Германская станция первой применила сверхпроводящий предохранитель

Создатели сверхпроводящего защитного автомата отмечают, что его быстрая реакция означает повышение стабильности работы сети, а также снижение энергетических потерь (фото Martin Lober, KIT).

Мощный ограничитель тока на основе сверхпроводника, по мнению авторов технологии, должен способствовать повышению надёжности работы электростанции и сокращению времени перебоев в подаче питания.

Оригинальное устройство смонтировано и запущено на угольной электростанции Boxberg Power Station в Саксонии. Это обратимый (неразрушаемый) ограничитель силы тока в одной из сетей, основанный на высокотемпературном сверхпроводнике.

Основной элемент предохранителя – витая лента из нержавеющей стали шириной в несколько миллиметров. На поверхности этой ленты учёные вырастили микрометровый слой керамики на основе оксида иттрия бария меди (YBCO). Эта катушка охлаждается жидким азотом до температуры ниже 90 кельвинов.

Керамика в таком случае переходит в сверхпроводящее состояние, и именно по ней пропускается штатная нагрузка с параметрами до 800 ампер и 12 киловольт. Однако если ток в катушке превышает заданный порог, сверхпроводимость в доли секунды разрушается и ток переходит с керамической плёнки в несущую стальную ленту.

Она обладает солидным электрическим сопротивлением, что моментально вызывает падение силы тока в цепи. Выделяющееся в ленте тепло быстро уносится прочь криогенной системой охлаждения катушки. При этом к нормальной работе сверхпроводящий слой возвращается самостоятельно уже через несколько секунд.

Таким образом новое устройство автоматически защищает подопечную сеть от скачков напряжения и тока, вызванных, например, короткими замыканиями в промышленном оборудовании.

Разработал эту систему технологический институт Карлсруэ, а в реализации идеи помогали ещё два университета, а также производитель сверхпроводников – компания Nexans SuperConductors.

Первый сверхпроводящий промышленный предохранитель пока лишь проходит полевые испытания, но его создатели надеются, что такие устройства в будущем найдут широкое применение в энергетике и, в частности, будут интегрированы в сверхпроводящие трансформаторы и кабельные сети.



Изобретатель заявил о создании комнатного сверхпроводника

9 декабря 2011

Массачусетский технологический институт пришёл в Россию

28 октября 2011

Французы построили левитирующий скейтборд

28 октября 2011

Физики представили теорию полуторной сверхпроводимости

25 октября 2011

Израильтяне удивили публику квантовой левитацией

21 октября 2011
  • Сергей Клиничев  16 января, 16:01
    >Однако если ток в катушке превышает заданный порог, сверхпроводимость в доли секунды разрушается...

    Непонятен механизм разрушения сверхпроводимости

    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  16 января, 16:54
    «Сверхпроводимость исчезает и при пропускании через сверхпроводник электрического тока с плотностью, большей, чем критическая, поскольку он создаёт магнитное поле, большее критического».

    Всегда ваша, Вики.

    ОтветитьНравится
  • Антон Куперблюм  16 января, 18:58
    Настоящие ученые не пользуются Вики

    xD xD

    ОтветитьНравится
  • Илья Тевет  16 января, 21:16
    настояшие ученые и мембрану тоже не читают
    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Федотов  2 февраля, 16:30
    Разрушение куперовских пар.

    В случае усиления магнитного поля разрушение пар электронов объясняется двумя эффектами — парамагнитным и орбитальным. Парамагнитный эффект заключается в стремлении магнитного поля выстроить спины электронов в направлении своих силовых линий. Поскольку спины в куперовской паре, как уже было сказано, имеют антипараллельное направление, то когда сильное магнитное поле выпрямляет «неправильную» ориентацию одного из электронов пары, ей уже с точки зрения энергии невыгодно продолжать свое существование (действует принцип Паули). Орбитальный эффект состоит в том, что, поскольку импульсы электронов в паре направлены противоположно, на каждый электрон будет действовать разнонаправленная сила Лоренца, которая будет растягивать частицы в куперовской паре подобно нитке, концы которой тянут в разные стороны.

    ОтветитьНравится
  • Иван Касьянов  16 января, 16:05
    Превышение максимального уровня магнитного поля скорее всего. Так же как и в обычных сверхпроводниках первого рода — наверняка именно для этого предохранитель и выполнен в виде катушки
    ОтветитьНравится
  • Николай Рейм  16 января, 16:16
    Не понятен процесс, магнитное поле достигает порогового значения, сверхпроводимый слой перестает быть таковым, резко греется сталь, и перегорает? Или не перегорает тогда необходимо время для охлаждения стали а тепло выделяется постоянно. Причем чем выше температура стали тем больше тепла выделяется. Т есть криогенная система должна работать на максимуме все время.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  16 января, 16:57
    Сталь не перегорает. А криогенная система, видимо, сделана с большим запасом. Так что температура не меняется. А вот сопротивление в цепи меняется резко, что приводит к падению тока в ней.

    После падения тока сверхпроводник тут же возвращается в сверхпроводящее состояние (так как температура его ниже критической, а разрушающее «критическое поле» с падением тока тотчас слабеет). Весь процесс восстановления обычного режима занимает секунды.

    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  16 января, 17:21
    точнее — температура не меняется заметно — охладитель успевает отвести энергию
    ОтветитьНравится
  • Николай Рейм  16 января, 17:57
    все клево только вопрос а к.з. или нештатная ситуация за это время перестанет действовать, или опят предохранитель сработает. И понеслись колебания в сетях.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  16 января, 18:01
    Николай
    Думаю на случай совсем нештатной ситуации там включится уже что-то более серьёзное и надолго. Как при авариях. Тут же речь о некой системе быстрого реагирования.
    ОтветитьНравится
  • Николай Рейм  16 января, 18:42
    Согласен, не подумал. А экономика данного девайса. Хотя остановка может обернуться куда как большими финансовыми потерями. Ну молодцы фрицы.
    ОтветитьНравится
  • Александр Морозов.  16 января, 22:12
    800А не такой уж большой ток, да и мощность не шибко велика — 10 Мвт.
    Лента достаточной ширины легко выдержит.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Шляхтов  18 января, 18:23
    Промышленное оборудование это вам не утюг в розетке. Обычно после перебоя с напряжением оно само не включается.
    ОтветитьНравится
  • Арсений Щедрин  16 января, 16:55
    Сверхпроводимость нарушается в результате повышения температуры, а когда ток течёт по стальной лента, та не перегорает, но служит сопротивлением в цепи.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  16 января, 17:18
    « в результате повышения температуры..»
    Да вроде нет, немцы в сообщении делают упор именно на значение тока. Потому, имхо, срабатывание такое быстрое — колебания температуры тела — всё-таки вещь более инерционная, чем колебания поля.
    ОтветитьНравится
  • Михаил Балабин  16 января, 18:17
    Небольшое уточнение: сверхпроводящее токоограничивающее устройство первого поколения (с другим типом сверхпроводящего проводника) уже стояло на этой станции с 2009 года. Сейчас ввели в опытную эксплуатацию устройство второго поколения, с меньшим уровнем потерь и, соответственно, меньшим тепловыделением в нормальном режиме работы.
    ОтветитьНравится
  • Юрий Фёдоров  16 января, 18:36
    А мне нравится здорово не надо ничего менять и никаких контактов у пожарниках есть датчики магнит нагрелся геркон сработал остыл и все в работе
    ОтветитьНравится
  • Сергей Владимиров  16 января, 20:51
    Все же не совсем понятно, почему при таких напряжениях и токах не перегорает стальная лента при коротком замыкании...
    ОтветитьНравится
  • Сергей Владимиров  16 января, 20:52
    Хотелось бы посмотреть фотографии или более детальное описание конструкции))
    ОтветитьНравится
  • Сергей А  17 января, 02:52
    ... почему при таких напряжениях и токах не перегорает стальная лента ...
    --- потому что она постоянно охлаждается.

    ... при коротком замыкании
    --- она защищает от скачков напряжения и тока. откуда вы взяли короткое замыкание?

    ОтветитьНравится
  • Михаил Балабин  16 января, 22:39
    Во-первых, в установке много лент соединено параллельно. Каждая лента по отдельности не может выдержать даже ток нормального режима в 800А, не говоря уже о токе короткого замыкания. Во-вторых, через несколько периодов после КЗ срабатывает релейная защита и аварийная шина отключается. В третьих, ленты таки находятся в жидком азоте, даже после потери сверхпроводящего состояния.
    ОтветитьНравится
  • Евгений Шумилов  16 января, 23:40
    А не первый взгляд кажется, что выход сверхпроводящей силовой цепи в обычное состояние уже катастрофа.
    ОтветитьНравится
  • Илья Казённых  17 января, 09:39
    Это устройство — эквивалент обычного токоограничивающего реактора. Его задача — уменьшить токи КЗ. 800А — не такой уж великий ток, но на таких напряжениях сечения выбирают именно по токам КЗ.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  17 января, 17:13
    --Очень продуктивно ..
    ОтветитьНравится
  • Павел Буров  18 января, 14:35
    растёт ток — растёт магнитное поле — сверхпроводник выключается — ток уменьшается — сверхпроводник восстанавливается — растёт ток... и так пока не исчезнет причина, вызвавшая рост магнитного поля сверх нормы? т. е. будут иметь место автоколебания?
    ОтветитьНравится
  • Михаил Балабин  18 января, 23:05
    Нет, конечно. Сопротивление не настолько велико, чтобы снизить ток до величины нормального режима. При задействованном сверхпроводящем устройстве ударный ток ограничивается до 30 кА, а установившийся ток КЗ до 7 кА. Угрозы перехода обратно в сверхпроводящий режим нет.
    ОтветитьНравится
  • Shamil Dzhanbolatov  18 января, 22:15
    Гениально и просто
    ОтветитьНравится
  • Владимир Щербаков  19 января, 21:11
    У Nexans это уже пятое подобное устройство, они уже лет десять этим занимаются. Правда, все что делась до этого проекта было изготовлено из массива висмутовой керамики. Массы большие, охлаждаемая поверхность маленькая — остывало до возврата в сверхпроводящее состояние минут по 15, энергетикам это не нравилось. Сейчас стали использовать ленты из нержавейки или хастеллоя толщиной 0,1 мм с микронным сверхпроводящим слоем — остывать стало за 15 секунд и исчезли проблемы с растрескиванием сверхпроводника.

    Это устройство не эквивалент токоограничивающего реактора. В номинальном режиме у него нет ни активного сопротивления ни индуктивности. При росте тока выше критического за время 1-2 мс происходит переход сверхпроводника в нормальное состояние в цепь включается активное сопротивление снижающее ток КЗ. В ряде случаев сверхпроводник шунтирует катушку индуктивности (так работают устройства Siemens и SuperPower) и переходной процесс имеет более сложную форму. В течении 50-100 мс после срабатывания задача сводится к кипятильнику в баке жидким азотом, затем срабатывает обычный высоковольтный выключатель и разрывает цепь — «кипятильник» не успевает расплавится, а только нагревается до комнатной температуры. Еще секунд 15 уходит на остывание и можно начинать все по новой.

    Кстати, 90К это критическая температура YBCO, а само устройство плавало в жидком азоте при 77К, или даже ниже если постараться с криогеникой.

    2 Михаил Балабин: Откуда цифры токов короткого замыкания ?
    То что я видел в докладах EPRI выглядело несколько иначе:
    ударный ток без ВТСП токоограничителя 30 кА.
    ударный ток с ВТСП токоограничителем 4,1 kA
    установившийся ток КЗ 7 кА
    установившийся ток КЗ с ВТСП токоограничителем 1,8 кА

    ОтветитьНравится