موتورها و ژنراتورهای ابررسانا

   درصورت استفاده از سیمهای ابررسانا به جای سیمهای مسی در روتور ماشینهای القایی، تلفات، حجم، وزن و قیمت آنها کاهش قابل ملاحظه ای خواهد داشت و با افزایش بازده، صرفه جویی قابل توجهی در انرژی الکتریکی صورت می‌گیرد. شکل زیر تفاوت الکتروموتورهای ابررسانا و معمولی را در قدرت یکسان نشان می‌دهد. کویل ژنراتورهای سنکرون نیز با مواد ابررسانای سرامیکی قابل ساخت می‌باشد که منجر به افزایش قابل توجهی در بازده ژنراتور خواهد شد. به علاوه تکنولوژی ابررسانا امروزه در ساخت کندانسورهای سنکرون نیز کاربرد دارد. کندانسورهای ابررسانا دارای بازده بیشتر، هزینه نگهداری کمتر و قابلیت انعطاف بهتری هستند.

ترانسفورماتورهای ابررسانا( HTS )

     استفاده از مواد ابررسانا در سیم بندی ترانسفورماتورها نیز باعث % ۵۰ کاهش در تلفات، وزن و ابعاد ترانسفورماتور نسبت به انواع متداول ترانسفورماتورهای روغنی شده و به علاوه تأثیر قابل توجهی نیز در افزایش بازده، کاهش افت ولتاژ و افزایش ظرفیت اضافه بار ترانسفورماتور دارد. استفاده از ترانسفورماتورهای ابررسانا با توجه به حجم کم و عدم استفاده از روغن برای خنک سازی، نقش قابل ملاحظه ای در بهبود فضای شهری و کاهش هزینه‌های زیست محیطی خواهد داشت. شرکت بروکر[1] آمریکا ساخت ابررساناهای دما بالا را از سال 2008 در آلمان آغاز کرده است. در شکل زیر نمونه ترانسفورماتور ابررسانا شرکت بروکر را مشاهده می‌کنید.

اولین ترانسفورماتور ابررسانای دما-بالا  5/10 کیلوولت به 400 ولت، سه فاز به ظرفیت 630 کیلوولت آمپر و روش خنک سازی LN2(77 کلوین) با هسته غیربلورین در جهان است که در سال 2005 در شبکه قدرت سینکیانگ[2] بهره‌برداری شد و دارای قابلیت  اطمینان عملکرد بالا در دراز مدت است. سیم استفاده شده از نوع Bi2223 است و سیم پیچ اولیه به صورت سلونوئید و ثانویه پنکیک دوبل[3] است(شکل زیر(2)). این دومین ترانس ابررسانای شرکت ABB بوده که چنین عملکردی دارد.

---

[1] Bruker

[2] Xinjiang

[3] Double pancake

طولانی‌ترین (بلندترین) کابل ابررسانای جهان

      در تاریخ 19 ژانویه 2012 اعلام شد که پروژه امپا سیتی[1] شروع شد، گروهRWE  و شرکای آن برای جایگزینی مدرن‌ترین کابل فشارقوی ابررسانا به طول یک کیلومتر که به دو پست انتقال در شهر روهر[2] متصل شده شروع به کار کرده‌اند و در سال2013 کابل ابررسانا را زیر زمین قرار خواهند داد. این به عنوان طولانی‌ترین کابل ابررسانای نصب شده در جهان خواهد بود. به عنوان بخشی از این پروژه، موسسه تکنولوژی کارلسروهه[3] مواد ابررسانا و عایقی مناسب را آنالیز خواهد کرد. کابل سه فاز متحدالمرکز 10 کیلوولت به ظرفیت انتقال 40 مگاوات و با استفاده از ابررسانای سرامیکی توسط شرکت نگزانس تولید خواهد شد. این پروژه همچنین به عنوان اولین ترکیب یک کابل ابررسانا با محدود کننده جریان خطای ابررسانا مقاومتی برای حفاظت در برابر اضافه بار خواهد بود. این پروژه می‌تواند نوید بخش یک بعد کاملا جدید در بازسازی شبکه‌های درون شهری باشد. در میان مدت، این امر منجر به بهره‌وری بیشتر و همچنین کاهش هزینه‌های عملیاتی و نگهداری و به طور همزمان کاهش استفاده از زمین می‌شود. مطالعات شرکت نگزانس نشان داد که کابلهای ابررسانا تنها راه معقول و منطقی برای کابل‌های فشار قوی در شبکه برق شهری است که استفاده از آنها به این معنی است که منابع و زمین پست‌های انتقال می‌توانند از میان برداشته شوند(صرفه جویی). شکل زیر شمای فیزیکی از ساختار کابل ابررسانای نام برده است

---

[1] Ampa City

[2] Ruhr city of Essen

[3] Karlsruhe Institute of Technology

خلاصه‌ای از روند پیشرفت تولید سیم‌ها و کابل‌های ابررسانا در جهان

         در سال 2000 از یک قطعه 120 متری کابل ابررسانا برای انتقال توان در میشیگان استفاده شد. در ماه مه سال 2001، صد و پنجاه هزار نفر از اهالی کپنهاک دانمارک جریان برق را از راه کابلهای HTS دریافت کردند. کابلی که البته فقط سی متر طول داشت.

 شرکت امریکن سوپرکانداکتور[1] (AMSC) پیشتاز تولید صنعتی سیمهای ابررسانا است و در سال 2008 نمونه صنعتی سیمهای نسل دوم موسوم به پوشش دار[2] را وارد بازار کرده است. در سال 2005 این شرکت 3 قرارداد به ارزش 3/1 میلیون دلار با مراکز دولتی آمریکا و از جمله پنتاگون برای توسعه کاربردهای ابررسانایی بست. در اوایل سال 2008 پروژه کابل ابررسانای 600 متری نسل دوم بوسیله AMSC آمریکا، نگزانس[3] و ایرلیکوئید[4] فرانسه برای شرکت برق LIPA تست شد که میتواند در ولتاژ 138 کیلو ولت 574 مگاوات برق را برای300 هزار خانه فراهم سازد.

 اول اکتبر 2008 نیز محموله سیم نسل دوم به طول 17 کیلومتر برای پروژه HYDRA بارگیری شد. پروژه HYDRA به ارزش 39 میلیون دلار برای ساخت و توسعه کاربرد کابلها و محدودسازهای ابررسانایی در شبکه توزیع نیویورک تعریف شده تا علاوه بر افزایش 10 برابری ظرفیت انتقال برق، از آسیبهای ناشی از افزایش سطح اتصال کوتاه دوری شود. سیمهای ساخته شده برای تولید کابل به آلمان ارسال شده تا بعد از ساخت کابل، برای تست درآزمایشگاه ملی ORNL و نصب در نیویورک در سال 2010 به آمریکا بازگردد. در سال 2008 قیمت سیمهای ابررسانای نسل دوم 400 دلار به ازای هر کیلو آمپر متر بوده که تلاش برای کاهش قیمت تا 50 دلار بر کیلوآمپر متر یعنی قیمت سیمهای مسی ادامه دارد تا با توجه به حجم بسیار کمتر آنها کاملا اقتصادی شود.

---

[1] American Superconductor

[2] Coated Conductor

[3] Nexans

[4] Air Liquide

متعلقات تجهیزات HTS (ابررسانا)

معمولاً هر دستگاه  HTS دارای تجهیزات زیر می‌باشد:

·         نوار و سیم پیچ‌های ابررسانا

·         سیستم سرمایشی

·         منبع تغذیه و قسمت‌های کنترلی

·         مدارات مغناطیسی

در ادامه  به اختصار به شرح هر یک از موارد فوق پرداخته می‌شود.

نوار و سیم پیچ‌های ابررسانا

    نوارهای HTS همان نقش هادی‌های الکتریکی معمول را به عهده دارند. اولین مرحله در ساخت هر دستگاه HTS ، اطمینان از عدم وجود عیب و نقص در نوار یا هادی ابررسانا است. در صورت وجود، پس از رفع آن می‌توان آن را برای استفاده در کابل به هم تابانید یا به صورت سیم پیچ درآورد تا در کاربردهایی مثل ترانسفورماتور، آهنربا، ژنراتور و موتور استفاده شود. همچنین این هادی‌ها باید دارای روکش عایق باشند. جنس عایق باید به نحوی انتخاب شود که مانع از نفوذ میدان مغناطیسی نگردد. برای مثال این عایق می­تواند از جنس کاغذ سرامیکی باشد. سیم پیچی ابررسانا باید به گونه‌ای انجام شود که از آسیب‌های احتمالی آن جلوگیری به عمل آید.

طراحی ابررسانا و مواد مورد استفاده در آن باید به نحوی باشند که در برابر نیروهای مغناطیسی، تنش گرمایی و تنش‌های فیزیکی موجود در موتورها و ژنراتورها مقاومت کنند. در پایان برای اطمینان از عملکرد درست، ابررسانا مورد آزمایش قرار می‌گیرد.