Математическое моделирование и освоение в тяговом электроснабжении ограничителей тока на основе высокотемпературной сверхпроводимости Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.331.3

МП. БАДЁР, ВВ. ЛОБЫНЦЕВ (МИИТ)

Кафедра Энергоснабжение электрических железных дорог, Московский государственный университет путей сообщения, ул. Образцова 9, стр. 9, Москва, Российская Федерация, 127994, тел.: (495) 684-22-87, эл. почта: [email protected]

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОСВОЕНИЕ В ТЯГОВОМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ ОГРАНИЧИТЕЛЕЙ ТОКА НА ОСНОВЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ

Введение

В настоящее время становятся наиболее актуальными научные исследования по разработке, испытаниям моделей и промышленных образцов разнообразного электротехнического оборудования на базе высокотемпературных (азотного уровня температур 77К) сверхпроводниковых материалов, включающего кабельные линии электропередачи, трансформаторы, электродвигатели, реакторы, накопители энергии.

Использование и освоение сверхпроводниковых технологий и нового высокотемпературного сверхпроводникового электротехнического оборудования в локомотивной и стационарной энергетике позволит на принципиально новом уровне решить вопросы повышения надежности и эффективности тягового электроснабжения, снижения капитальных и эксплуатационных затрат, экономии электроэнергии [13].

Цель работы

Использование сверхпроводниковых электротехнических устройств, лишенных активных (резистивных) потерь энергии, в транспортной энергетике позволит создать наиболее эффективные энергосберегающие системы тягового электроснабжения (СТЭ) переменного и постоянного тока.

Применение сверхпроводниковых ограничителей токов короткого замыкания в тяговых сетях постоянного тока

В тяговых сетях постоянного тока возможны несколько вариантов установки сверхпроводниковых ограничителей токов (СОТ) в силовую цепь ТП: на каждый фидер контактной сети; в цепь плюс шины каждого преобразовательного агрегата в отдельности; в цепь плюс шины дополнительно объединяющей оба преобразовательных агрегата.

Имитационное моделирование токоограни-чивающего действия СОТ проводилось приме-

нительно к ТП на участке с интенсивным пригородным движением и имеющей фидер питания депо. СОТ устанавливался в стандартные размеры ячеек фидеров тяговой сети при компоновке СОТ+1хВАБ-49. Для полноты картины токоограничивающего действия рассмотрены: случай компоновки СОТ+2хВАБ-49 и типовые решения - 1хВАБ-49 и 2хВАБ-49.

В компьютерной программе, основу которой составила общая математическая модель работы ВТСП токоограничителя резистивного типа было принято, что при равных уставках - /у, СОТ всегда будет вступать в работу первым, так как его собственное - ^от соб составляет порядка 1 и менее мс даже при наличии системы принудительного перевода в нормальное состояние (СППНС), а у выключателя - tв соб в среднем 5-6мс. Расчётное время в случае глухого к.з. при отказе фидерного выключателя выбрано в 150мс. Это время равнозначно времени отключения быстродействующего выключателя на стороне переменного тока преобразовательного агрегата, как в случае использования системы УРОВ (устройства резервирования отключения выключателей), так и без неё.

На схемах замещения представлены подвергавшиеся моделированию случаи глухого к.з. вблизи шин ТП: при нормальном отключении выключателем одинарным и сдвоенным (1хВАБ-49, 2хВАБ-49), (рисунок 1); при нормальном отключении выключателем одинарным и сдвоенным совместно с СОТ (1хВАБ-49+СОТ, 2хВАБ-49+СОТ), (рисунок 2); при отказе фидерного выключателя и отсутствии СОТ (рисунок 3); при отказе фидерного выключателя и наличии СОТ (рисунок 4).

На схемах замещения по рисункам 1 - 4 приняты следующие обозначения элементов:

ихх - напряжение холостого хода на шинах источника питания (ТП);

© Бадёр М П., Лобынцев В.В., 2015 10 2307-4221 Електрифтащя транспорту, № 10. - 2015.

a)

3,3 kB ü.ftj

фи-

- 3,3к В

*ъ

Рис. 1. Схема замещения для случая глухого к.з. при нормальном отключении выключателем одинарным и сдвоенным (1хВАБ-49, 2хВАБ-49)

Рис. 2. Схема замещения для случая глухого к.з. при нормальном отключении выключателем одинарным и сдвоенным совместно с СОТ (1хВАБ-49+СОТ, 2х ВАБ -49+СОТ)

+ 3,3 kB UJt)

Рис. 3. Схема замещения для случая глухого к.з. при отказе фидерного выключателя и отсутствии СОТ

Рис. 4. Схема замещения для случая глухого к.з. при отказе фидерного выключателя и наличии СОТ

р, Ьп - эквивалентное сопротивление и индуктивность ТП, определяемые параметрами первичной питающей системы, мощностью и числом понижающих и преобразовательных трансформаторов;

Ятс, Ьтс - удельное сопротивление и индуктивность тяговой сети (суммарные значения последовательно соединенных и индуктивно связанных контактной и рельсовой сетей);

Ьр - индуктивность реактора фильтр-устройства ТП;

Цд(0 - напряжение на дуге выключателя в функции времени;

Ясот - первоначально вводимое в цепь протекания тока сопротивление;

К - место короткого замыкания.

Все элементы схем считаются линейными, в том числе и напряжение Цд(^) на дуге выключателя с деионной решеткой, за исключением Ясот, для которого будет приведена только первоначально вводимая им в цепь протекания тока величина сопротивления. Параметры схемы замещения для ТП "Ожерелье" представлены в таблице П1.

Первоначально проведём сравнение показателей работы фидерных выключателей 1хВАБ-49 и 2хВАБ-49. Это сравнение покажет не только достигаемый эффект от использования второго выключателя, но и ляжет в основу анализа совместной работы: СОТ+1 х ВАБ-49, СОТ+2хВАБ-49. Графические изображения временных зависимостей, полученных по результатам имитационного моделирования для ТП представлены на рисунке 5, где приняты обозначения: 1 - отключаемый ток к.з., 2 -напряжение на дуге выключателя, 3 - перенапряжение на индуктивности цепи, 4 - падение напряжения на активном сопротивлении СОТ,

вводимом в цепь; а - (-)1хВАБ-49, (----)

2хВАБ-49; б - (-) 1хВАБ-49+СОТ, (----)

2хВАБ-49; в - (-) 2хВАБ-49+СОТ, (----)

2хВАБ-49; г - (-) 1хВАБ-49+СОТ, (----)

2хВАБ-49+СОТ.

Анализ временных зависимостей проводился по характерным точкам (рисунки 6, 7), где приняты обозначения:

Ь - время возникновения к.з.;

и - время достижения током к.з. значения уставки и начала работы СОТ;

- t2 - собственное время выключателя или

СОТ;

t2 - время начала расхождения контактов (появления на них дуги);

© Бадёр М.П., Лобынцев В.В., 2015

I I -у I I I 11,4-

0,005 0J3+"~0,015 0,02 0,025 0.03 0,035

Рис. 5. Временные зависимости процессов отключения близких токов к.з. (для СОТ использовалась

СППНС, приводимая в действие по сигналу от ЦЗАФ-3,3)

t2 - t3 - время подъёма напряжения на дуге в камере выключателя;

/к.з.о. max - максимальное значение ограниченного тока к.з.;

Um. max - максимальное значение перенапряжения на индуктивности отключаемой цепи;

Акам. - энергия, выделяемая в камере быстродействующего выключателя;

А^сек - амперсекунды отключаемого тока к.з.

Рис. 6. Характерные точки и значения физических величин при отключении тока к.з. автоматическим быстродействующим выключателем

© Бадёр М П., Лобынцев В.В., 2015

Рис. 7. Характерные точки и значения физических величин при отключении тока к.з. автоматическим быстродействующим выключателем совместно с СОТ; числовые обозначения соответствуют рисунку

2

1,А

18000■

Результаты имитационного моделирования показали, что одинарный выключатель при совместной работе с СОТ успешно справляется с отключением близких к.з. за 20,48 вместо 18,52мс при использовании типового решения 2*ВАБ-49. Время отключения увеличивается почти на 2мс, вместе с тем величина ограниченного тока к.з. снижается с 4536 до 2894А (рисунок 5, б), уменьшается уровень перенапряжений на индуктивности цепи к.з. с 11 до 6кВ, амперсекунды отключаемого тока к.з. с 78 до 52, а также энергия выделяемая в камере быстродействующего выключателя со 139 до 86кДж.

Наилучшие результаты по времени отключения тока к.з. - 13,24мс достигаются совместной работой СОТ и сдвоенного выключателя (рисунок 5,в), но при этом более глубокого то-коограничивающего действия при прочих равных условиях не наблюдается (рисунок 5,г). В связи с чем, использование такой схемы включения СОТ технически и, тем более, экономически нецелесообразно.

Для полной характеристики токоограничи-вающего действия СОТ необходимо рассмотреть наиболее тяжелый случай - отказ фидерного выключателя (рисунок 5).

Т,К Рсот.Ом

---ТсотШ >сСППНС

РсотО)

-1к.3.о(0

----Тсотф без неё

Ксота)

170

70

Г 2,0 - 1,8 - 1,6

- 1,4 -1,2

- 1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 -0,0

0,00

0,03

0,06

1,с

0,09

0,12

0,15

Рис. 8. Изменение тока к.з. при отказе фидерного выключателя

В случае отказа фидерного выключателя ключения выключателем на стороне перемен-

(рисунок 5) СОТ позволяет ограничивать ток ного тока преобразовательного агрегата - 1^.о.

к.з. на безопасном уровне в течение всего вре- В противном случае при отсутствии СОТ ток

мени с момента возникновения к.з. до его от- к.з. может достичь установившегося значения

© Бадёр М П., Лобынцев В.В., 2015

1^.но со всеми вытекающими отсюда последствиями (выход из строя всей ТП). Из рисунка 7 видно, что использование СППНС весьма полезно для снижения тепловыделений внутри криостата СОТ во время его токоограничива-ющего действия. Однако и без этой системы СОТ гарантированно сработает при больших значениях тока. Также следует отметить, что не происходит разогрева токоограничивающих элементов до максимально допустимой температуры - 210К за расчётное время в 150мс. Связано это с частичным тепловыделением на внутреннем сопротивлении остальных элементов схемы замещения.

Применение сверхпроводниковых ограничителей токов короткого замыкания в тяговых сетях переменного тока

Установка на тяговых подстанциях переменного тока сверхпроводниковых ограничителей токов короткого замыкания, позволит существенно снизить термическое и динамическое действие токов короткого замыкания на силовое оборудование и токоведущие части. Сверхпроводниковый ограничитель токов короткого замыкания является сверхбыстродействующим устройством (собственное время составляет менее 1 мс), которое обладает способностью ограничивать не только установившееся значение тока к.з., но и полностью срезать амплитуду сверхпереходного тока к.з., на что принципиально не способен ни один из самых совершенных быстродействующих выключателей.

Рассмотрим порядок взаимодействия СОТ с устройствами автоматики и защиты при его установке на вводах в распределительное устройство 27,5кВ.

Время работы современной защиты фидеров контактной сети переменного тока ЦЗАФ-27,5 составляет минимум 20мс, в то время как СОТ способен среагировать на к.з. и начать токо-ограничивающее действие в течение 1, в крайнем случае, 2мс. Следовательно, падение напряжения на токоограничивающем элементе СОТ можно использовать в качестве управляющего сигнала на принудительное отключение выключателей, которые будут отключать уже ограниченный ток к.з.

Это неоценимое качество СОТ с уверенностью можно использовать на фидерах контактной сети, не опасаясь за селективность, но устройства данного типа пока ещё дороги и оборудовать ими все фидера не представляется возможным. Остаётся вариант использования

СОТ на вводах в распределительное устройство тягового напряжения (РУ-27,5кВ) по одному на каждую фазу. Однако в этом случае СОТ будут ограничивать не только токи коротких замыканий возникающих на шинах РУ-27,5кВ, линиях ДПР (два провода рельс), в ячейках ТСН (трансформаторов собственных нужд), но и всех близких к.з. на фидерах контактной сети.

В настоящее время при коротком замыкании на фидере контактной сети электровозы, наиболее близко расположенные к месту к.з. и получающие питание от неповреждённых фидеров той же фазы, ввиду просадки напряжения на их токоприёмниках сбрасывают ток. Это связано с тем, что вентили установленных на электровозах преобразовательных агрегатов запираются от воздействия противоэдс тяговых двигателей. Следовательно, токоограничиваю-щее действие СОТ при его размещении на вводах в РУ-27,5кВ не будет оказывать негативного влияния на существующие режимы работы электроподвижного состава. Более того, этот вариант установки СОТ открывает новые возможности в организации работы быстродействующих выключателей вводов РУ-27,5кВ и фидеров контактной сети, направленной на повышение надёжности отключения токов к.з. (рисунок 9).

В случае возникновения к.з. на фидере контактной сети СОТ, начиная токоограничиваю-щее действие, подаёт сигнал на принудительное отключение выключателя ввода и всех выключателей, расположенных в первой ступени защиты. Выбор нужного выключателя осуществляется через схему совпадений сигналов, подаваемых СОТ и устройством защиты ЗУ (рисунок 9). Сигнал от ЗУ поступает при регистрации им протекающего по повреждённому фидеру тока величиной 0,6-0,7/к СОТ. Для предотвращения дублирующих отключений во второй ступени защиты выключатель ввода работает со сравнительно небольшой выдержкой времени, примерно в полтора раза большей полного времени отключения вакуумного выключателя на фидере контактной сети.

В случае возникновения к.з. между фазами а и в на шинах распределительного устройства, в линии ДПР или на стороне высокого напряжения в ячейке ТСН токоограничивающее действие СОТ может наблюдаться в обеих фазах, приводя к недопустимо высоким перенапряжениям на индуктивности защищаемой цепи. Для предотвращения коммутационных перенапряжений целесообразно использовать СОТ с разными значениями критического тока - Л, опре-

© Бадёр М П., Лобынцев В.В., 2015

деляющими их токи уставки. Имея меньшую уставку, СОТ в одной из фаз ввода всегда будет вступать в работу (выполнять токоограничива-ющее действие) первым, предотвращая тем самым срабатывание токоограничителя во второй фазе. В остальном работа схемы ничем не от-

личается, за исключением случаев возникновения к.з. между шинами а и в распределительного устройства, при которых отключение выключателя ввода начнётся не сразу, а по истечении выдержки времени - через 60мс.

б РЧ-35(Ю)кВ

Рис. 9. Схема организации работы коммутационной аппаратуры при установке комплекта из четырёх однофазных СОТ на вводах в РУ-27,5кВ (справедлива также в случае установки комплекта из двух однофазных

СОТ)

Проанализируем максимально возможное время токоограничивающего действия СОТ -(тах т.д. в случае возникновения к.з. в контактной сети и отказе фидерного выключателя, исходя из времени работы ЗУ, выдержки времени второй ступени защиты и полного времени отключения вакуумного выключателя ввода РУ-27,5кВ. Время действия современных микропроцессорных защит составляет не менее 20мс, а полное время отключения вакуумного выключателя 40мс, поэтому с учётом выдержки времени второй ступени защиты - (тах т.д. = 20+1,5-40+40 = 120мс. Полученная величина на 30мс меньше расчётного времени токоограни-чивающего действия СОТ, которое наверняка будет компенсировано при его установке для

© Бадёр М П., Лобынцев В.В., 2015

совместной работы с другими типами быстродействующих коммутационных аппаратов.

Рассмотрим имитационное моделирование токоограничивающего действия СОТ в тяговой сети переменного тока при его установке на вводах РУ-27,5кВ и отказе фидерного выключателя.

Имитационное моделирование токоограни-чивающего действия СОТ проводилось применительно к тяговой подстанции с обмоткой первичного напряжения 220кВ. При моделировании за основу взят наиболее тяжелый случай - отказ фидерного выключателя, определяющий допустимое время токоограничивающего действия СОТ, величина которого принята равной 150мс. Также принято, что восстановление токоограничивающим элементом СОТ сверх-

проводящих свойств укладывается в характерные времена работы механизма АПВ.

27,5кВ я

Рис. 10. Схема замещения случая близкого глухого к.з. при отказе фидерного выключателя и наличии СОТ на вводах в РУ-27,5кВ

На схеме замещения (рисунок 10) приняты следующие обозначения элементов:

ихх- напряжение холостого хода на шинах тяговой подстанции (действующее значение);

Lп, Rп - эквивалентное сопротивление и индуктивность ТП, определяемые параметрами первичной питающей системы, мощностью и числом понижающих трансформаторов;

Rтс, Lтс - удельное сопротивление и индуктивность тяговой сети (суммарные значения

-lHO.K3.ft) -Тсот(1)

-lo.K3.ft) -Ксотф

8000

последовательно соединенных и индуктивно связанных контактной и рельсовой сетей);

Rcoт - первоначально вводимое в цепь активное сопротивление СОТ;

Все элементы схемы замещения считаются линейными, кроме Rcoт, для которого будет приведена только первоначально вводимая им в цепь протекания тока величина активного сопротивления. Параметры схемы замещения для ТП представлены в таблице П3.

Для случая, представленного схемой замещения, имитационное моделирование проводилось при разных значениях начальной фазы короткого замыкания: 0, 30, 60 и 90 электрических градусов с использованием компьютерной программы, модернизированной применительно к тяговым сетям переменного тока. Основу этой компьютерной программы, как и на постоянном токе, составила общая математическая модель работы ВТСП токоограничителя рези-стивного типа. Полученные временные зависимости, соответственно, представлены на рисунках 11-14.

-8000

0,00

0,03

0,12

0.15

0,06 0,09

Рис. 11. Токоограничивающее действие СОТ на вводах РУ-27,5кВ ТП при отказе фидерного выключателя и

начальной фазе к.з. у = 0 эл.град

© Бадёр М П., Лобынцев В.В., 2015 16 ISSN2307-4221 Електрифтащя транспорту, № 10. - 2015.

1но.кз (1) 1о.кз.Ш

Тсот(1) ■ Ксот(0

-8000

0,00

0,03

0,06

0,09

0,12

0.15

Рис. 12. Токоограничивающее действие СОТ на вводах РУ-27,5кВ ТП при отказе фидерного выключателя и

начальной фазе к.з. у = 30 эл.град

14000

1но.кз.(1)

Тсотф Рсот(0

-8000

0,00

0,03

0,06

и

0,09

0,12

0,15

Рис. 13. Токоограничивающее действие СОТ на вводах РУ-27,5кВ ТП при отказе фидерного выключателя и

начальной фазе к.з. у = 60 эл.град

© Бадёр М П., Лобынцев В.В., 2015

14000

lHO.K3.(t) lo.K3.(t)

TcoT(t) RcoT(t)

-8000

0,00

0,03

0,06

t,C

0,09

0,12

0,15

Рис. 14. Токоограничивающее действие СОТ на вводах РУ-27,5кВ ТП при отказе фидерного выключателя и

начальной фазе к.з. у = 90 эл.град

Из представленных на рисунках 11-14 временных зависимостей видно, что СОТ действительно является безинерционным токоограни-чивающим устройством, единственно способным полностью срезать амплитуду ударного тока к.з. Отмечено, что изменение начальной фазы короткого замыкания при прочих равных условиях практически не влияет на конечную температуру нагрева токоограничивающего элемента СОТ, в отличие от частичного рассеяния энергии на остальных элементах схемы замещения.

Выводы

1. Проведённый анализ показывает, что с установкой СОТ действительно происходит снижение термического и динамического воздействия токов к.з. (согласно квадрату снижения его амплитудного значения) на коммутационные аппараты, токоведущие части и силовое оборудование ТП постоянного тока.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Бадер, М.П. Концепция обновления и перспективы технического развития систем тягового электроснабжения / М.П. Бадер, В.Г. Сыченко // Техшч-на електродинамжа, Темат. вип. Силова електрошка та енергоефектившсть, Ч. 2., 2009. - С. 88-93.

2. Бадер, М.П. Освоение в тяговом электроснабжении электрооборудования на основе высокотемпературной сверхпроводимости и его электромагнитная совместимость / М.П. Бадер // Электроника и электрооборудование транспорта. 2013, № 5, с. 43-47.

2. Результаты проведённых теоретических исследований возможного использования СОТ на фидере постоянного тока наглядно иллюстрируют, что его установка вместо одного из быстродействующих выключателей постоянного тока полезна, но не так необходима, как на переменном токе.

3. Проведённое расчётно-теоретическое исследование токоограничивающего действия СОТ при его установке на вводах в РУ-27,5 кВ наглядно показало колоссальный технический эффект, недостижимый для других типов токо-ограничивающих устройств и тем более для вакуумной коммутационной аппаратуры.

4. Целесообразность использования СОТ в силовых цепях действующих ТП системы тягового электроснабжения переменного тока должна быть освещена с экономической точки зрения, которая, несомненно, имеет место быть, если не сейчас, то в обозримом будущем.

REFERENCES

1. Bader M.P., Sychenko V.G. Kontseptsiya ob-novleniya i perspektivy tekhnicheskogo razvitiya sistem tyagovogo elektrosnabzheniya [The concept of renovation and technological development prospects traction power supply systems]. Tekhnichna elektrodynamika -Technical electrodynamics, 2009, pp. 88-93.

2. Bader M.P. Osvoenie v tyagovom elektrosnab-zhenii elektrooborudovaniya na osnove vysokotempera-turnoy sverkhprovodimosti i ego elektromagnitnaya sovmestimost' [Mastering in electrical traction power supply on the basis of high-temperature superconductiv-

© Бадёр М.П., Лобынцев В.В., 2015

3. Бадер, М.П. Электромагнитная совместимость системы тягового электроснабжения и элементов инфраструктуры на участках с высокоскоростным движением / М.П. Бадер, Ю.М. Иньков // Электротехника. 2014 г., № 8, с. 12-18.

Поступила в печать 01.12.2012.

ity and its electromagnetic compatibility]. Elektronika i elektrooborudovanie transporta - Electronics and electrical transport, 2013, no.5, pp. 43-47.

3. Bader M.P., In'kov Yu.M. Elektromagnitnaya sovmestimost' sistemy tyagovogo elektrosnabzheniya i elementov infrastruktury na uchastkakh s vyso-koskorostnym dvizheniem [Electromagnetic compatibility of systems and traction power supply of infrastructure in areas with high traffic]. Elektrotekhnika - Electrical Engineering, 2014, no. 8, pp. 12-18.

Внутренний рецензент Сыченко В. Г. Внешний рецензент Сокол Е. И.

Использование и освоение сверхпроводниковых технологий и нового высокотемпературного сверхпроводникового электротехнического оборудования в локомотивной и стационарной энергетике позволит на принципиально новом уровне решить вопросы повышения надежности и эффективности тягового электроснабжения, экономии электроэнергии.

Установка на тяговых подстанциях (ТП) сверхпроводниковых ограничителей токов (СОТ) позволит существенно снизить термическое и динамическое действие токов короткого замыкания на силовое оборудование и токоведущие части.

Имитационное моделирование токоограничивающего действия СОТ проводилось применительно к ТП на участке с интенсивным пригородным движением. Проведенные исследования показали, что сверхпроводниковый ограничитель токов короткого замыкания является сверхбыстродействующим безинерцион-ным устройством, которое обладает способностью ограничивать не только установившееся значение тока к.з., но и полностью срезать амплитуду сверхпереходного тока к.з., на что не способен ни один из самых совершенных быстродействующих выключателей. Отмечено, что изменение начальной фазы короткого замыкания при прочих равных условиях практически не влияет на конечную температуру нагрева токоограничивающего элемента СОТ.

Проведённые расчётно-теоретические исследования токоограничивающего действия СОТ при его установке на вводах в РУ-27,5 кВ наглядно показали колоссальный технический эффект, недостижимый для других типов токоограничивающих устройств и тем более для вакуумной коммутационной аппаратуры.

Ключевые слова: сверхпроводимость;ограничение тока; электрическая тяга; коммутационная аппаратура.

УДК 621.331.3

М. П. БАДЬОР, В. В. ЛОБИНЦЕВ (МПТ)

Кафедра Енергопостачання електричних залiзниць, Московський державний уыверситет шляхiв сполучення, вул. Образцова 9, буд. 9, Москва, Росшська Федерашя, 127994, тел.: (495) 684-22-87, ел. пошта: [email protected]

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ I ОСВОСННЯ В ТЯГОВОМУ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАНН1 ОБМЕЖУВАЧ1В СТРУМУ НА ОСНОВ1 ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНО1 НАДПРОВ1ДНОСТ1

Використання та освоення надпровщникових технологш i нового високотемпературного надпровщни-кового електротехшчного обладнання в локомотивнш i стацюнарнш енергетиц дозволить на принципово новому рiвнi виршити питання пщвищення надшносп та ефективносп тягового електропостачання, еко-номп електроенергп.

Установка на тягових пщстаншях (ТП) надпровщникових обмежувачiв струмiв (НОС) дозволить ютотно знизити термiчну i динамiчну д^ струмiв короткого замикання на силове устаткування та струмоведучi ча-стини.

Мтацшне моделювання струмообмежувальноТ дм НОС проводилося стосовно до ТП на дшянц з штен-сивним примюьким рухом. Проведет дослщження показали, що надпровщниковий обмежувач струмiв короткого замикання е надшвидкод^чим безшерцшним пристроем, який мае здатшсть обмежувати не ттьки стале значення струму к.з., але i повшстю зрiзати амплiтуду надперехщного струму к.з., на що не здатен жоден з найдосконалших швидкод^чих вимикачiв. Вiдзначено, що змiна початковоТ фази короткого замикання за шших рiвних умов практично не впливае на кшцеву температуру на^вання струмообмежува-льного елемента НОС.

Проведет розрахунково-теоретичш дослiдження струмообмежувальноТ дiТ НОС при його установи на вводах в РП-27,5 кВ наочно показали колосальний техшчний ефект, недосяжний для шших титв струмоо-бмежуючих пристроТв i тим бiльше для вакуумноТ комутацiйноТ апаратури.

Ключовi слова: надпровщшсть; обмеження струму; електрична тяга; комутацшне обладнання.

Внутрiшнiй рецензент Сиченко В. Г. Зовшшнш рецензент Сокол С. I.

© Бадёр М.П., Лобынцев В.В., 2015

UDC 621.331.3

M. P. BADЕR, V. V. LOBYNTSEV (MIIT)

Department of Energy supply of electric railways, Moscow State University of Transport Communications, 9 Obraztsova Street, build. 9, Moscow, Russia Federation, 127994, тел.: (495) 684-22-87, e-mail: [email protected]

MATHEMATICAL MODELING AND IMPLEMENTATION IN TRACTION POWER SUPPLY CURRENT LIMITER BASED ON HIGH SUPERCONDUCTIVITY

The use and development of superconductor technologies and new high-temperature superconducting electrical equipment in the locomotive and stationary power will enable a fundamentally new level to solve the issues of improving the reliability and efficiency of the traction power supply, energy saving.

Installation of traction substations (TS) of superconducting current limiters (SCL) will significantly reduce the thermal and dynamic effects of short circuit currents in the power equipment and live parts.

Simulation modeling of current-limiting action SCL was conducted with respect to the TS at the site with heavy commuter traffic. Studies have shown that the superconducting limiting short-circuit currents, superfast without inertia is a device that has the ability to restrict not only the steady short-circuit current value, but also completely cut off amplitude subtransient short-circuit current, what can not, none of the most advanced highspeed switches. It is noted that the change in the initial phase of a short circuit, ceteris paribus virtually no effect on the final temperature of the heating element current-limiting cells.

Made settlement and theoretical studies of current-limiting action SCL when mounted on the bushings to 27.5 kV clearly shown enormous technical effect, inaccessible to other types of current-limiting devices and especially for vacuum switchgear.

Keywords: superconductivity; current limitation; electric traction; commutation equipment.

Internal reviewer Sychenko V. G. External reviewer Sokol Ye. I.

© Бадёр М.П., Лобынцев В.В., 2015 20 ISSN2307-4221 Електрифжащя транспорту, № 10. - 2015.