Nadprzewodnikowy ogranicznik prądu - magnetodynamiczny model polowo-obwodowy

Nadprzewodnikowe ograniczniki prądu mogą być wykorzystywane do ograniczania poziomu prądów zwarciowych w sieciach energetycznych. Ograniczniki te, w przeciwieństwie do dławików czy transformatorów wysokoimpedancyjnych ograniczają prądy zwarciowe bez zwiększania impedancji obwodu w warunkach pracy znamionowej. W nadprzewodnikowych ogranicznikach prądu typu rezystancyjnego element nadprzewodnikowy włączony jest bezpośrednio, szeregowo od obwodu. Prąd zwarciowy powoduje przejście nadprzewodnika do stanu rezystywnego i w obwodzie pojawia się rezystancja ograniczająca prąd zwarcia. W nadprzewodnikowych ogranicznikach prądu typu indukcyjnego nadprzewodnikowy ogranicznik rezystancyjny umieszczony jest po stronie wtórnej transformatora. Impedancja tego ogranicznika jest bliska zeru w warunkach znamionowych, ponieważ zerowa impedancja wtórnego uzwojenia nadprzewodnikowego przenoszona jest na stronę pierwotną. Podczas zwarcia rezystancja ze strony wtórnej przenoszona jest do obwodu i ogranicza prąd zwarciowy. W pracy został opisany model numeryczny nadprzewodnikowego ogranicznika prądu typu indukcyjnego. Model fizyczny takiego ogranicznika zbudowany został w Pracowni Krioelektromagnesów. Charakterystyki napięciowo-prądowe modelu fizycznego zmierzone w temperaturze pokojowej (295 K) wykorzystane zostały do weryfikacji modelu numerycznego. Model numeryczny nadprzewodnikowego ogranicznika prądu typu indukcyjnego opracowany został przy wykorzystaniu modułu magnetodynamicznego MD sprzężonego z obwodem zewnętrznym w programie polowym FLUX2D. Model numeryczny wykorzystany został do przeanalizowania wpływu wybranych parametrów na charakterystyki napięciowo-prądowe ogranicznika. Pokazano, że zmiana geometrii rdzenia magnetycznego wpływa znacząco na te charakterystyki.

The superconducting fault current limiters (SFCL) can be used to limit the short-circuit current level in electrical transmission and distribution networks. These fault current limiters, unlike reactors or high-impedance transformers, will limit fault currents without adding impedance to the circuit during normal operation. In one concept of SFCL - serial resistive limiter, the superconductor is inserted in the circuit directly. During a fault, the fault current pushes the superconductor into a resistive state and resistance, which limits the fault current, appears in the circuit. Another concept - inductive limiter, uses a resistive limiter on a transformer secondary. The impedance of this limiter under standard operation conditions is nearly zero, since the zero impedance of the secondary superconducting winding is reflected to the primary. In the event of a fault, the resistance in the secondary is reflected into the circuit and limits the fault current. The paper describes a numerical model of an inductive type supercomducting fault current limiter. A physical model of that SFCL was made in the Cryomagnet Laboratory. The voltage-current characteristic of the model measured in room temperature (295 K) was used to verify the numerical model. The numerical model of the inductive SFCL was made using the magnetodynamics (MD) physical domain of the CAD package FLUX2D coupled with circuit equations. The numerical model was used to analyse the influence of selected parameters on SFCL voltage-current characteristics. The paper shows that the changes of the iron core geometry influence those characteristics significantly.