Güç transformatörlerinde süperiletkenlerin uıygulamaları

Abstract

ÖZET Bu çalışmanın en önemli amacı; elektrik güç mühendisliğindeki alternatif akımlı AC cihazların uygulamalarıyla doğrudan bağlantılı olan `süperiletken materyallerin` özelliklerini incelemektir. Süperiletkenlik; bir iletkenin elektrik akımına karşı direnç göstermemesi durumudur. Yıllardır, süperiletkenlik sadece yaklaşık -273 C° ( -460 F°) olan mutlak sıfir noktasına yakın sıcaklık değerlerinde gözlemlenebiliyordu. Geleceğe dönük araştırmalar, mutlak sıfir noktasının çok üstündeki sıcaklıklarda da, süperiletken özellik gösteren yeni malzemeleri gündeme getirmektedir. Bu konudaki araştırmaların amacı, oda sıcaklığında süperiletken özellik gösteren materyalleri ortaya çıkarmaktır. Böylece bugün kullanılan herhangi bir enerji sisteminin daha yüksek bir verimle çalışması mümkün olacaktır. Süperiletkenlerin AC uygulamalarından bir çoğu henüz proje aşamasındadır; bunlardan belki de en çok problem yaratanı, somut bir örnek olarak karşımıza çıkan güç transformatörleridir. Daha öncede belirtildiği gibi, süperiletkenlerdeki AC kayıplar, bu transformatörlerde kompleks bir dizayn ve yüksek teknoloji ürünü elemanlar kullanılmasını zorunlu kılar. Güç transformatörleri, süperiletkenlerin fiyat ekonomisi ve işletme karakteristikleri açısından en ilginç uygulamalarından biridir. İşletme emniyeti ve güç sistemlerindeki etkileri gibi bir çok elektriksel özellikleri ise halen incelenmektedir. Süperiletkenlerin geliştirilmesine gelince, bu süperiletken güç transformatörlerinin dizaynında en son ihtiyaçtır. Kriyogenik soğutucular ve bunlarla ilgili ekipmanların süperiletkenlerde daha güvenilir bir şekilde kullanımı, bu materyallerin süperiletken güç transformatörleri ile uyumlu hale getirmiştir. Burada dikkat edilmesi gereken diğer bir konu da izolasyondur. Bu daha çok güç transformatörlerinde olduğu gibi, daha düzgün bir sarım ve izolasyon aralığı gerektiren sistemlerle ilgilidir. Bu çalışmada; süperiletkenlerin elektriksel, manyetik ve termal özellikleri, dizayn sınırlamaları, AC kullanım için transformatörlere ait uygulamalarda elde edilen sonuçlar yardımıyla bulunacaktır. XM

SUMMARY The principal objective of this work is to discuss those properties of superconducting wires that are relevant for application as alternating current (AC) conductors in devices in the electrical power industry. Superconductivity is the condition in which a material has no resistance. For many years.superconductivity could only be demonstrated at temperatures close to absolute zero which is about -273 C (-460 F ). Further research led to the development of new materials that exhibit superconductivity at temperatures well above absolute zero.The aim has always been to find materials that will superconduct at room temperature. Such materials would obviously,greatly improve the efficiency of any electric system in which they could be used. Of all AC power applications of superconductors yet envisaged, this is probably the most challenging one and it is this application that is going to be taken as a concrete example. The previously mentioned AC losses in superconductors demand a very sophisticated design and the use of technologically advanced components. The power transformer is one of the items where the use of superconductors could be interesting, either from the standpoint of cost saving or because of operational characterictics, which comprise electrical properties as well as reliability and impact on the power system. With regard to development of conductors, these are the final requirements to be met in the process of constructing a superconducting power transformer. The developments in the field of cryogenic refrigerators and equipment are such that state- of-the- art products can be readily tailored forreliable use with a sperconducting power transformer. An important aspect deserving more attention is the insulation concept. The knowledge developed in this field, especially during the superconducting cable projects, mostly relates to systems with large insulation clearances and quite straightforward in a power transformer. In this work, all design limits, electrical, magnetic and thermal properties of a superconductor that is meant for AC use will be derived with application in a power transformer in mind. xxu