Испытание экспериментального образца СОТ постоянного тока на напряжение 3,5 кВ

«КАБЕЛЬ-news», № 3, 2011, www.kabel-news.ru

66

Актуально

ÑÂÅÐÕÏÐÎÂÎÄÈÌÎÑÒÜ

Рис. 1. Схема управления выключателем

БУ  — блок управления; ДН — датчик напряжения; 
БП  — блок управления разрядником Р;
Д

1

  — блок управления выключения В;

Д

2

  — блок управления включения В.

О

дним из способов защиты электрообору-
дования от повреждений при возникнове-
нии токов короткого замыкания (КЗ) яв-
ляется применение резистивных сверх-

проводниковых ограничителей токов (СОТ), осно-
ванных на высокотемпературных сверхпроводни-

ках (ВТСП). Применение таких СОТ на сегодняш-
ний день не получило широкого распространения 
из-за большой стоимости сверхпроводникового ма-
териала. Необходимое количество ВТСП для СОТ 
обычно определяется амплитудой и длительностью 
воздействия тока КЗ. Для уменьшения габаритов и 
стоимости ВТСП рационально использовать ком-
мутационный СОТ, в котором последовательно с 
ВТСП-элементом подсоединён быстродействующий 
выключатель с полным временем отключения тока 
не более 10 мс [1, 2]. Это время ограничивает дли-
тельность режима токоограничения.

В данной статье приводятся результаты испы-

тания экспериментального образца коммутаци-
онного СОТ постоянного тока на напряжение до 
3,5 кВ. СОТ содержит ВТСП-модуль [3], криостат и 
быстродействующий вакуумный выключатель по-
стоянного тока. В ВТСП-модуле использовалась 
лента SF12100 «М3-609-2» компании SuperPower 
длиной 

l

=40 м. Критический ток ленты — 313 А.

Для испытаний СОТ подготовлен высоковольт-

ный стенд на максимальное напряжение до 5 кВ. 
Стенд состоит из конденсаторной батареи ёмко-
стью 

C

0

=10 мкФ и реактора с индуктивностью 

L

0

=6 

мГн (рис. 1). СОТ (обозначен штрихпунктирным 
контуром) содержит ВТСП-модуль 

R

21

—

R

24

, к ко-

торому последовательно подсоединён выключа-
тель 

В

. Параллельно выключателю 

В

 подсоединён 

контур противотока, состоящий из последовательно 
соединённых конденсатора 

С

1

=5 мкФ, катушки ин-

дуктивности 

L

1

=21 мкГн и управляемого вакуумно-

го разрядника РВУ-73. Подключение СОТ к предва-

Испытание 
экспериментального 
образца СОТ постоянного 
тока на напряжение 3,5 кВ

Дмитрий АЛФЕРОВ, вед. н.с., д.т.н., Марат АХМЕТГАРЕЕВ, м.н.с.,

 Александр БУДОВСКИЙ, с.н.с., Роман БУНИН, м.н.с., Игорь ВОЛОШИН, вед. н.с., к.ф-м.н.,

 Павел ДЕГТЯРЕНКО, н.с., Дмитрий ЕВСИН, с.н.с., к.т.н., Валерий ИВАНОВ, нач. отделения,

 Владимир СИДОРОВ, вед. н.с., к.т.н., Леонид ФИШЕР, нач. отделения, д.ф-м.н.,

 Евгения ЦХАЙ, н.с., ФГУП «Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина»

«КАБЕЛЬ-news», № 3, 2011, www.kabel-news.ru

67

Актуально

ÑÂÅÐÕÏÐÎÂÎÄÈÌÎÑÒÜ

Рис. 2. Осциллограммы токов и напряжений, 

полученные в режиме токоограничения 

при напряжении U

0

=3 кВ

Рис. 3. Зависимость нагрева ВТСП 

от напряжения

Рис. 4. Время восстановления ВТСП

рительно заряженной конденсаторной батарее осу-
ществлялось с помощью вакуумного контактора 

К

1

.

Для сравнения пунктирной линией

на рис. 2 по-

казан ожидаемый ток КЗ при 

U

0

=3 кВ. Отключение 

тока в выключателе происходило примерно через 
9 мс после возникновения напряжения на ВТСП-
модуле. Аналогичные осциллограммы были полу-
чены и для напряжений 

U

0

=2,5 кВ и 

U

0

=2 кВ.

Из анализа данных измерений найдена зави-

симость максимальной температуры ленты 

T

max

перед отключением от напряжения 

U

0

 (рис. 3). 

С уменьшением напряжения 

U

0 

от 3 до 2 кВ тем-

пература ленты уменьшалась практически линей-
но от 

T

max

=250 К до 

T

max

=185 К.

Охлаждение ВТСП-модуля определялось путем 

измерения сопротивления ленты при пропуска-
нии тока 1 А сразу после отключения тока выклю-
чателем. Время восстановления сверхпроводимо-
сти СОТ определялось как время уменьшения тем-
пературы ленты после отключения тока в ВТСП от 

T

max

 до температуры 

T

=90 К. Результаты измере-

ний представлены на рис. 4.

Результаты испытаний экспериментального об-

разца коммутационного СОТ в режиме ограниче-
ния тока при напряжении до 3,5 кВ продемонстри-
ровали работоспособность принятых технических 
решений. В режиме токоограничения лента ВТСП 
нагревалась до температуры 

T

max



250 К, не превы-

шающей допустимую температуру 

T

доп



290 К. На-

грев ленты обеспечивался выбранной суммарной 
длиной сверхпроводящей ленты 

l

S

=40 м в ВТСП-

модуле и длительностью режима токоограничения 
9 мс. Коэффициент ограничения тока при напря-
жении 3 кВ составил k

огр



6. Выбранная конструк-

ция ВТСП-модуля обеспечивает время восстанов-
ления сверхпроводящего состояния СОТ порядка 
1,2 с. Работа ведется в сотрудничестве с компани-
ей «Русский сверхпроводник» и финансируется ГК 
«Росатом» в рамках проекта «Сверхпроводнико-
вая индустрия».

ЛИТЕРАТУРА

1. Hori T

,

 et al. Study of superconducting fault current 

limiter using vacuum interrupter driven by electro-
magnetic repulsion force for commutating switch //
IEEE Trans. Appl. Superconductivity 2006. — Vol. 
16. — № 4. — P. 1999—2004.

2.  Д.Ф. Алферов, В.П. Иванов, В.А. Сидоров, Л.М. 

Фишер. Сверхпроводящий ограничитель токов 
короткого замыкания / Патент РФ № 2321131, 
БИ № 9, 2008.

3.  А.И. Будовский и др. Сверхпроводящий ограни-

читель тока короткого замыкания. Патент РФ 
№ 97876, БИ № 26, 2010.