Pobierz opis

Imię , nazwisko:
Kontakt mail:
Nazwa
uczelni/instytutu
naukowego
JOANNA KOZIEŁ
Oficjalny: [email protected]; Nieoficjalny:[email protected]
POLITECHNIKA LUBELSKA,
WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI,
ANALIZA WPŁYWU IMPEDANCJI UZWOJENIA
WTÓRNEGO NA PARAMETRY NADPRZEWODNIKOWYCH
OGRANICZNIKÓW PRĄDU TYPU
TRANSFORMATOROWEGO
Skrócony opis tematyki pracy doktorskiej:
Szczególne właściwości nadprzewodników umożliwiają budowę urządzeń elektrycznych o
parametrach nieosiągalnych przy stosowaniu materiałów konwencjonalnych.
Właściwość gwałtownego skokowego wzrostu rezystancji elementu nadprzewodnikowego
przy przekroczeniu wartości krytycznej prądu umożliwia budowę ograniczników prądów
zwarciowych w sieciach elektroenergetycznych.
O dynamicznych skutkach sił powstających w urządzeniach elektroenergetycznych decyduje
największa wartość chwilowa prądu zwarciowego (prąd dynamiczny) przepływającego przez
nie podczas zwarcia. Maksymalna wartość sił mechanicznych od prądu zwarcia występuje
zwykle w czasie, gdy prąd osiąga pierwsze maksimum po zwarciu tj. 0,005 sekundy przy
częstotliwości 50Hz. Jeżeli przerwiemy obwód zwarciowy lub powiększymy jego impedancję
bardzo szybko tj. w czasie znacznie krótszym od 0,005 sekundy to siła dynamiczna nie
osiągnie swojego pierwszego maksimum i nie wytworzy nadmiernych naprężeń i uszkodzeń
urządzeń elektromagnetycznych w zwartym obwodzie.
Szybkie i niezawodne działanie mogą zapewnić nadprzewodnikowe ograniczniki prądów,
bowiem czas przejścia nadprzewodnika ze stanu nadprzewodzącego do rezystywnego wynosi
kilkadziesiąt mikrosekund, a ich powrót do pracy po zadziałaniu jest natychmiastowy i nie
wymaga wykonywania jakichkolwiek czynności.
Impedancja uzwojenia wtórnego ogranicznika powiększy impedancję obwodu zwarciowego
w czasie wyczekiwania ogranicznika, wskutek czego ograniczający prąd zwarcia przez
przyrost względny rezystancji elementu nadprzewodnikowego jest mniejszy. O przydatności
materiału nadprzewodnikowego do budowy urządzeń ograniczających wartość prądu
zwarciowego decyduje iloczyn gęstości prądu krytycznego Jc i rezystywność ρ w
temperaturach T wyższych niż temperatury krytyczne Tc.
Prace obejmujące badanie możliwości zastosowania urządzeń nadprzewodnikowych (ich
analizę numeryczną i projekt) są prowadzone w wiodących ośrodkach naukowych na świecie
(między innymi w Stanach Zjednoczonych przez liderów produkcji materiałów
nadprzewodnikowych American Superconductor Corporation i SuperPower Inc. oraz w
CERN’ie (Europejska Organizacja Badań Jądrowych) w Szwajcarii). Lubelski ośrodek
naukowy, którym jest Centrum Doskonałości ASPPECT (akronim od : Applications of
Superconducting and Plasma Technologies in Power Engineering) jest jedyną tak wysoko
wyspecjalizowaną jednostką badawczą w Polsce, która prowadzi badania w zakresie
zastosowań nadprzewodników. Politechnika Lubelska, Wydział Elektrotechniki i Informatyki,
a zwłaszcza Instytut Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii, którego doktorantką jest
mgr inż. Joanna Kozieł od kilku lat współpracuje z Centrum Doskonałości. Badania
naukowe doktorantki mają na celu zaprojektowanie i wykonanie prototypu
nadprzewodnikowego ogranicznika prądu typu transformatorowego. Zastosowanie
nadprzewodnikowych ograniczników prądów zwarciowych (ang. SFCL- superconducting
fault current limiter) w sieciach elektroenergetycznych zwiększą bezpieczeństwo i jakość
przesyłanej energii elektrycznej. Jest to rozwiązanie bardzo bezpieczne dla środowiska.
Stosowanie nadprzewodnikowych ograniczników prądu zminimalizowałoby ilość oraz skutki
Tytuł pracy
doktorskiej
zwarć, które są dużym zagrożeniem dla transformatorów, generatorów, szyn zbiorczych i linii
przesyłowych oraz zmniejszają pewność dostarczania energii odbiorcom. Ograniczanie
prądów zwarcia za pomocą metod konwencjonalnych tj.: dławików i odpowiednio dużej
reaktancji transformatorów znacznie wpływa na wzrost kosztów budowy i eksploatacji
systemu elektroenergetycznego, a więc i cenę energii elektrycznej.
Nadprzewodnikowe ograniczniki prądu ograniczają zarówno prąd udarowy jak i składową
okresową prądu zwarciowego, więc zmniejszone zostają nie tylko skutki cieplne, ale również
dynamiczne działania prądu zwarciowego na urządzenia w sieci. Zastosowanie
nadprzewodnikowych ograniczników prądu pozwala ograniczyć prądy zwarciowe,
przekraczające prądy znamionowe 10÷20 krotnie, prądy dopuszczalne do wartości nie
większych niż 3÷6 krotność prądu znamionowego. Materiały nadprzewodnikowe znajdują się
w stanie nadprzewodzącym, gdy punkt ich pracy wyznaczony przez temperaturę, gęstość
prądu oraz natężenie pola magnetycznego leży poniżej charakterystycznej dla tego materiału
powierzchni krytycznej. Podczas przechodzenia ze stanu nadprzewodzącego do stanu
rezystywnego,
znajdującego
się
powyżej
powierzchni
krytycznej,
materiały
nadprzewodnikowe zmieniają swoje właściwości elektryczne i magnetyczne niemal skokowo.
Jakie korzyści przyniesie praca doktorska?
Kraje zrzeszone w Unii Europejskiej zawarły zapis, iż Wspólnota ma na celu rozwój naukowy
i technologiczny przemysłu i zwiększenie jego konkurencyjności. Realizacja zagadnień
rozprawy doktorskiej ma na celu podwyższenie poziomu technologicznego firm
elektroenergetycznych województwa lubelskiego, dzięki zastosowaniu nowoczesnych
technologii nadprzewodnikowych. Unia Europejska kładzie nacisk na rozwój takich dziedzina
jak: rolnictwo, ochrona zdrowia, środowisko naturalne, transport i społeczeństwo
informacyjne. By móc konkurować z firmami z innych regionów kraju istnieje konieczność
prowadzenia prac mających na celu doprowadzenie do wzrostu innowacyjności i transferu
wiedzy z zakresu nowych technologii. Innymi charakterystycznymi cechami regionu
lubelskiego są: wysokie bezrobocie i degradacja przemysłu, ale także dzięki rozbudowanej
bazie naukowej Lublina istnieją przesłanki do tego, iż można w naszym regionie oczekiwać
budowy społeczeństwa opartego na wiedzy. Podniesienie konkurencyjności branży
elektroenergetycznej może nastąpić dzięki nowoczesnym rozwiązaniom technicznym w tym
technologii nadprzewodnikowej. W ubiegłym roku wyprodukowano w Stanach
Zjednoczonych prototypy taśm nadprzewodnikowych, które mogą zostać wykorzystane do
budowy nadprzewodnikowych ograniczników prądów zwarciowych. Analiza wykonywanych
badań będzie ukierunkowana na projekt i budowę modelu nadprzewodnikowego ogranicznika
prądu typu transformatorowego. Zaproponowane techniki badawcze wybrano na podstawie
opublikowanych w literaturze naukowej pozytywnych wyników badań, opartych na tych
technikach, a dotyczących zagadnień w swojej naturze podobnych do zagadnień będących
obszarem zainteresowań doktorantki. Trafność wyboru technik została już częściowo
potwierdzona w dotychczasowych badaniach mgr inż. Joanny Kozieł.
Zebrane dane pomiarowe oraz dane uzyskane na drodze analizy numerycznej przybliżą
zjawiska występujące przy ograniczaniu prądów zwarciowych przez ten typ SFCL. Zebrane
informacje i doświadczenia będą przydatne w dalszych pracach badawczych nad
zastosowaniami ograniczników prądowych w sieciach elektroenergetycznych oraz znaczącym
polepszeniem jakości otrzymywanej energii i niezawodności sieci elektroenergetycznych.
Praktyczna możliwość wykorzystania wyników badań naukowych nadprzewodnikowych
ograniczników prądu to budowa prototypu nadprzewodnikowych ograniczników prądu wraz z
pracownikami Laboratorium Technologii Nadprzewodnikowych Instytutu Elektrotechniki w
Warszawie (oddział w Lublinie) oraz specjalistami z nadprzewodnictwa zatrudnionymi w
Instytucie Podstaw Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Lubelskiej. Obie te jednostki
stanowią Centrum Doskonałości ASPPECT (akronim od : Applications of Superconducting
and Plasma Technologies in Power Engineering) jest jedyną tak wysoko wyspecjalizowaną
jednostką badawczą w Polsce.
Ze względu na plany utworzenia w Lublinie Polskiej Grupy Energetycznej, która będzie
obejmowała całą wschodnią i częściowo środkową Polskę, a powstała na bazie holdingu BOT
(największego producenta energii elektrycznej w Polsce) jest realna szansa na współpracę w
zakresie ochrony sieci elektroenergetycznej przed zwarciami. Będzie możliwość
przetestowania prototypów w fazie laboratoryjnej, a gdy okażą się skuteczne możliwość
testowania w sieci.