Новые сверхпроводящие материалы повышают эффективность и надежность электросетей и систем
Впервые сверхпроводящий ограничитель тока на основе YBCO ленты был установлен на электростанции. На электростанции Boxberg в Воттенфоле (Vattenfall), в которой это устройство защищает внутреннюю сеть 12000 В/800 А от короткого замыкания и скачков напряжения. Новая технология, разработанная при участии технологического института Карлсруэ (Karlsruhe) и реализованная компанией Nexans SuperConductors, повышает надежность сетей и может способствовать сокращению инвестиционных затрат.
 |
| Сверхпроводящие катушки, охлаждаемые жидким азотом, имеют нулевое сопротивление току. (Фото: Martin Lober, KIT) |
Сверхпроводящие ограничители тока самовосстанавливающиеся. В случае резкого скачка тока при коротком замыкании в сети никакие компоненты не будут повреждены. Предохранитель автоматически вернется в исходное состояние спустя несколько секунд. Следовательно, сбои питания будут намного короче по времени, чем при применении стандартных токоограничителей, например, бытовых предохранителей, элементы которых в подобной ситуации были бы разрушены, и пришлось бы производить их замену, затратную как по времени, так и по деньгам.
Эти надежные, компактные предохранители повышают стабильность работы электросетей и позволяют упростить их структуру. Поскольку они защищены от бросков тока, децентрализованные устройства генерации энергии, такие как ветро- и солнечные электростанции, могут соединяться с электросетями более эффективно. Дорогостоящие компоненты в существующих сетях достаточно надежно защищены, компоненты, которые будут применяться в будущем, могут быть рассчитываться на меньшие скачки тока, и отпадет необходимость применения трансформаторов. Затраты на содержание электростанций и электросетей будут снижены. Более того, сверхпроводящие предохранители на основе YBCO также могут использоваться в высоковольтных сетях с напряжением более 100 кВ для обеспечения лучшей защиты от перебоев питания в будущем.
Аббревиатура YBCO означает составляющие сверхпроводника: «yttrium barium copper oxide» – оксид иттрия бария меди. Слой кристаллов YBCO-структуры толщиной примерно 1 мкм, выращенный непосредственно на ленте из нержавеющей стали шириной несколько миллиметров, дает керамике требуемую стабильность. Ниже температуры 90° по Кельвину, или –183° по Цельсию материал становится сверхпроводящим. Однако свойство сверхпроводимости мгновенно исчезает при превышении током конструктивного порога. Таков принцип действия данного предохранителя. В случае скачков тока в сети, сверхпроводник на доли секунды теряет проводимость, и ток будет протекать через ленту из нержавеющей стали, имеющую более высокое сопротивление, т.е. ток будет ограничен., Выделенное при этом тепло будет рассеяно охлаждающей системой сверхпроводника. Через несколько секунд после короткого замыкания устройство возвращается в нормальное сверхпроводящее состояние.
Сверхпроводящие ограничители тока разрабатывались в течение последних двух лет в рамках проекта ENSYSTROB. Партнерами в нем были технологический институт Карлсруэ, Nexans SuperConductors, TU Dortmund и BTU Cottbus. Проект, бюджет которого составил около 1.3 миллиона Евро, спонсировался Федеральным министерством экономики Германии. Его результаты имеют большое значение, поскольку функциональность ограничения тока в будущем может использоваться в сверхпроводящих трансформаторах и силовых кабелях.
