Schutzsystem für supraleitende magnetische Energiespeicher:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1995
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| adam_text | Titel: Schutzsystem für supraleitende magnetische Energiespeicher
Autor: Kärner, Joachim F
Jahr: 1995
Inhaltsverzeichnis Seite V Inhaltsverzeichnis 1 Einführung ............................................... 1 2 Magnetische Energiespeicherung mit supraleitenden Spulen ...........4 2.1 Anwendungen der supraleitenden magnetischen Energiespeicherung.....4 2.2 Die Modellspeicheranlage München ........................... 5 2.2.1 Anordnung des Torusringes und Aufbau der Feldspulen......... 6 2.2.2 Supraleiter ........................................ 10 2.2.3 Magnedsche Induktion............................... 12 2.2.4 Elektrische Daten der Modellspeicheranlage ................ 13 2.2.5 Kühlkreislauf...................................... 14 2.2.6 Thermische Energie der Feldspulen ...................... 19 3 Betrieb supraleitender magnetischer Energiespeicher................ 21 3.1 Fahrplangesteuerter Speicher ............................... 21 3.1.1 Beispiel: Spitzenlastausgleich im Energieversorgungsnetz....... 21 3.1.2 Beispiel: Stoßleistungserzeugung für ein Protonensynchrotron .... 22 3.2 Stand-by-Betrieb mit sporadischer Schnellentladung ............... 23 3.2.1 Beispiel: Serieller Kompensator zur Spannungsstützung bei Erdkurzschlüssen................................... 23 3.2.2 Beispiel: Vorhaltung der Sekundenreserve in Verbundnetzen..... 25 3.3 Allgemeiner Netzbetrieb .................................. 25 3.3.1 Beispiel: Lastgangglättung in Unterwerken elektrischer Bahnen ... 26 3.3.2 Beispiel: Ausgleich der durch Industrieabnehmer verursachten Stoßbelastungen.................................... 29 3.4 Versuchsbetrieb der Modellspeicheranlage München............... 30
Seite VI Inhaltsverzeichnis 4 Schutzeinrichtungen für Energiespeicheranlagen mit supraleitenden Spulen 33 4.1 Netzanbindung und Schutz der konventionellen Betriebsmittel........ 33 4.2 Die supraleitenden Spulen im Normalbetrieb .................... 37 4.2.1 Der kritische Strom harter Hochfeld-Supraleiter.............. 37 4.2.2 Supraleiterverluste und Temperaturprofil der Wicklung......... 39 4.2.3 On-line-Überwachung des kritischen Stromes ............... 40 4.3 Schutz der supraleitenden Spule bei Störfällen................... 43 4.3.1 Entstehung und Ausbreitung normalleitender Zonen........... 43 4.3.2 Quencherkennung .................................. 48 4.3.3 Spulenschutz mittels schaltbarem Bypass .................. 51 4.3.4 Spulenheizer...................................... 53 4.4 Schutzabschaltung mit Widerstandsentladung.................... 57 4.5 Kurzschluß-und Fehlerstrom-Erfassung............ 58 4.6 Schutz des Kühlkreislaufes ................................ 60 5 Schaltbarer Bypass zum Schutz supraleitender Spulen .............. 61 5.1 Analytische Untersuchung der Spulenüberbrückung ............... 61 5.1.1 Ersatzschaltbild.................................... 61 5.1.2 Induktivitäten und magnetische Kopplungen ................ 62 5.1.3 Spulenwiderstand bei Quench .......................... 63 5.1.4 Berechnung der Ströme in Spule und Bypass ............... 64 5.1.5 Thermische Belastung der Spule bei Schutzentladung mit und ohne Bypass ................................ 79 5.2 Leistungshalbleiter für den Spulenschutz....................... 83 5.2.1 Halbleiter bei Tiefsttemperaturen........................ 83 5.2.2 Meßeinrichtung für Tiefsttemperaturversuche an Leistungshalbleitem................................. 88 5.2.3 Meßergebnisse..................................... 92 5.2.4 Schlußfolgerung und Ausblick.......................... 97 5.3 Mechanische Belastung der Spulen bei Überbrückung.............. 98
Inhaltsverzeichnis Seite VII 6 Numerische Analyse eines Quenches und der Maßnahmen zum Schutz der Spulen ......................................... 99 6.1 Modellierung der Wicklung und Simulationsalgorithmus............ 99 6.2 Quench bei maximalem Strom............................. 103 6.3 Schnellentladung des Speichers ............................ 107 6.4 Sofort-Entlastung der gestörten Spule durch Überbrückung ......... 108 6.5 Die Wirkung des Spulenheizers ............................ 110 6.6 Speicher-Notentladung................................... 112 6.7 Quench an beliebiger Stelle im Wickelgebiet................... 113 6.8 Schlußfolgerungen ..................................... 113 7 Konzept für das Schutzsystem der Modellspeicheranlage München .... 115 7.1 Schutzziele und-Strategie ................................ 115 7.2 Grundprinzip der Zentraleinheit für Überwachung und Schutz (ZUS) . . 116 7.2.1 Bypass-Freigabe................................... 118 7.2.2 Bypass-Überwachung...............................
119 7.2.3 Berechnung der Spulenverluste (Wsp-Bildner).............. 120 7.2.4 Schutzentladung und Speicher-Schutzabschaltung............ 120 7.2.5 Betriebsmittel-Überwachung .......................... 122 7.3 Schutzlogik .......................................... 124 8 Zusammenfassung........................................ 130 Anhang A Maximaler Speicher-Betriebsstrom (Tabelle)....................... 133 B Maximaler Speicher-Energieinhalt (Tabelle) ....................... 135 C Spulenerwärmungskurven (Tabelle)............................. 137 D Koeffizienten zu Stromzeitverläufen in Kap. 5.1.4................... 139 E Speicherinduktivität bei überbrückten Feldspulen.................... 141 F Berechnungsformeln für Supraleiterverluste ....................... 142 G Herleitung der effektiven Supraleiter-Isolationsdicken ................ 149 H Stromwärme-Temperatur-Diagramm für Supraleiter-Matrixkupfer........ 150 I Literatur .............................................. 151
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