Induktív típusú önkorlátozó transzformátor tervezése és alkalmazása 27 July 2004 Induktív típusú önkorlátozó transzformátor tervezése és alkalmazása Száz éves a szupravezetés Az MTA Műszaki Tudományok Osztályának tudományos ülése Dr Györe Attila adjunktus CG Electric Systems Hungary Zrt Transzformátor Üzletág Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10.

OSZTOTT SZEKUNDER TEKERCSELÉSŰ ÖNKORLÁTOZÓ TRANSZFORMÁTOR Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10.

Osztott szekunder tekercselésű önkorlátozó transzformátor 3 Pár szóban a működési elve, és felvillantása a vizsgált konstrukciós kialakításoknak Az eszközben felhasznált szupravezető gyűrű nem a diamágnesesség elvén működik, hanem azon az elven, hogy a szupravezető gyűrűben ellengerjesztés jön létre a gyűrűt gerjesztő tekercs gerjesztésével szemben. Ez idealizálva addig működik, amíg el nem érjük a szupravezető anyag kritikus áram értékét. Idealizált E-J karakterisztika esetén a gyűrű a kezdeti pillanatban fenntartott fluxusát minden időpillanatban fenntartja, tehát a mindenkori primer gerjesztésnek megfelelően alakítja ki. A mi esetünk nem idealizált, mert a nagy méretű eszközökben bizmut alapú MHS anyagot használtam, aminek meglehetősen lapos a karaterisztikája, és nincs éles átmenete., A „power law” modell szerinti n=7-8 értékű E-J karakterisztikája van, ami miatt a fluxusállandóság csak a kritkus áramnál megfelelően kisebb áramoknál áll fenn Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. 3

Osztott szekunder tekercselésű önkorlátozó transzformátor 4 Variáns #1 Variáns #2 Variáns #3 a kialakuló fluxus eloszlásokat a szekunder oldal menetszám aránya határozza meg. Az elvégzett szimulációk és kísérletek eredménye: a Variáns#2–vel folytattam Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. 4

AZ ELŐ-PROTOTÍPUS ÖNKORLÁTOZÓ TRANSZFORMÁTOR Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10.

Az elő-prototípus önkorlátozó transzformátor Tervezett értékek: Paraméter Érték Látszólagos teljesítmény 20 kVA Vasmag átmérője 134 mm Primer feszültség 1400 V Járom hossza 1148 mm Primer áram 14,3 A Oszlop magassága 826 mm Primer menetszám 364 Szekunder feszültség 108,3 V Szekunder áram 184,7 A Fő szekunder tekercs menetszáma(i) 10-14-20-28 Kiegészítő szekunder tekercs menetszáma(i) Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. 6

Az elkészült elő-prototípus önkorlátozó transzformátor 7 Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10.

Transzformátoros üzemállapot 8 Ez az egyik legfontosabb bemenő szupravezetős karakterisztika a tervezéshez. Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. 8

Hirtelen rövidzárlat, elő-prototípus 9 A barna görbén szépen látszik, hogy a gyűrű aktiválódik, a korlátozás létrejön. Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. 9

Az aktiválási áram függése 10 Anyagi paraméterek, A gyűrű homogenitása, Mágneses diffúzió (a gyűrű falvastagságától és fajlagos ellenállásától függ), Termikus diffúzió, A mágneses tértől függő kritikus áram (sűrűség), Áram meredekség, a gyűrűben keletkező váltakozóáramú veszteség, a gyűrűben levő szuperáramok relaxációja, A gyűrű flux creep és flux flow tulajdonsága, A gyűrű falán belüli áram eloszlás, az E-J karakterisztika n tényezője, a kritikus és a billenési áram közötti különbséget eredményezi, az utóbbi nagyobb a kritikus értéknél Megvizsgáltam az aktiválási áram függését, csak felsorolásszerűen Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. 10

Kísérleti munka következtetései 11 A 28/20-ashoz tartozó mágneskört (általánosságban, amikor a szekunder menetszám kombináció nagyobb 1-nél) módosítani javasolt: a korlátozó állapotban a gyűrűs oszlop betelít. A vasmentes és vasmagos környezetben mért szórt mező ugyanazon gyűrű és tekercs esetén azt mutatták, hogy a szórt mező a vasmagos környezetben magasabb. Ez fontos a pilot plant egység esetén, mivel ott a szupravezető gyűrűk és a segéd szekunder tekercs egy térben lesznek elhelyezve. A 2D-s szimulációk kimutatták, hogy a pre-proto geometriája esetén a szórt mező radiális komponense meglehetősen magas (néhány tíz mT), ami miatt a kritikus áram értéke lecsökken. Az alacsony illetve a mély limitáció esetén a primer oldal lekapcsolása a hálózatról szükséges. Feltehetőleg, amikor a szekunder oldal menetszám-kombinációja 1, az árammegszakítás nem szükséges. Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. 11

Az alacsony váltakozóáramú állandósult állapotbeli aktiválási áram érték okai 12 szupravezetős tulajdonságok degradálása a termikus ciklusok (törés) miatt, amit az újramérések során tapasztaltunk a segéd szekunder tekercs mágneses terének hatása a kritikus áramra és a váltakozóáramú veszteségre különböző csatolási tényező km ( a gyűrűben folyó áram Igy = km*Itek, Itek a tekercsben folyó áram). A vasmagos környezetben ez a tényező meglehetősen nagyobb, mint vasmentes esetben többlet mágneses fluxus halad keresztül a gyűrűn a primer és a fő szekunder tekercsen folyó áram miatt Fontos megállapítások a pilot plant tervezéséhez Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. 12

PILOT PLANT EGYSÉG Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10.

A fejlesztett MathCad program 14 A fejlesztett MathCad programmal meghatároztam a pilot plant főméreteit. Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. 14

Pilot plant egység tervezése 15 A fluxus terelők hatásának 2D szimulációja Új elemként a szupravezető huzal tulajdonságát is figyelembe kellett venni. A FEM szimuláció szükségesnek ítélte fluxus terelők használatát. Vasmentes szupravezető huzalból készült tekercs Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. 15

A pilot plant egység főbb adatai 16 Paraméter Érték Teljesítmény 100 kVA Oszlop átmérő 128/185 mm Primer feszültség 2 500 V Járom hossza 1 048 mm Primer áram 20 A Oszlop magasság 1 005 mm Primer menetszám 300 Szupravezető gyűrűk max. száma 4 Szekunder feszültség 416.6 V Szupravezető gyűrű belső átmérője 186 mm Szekunder áram 120 A 196 mm Szekunder tekercs menetszámai, fő / segéd 50/25 Szupravezető gyűrű magassága 100 mm Csak megemlítés szerűen a főbb adatokat Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. 16

A 100 kVA-re tervezett önkorlátozó transzformátor főterve 17 Csak bemutatásra Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10.

A komponensek 18 Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. 18

Az összeállított pilot plant egység 19 Csak látni lehessen egyben is Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. 19

Hirtelen rövidzárlat, pilot plant 20 A korlátozási állapot létrejötte Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. 20

Tervezési, kísérleti eredmény 21  A tervezés sikeres volt Kísérleti eredményekkel igazolásra került hogy a 100 kVA transzformátor teljesítményű egység méretezési koncepciójánál megfogalmazott azon elv, miszerint az egység korlátozása a szupravezető gyűrű villamos szempontból kb 50%-ban való kinyitásán alapul, helytálló. Az egység működőképessége igazolódott Tovább lépési lehetőség: szupravezető huzal használata Dr. Györe Attila: Induktív típusú önkorlátozó transzformátorok… 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. 21

Köszönöm megtisztelő figyelmüket! E-mail: attila.gyore@cgglobal.com