Сверхпроводниковые ограничители токов короткого замыкания для систем тягового электроснабжения

• Автор: Лобынцев, Владимир Васильевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 198 с. : ил.

1 Явление сверхпроводимости и его техническое использование

1.1 Сверхпроводники: физические свойства и технология производства

1.2 Сверхпроводниковые ограничители токов короткого замыкания

1.3 Системы криогенного обеспечения и тепловой изоляции

1.4 Выводы по главе

2 Исследование тепловых процессов в секции токоограничивающего элемента

сверхпроводникового ограничителя токов короткого замыкания

2.1 Переход неидеальных сверхпроводников второго рода в нормальное состояние

2.2 Теоретическое исследование температуры перегрева ВТСП проводов второго поколения в режиме ограничения тока короткого замыкания
2.3 Расчет времени остывания различных вариантов секции ВТСП токоограничивающего элемента в азотной ванне после перехода в нормальное состояние
2.4 Математическая модель ВТСП ограничителя токов короткого замыкания резистивного типа
2.5 Выводы по главе
3 Экспериментальное исследование модельного токоограничивающего элемента СОТ
3.1 Задачи экспериментов
3.2 Схемы экспериментов
3.3 Результаты исследований свойств ВТСП проводов второго поколения
3.3.1 Критические токи коротких образцов ВТСП проводов
3.3.2 Температурные зависимости погонного сопротивления различных ВТСП проводов
3.3.3 Сравнение параметров ВТСП проводов второго поколения различных производителей
3.4 Конструкция модельного токоограничивающего элемента СОТ
3.5 Результаты опыта короткого замыкания и измерения уровня потерь на переменном токе в модельном ВТСП токоограничивающем элементе
3.5.1 Переходные процессы в нелинейной электрической цепи содержащей модельный ВТСП токоограничивающий элемент СОТ
3.5.2 Измерение времени восстановления модельным ВТСП токоограничивающим элементом сверхпроводящего состояния
3.5.3 Результаты измерения уровня потерь на переменном токе в модельном ВТСП токоограничивающем элементе
3.6 Сопоставление экспериментальных данных с результатами математического моделирования
3.7 Выводы по главе
4 Определение параметров токоограничивающих элементов, разработка конструкции основных узлов и системы криогенного обеспечения СОТ
4.1 Определение величины активного сопротивления СОТ первоначально вводимого в цепь тока короткого замыкания
4.1.1 Прототип секции токоограничивающего элемента СОТ для тяговых сетей постоянного и переменного тока
4.1.2 Параметры токоограничивающего элемента СОТ для тяговой сети переменного тока
4.1.3 Параметры токоограничивающего элемента СОТ для тяговой сети постоянного тока
4.1.4 Система принудительного перевода токоограничивающих элементов СОТ в нормальное состояние
4.2 Расчёт электроизоляции токовводов ВТСП устройств для тяговых
сетей постоянного и переменного тока
4.3 Расчёт параметров системы криогенного обеспечения СОТ для тяговых сетей постоянного и переменного тока
4.4 Выводы по главе
5 Имитационное моделирование токоограничиватощего действия СОТ в тяговых сетях постоянного и переменного тока, оценка технико-экономической эффективности использования данного типа устройств
5.1 Отключение токов короткого замыкания в тяговых сетях постоянного и переменного тока
5.2 Имитационное моделирование токоограничивающего действия СОТ в тяговой сети постоянного тока при его установке на фидере питания депо
5.3 Порядок взаимодействия СОТ с устройствами автоматики и защиты при его установке на вводах в распределительное устройство 27,5кВ
5.4 Имитационное моделирование токоограничивающего действия СОТ в тяговой сети переменного тока при его установке на вводах РУ-27,5кВ и отказе фидерного выключателя
5.5 Оценка величины ущербов по вине коротких замыканий в тяговых сетях переменного тока
5.6 Оценка стоимости прототипа промышленного образца однофазного СОТ для тяговых сетей переменного тока и возможного снижения его стоимости при серийном производстве
5.7 Определение экономического эффекта от внедрения комплекта серийно выпускаемых однофазных СОТ на типовой тяговой подстанции магистральных железных дорог переменного тока
5.8 Выводы по главе
Заключение
Таблица 2.2 - Теплофизические характеристики материалов секции токоограничивающего элемента СОТ
Материал Hastelloy (СД Ag Kapton
Теплопроводность к, Вт'(м'К)'1 7 429 0,16
I Теплоемкость Ср, Дж'(кг'К)'! рисунок 2.4 235 рисунок 2.12 J
I Плотность р, кг'м~3 8940 10500 1420

100 150 200
т,к
Рисунок 2.12 - Температурная зависимость удельной теплоемкости кантона: CJT) = -24,93854+5.29633 Т-0,00998Т2
В статьях, посвященных физическому моделированию методом конечных элементов [57, 58] не раз обсуждалась проблема характерных размеров модели. Системы, в которых хотя бы один размер является малым, по отношению к остальным, требуют построения сетки из чрезвычайно большого числа элементов, что существенно затрудняет работу и увеличивает время вычислений в сотни раз. Поэтому весьма полезно максимально упрощать исходную геометрию модельного образца. Для решения этой проблемы теплофизические параметры