Analysis of the Processes of Short-Currents Limiting by Transformer with High-Temperature Superconducting Windings / Analiza proceselor de limitare a curenţilor de scurtcircuit ale transformatorului cu înfăşurări supraconductive de temperatura înaltă / Анализ процессов ограничения токов короткого замыкания трансформатором с высокотемпературными сверхпроводящими обмотками

• Published in: Problems of the regional energetics Vol. 2017; no. 1
• Main Authors: Ahyoev, J S, Pavlyuchenko DA, Manusov, V Z
• Format: Journal Article
• Language: English; Romanian, Moldovan; Russian
• Published: Chişinău Institute of Power Engineering 01-01-2017
• Subjects: Circuits; Coils (windings); Constraining; Electrical networks; High temperature superconductors; Short circuit currents; Superconductivity; Switching theory; Transformers; Winding
• ISSN: 1857-0070
• DOI: 10.5281/zenodo.1193551

An important advantage of transformers with high-temperature superconducting winding is their ability to limit the short-circuit currents. The article discusses a physico-mathematical model that analyses transient processes at short-circuit currents in electrical networks containing transformers with a high-temperature superconducting winding. One of the main ideas and objectives of this work is to investigate the process of short-circuit currents limiting by means of a transformer with a high-temperature superconductor winding, which makes it possible to combine two series-connected elements in one device: transformer and a reactor. The effectiveness of this method is due to the fact that when the short-circuit currents exceed the critical value of the temperature of the superconductor winding, it goes to the normal state with high winding resistance for short-circuit currents. It is important to know when a superconductor should go over to a normal state with the loss of superconductivity. For this purpose, a program was developed to determine the amount of heat generated by a short-circuit current flowing before it is disconnected. For a transformer with high-temperature superconducting winding with a capacity of 40 MVA, a short circuit must be eliminated after 0.1 seconds, without switching off the transformer. To limit the short-circuit current; it is intended to use a hybrid winding. The performed assessment showed that the return of the winding to the superconducting state, first, depends on the ratio of the short-circuit currents to the operating current. This is the criterion for the return/non-return to the superconducting state. Un avantaj semnificativ al transformatoarelor cu înfășurările supraconductive la temperaturi înalte constă în capacitatea lor de a limita curenții de scurtcircuit în regimurile de avarie din rețelele electrice. În lucrare se prezintă modelul fizico-mătematic al transformatorului cu înfășurări supraconductive apt pentru analiza proceselor tranzitorii în regimuri de scurtcircuit ale rețelelor electrice. Idea și scopul fundamental al acestei lucrări constă în cercetarea procesului de limitare a curentului de scurtcircuit de către înfășurarea transformatorului cu supraconductivitate. Aceasta permite cumularea într-o singură instalație a două componente funcționale – a transformatorului și reactorului. Eficiența soluției propuse constă în faptul, că sub acțiunea curentului de scurtcircuit are loc creșterea temperaturii și depășirea valorii critice a temperaturii pentru zona de supraconductivitate. Ca rezultat, rezistența activă a înfășurării transformatorului crește, ceea ce conduce la limitarea curentului de scurtcircuit. Pentru acest regim este important de cunoscut în ce moment se modifică starea de la supraconductivitate la starea normală a înfășurării. Cu acest scop a fost elaborat un soft pentru a calcula cantitatea de căldură care se emană la scurgerea curentului de scurtcircuit prin înfășurare până la momentul deconectării circuitului avariat. În cazul transformatoarelor cu înfășurarea în stare de supraconductivitate cu putere 40 MVA regimul de scurtcircuit trebuie exclus peste 0.1 s în caz că transformatorul nu se deconectează de la rețea. Pentru a limita curentul de scurtcircuit se preconizează utilizarea unei înfășurări hibride. Investigațiile realizate au indicat la faptul, că readucerea înfășurării transformatorului în starea de supraconductivitate depinde în primul rând de valoarea raportului curenților de scurtcircuit și a curentului de lucru. Acest raport se prezintă ca criteriu de revenire/nerevenire a înfășurării la starea de spraconductivitate. Важным преимуществом трансформаторов с высокотемпературной сверхпроводниковой обмоткой является способность ограничения ими тока короткого замыкания в аварийных режимах сети. В работе предложена физико-математическая модель для анализа переходных процессов при токах короткого замыкания в электрических сетях, содержащих трансформаторы с высокотемпературной сверхпроводниковой обмоткой. Одной из главных идей и целей настоящей работы является исследование процесса ограничения тока короткого замыкания при помощи трансформатора с высокотемпературной сверхпроводниковой обмоткой, что позволяет совместить в одном устройстве два последовательно включенных элемента: трансформатор и реактор. Эффективность такого способа ограничения токов короткого замыкания обусловлена тем, что при токах короткого замыкания превышается критическое значение температуры сверхпроводниковой обмотки, и она переходит в обычное состояние с высоким сопротивлением обмотки для токов короткого замыкания. Важно знать, когда сверхпроводник переходит в нормальное состояние при утрате сверхпроводимости. Для этой цели была разработана программа по определению количества тепла, выделяемого при протекании тока короткого замыкания до его отключения. Для трансформатора с высокотемпературной сверхпроводниковой обмоткой мощностью 40 МВА короткое замыкание должно быть устранено через 0,1 секунды без отключения трансформатора. Для ограничения тока короткого замыкания предполагается использовать гибридную обмотку. Выполненные исследования показали, что возвращение обмотки в сверхпроводящее состояние, прежде всего, зависит от соотношения токов короткого замыкания и рабочего тока. Это является критерием возврата/невозврата в сверхпроводящее состояние.