисковδ20 ммВысота токоведущей части витка в дискеh75 ммСтруктура витка секции № 1b1 * hСтруктура витка секции № 2b2 * h755 медных лент сечением2,5 * 75 мм2 каждая. Общеесечение 937,5 мм216 медных лент сечением2,5 * 75 мм2 каждая.

Общеесечение 3000 мм2Понижениенапряжениятрансформаторноготипаразмыканиядостигаетсявтокоограничителяхсоответствующимвыборомкоэффициента трансформации КТ. При этом изменение КТ практически, невлияет ни на вес обмотки, ни на потребляемую мощность (число витковвторичной обмотки снижается по отношению к числу витков первичнойобмотки в КТраз, однако, во столько же раз возрастает ток вторичнойобмотки и, следовательно, необходимое сечение витка). В этой ситуациивозможностиповышенияКТограниченылишьсоображениямитехнологического характера – слишком большое сечение витка при высокихзначениях КТ.

В случае токоограничителей автотрансформаторного типаситуация иная: чем большая часть обмотки закорочена, тем меньше ее объеми потребляемая мощность. Следовательно, использование выключателя (иливыключателя с более высокими значениями напряжений размыкания)становитсярешающимфакторомулучшенияхарактеристиктокоограничителя в целом. Из табл.3.2 видно, что при использованиивыключателявесобмоткипосравнениюстокоограничителемтрансформаторного типа уменьшается в 1,47 раза, а тепловые потери вноминальном (не аварийном) режиме работы – в 1,66 раза. Заметим, чтосоотношение между выигрышем в весе обмотки (и соответственно, в ееобъеме V ) и в потребляемой мощности зависит только от вариаций в выбореплотности тока, поскольку P = ρ ⋅ j 2 ⋅ V . В предлагаемых конструкцияхплотность тока была несколько снижена по сравнению с вариантомпослойной обмотки в связи с ухудшением условий охлаждения.В процессе расчетов была выявлена еще одна особенность: чемкомпактнее обмотка, тем легче достичь заданного значения эквивалентнойиндуктивноститокоограничителяLЭ .Есливтокоограничителетрансформаторного типа (№1) необходимого результата удалось достичьтольковвариантепослойноговыполненияобмотки,тодляавтотрансформаторного типа оказалось возможным использовать схему76чередующихсядисковыхкатушек.Этотвариантпредставляетсяпредпочтительнее с точки зрения технологии изготовления в серийномпроизводстве: диски могут быть замоноличены и снабжены ребрамижесткости, размеры которых одновременно обеспечивают необходимый дляохлаждения зазор между дисками (достаточно 15 – 20 мм).

В результате,конструкция обмотки становится модульной (рис.3.7). Варьируя количествобазовыхмодулей-дисковможноизменятьхарактеристикитокоограничителей. Специальное оборудование необходимо лишь приизготовлении дисков. Сборка конструкции из дисков представляетсянесложной технологической задачей. В случае, если прочность компаундаокажетсянедостаточнойприрасчетнойтолщинедиска,возможноиспользование, в качестве базовых модулей, сборки из пары дисков(принадлежащихразнымсекциямобмотки),разделенныхребрамижесткости. Прочность такой конструкции значительно выше. По мереуменьшенияобъемаобмоткипреимуществадисковойконструкциивозрастают.Изменение токов и напряжений в переходном процессе для вариантов№1 – №3 качественно одинаковы.

Аналогичны и результаты анализазависимости параметров переходного процесса от такихфакторов каквремени начала КЗ, значения L0 , LЭ и т.д. Поэтому, результаты расчетапереходных процессов представлены только для одного из вариантов (дляварианта №2 на рис.3.9 – 3.11). Для всех рисунков: t* - отношение временипротекания переходного процесса ко времени цикла изменения тока (Т=20мсек); Js*, JV2*, UV2* - токи и напряжение, нормированные насоответствующие номинальные действующие значения. Параметр кривых –момент возникновения К.З.779,08,0Js*7,06,05,04,03,02,01,00,0-1,0-2,0-3,0-4,0-5,0t*-6,0-7,0-0,40 -0,30 -0,20 -0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90 2,00 2,10 2,20 2,30 2,40 2,50Js*(В1)Js*(В1)Js*(В2)Js*(В2)Js*(В3)Js*(В3)Js*(В4)Js*(В4)Js*(В5)Js*(В5)Js*(В6)Js*(В6)Рис.