Straty mocy i sprawność transformatorów z uzwojeniami nadprzewodnikowymi wykonanymi z taśmy HTS 2G

Podobne dokumenty
4.2. Obliczanie przewodów grzejnych metodą dopuszczalnego obciążenia powierzchniowego

Głównie występuje w ośrodkach gazowych i ciekłych.

4. OBLICZANIE REZYSTANCYJNYCH PRZEWODÓW I ELEMENTÓW GRZEJ- NYCH

Dobór przekroju żyły powrotnej w kablach elektroenergetycznych

DOBÓR PRZEKROJU ŻYŁY POWROTNEJ W KABLACH ELEKTROENERGETYCZNYCH

4.4. Obliczanie elementów grzejnych

Układy elektroniczne I Przetwornice napięcia

Kondensacyjne gazowe nagrzewnice powietrza GMS9- górnonadmuchowy/leżący GDS9 - dolnonadmuchowy

ĆWICZENIE 4 Badanie stanów nieustalonych w obwodach RL, RC i RLC przy wymuszeniu stałym

Wydział Elektryczny, Katedra Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Laboratorium Przetwarzania i Analizy Sygnałów Elektrycznych

Harmonogram czyszczenia z osadów sieci wymienników ciepła w trakcie eksploatacji instalacji na przykładzie destylacji rurowo-wieżowej

Podręcznik: Jan Machowski Regulacja i stabilność

Podstawy elektrotechniki

Wyznaczanie strat w uzwojeniu bezrdzeniowych maszyn elektrycznych

Ćwiczenie 6 WŁASNOŚCI DYNAMICZNE DIOD

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI PROSTOWNIKI

Wydział Mechaniczno-Energetyczny Laboratorium Elektroniki. Badanie zasilaczy ze stabilizacją napięcia

Maszyny prądu stałego - charakterystyki

LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

Maszyny prądu stałego reakcja twornika

Matematyka ubezpieczeń majątkowych r. ma złożony rozkład Poissona. W tabeli poniżej podano rozkład prawdopodobieństwa ( )

19. Zasilacze impulsowe

MAKROEKONOMIA 2. Wykład 3. Dynamiczny model DAD/DAS, część 2. Dagmara Mycielska Joanna Siwińska - Gorzelak

Określanie poziomów jakości złączy spawanych według znowelizowanej normy EN

Analityczny opis łączeniowych strat energii w wysokonapięciowych tranzystorach MOSFET pracujących w mostku

Podstawy elektrotechniki

ĆWICZENIE 7 WYZNACZANIE LOGARYTMICZNEGO DEKREMENTU TŁUMIENIA ORAZ WSPÓŁCZYNNIKA OPORU OŚRODKA. Wprowadzenie

TRANSFORMATORY. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

ANALIZA NUMERYCZNA POLA ELEKTROMAGNETYCZNEGO W TAŚMACH HTS Z UWZGLĘDNIENIEM ZJAWISKA HISTEREZY

ψ przedstawia zależność

LINIA DŁUGA Konspekt do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu TECHNIKA CYFROWA

Obrabiane części określone są przez wymiary gabarytowe, masę, ciepło właściwe.

WYKŁAD 1 ZASADY ELEKTROMECHANICZNEGO PRZETWARZANIA ENERGII

Wskazówki projektowe do obliczania nośności i maksymalnego zanurzenia statku rybackiego na wstępnym etapie projektowania

Podstawy elektrotechniki

PL B1 POLITECHNIKA ŚLĄSKA, GLIWICE, PL BUP 14/06 BOGUSŁAW GRZESIK, GLIWICE, PL MARIUSZ STĘPIEŃ, GLIWICE, PL

Ewa Dziawgo Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu. Analiza wrażliwości modelu wyceny opcji złożonych

ENERGIA WYDZIELONA W UZWOJENIACH SILNIKA INDUKCYJNEGO PODCZAS ROZRUCHU W UKŁADZIE ŁAGODNEGO ROZRUCHU

ĆWICZENIE 3 WYTRZYMAŁOŚĆ UDAROWA POWIETRZA

POMIAR INDUKCJI MAGNETYCZNEJ ZA POMOCĄ FLUKSOMETRU

Projekt silnika bezszczotkowego z magnesami trwałymi

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2014/2015

Politechnika Wrocławska Wydział Elektroniki, Katedra K-4. Klucze analogowe. Wrocław 2017

C d u. Po podstawieniu prądu z pierwszego równania do równania drugiego i uporządkowaniu składników lewej strony uzyskuje się:

LABORATORIUM Z ELEKTRONIKI

2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe/ artystyczne z podaniem nazwy, miejsca i roku ich uzyskania oraz tytułu rozprawy doktorskiej.

Zwój nad przewodzącą płytą METODA ROZDZIELENIA ZMIENNYCH

NAGRZEWANIE INDUKCYJNE POWIERZCHNI PŁASKICH

DYNAMIKA ŁUKU ZWARCIOWEGO PRZEMIESZCZAJĄCEGO SIĘ WZDŁUŻ SZYN ROZDZIELNIC WYSOKIEGO NAPIĘCIA

WYKŁAD FIZYKAIIIB 2000 Drgania tłumione

Drgania elektromagnetyczne obwodu LCR

20. Wyznaczanie ciepła właściwego lodu c pl i ciepła topnienia lodu L

WYKORZYSTANIE STATISTICA DATA MINER DO PROGNOZOWANIA W KRAJOWYM DEPOZYCIE PAPIERÓW WARTOŚCIOWYCH

BADANIE DYNAMICZNYCH WŁAŚCIWOŚCI PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH

ĆWICZENIE NR 43 U R I (1)

2.1 Zagadnienie Cauchy ego dla równania jednorodnego. = f(x, t) dla x R, t > 0, (2.1)

2. Wprowadzenie. Obiekt

LABORATORIUM PODSTAWY ELEKTRONIKI Badanie Bramki X-OR

Badanie transformatora

Wykład 4 Metoda Klasyczna część III

Wyznaczenie parametrów schematu zastępczego transformatora

INSTRUKCJA LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI BADANIE TRANSFORMATORA. Autor: Grzegorz Lenc, Strona 1/11

Pobieranie próby. Rozkład χ 2

I. KINEMATYKA I DYNAMIKA

Badanie transformatora 3-fazowego

Ćwiczenie E-5 UKŁADY PROSTUJĄCE

Transformatory. Budowa i sposób działania

OPIS PRODUKTU OPIS PRODUKTU APROBATA TECHNICZNA APROBATA TECHNICZNA ZASTOSOWANIE ZASTOSOWANIE PARAMETRY TECHNICZNE PARAMETRY TECHNICZNE

ROCZNIKI INŻYNIERII BUDOWLANEJ ZESZYT 7/2007 Komisja Inżynierii Budowlanej Oddział Polskiej Akademii Nauk w Katowicach

Aparatura niskich, średnich i wysokich napięć

NAGRZEWANIE INDUKCYJNE CZĘSTOTLIWOŚCIĄ SIECIOWĄ

Rys.1. Podstawowa klasyfikacja sygnałów

POMIAR PARAMETRÓW SYGNAŁOW NAPIĘCIOWYCH METODĄ PRÓKOWANIA I CYFROWEGO PRZETWARZANIA SYGNAŁU

W Wymienniki ciepła

Pytania na EGZAMIN INŻYNIERSKI z Inżynierii Procesowej na kierunku TŻiŻCz, UP P-ń 2014/15

Badanie funktorów logicznych TTL - ćwiczenie 1

Matematyka finansowa r. Komisja Egzaminacyjna dla Aktuariuszy. XXXVIII Egzamin dla Aktuariuszy z 20 marca 2006 r.

NISKONAPIĘCIOWE PRZEKŁADNIKI PRĄDOWE

Zwój nad przewodzącą płytą

Buduje się dwa rodzaje transformatorów jednofazowych różniące się kształtem obwodu magnetycznego (rdzenia). Są to:

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Skręcalność właściwa sacharozy. opiekun ćwiczenia: dr A. Pietrzak

ANALIZA NUMERYCZNA POLA ELEKTROMAGNETYCZNEGO W PRZEPUSTACH PRĄDOWYCH HTS Z UWZGLĘDNIENIEM ZJAWISKA HISTEREZY

Przykład: Parametryczna krzywa poŝaru dla strefy poŝarowej

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

Podstawowe wyidealizowane elementy obwodu elektrycznego Rezystor ( ) = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( τ ) i t i t u ( ) u t u t i ( ) i t. dowolny.

Ochrona przeciwpożarowa

Oddziaływanie wirnika

Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki. Klucze analogowe. Wrocław 2010

9. Napęd elektryczny test

POZNAN UNIVE RSITY OF TE CHNOLOGY ACADE MIC JOURNALS No 70 Electrical Engineering 2012

Praca domowa nr 1. Metodologia Fizyki. Grupa 1. Szacowanie wartości wielkości fizycznych Zad Stoisz na brzegu oceanu, pogoda jest idealna,

Ćwiczenia 3 ( ) Współczynnik przyrostu naturalnego. Koncepcja ludności zastojowej i ustabilizowanej. Prawo Lotki.

Sprawność pompy ciepła w funkcji temperatury górnego źródła ciepła

Temat: Wyznaczanie charakterystyk baterii słonecznej.

Elementy indukcyjne. Konstrukcja i właściwości

Parametry czasowe analogowego sygnału elektrycznego. Czas trwania ujemnej części sygnału (t u. Pole dodatnie S 1. Pole ujemne S 2.

Układy sekwencyjne asynchroniczne Zadania projektowe

Indukcyjność. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania. Podstawy Automatyki

Transkrypt:

Grzegorz WOJTASEWCZ nsyu Elekroechniki w Warszawie, Pracownia Technologii Nadprzewodnikowych w Lublinie Sray mocy i sprawność ransformaorów z uzwojeniami nadprzewodnikowymi wykonanymi z aśmy HTS G Sreszczenie. Na sray mocy ransformaora nadprzewodnikowego składają się sray w uzwojeniach nadprzewodnikowych, sray w żelazie, oraz sray w kriosacie i przepusach prądowych. Sray e dzielimy na sray obciążeniowe (zależna od obciążenia) oraz sray sałe (niezależne od obciążenia). Przeprowadzona zosała analiza porównawcza sra mocy i sprawności ransformaorów konwencjonalnego i nadprzewodnikowego na przykładzie ransformaora blokowego 63MVA i ej samej mocy ransformaora nadprzewodnikowego, z uzwojeniami wykonanymi z aśmy nadprzewodnikowej G (drugiej generacji) Absrac. Power losses in superconducing ransformer consis of losses in superconducing windings, losses in iron core, losses in curren leads and losses in cryosa. These losses can be divided ino he load losses (depending on ransformer s load) and permanen losses. The comparaive analysis of power losses and efficiency of convenional and superconducing ransformers for example, 63MVA copper winding ransformer, and he same power raed superconducing ransformer, wih windings made of G (second generaion) superconducing ape, were carried ou. Power losses and efficiency of superconducing ransformer wih windings made of G superconducing ape. Słowa kluczowe: sray, sprawność, ransformaor nadprzewodnikowy, aśma HTS G (-giej generacji). Keywords: energy losses, efficiency, superconducing ransformer, nd generaion HTS ape. doi:10.1915/pe.014.04.14 Wsęp Na sray mocy ransformaora nadprzewodnikowego składają się sray w uzwojeniach nadprzewodnikowych, sray w żelazie, oraz sray w kriosacie i przepusach prądowych. Sray e dzielimy na sray obciążeniowe (zależna od obciążenia) oraz sray sałe (niezależne od obciążenia) [1], [] Sray obciążeniowe dzielimy na: sray w uzwojeniach nadprzewodnikowych powsające na skuek przepływu prądu przez uzwojenia nadprzewodnikowe sray od pola własnego; oddziaływania zewnęrznego pola magneycznego sray od pola zewnęrznego (sray hiserezowe) i sray wiroprądowe sray w przepusach prądowych. Sray sałe dzielimy na: sray w żelazie sray w kriosacie Sray przemiennoprądowe w uzwojeniach nadprzewodnikowych w isony sposób zwiększają moc układu chłodzenia i z ego powodu należy dążyć do ich ograniczenia. Warość ych sra sanowi jednak ylko niewielki procen sra, jakie powsają w miedzianych uzwojeniach ransformaorów o akich samych paramerach. Sray w żelazie i w kriosacie sanowią przeszło 60 % wszyskich sra ransformaora nadprzewodnikowego [1], []. W arykule opisane zosały sray obciążeniowe i sałe ransformaora nadprzewodnikowego oraz sposób ich wyznaczania. Przeprowadzona zosała analiza porównawcza sra mocy i sprawności ransformaorów konwencjonalnego i nadprzewodnikowego na przykładzie ransformaora blokowego 63MVA i ej samej mocy ransformaora nadprzewodnikowego, z uzwojeniami wykonanymi z aśmy nadprzewodnikowej G (-giej generacji) Sray w uzwojeniach nadprzewodnikowych Sray w uzwojeniach nadprzewodnikowych są sraami przemiennoprądowymi powodowanymi zmiennym polem magneycznym. Ze względu na źródło poła sray e dzielimy na sray od pola zewnęrznego (hiserezowe) i wiroprądowe oraz sray od pola własnego. Sray od pola zewnęrznego i wiroprądowe spowodowane są polem srumienia rozproszenia uzwojeń naomias sray od pola własnego wywołane są polem własnym od prądu płynącego przez uzwojenie. Sray od pola zewnęrznego (sray hiserezowe) W nadprzewodniku indukują się powierzchniowe prądy ekranujące, kóre przeciwdziałają głębszej peneracji wnęrza nadprzewodnika przez srumień magneyczny zewnęrznego pola magneycznego (pola srumienia rozproszenia). Kiedy zewnęrzne pole magneyczne jes niewielkie, peneracja nadprzewodnika wysępuje jedynie w warswie powierzchniowej. Jednak wzros warości pola magneycznego powoduje zanik prądów ekranujących i penerację nadprzewodnika prawie w całej objęości [3]. Ze względu na silną anizoropię, zewnęrzne pole magneyczne prosopadłe do powierzchni uzwojenia powoduje większe sray niż pole równoległe do powierzchni uzwojenia. Z ego względu w celu wyznaczenia całkowiych sra od pola zewnęrznego, należy wyznaczyć składową promieniową pola (prosopadłą do powierzchni przewodu) oraz składową osiową pola (równoległa do powierzchni). Sray hiserezowe od pola prosopadłego, na mer długości aśmy w uzwojeniu, wyznaczamy ze wzoru (1), a sray hiserezowe od pola równoległego, na mer długości aśmy w uzwojeniu ze wzoru () [1]: (1) w B C B B p K f BC B ln cosh anh 0 B BC BC f C AC B// Bp () 30Bp p// f C AC Bp 3B// Bp B// Bp 30 gdzie: A C pole przekroju aśmy, w szerokość aśmy, C sosunek pola przekroju warswy nadprzewodnika do pola przekroju aśmy, B c kryyczne pole peneracji nadprzewodnika, B p pole magneyczne, przy kórym nasępuje pełna peneracja nadprzewodnika (B p i B c zależą od emperaury), K współczynnik geomeryczny kszału aśmy, B i B // składowe: prosopadła i równoległa pola, Całkowie sray od pola zewnęrznego są sumą sra od obu składowych pola zewnęrznego w całej długości aśmy w każdym uzwojeniu. Sray hiserezowe są wpros proporcjonalne do grubości warswy nadprzewodnika. Głównym sposobem ich ograniczenia jes wykonanie aśmy nadprzewodnikowej G PRZEGLĄD ELEKTROTECHNCZNY, SSN 0033-097, R. 90 NR 4/014 65

o jak najmniejszej grubości warswy nadprzewodnika. Jednak minimalna grubość warswy, ograniczona jes względami echnologicznymi. Jeżeli wymiary nadprzewodnika w kierunku prosopadłym do pola magneycznego są niewielkie, również uzyskujemy ograniczenie sra hiserezowych. Warość sra hiserezowych zależy akże od ypu i budowy uzwojeń oraz ich wymiarów promieniowych (grubości). Uzwojenia nadprzewodnikowe ransformaorów wykonuje się najczęściej, jako cewkowe, w posaci cewek pojedynczych lub podwójnych, oraz warswowe [3], [4], [5]. Uzwojenia warswowe są ławe do wykonania, charakeryzują się zwarą budową i jednolią powierzchnią. Srumień rozproszenia jes na większej długości uzwojenia równoległy do jego powierzchni i ylko na końcach uzwojenia ulega zakrzywieniu. Składowa prosopadła pola magneycznego jes niewielka, i nie powoduje dużego wzrosu indukowanych sra przemiennoprądowych w warswach rezysywnych aśmy G. Przy uszkodzeniu aśmy nadprzewodnikowej w uzwojeniu warswowym konieczne jes przewinięcie całego uzwojenia, co jes wadą ego wykonania ze względu na kosz aśmy. Uzwojenia cewkowe, przy uszkodzeniu aśmy nadprzewodnikowej, pozwalają na wymianę pojedynczej cewki z uszkodzoną aśmą, a nie całego uzwojenia. Wadą uzwojeń cewkowych są większe warości sra przemiennoprądowych, ze względu ma większą warość składowej prosopadłej pola magneycznego, spowodowaną niejednorodną budowę uzwojenia (odsępy między cewkami). W celu zmniejszenia sra przemiennoprądowych zmniejsza się liczbę zwojów w pojedynczej cewce, zwiększając jednocześnie ich liczbę. W celu zmniejszenia liczby połączeń rezysywnych między cewkami sosuje się uzwojenia cewkowe podwójne. Sray wiroprądowe Sray wiroprądowe powsają w całej objęości warsw rezysywnych nadprzewodników G w wyniku przepływu prądów wirowych, indukowanych przez zewnęrzne pole magneyczne. Sray wiroprądowe można wyznaczyć ze wzoru (3) [3]: (3) a f p w B 100 gdzie: B zewnęrzne pole magneyczne, f częsoliwość, a grubość warsw rezysywnych aśmy, ρ rezysywność warsw rezysywnych aśmy. Sray e możemy ograniczyć poprzez zmniejszenie procenowego udziału warsw rezysywnych w całej aśmie nadprzewodnikowej. Jednak ze względu na wymaganą wyrzymałość mechaniczną aśm nadprzewodnikowych oraz ich paramery elekryczne udział en jes dosyć wysoki i wynosi 90 95 % dla aśm G. Także zwiększenie rezysywności maeriału marycy oraz maeriałów warsw sabilizujących, w emperaurze 77 K, wpływa na zmniejszenie ych sra. Ze względu na dużą rezysywność warsw sabilizujących oraz lenkowe podłoża nadprzewodnika w aśmach G, indukowane w nich sray wiroprądowe są znacznie ograniczone. Sray od pola własnego Sray od pola własnego wywołane są polem własnym od prądu płynącego przez uzwojenie nadprzewodnikowe. Sray od prądu ransporu w pojedynczej aśmie HTS wyznaczane są z równania Norrisa, (4) [1]: (4) c 0 f p 1 ln 1 1 1 wł c c c c c gdzie: prąd ransporu, c prąd kryyczny aśmy Prąd ransporu jes równy maksymalnemu prądowi w każdej aśmie = max /n (gdzie n liczba aśm uzwojenia pierwonego lub wórnego). Całkowie sray własne całego uzwojenia HTS równe są sumie sra wszyskich zwojów uzwojenia. Sray pola własnego zależą od gęsości prądu, w ale w małym sopniu od pola zewnęrznego. Sray w przepusach prądowych Sray w przepusach prądowych są sumą sra rezysywnych (sray Joule a) oraz sra przewodzenia cieplnego maeriału przepusu [1], [] [4]. W celu zminimalizowania dopływu ciepła do wnęrza kriosau, na drodze przewodzenia cieplnego, sosuje się sekcjonowanie przepusów prądowych. Na przepusy prądowe pracujące w zakresie emperaur (100 40) K sosuje się lie maeriały nadprzewodnikowe lub aśmy nadprzewodnikowe zw. niskoemperaurowe nadprzewodnikowe przepusy prądowe. Dla Nadprzewodnikowych przepusów prądowych przejmuje się, że maksymalna ilość ciepła przewodzona przez parę przepusów wynosi (0,3 0,5) W. Przepusy prądowe wysokoemperaurowe, pracujące w zakresie emperaur (300 100) K, wykonane są z rurek lub przewodów miedzianych o zmiennej średnicy wewnęrznej. Przepusy o większej średnicy w emperaurze wyższej i mniejszej średnicy w niższej, pozwalają zminimalizować przepływ ciepła na drodze przewodnicwa i ograniczyć sray Joule a. Przepływ ciepła przez przepusy miedziane do wnęrza kriosau obliczamy ze wzoru (5): Cu(T) (5) P p λ l S T 1 T gdzie: λ Cu(T) współczynnik przewodzenia miedzi w zależności od emperaury pracy, S pole przekroju przepusu, l długość przepusu, T 1, T emperaura wyższa i niższa. Sray Joule a generowane przez przepus obliczmy z wzoru (6) P J Cu( T ) S l gdzie: ρ Cu(T) rezysywność miedzi w zależności od emperaury pracy (abela 1). Tabela 1. Rezysywność miedzi w zależności od emperaury emperaura, K 00 K 00 K 50 K 0 K ρ Cu, Ωm 10,5. 10-9 3,5. 10-9 4,9. 10-10 1. 10-11 Sray w żelazie Sray w żelazie nie zależą od obciążenia ransformaora. Do określenia ych sra konieczna jes znajomość masy rdzenia oraz współczynnika sraności blachy. Współczynnik en określa sraę mocy w 1 kg blachy ransformaorowej przy częsoliwości sieciowej i określonej warości indukcji magneycznej [1]. Ze względu na znacznie większą gęsość prądu w uzwojeniach nadprzewodnikowych, ransformaor nadprzewodnikowy może mieć mniejsze napięcie zwojowe, pozwalające na zmniejszenie wymiarów i masy rdzenia, co prowadzi wpros do zmniejszenia sra w żelazie [1] 66 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNCZNY, SSN 0033-097, R. 90 NR 4/014

Sray w kriosacie Chłodzenie uzwojeń nadprzewodnikowych realizowane jes w kriosaach, w kórych wywarzana i urzymywana jes wymagana emperaura pracy. Kriosay uzwojeń ransformaorów nadprzewodnikowych są wykonane z maeriału niemagneycznego i nieprzewodzącego prądu elekrycznego, najczęściej z włókna szklanego nasączonego żywicą epoksydową. Sray mocy w kriosacie są suma ciepła dopływającego do wnęrza kriosau przez boczne jego powierzchnie na drodze przewodzenia i promieniowania cieplnego. Są o sray sałe, niezależne od obciążenia [1], []. W przypadku powierzchni bocznych kriosau i ciepłego oworu (układ cylindryczny), korzysamy ze wzorów: pole powierzchni bocznej ścianki i ekranów, (7) (7) d l S c aśmy, warswy podłoża decydujące o jej paramerach elekrycznych, oraz warswę nadprzewodnika. Na rysunkach 1 i przedsawiono srukurę aśmy G 344S produkcji American Superconducor, procenowy rozpływ prądu w warswach rezysywnych aśmy oraz ich rezysancję. Rys. 1. Srukura aśmy HTS G 344S gdzie: d średnica rozparywanej powierzchni cylindrycznej, l wysokość rozparywanej powierzchni przepływ ciepła przez przewodzenie,(8) T T (8) Pprz C l d zew ln d 1 gdzie: T 1 i T odpowiednio emperaura niższa i wyższa, d 1 i d odpowiednio średnica zewnęrza i wewnęrzna rozparywanej warswy izolacji, λ współczynnik przewodzenia ciepła zolacją ermiczną kriosau może być izolacja sała, próżnia lub cieć kriogeniczna. W przypadku wierzchnich i spodnich powierzchni kriosau i ciepłego oworu (układ płaski) sosujemy wzory: pole powierzchni płaskich, (9) (9) S p d 4 wew przepływ ciepła przez przewodzenie, (10) (10) P prz P T T 1 l S W wszyskich przypadkach przepływ ciepła przez promieniowanie obliczamy ze wzoru (11): 4 4 (11) P S ( T 1 T ) pr b s gdzie: b współczynnik emisyjności rozparywanej powierzchni, s sała Sefana Bolzmana Sray w uzwojeniach podczas zwarcia W ransformaorze nadprzewodnikowych oprócz sra sałych w żelazie i kriosacie oraz sra obciążeniowych w uzwojeniach i przepusach prądowych, wysępują jeszcze sray w warswach rezysywnych uzwojeń nadprzewodnikowych. Sray e wysępują w sanie zwarcia na skuek przepływy usalonego prądu zwarcia przez warswy rezysywne uzwojeń (aśm) nadprzewodnikowych, po przejściu uzwojeń do sanu rezysywnego i pojawieniu się rezysancji uzwojeń. Taśmy nadprzewodnikowe G składają się z szeregu warsw, z kórych można wyróżnić: warswy sabilizaora, odpowiadające za paramery mechaniczne i ermiczne p Rys.. Procenowy rozpływ prądu w warswach rezysywnych aśmy 334S, oraz rezysancja warsw Warość ych sra zależy od warości usalonego prądu zwarcia, a więc od zasępczej rezysancji uzwojeń nadprzewodnikowych w sanie rezysywnym (w 77K), oraz od czasu, po kórym prąd zwarcia zosanie wyłączony. Zby duża warość ych sra, spowodowana dużą rezysancją uzwojeń w sanie rezysywnym lub eż zby długim czasem rwania zwarcia, może prowadzić do nadmiernego przegrzania uzwojeń, a w konsekwencji do zwiększonego ubyku ciekłego azou, oraz do wydłużenia czasu, po kórym uzwojenie ponownie przejdzie do sanu nadprzewodzącego. W skrajnym przypadku może eż doprowadzić do zniszczenia uzwojenia. Porównanie sra ransformaorów konwencjonalnego i nadprzewodnikowego Porównanie sra przeprowadzono dla ransformaorów: konwencjonalnego i nadprzewodnikowego, o mocy 63MVA, Dla celów analizy przyjęo, że oba ransformaory pracują w sposób ciągły przez 8760 h, przy obciążeniu znamionowym. Obliczone w en sposób sray są sraami maksymalnymi. W prakyce jednak ransformaor nie pracuje przez cały rok przy obciążeniu znamionowym i rzeczywise sray mocy są mniejsze. Zależą one od rocznej krzywej obciążenia ransformaora. W przypadku ransformaora konwencjonalnego opisanego w publikacji Eugeniusza Jezierskiego Transformaory, budowa i projekowanie (ab. ) [6] usalono, że ransformaor, przeznaczony do pracy w bloku z generaorem, będzie miał sosunek sra w miedzi do sra w żelazie około 3,5. Konsekwencją wybranego sosunku sra są dość duże sray w żelazie (70 kw) a małe w miedzi (50 kw). W przypadku ransformaora nadprzewodnikowego wymiary rdzenia, wysokość uzwojeń Lu oraz szerokość szczeliny, a akże liczba zwojów uzwojenia GN i DN są akie same jak w ransformaorze konwencjonalnym [7]. Założono, że uzwojenia ransformaora wykonane zosaną z aśmy nadprzewodnikowej G 344S, o prądzie kryycznym 90 A. PRZEGLĄD ELEKTROTECHNCZNY, SSN 0033-097, R. 90 NR 4/014 67

Rozkład sra w żelazie i uzwojeniach ransformaora konwencjonalnego, w zależności od obciążenia, przedsawia rys. 3. Tabela. Paramery ransformaora konwencjonalnego 63 MVA Paramery elekryczne częsoliwość, Hz 50 napięcie srony: pierwonej/ wórnej, kv 11/10.5 prąd znamionowy uzwojenia GN, A 301 prąd znamionowy uzwojenia DN, A 000 Paramery uzwojenia przekrój przewodu uzwojenia GN, mm 45, przekrój przewodu uzwojenia DN, mm 3,1 Wymiary rdzenia magneycznego przekrój żelaza kolumny, m 0,405 przekrój żelaza jarzma, m 0,46 Wymiary uzwojenia a 1, m 0,09, m 0,057 a, m 0,075 L u, m 1,36 b 1, m 0,561 D śr, m 1,08 b, m 0,430 l śr, m 3,41 zwoje 479 / r 1, m 0,651 z GN / z DN 7 warswy r, m 0,505 6 m GN = m DN Rozkład sra w żelazie, uzwojeniach i elemenach konsrukcyjnych ransformaora nadprzewodnikowego, w zależności od obciążenia, przedsawia rys. 4. Rys. 4. Sray mocy ransformaora nadprzewodnikowego 63MVA Dla ransformaora nadprzewodnikowego sray sałe (w żelazie oraz w kriosacie) sanowią aż 71,1% całkowiych sra ransformaora przy obciążeniu znamionowym. Pozosałe 3,8% sanowią sray w: przepusach prądowych 17,%; uzwojeniach od pola zewnęrznego 8,%, uzwojeniach od prądu ransporu 3,9% Porównanie sra w ransformaorach: konwencjonalnym i nadprzewodnikowym, w zależności od obciążenia, przedsawia rys. 5. Rys. 3 Sray mocy ransformaora konwencjonalnego 63MVA Sałe sray w żelazie sanowią 1,8% całkowiych sra ransformaora konwencjonalnego przy obciążeniu znamionowym. Pozosałe 78,% sanowią sray główne i dodakowe w uzwojeniach. W ransformaorze nadprzewodnikowym oprócz sałych sra w żelazie oraz sra w uzwojeniach HTS zależnych od obciążenia (sray od pola zewnęrznego i sray od prądu ransporu) wysępują dodakowe sray w przepusach prądowych oraz sray w kriosacie. Warość sra ransformaora nadprzewodnikowego 63MVA, z uzwojeniami wykonanymi z aśmy HTS 344S zamieszczono w abeli 3 [8]. Powyższe sray doyczą ransformaora nadprzewodnikowego z uzwojeniami chłodzonymi ciekłym azoem. W przypadku chłodzenia konakowego sray są większe o moc chłodziarki konakowej. Tabela 3. Sray ransformaora nadprzewodnikowego z uzwojeniami wykonanymi z aśmy G 344S Sray Warość, kw sałe sray w żelazie 70 sray w uzwojeniach HTS przy obciążeniu znamionowym: od pola zewnęrznego od pola wewnęrznego 8,6 4,5 sray w przepusach prądowych przy 18 obciążeniu znamionowym sray w kriosacie (nie zależne od obciążenia) 3,4 Łączne sray w ransformaorze 104,5 Rys. 5. Sray mocy w ransformaorach: konwencjonalnym i nadprzewodnikowym 63MVA Całkowie sray ransformaora nadprzewodnikowego sanowią jedynie 3,6% sra ransformaora konwencjonalnego. Sray sałe ransformaora nadprzewodnikowego są większe od sra sałych ransformaora konwencjonalnego o warość sra w kriosacie. Naomias sray obciążeniowe ransformaora nadprzewodnikowego sanowią jedynie 1,5% sra obciążeniowych ransformaora konwencjonalnego. Rys. 6. sprawność ransformaorów: konwencjonalnego i nadprzewodnikowego 63MVA Rysunek 6 przedsawia rozkład sprawności ransformaorów: konwencjonalnego i nadprze- 68 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNCZNY, SSN 0033-097, R. 90 NR 4/014

wodnikowego, w zależności od obciążenia. Roczne sray energii ransformaora nadprzewodnikowego, wynoszące 915 MWh, sanowią 3,8% sra energii ransformaora konwencjonalnego, wynoszących 803 MWh. Powyższe warości są warościami maksymalnymi, przy założeniu, że ransformaora pracuje przy obciążeniu znamionowym 8769 h rocznie Srukurę rocznych sray energii ransformaorów: konwencjonalnego i nadprzewodnikowego, przedsawiają wykresy na rys. 7. Rys. 7. Roczne sray energii ransformaorów: a) konwencjonalnego, b) nadprzewodnikowego Podsumowanie Na sray mocy ransformaora nadprzewodnikowego składają się sray w uzwojeniach nadprzewodnikowych, sray w żelazie, oraz sray w kriosacie i przepusach prądowych. Sray e dzielimy na sray obciążeniowe (zależna od obciążenia) oraz sray sałe (niezależne od obciążenia). Sray przemiennoprądowe w uzwojeniach nadprzewodnikowych w isony sposób zwiększają moc układu chłodzenia i z ego powodu należy dążyć do ich ograniczenia. Warość ych sra sanowi jednak ylko niewielki procena sra, jakie powsają w miedzianych uzwojeniach ransformaorów o akich samych paramerach. Z porównania ransformaora konwencjonalnego o mocy 63 MVA i ej samej mocy ransformaora z uzwojeniami nadprzewodnikowymi, wynika, że całkowie sray ransformaora nadprzewodnikowego sanowią jedynie 3,6% sra ransformaora konwencjonalnego. Sray sałe ransformaora nadprzewodnikowego są większe od sra sałych ransformaora konwencjonalnego o warość sra w kriosacie. Naomias sray obciążeniowe ransformaora nadprzewodnikowego sanowią jedynie 1,5% sra obciążeniowych ransformaora konwencjonalnego. Roczne sray energii ransformaora nadprzewodnikowego, wynoszące 915 MWh, sanowią 3,8% sra energii ransformaora konwencjonalnego, wynoszących 803 MWh, oczywiście przy założeniu, że oba ransformaory pracują przy obciążeniu znamionowym 8769h rocznie. LTERATURA [1] Berger A., Chevaskiy S., Noe M., Leibfried T.,Comparison of he Efficiency of Superconducing and Convenional Transformers, Journal of Physics, Conference Series, 34 (010) 03004 [] Hyoungwoo L., Gueesoo Ch.,Ji-Kwang L., Kyung-Woo R., AC Losses of Pancake Winding and Solenoidal Winding Made of YBCO Wire for Superconducing Transformer, EEE Trans. On Applied Superconduciviy, Vol. 17, No, June 007, pp. 1951-1954. [3] Oomen M. R., AC Losses in Superconducing Tapes and Wires, M. R. Oomen 000 [4] Morandi A., Trevisani L., Ribani P. L., Fabbri M., Marini L., Bocchi M., Superconducing Transformer: Key Design Aspecs for Power Applicaions, Journal of Physics: Conference Series, 97 (008) 01318 [5] Kamijo H., Haa H., Fukumoo Y., Tomioka A., Bohno T., Yamada H., Ayai N., Yamasaki K., Kao T., wakuma M., Funaki K., Developmen of Low AC Loss Windings for Superconducing Tracion Transformer, Journal of Physics: Conference Series, 34 (010) 0307 [6] Jezierski E. Transformaory: Budowa i projekowanie., WNT 1965 [7] Lee Ch., Soek B.Y., Design of he 3 Phase 60 MVA HTS Transformer Wih YBCO Coaed Conducor Winding, EEE Trans. On Applied Superconduciviy, Vol. 15, No, June 005, pp. 1867-1870. [8] Wojasiewicz G., Janowski T., Kozak S., Kozak J., Majka M., Kondraowicz-Kucewicz B., Experimenal invesigaion of he model of superconducing ransformer wih he windings made of G HTS ape, EEE Transacions on Applied Superconduciviy, vol., no. 3. 01, aricle number: 5500604. Auorzy: dr inż. Grzegorz Wojasiewicz, nsyu Elekroenergeyki w Warszawie, Pracownia Technologii Nadprzewodnikowych w Lublinie, Nadbysrzycka 36a, 0-618 Lublin, E-mail: g.wojasiewicz@iel.waw.pl; PRZEGLĄD ELEKTROTECHNCZNY, SSN 0033-097, R. 90 NR 4/014 69