محدود سازهای ابررسانایی جریان خطا

     علاوه بر موارد گفته شده، محدودسازهای ابررسانائی جریان خطا[1] نیز رده تازه‌ای از وسایل حفاظتی سیستم قدرت را ارائه می‌کنند که قادرند شبکه را از اضافه جریان‌های خطرناکی که باعث قطعی پر‌هزینه برق و خسارت به قطعات حساس سیستم می‌شوند حفاظت نمایند. اتصال کوتاه یکی از خطاهای مهم در سیستم قدرت است که در زمان وقوع، جریان خطا تا بیشتر از ۱۰ برابر جریان نامی افزایش می‌یابد و با رشد و گسترش شبکه‌های برق، به قدرت اتصال کوتاه شبکه نیز افزوده می‌شود. تولید جریان‌های خطای بزرگتر، ازدیاد گرمای حاصله ناشی از عبور جریان القائی زیاد در ژنراتورها، ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات و همچنین کاهش قابلیت اطمینان شبکه را در پی دارد. لذا عبور چنین جریانی از شبکه احتیاج به تجهیزاتی دارد که توانایی تحمل این جریان را داشته باشند و جهت قطع این جریان نیازمند کلیدهایی با قدرت قطع بالا هستیم که هزینه‌های سنگینی به سیستم تحمیل می‌کند. اما اگر به روشی بتوان پس از آشکارسازی خطا، جریان را محدود نمود، از نظر فنی و اقتصادی صرفه جویی قابل توجهی صورت می‌گیرد. انواع مختلفی از محدود کننده‌های خطا تا به حال برای شبکه‌های توزیع و انتقال معرفی شده‌اند که ساده ترین آنها فیوزهای معمولی است که البته پس از هر بار وقوع اتصال کوتاه باید تعویض شوند. از آنجاییکه جریان اتصال کوتاه در لحظات اولیه به خصوص در پریود اول موج جریان، دارای بیشترین دامنه است و بیشترین اثرات مخرب از همین سیکل‌های اولیه ناشی می‌شود باید محدودسازهای جریان خطا بلافاصله بعد از وقوع خطا در مدار قرار گیرند. محدودکننده‌های جریان اتصال کوتاه طراحی شده در دهه‌های اخیر، عناصری سری با تجهیزات شبکه هستند و وظیفه دارند جریان اتصال کوتاه مدار را قبل از رسیدن به مقدار حداکثر خود محدود نمایند به طوری که توسط کلیدهای قدرت موجود قابل قطع باشند.

 این تجهیزات در حالت عادی، مقاومت کمی در برابر عبور جریان از خود نشان می‌دهند ولی پس از وقوع اتصال کوتاه و در لحظات اولیه شروع جریان، مقاومت آنها یکباره بزرگ شده و از بالا رفتن جریان اتصال کوتاه جلوگیری می‌کنند. این تجهیزات پس از هر بار عملکرد باید قابل بازیابی بوده و در حالت ماندگار سیستم، باعث ایجاد اضافه ولتاژ و یا تزریق هارمونیک به سیستم نگردند. محدودسازهای اولیه با استفاده از کلیدهای مکانیکی امپدانسی را در زمان خطا در مسیر جریان قرار می دادند. با ورود ادوات الکترونیک قدرت کلیدهای تریستوری برای این موضوع مورد استفاده قرار گرفتند و مدارهای متعددی از جمله مدارهای امپدانس تشدید و ابررسانا، ارائه گردیده است.

---

[1] SFCL

       محدودکننده‌های ابررسانا در شرایط بهره برداری عادی سیستم یک سیم پیچ با خاصیت ابررسانایی بوده (مقاومت و افت ولتاژ کمی را باعث می‌شود) ولی به محض وقوع اتصال کوتاه و افزایش جریان از یک حد معینی (جریان بحرانی) سیم پیچ مربوط مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهد و به همین دلیل جریان خطا کاهش می یابد. عمل فوق در زمان کوتاهی انجام می‌پذیرد و نیاز به سیستم کشف خطا نمی‌باشد. شرکت سوپرپاور[1] آمریکا در سال 2008 اعلام کرده است که سیم‌های نسل دوم از نظر الکتریکی، حرارتی و مکانیکی قابلیت استفاده در محدودسازهای جریان خطا را نیز دارند و 500 هزار دلار نیز برای توسعه محدودسازها در سال 2008 دریافت داشته است. در آمریکا شرکتهای جنرال‌اتمیکز[2] ، ساوسرن کالیفرنیا ادیسون[3] ، آی‌جی‌سی سوپرپاور[4] و آزمایشگاه ملی لس‌آلاموس[5] در زمینه محدودساز ابررسانایی فعال هستند. براساس یکی از گزارشهای اداره انرژی آمریکا(DOE)، محدودسازهای ابررسانایی تا سال 2013 حدود 50 درصد بازار را فرا می‌گیرد. در صورت ادغام محدودسازها با ترانسفورماتورهای توزیع ابررسانا، امنیت و کیفیت برق برای مشترکین افزایش قابل توجهی داشته و استفاده از تجهیزات ابررسانایی تا سال 2020 حدود 44 میلیون دلار سود عایدی برای آنها خواهد داشت. محدودسازهای ابررسانایی از جمله موارد مهم گزارش سپتامبر 2007 اداره تامین برق و امنیت انرژی(OE)، برای پلان استراتژی آمریکا بوده است. یک پیشنهاد 6 میلیون دلاری از سوی شرکت هایپرتک[6] ورولز رویس[7] به دانشگاه اوهایو در سال 2008 برای مطالعه محدودساز ابررسانای دی‌برید منیزیوم شده است که در سطوح ولتاژی 11 و8/13 کیلوولت به بهره‌برداری برسد. توصیه موسسه پژوهشی EPRI[8]، برای اولویتهای پژوهشی سال 2009 نیزشامل ساخت یک محدودساز نیمه‌هادی برای افزایش ظرفیت پستهاست برآورد اولیه بخش ابر رسانائی EPRI نشان می‌دهد که استفاده از محدودسازهای ابررسانائی جریان یک بازار فروش با درآمد حدود ۳ تا ۷ میلیارد دلار در ۱۵ سال آینده به وجود خواهد آورد.

شرکت کابل ابررسانا اینوپاور بیجینگ^[9]  SFCL سه فاز با ماکزیمم جریان فالت 40 کیلوآمپر و ولتاژ نامی 35 کیلوولت و ظرفیت نامی 90 مگاولت آمپر و زمان عملکرد کمتر مساوی 5 میلی ثانیه از نوع هسته آهنی اشباع شده را ساخت و در سال 2007 در پست پوجی[10] واقع در استان یوننان[11] نصب کرد(شکل زیر). به منظور برسی ظرفیت محدود کننده مزبور، تست عملکرد در سال 2009 انجام شد. در اوایل سال 2012، اپلاید سوپرکانداکتور[12] بخاطر طراحی و نصب  محدود سازهای جریان خطا ابررسانا 33 کیلوولت در شبکه توزیع سی ئی الکتریک یوکی[13] رتبه اول تجارت را در جهان کسب کرد.  هدف این پروژه نشان دادن مناسب بودن محدودسازهای ابررسانا در اتصال به منابع تولید پراکنده(DG) بر روی شبکه‌های الکتریکی است که بشدت بارگذاری شده‌اند.

---

[1] Super Power

[2] General Atomics

[3] Southern California Edison

[4] IGCS Super Power

[5] Los Alamos

[6] Hyper Tech

[7] Rolls Royce

[8] Electric Power Research Institute

[9] Beijing Innopower Superconductor Cable Co

[10] Puji

[11] Yunnan

[12] Applied Superconductor

[13] CE Electric UK