Utilizarea supraconductibilitatii in transportul si distributia energiei electrice

DESPRE CARTE

Supraconductibilitatea a patruns in multe din domeniile ingineriei electrice. Cartea prezinta in special aplicatiile supraconductorilor in retelele de transport si de distributie a energiei electrice. Pentru o buna intelegere a acestor aplicatii, in primul capitol sunt trecute in revista progresele realizate in domeniul supraconductibilitatii si a aplicatiilor acesteia in diverse domenii, cu precadere al celor din ingineria electrica.

Materialele supraconductoare stau la baza dezvoltarii numeroaselor aplicatii, cele care prezinta caracteristici tehnice exploatabile industrial si comercial sunt prezentate impreuna cu proprietatile pe care le prezinta atat in curent continuu, cat si in curent alternativ. Masurarea acestor proprietati cu metode specifice, reprezinta o necesitate fara de care aplicatiile nu pot fi dimensionate din punct de vedere al performantelor realizate. Intrucat o conditie esentiala pentru obtinerea starii supraconductoare o reprezinta temperatura de lucru, care trebuie sa fie inferioara temperaturii de tranzitie supraconductoare, au fost abordate metodele de obtinere a temperaturilor criogenice.

Intr-un capitol separat sunt prezentate aplicatiile la transportul energiei electrice cu pierderi aproape de zero. Este prezentat cablul supraconductor HTS dezvoltat si experimentat in ICPE-CA, elementele de proiectare, modelari numerice si parametrii de proiectare, precum si realizarea si testarea acestuia.

Un capitol este dedicat unor aplicatii importante pentru retelele de distributie a energiei electrice si anume protectia acestora la curenti de avarie (supracurenti). Aceasta protectie este realizata cu limitatoare de curenti de avarie. De asemenea, sunt prezentate cele doua modele de limitatoare supraconductoare HTS, dezvoltate si experimentate in ICPE-CA, elementele de proiectare, modelarile numerice si parametrii de proiectare, impreuna cu realizarea si testarea acestora.

Autorii au dorit sa creeze o imagine cat mai actuala asupra progreselor realizate la nivel mondial in domeniul materialelor supraconductoare si a aplicatiilor acestora in ingineria electrica. Sunt, de asemenea, prezentate si realizarile din ultimii ani ale Laboratorului de Supraconductibilitate Aplicata din ICPE-CA Bucuresti.

CUVANT-INAINTE

Supraconductibilitatea a patruns in multe din domeniile ingineriei electrice, dar si in domeniul medical, al transporturilor feroviare de mare viteza, precum si in domeniul electronicii cu extensie in realizarea celor mai avansate aplicatii, computerelor cuantice.

In lucrarea de fata au fost abordate in special aplicatiile supraconductorilor in retelele de transport si de distributie a energiei electrice.

Pentru o buna intelegere a acestor aplicatii, in primul capitol sunt trecute in revista progresele realizate in domeniul supraconductibilitatii si a aplicatiilor acesteia in diverse domenii, cu precadere a celor din ingineria electrica.

Intrucat materialele supraconductoare stau la baza dezvoltarii numeroaselor aplicatii, acestea, cele care prezinta caracteristici tehnice exploatabile industrial si comercial, sunt prezentate in capitolul al doilea, impreuna cu proprietatile pe care le prezinta atat in curent continuu, cat si in curent alternativ.

Masurarea acestor proprietati cu metode specifice, reprezinta o necesitate fara de care aplicatiile nu pot fi dimensionate din punct de vedere al performantelor realizate. Acestea sunt abordate in capitolul al treilea.

Intrucat o conditie esentiala pentru obtinerea starii supraconductoare o reprezinta temperatura de lucru care trebuie sa fie inferioara temperaturii de tranzitie supraconductoare, metodele de obtinere a temperaturilor criogenice au fost abordate in cadrul capitolului al patrulea.

Prezentarea aplicatiilor la transportul energiei electrice cu pierderi aproape de zero, obiectiv important al vremurilor actuale, este realizata in capitolul al cincilea. Totodata, este prezentat cablul supraconductor HTS dezvoltat si experimentat in ICPE-CA, elementele de proiectare, modelari numerice si parametrii de proiectare, precum si realizarea si testarea acestuia.

Capitolul al saselea este dedicat unor aplicatii importante pentru retelele de distributie a energiei electrice, si anume protectia acestora la curenti de avarie (supracurenti). Aceasta protectie este realizata cu limitatoare de curenti de avarie, prezentate pe larg in acest capitol. De asemenea, sunt prezentatate cele doua modele de limitatoare supraconductoare HTS dezvoltate si experimentate in ICPE-CA, elementele de proiectare, modelarile numerice si parametrii de proiectare, impreuna cu realizarea si testarea acestora.

Capitolul al saptelea prezinta perspectivele de dezvoltare ale aplicatiilor supraconductorilor in general si in ingineria electrica in special.

Amploarea pe care o cunoaste astazi dezvoltarea aplicatiilor supraconductibilitatii in ingineria electrica si nu numai, precum si diversificarea acestora, face cu atat mai necesara cunoasterea acestora atat pentru actualizarea noastra, cat si pentru utilizarea acestora intr-o societate tot mai tehnologizata.

In cele ce urmeaza, autorii au dorit sa creeze o imagine cat mai actuala asupra progreselor realizate la nivel mondial in domeniul materialelor supraconductoare si a aplicatiilor acestora in ingineria electrica la nivel mondial. Sunt, de asemenea, prezentate si realizarile Laboratorului de Supraconductibilitate Aplicata din cadrul ICPE-CA Bucuresti, din ultimii ani, in acest domeniu aflat in plina si efervescenta dezvoltare.

Datorita multiplelor avantaje ale materialelor supraconductoare HTS, se dovedesc a fi pe deplin justificate eforturile generale de a se realiza noi dezvoltari prin aplicatii performante ale acestora in toate domeniile, revelandu-se faptul ca aceasta dezvoltare conduce de fapt la un nivel superior de performata cu impact direct asupra calitatii vietii noastre a tuturor.

Ion Dobrin
Bucuresti, 2024

CUPRINS

Capitolul 1. Introducere 23
1.1. Bibliografie 29

Capitolul 2. Materiale supraconductoare 31
2.1. Tipuri de materiale supraconductoare 31
2.2. Materialele supraconductoare utilizate in aplicatii 38
2.3. Bibliografie 47

Capitolul 3. Proprietatile materialelor supraconductoare si metode de masura 50
3.1. Proprietati ale materialelor supraconductoare in c.a. 50
3.2. Metode de masurare a proprietatilor materialelor supraconductoare in c.a. 62
3.3. Sistemul de masurare ICPE-CA 69
3.3. Bibliografie 88

Capitolul 4. Metode de racire criogenica 91
4.1. Fenomene de transfer termic la temperaturi joase 91
4.2. Metode de racire 104
4.3. Analiza parametrilor termici ai sistemului de racire pentru un electromagnet supraconductor 115
4.4. Bibliografie 138

Capitolul 5. Aplicatii in transportul energiei electrice 143
5.1. Cabluri supraconductoare 143
5.2. Cablul supraconductor ICPE-CA 152
5.3. Bibliografie 156

Capitolul 6. Aplicatii la protectia retelelor electrice 158
6.1. Limitatoare de curenti de avarie 158
6.2. Limitatoare supraconductoare ICPE-CA 174
6.3. Bibliografie 184

Capitolul 7. Perspective de dezvoltare 189