کاربرد ابر رسانا در صنعت سیم و کابل

کشف ابر رساناها تحولی عظیم در صنعت کابل های قدرت بود. در آمریکا و غرب آسیا رقابت های سختی میان تولید کننده های کابل های ابر رسانایی وجود دارد. قابلیت هدایت جریان برق در کابل های HTSبالغ بر ۱۰۰ بار بیشتر از هادی های آلومینیومی و مسی متداول میباشد.

اندازه، وزن و مقاومت این نوع کابل ها از کابل های معمولی بهتر است و امروزه تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی در سراسر دنیا سعی دارند با استفاده از تکنولوژی HTS باعث کاهش هزینه ها و افزایش ظرفیت و قابلیت اطمینان سیستم های قدرت شوند.

کاربرد ابر رسانا در ترانسفورماتورها

استفاده از مواد ابر رسانا در سیم بندی ترانسفورماتورها 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 ابر رسانا با توجه به حجم کم و عدم استفاده از روغن برای خنک سازی، نقش قابل ملاحظه ای در بهبود فضای شهری و کاهش هزینه های زیست محیطی خواهد داشت.

کاربرد ابر رسانا در موتورها و ژنراتورها

درصورت استفاده از سیم های ابر رسانا به جای سیم های 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 می گیرد. کویل ژنراتورهای سنکرون نیز با مواد ابررسانای سرامیکی قابل ساخت می باشد که منجر به افزایش قابل توجهی در بازده ژنراتور خواهد شد. به علاوه تکنولوژی ابر رسانا امروزه در ساخت کندانسورهای سنکرون نیز کاربرد دارد. کندانسورهای ابر رسانا دارای بازده بیشتر، هزینه نگهداری کمتر و قابلیت انعطاف بهتری هستند.

کاربرد ابر رسانا در ذخیره سازهای مغناطیسی

در سیستم قدرت بین قدرت های الکتریکی تولیدی و مصرفی تعادل لحظه ای برقرار است و هیچ گونه ذخیره انرژی در آن صورت نمی گیرد. بنابراین تولید شبکه ناچار به تبعیت از منحنی مصرف است که غیر اقتصادی می باشد.

ابرسانای ذخیره کننده انرژی مغناطیسی (SMES) وسیله ای است که برای ذخیره کردن انرژی، بهبود پایداری سیستم قدرت و کم کردن نوسانات قابل استفاده می باشد. این انرژی توسط میدان مغناطیسی که توسط جریان مستقیم ایجادمی شود ذخیره می شود. ابرسانای ذخیره کننده انرژی مغناطیسی هزاران بار قابلیت شارژ و دشارژ دارد بدون اینکه تغییری در خواص مغناطیس آن ایجاد شود. ویژگی ابر رسانایی سیم پیچ نیز موجب می شود که راندمان رفت و برگشت فرایند ذخیره انرژی بسیار بالا و در حدود ۹۵ % باشد. به وجود آمدن تنش های مختلف در شبکه های قدرت از جمله تغییرات ناگهانی بار، قطع و وصل شدن مداوم شبکه های انتقال برق، موجب عدم تعادل سیستم می شود.

اما اگر در سیستم ما مقداری انرژی از قبل وجود داشته باشد. با مبادله آن با شبکه در مواقع ضروری امکان حل مشکلات وجود دارد. در این سیستم انرژی مغناطیسی به الکتریکی و بالعکس تبدیل می شود .ذخیره سازهای ابر رسانایی ، فیدبک دینامیکی سریع دارند و می توانند برای بهبود کارایی دینامیکی استفاده شوند.

بیشتر بخوانید : کابل زره دار سرب دار چیست؟

کاربرد ابر رسانا در محدودسازهای جریان خطا

علاوه بر موارد گفته شده، محدودسازهای ابر رسانائی جریان خطا یا SFCL نیز رده تازه ای از وسایل حفاظتی سیستم قدرت را ارائه می کنندکه قادرند شبکه را از اضافه جریانهای خطرناکی که باعث قطعی پر هزینه برق و خسارت به قطعات حساس سیستم می شوند 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 می یابد و با رشد و گسترش شبکه های 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 هزینه های سنگینی به سیستم تحمیل می کند. اما اگر به روشی بتوان پس از آشکارسازی خطا، جریان را محدود نمود، از نظر فنی و اقتصادی صرفه جویی قابل توجهی صورت می گیرد.

انواع مختلفی از محدود کننده های خطا تا به حال برای شبکه های توزیع و انتقال معرفی شده اند 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 سیکل های اولیه ناشی می شود

باید محدودسازهای جریان خطا بلافاصله بعد از وقوع خطادر مدار قرار گیرند. محدودکننده های جریان اتصال کوتاه طراحی شده در دهه های 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 می دهند 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 می کنند. 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.

محدود سازهای 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. سوئیچهای ابر رسانابا تغییر در شدت میدان مغناطیسی، امکان تغییر در وضعیت جسم ابر رسانا از ابر رسانایی به مقاومتی و برعکس امکانپذیر است. ابررساناها و ژنراتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی ژنراتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی: با عبور گاز داغ یا فلز مذاب، در اثر میدان مغناطیسی بسیار قوی موجود،

یونهای مثبت و منفی به سمت الکترودهایی که در بالا و پایین جریان گاز پلاسما یا فاز مذاب قرار دارند، جذب می شوند و مانند یک ژنراتورجریان مستقیم، تولید الکتریسیته را باعث می شوند. قدرت الکتریکی این ژنراتور جریان مستقیم با اینورترهای الکترونیک قدرت، به برق جریان متناوب تبدیل و به شبکه متصل می شود. با توجه به هزینه بالای تولید الکتریسیته در ژنراتورهای MHD، استفاده از آنها تنها به منظور یکنواختی منحنی مصرف در زمانهای پرباری شبکه مفید است. سیم پیچ های بزرگ ابر رسانا که از مواد ابر رسانای متعارف مانند آلیاژ نیوبیوم تیتانیوم ساخته شده اند برای تولید میدان های مغناطیسی بسیار قوی مناسب و قابل استفاده است.

سخن آخر

در نهایت باید بگوییم که یکی از مسایل اساسی صنعت برق در دنیای امروز اتلاف انرژی در بخش های مختلف این صنعت می باشد که باعث خسارات بیشمار سیستم ها می شود این لطمات می تواند شامل هزینه های مربوط به تعمیرات و خسارات ناشی از به هدر رفتن انرژی های تولیدی است. برای اینکه این خسارات کاهش پیدا کند و طول عمر مفید دستگاه ها بیشتر شود از تجهیزاتی بر پایه تکنولوژی ابر رسانا در صنعت برق استفاده می گردد. موادی که ابر رسانا هستند  فاقد مقاومت الکتریکی هستند و انرژی الکتریکی را بدون اتلاف آن منتقل می کنند و در هنگام کاربرد گرم نمش وند و به همین دلیل عمر مفید بیشتری دارند

گسترش استفاده از تجهیزات ابر رسانایی در جهان باعث توسعه یافتن این تکنولوژی در اکثر کشورها شده است. هم اکنون  از واژه ابررسانی به عنوان کلمه ای جادویی استفاده می شود . و به نظر نمی رسد که هم اکنون تکنولوژی ای تا این حد نظر عموم را جلب کرده باشد . ابر رساناها در زمینه های برق، الکترونیک ، ترابری و علوم پزشکی کاربرد دارند.