Сверхпроводящий токоограничитель на напряжение до 3,5 кВ

«КАБЕЛЬ-news», апрель 2010

54

Актуально

Одним из перспективных способов защиты электро-

оборудования от воздействия токов КЗ является созда-

ние токоограничителей, основанных на высокотемпера-

турных сверхпроводниках (ВТСП). Экономическая эф-

фективность создания резистивных сверхпроводящих то-

коограничителей (СТО) в значительной степени опреде-

ляется требуемым объемом ВТСП элемента, который в 

основном определяется амплитудой и длительностью воз-

действия тока КЗ. Для уменьшения габаритов и стоимо-

сти СТО предложено последовательно с ВТСП элементом 

подсоединять быстродействующий выключатель, который 

позволяет существенно сократить (до 10-20 мс) длитель-

ность режима токоограничения [1, 2].

В настоящем докладе представлены результаты ис-

следования макетного образца СОТ, содержащего ВТСП 

модуль из четырех последовательно-параллельно сое-

диненных ВТСП элементов, выполненных в виде меан-

дра, криостат и быстродействующий вакуумный выклю-

чатель. В ВТСП модуле использовалась лента SF12100 

«М3-609-2» компании SuperPower длиной 

l

 = 40 м. Крити-

ческий ток ленты 313 А.

Для испытаний макета СОТ подготовлен высоковольт-

ный стенд на максимальное напряжение до 5 кВ. Стенд со-

стоит из зарядного устройства 

G

, колебательного конту-

ра (источника напряжения), содержащего быстродейству-

ющий замыкатель (разрядник 

Р

1

 и контактор 

К

1

), батарею 

конденсаторов емкостью 

C

0

 до 10 мФ и реактор с регули-

руемой индуктивностью 

L

0

 до 6 мГн, источника постоянно-

го тока 

J

 и системы управления (рис. 1). Стенд содержит 

также сопротивление 

R

1

 и индуктивность 

L

1

, имитирующие 

нагрузку сети, и быстродействующий ключ (

Р

2

), для ими-

тации короткого замыкания (КЗ). Система управления со-

держит генератор запускающих импульсов ГЗИ с регули-

руемой задержкой, блоки управления 

Y

1

 включением кон-

тактора замыкателя и отключением 

Y

2

 вакуумного выклю-

чателя в макете СОТ блоки запуска 

БУ

1

 и 

БУ

2

 разрядни-

ков 

Р

1

 и 

Р

2

.

Параметры колебательного контура (

C

0

 = 10 мФ, 

L

0



1,4 мГн) подбирались таким образом, чтобы на реакторе 

формировалось синусоидальное затухающее напряжение 

с периодом порядка 23,5 мс. Исследования проводились 

при напряжении 

U

0

 до 4 кВ и рабочем токе 250 А. 

Осциллограммы тока КЗ 

i

0

 и тока ограничения 

i

lim

 при 

U

0

 = 4 кВ представлены на рис. 2. Длительность режима 

ограничения ограничена отключением тока выключателем 

в первом нуле тока.

Были измерены изменения тока и напряжения на ВТСП 

элементе при различных напряжениях источника питания 

U

0

 = 1-4 кВ. Из анализа данных измерений найдена зави-

симость максимальной температуры ленты 

T

max

 от погон-

Сверхпроводящий токоограничитель 
на напряжение до 3,5 кВ

Доклад на конференции

Д.Ф. Алферов, М.Р. Ахметгареев, А.И. Будовский, П. Дегтяренко, 

Д.В. Евсин, В.П. Иванов, В.А. Сидоров, Л.М. Фишер, Е.И. Цхай

(Всероссийский электротехнический институт)

ÏÐÈÊËÀÄÍÀß ÑÂÅÐÕÏÐÎÂÎÄÈÌÎÑÒÜ-2010

Д.Ф. Алферов, ведущий научный 

сотрудник ФГУП ВЭИ

«КАБЕЛЬ-news», апрель 2010

55

Актуально

ного напряжения 

U

/

l

 на единицу длины ленты (рис. 3). Из 

рисунка следует, что температура Tmax практически ли-

нейно возрастает с увеличением погонного напряжения 

U

/

l

 и при 

U

0

 = 4 кВ достигает 210 К. Такая температура со-

гласуется с оценками допустимого нагрева ленты.

Охлаждение ВТСП модуля определялось путем изме-

рения сопротивления ленты при пропускании тока 1 А сра-

зу после отключения тока выключателем. Время восста-

новления определялось как до момента охлаждения ВТСП 

до 90 К (r90), так и до уменьшения сопротивления ленты до 

нуля (r=0). Результаты измерений представлены на рис. 4.

Результаты исследований продемонстрировали спо-

собность данного типа СОТ эффективно ограничивать ток 

на уровне до 1000 А при ожидаемом токе КЗ порядка 8 кА. 

Перегрев ленты ВТСП в режиме отключения первой полу-

волны ограниченного тока составил 210 К при максималь-

ном напряжении 4 кВ. При этом время охлаждения ВТСП 

после отключения тока не превышало 1,1 с.

Литература

1. Hori T., Otani A., Kaiho K., Yamaguchi I., Morita M. and 

Yanabu S. Study of superconducting fault current limiter using 

vacuum interrupter driven by electromagnetic repulsion force for 

commutating switch // IEEE Trans. Appl. Superconductivity 2006, — 

Vol. 16. No 4. P. 1999—2004.

2. Alferov D., Budovsky A., Dul’kin I., Fisher L., Ivanov V., 

Sidorov V., Shul’ga R., Tshay E. and Yevsin D. Study of 

superconducting fault current limiter model with AC circuit-breaker 

// IEEE/CSC & ESAS EUROPEAN Superconductivity News Forum 

(ESNF), No 11. — January 2009. 

ÏÐÈÊËÀÄÍÀß ÑÂÅÐÕÏÐÎÂÎÄÈÌÎÑÒÜ-2010

Рис. 1

Рис. 3

Рис. 2

Рис. 4