کاربرد ابررسانا

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: کاربرد ابررسانا در سیم و کابل کاربرد ابررسانا در ترانسفورماتورها کاربرد ابررسانا در موتورها و ژنراتورها کاربرد ابررسانا در ذخیره سازهای مغناطیسی کاربرد ابررسانا در محدودسازهای جریان سوئيچهاي ابررسانا ابررساناها و ژنراتورهاي هيدروديناميك مغناطيسی
کاربرد ابررسانا در سیم و کابل
كشف متحول كننده ابررساناهاي دما بالا در سال 1986 منجر به تحول و توليد نوع جديدي از كابلها در سيستمهاي قدرت شد. در ايالات متحده، اروپا و ژاپن رقابت سختي بر روي تجارت توليد آينده كابلهاي ابررسانائي وجود دارد. قابليت هدايت جريان برق در كابلهاي htsبالغ بر 100 بار بيشتر از هاديهاي آلومينيومي و مسي متداول مي.باشد. اندازه، وزن و مقاومت اين نوع كابلها از كابلهاي معمولي بهتر بوده و امروزه توليدكنندگان تجهيزات الكتريكي در سراسر دنيا سعي دارند با استفاده از تكنولوژي hts باعث كاهش هزينه.ها و افزايش ظرفيت و قابليت اطمينان سيستمهاي قدرت شوند.
کاربرد ابررسانا در ترانسفورماتورها
استفاده از مواد ابررسانا در سيم.بندي ترانسفورماتورها باعث 50% كاهش در تلفات، وزن و ابعاد ترانسفورماتور نسبت به انواع متداول ترانسفورماتورهاي روغني شده و به علاوه تأثير قابل توجهي نيز در افزايش بازده، كاهش افت ولتاژ و افزايش ظرفيت اضافه بار ترانسفورماتور دارد. استفاده از ترانسفورماتورهاي ابررسانا با توجه به حجم كم و عدم استفاده از روغن براي خنك.سازي، نقش قابل ملاحظه.اي در بهبود فضاي شهري و كاهش هزينه.هاي زيست محيطي خواهد داشت.
کاربرد ابررسانا در موتورها و ژنراتورها
درصورت استفاده از سيمهاي ابررسانا به جاي سيمهاي مسي در روتور ماشينهاي القايي، تلفات، حجم، وزن و قيمت آنها كاهش قابل ملاحظه.اي خواهد داشت و با افزايش بازده، صرفه.جويي قابل توجهي در انرژي الكتريكي صورت مي.گيرد. كويل ژنراتورهاي سنكرون نيز با مواد ابررساناي سراميكي قابل ساخت مي.باشد كه منجر به افزايش قابل توجهي در بازده ژنراتور خواهد شد. به علاوه تكنولوژي ابررسانا امروزه در ساخت كندانسورهاي سنكرون نيز كاربرد دارد. كندانسورهاي ابررسانا داراي بازده بيشتر، هزينه نگهداري كمتر و قابليت انعطاف بهتري هستند.
کاربرد ابررسانا در ذخیره سازهای مغناطیسی
در سيستم قدرت بين قدرتهاي الکتريکي توليدي و مصرفي تعادل لحظه.اي برقرار است و هيچگونه ذخيره انرژي در آن صورت نمي.گيرد. بنابراين توليد شبکه ناچار به تبعيت از منحني مصرف است كه غير اقتصادي مي.باشد. ابرساناي ذخيره کننده انرژي مغناطيسي (smes) وسيله.اي است كه براي ذخيره کردن انرژي، بهبود پايداري سيستم قدرت و کم کردن نوسانات قابل استفاده مي.باشد. اين انرژي توسط ميدان مغناطيسي که توسط جريان مستقيم ايجاد مي.شود ذخيره مي.شود. ابرساناي ذخيره کننده انرژي مغناطيسي هزاران بار قابليت شارژ و دشارژ دارد بدون اينکه تغييري در خواص مغناطيس آن ايجاد شود. ويژگي ابر رسانايي سيم پيچ نيز موجب مي.شود که راندمان رفت و برگشت فرايند ذخيره انرژي بسيار بالا و در حدود 95% باشد. اولين نظريه.ها در مورد اين سيستم در سال 1969 توسط فريه مطرح شد. وي طرح ساخت سيم.پيچ مارپيچي بزرگي را که توانايي ذخيره انرژي روزانه براي تمامي فرانسه را داشت ارائه كرد که به خاطر هزينه ساخت بسيار زياد آن پيگيري نشد. در سال 1971 تحقيقات در آمريکا در دانشگاه ويسکانسين براي فهميدن بحثهاي بنيادي اثر متقابل بين انرژي ذخيره شده و سيستم.هاي چند فاز به ساخت اولين دستگاه انجاميد. شركت هيتاچي در سال 1986 يک دستگاه smes به ظرفيت 5 مگاژول را آزمايش کرد. در سال 1998 نيز ذخيره.ساز 360 مگاژول توسط شركت ايستك در ژاپن ساخته شد. علاوه بر ذخيره.سازي انرژي به منظور تراز منحني مصرف و افزايش ضريب بار، سيستم.هاي مورد اشاره با اهداف ديگري نيز مورد توجه قرار گرفته.اند. بروز اغتشاشهاي مختلف در شبکه قدرت از جمله تغييرات ناگهاني بار، قطع و وصل خطوط انتقال و ... به عدم تعادل سيستم مي.انجامد. در اين شرايط انرژي جنبشي محور ژنراتورهاي سنکرون مجبور به تأمين افزايش انرژي ناشي از اختلال هستند و درصورت حفظ پايداري ديناميكي، حلقه.هاي کنترل سيستم فعال شده و تعادل را برقرار مي.سازند. اين روند، نوسان متغيرهاي مختلف مانند فرکانس، توان الکتريکي روي خطوط و... را موجب مي.شود که مشکلات مختلفي را در بهره برداري از سيستم قدرت به دنبال دارد. اما اگر در سيستم مقداري انرژي ذخيره شده باشد، با مبادله سريع آن با شبکه در مواقع مورد نياز مي.توان مشکلات فوق را کاهش داد. با توجه به اينكه در اين سيستم انرژي از صورت الکتريکي به صورت مغناطيسي و يا بر عکس تبديل مي.شود، ذخيره.ساز ابررسانايي داراي پاسخ ديناميکي سريع مي.باشد و بنابراين مي.تواند در جهت بهبود عملکرد ديناميکي نيز به کار رود. معمولاً واحدهاي ابررسانايي ذخيره انرژي را در دو مقياس ظرفيت بالا يعني حدود 1800 مگاژول براي تراز منحني مصرف، و ظرفيت پايين (چندين مگا ژول) به منظور افزايش ميرايي نوسانات و بهبود پايداري سيستم مي.سازند. سيم پيچ ابررسانا از طريق مبدل به سيستم قدرت متصل و شارژ مي.شود و با کنترل زاويه آتش تريسيتورها ولتاژ dc دو سر سيم پيچ ابررسانا به طور پيوسته در بازة وسيعي از مقادير ولتاژهاي مثبت ومنفي قابل کنترل است. ورودي ذخيره.ساز انرژي مي.تواند تغييرات ولتاژ شبکه، تغيير فرکانس شبکه، تغيير سرعت ماشين سنکرون و... باشد و خروجي نيز توان دريافتي خواهد بود. مهم ترين قابليت smesجداسازي و استقلال توليد از مصرف است که اين امر مزاياي متعددي از قبيل بهره برداري اقتصادي، بهبود عملکرد ديناميکي و کاهش آلودگي را به دنبال دارد. در کابرد ac جريان الکتريکي هنوز تلفات دارد اما اين تلفات مي.تواند با طراحي مناسب کاهش پيدا کند. براي هر دوحالت کاري ac وdc انرژي زيادي قابل ذخيره.سازي است. بهترين دماي عملكرد براي دستگاههاي مورد اشاره نيز 50 تا 77 درجه کلوين است.
کاربرد ابررسانا در محدودسازهای جریان خطا
علاوه بر موارد گفته شده، محدودسازهاي ابررسانائي جريان خطا يا sfcl نيز رده تازه.اي از وسايل حفاظتي سيستم قدرت را ارائه مي.كنند كه قادرند شبكه را از اضافه جريانهاي خطرناكي كه باعث قطعي پر هزينه برق و خسارت به قطعات حساس سيستم مي.شوند حفاظت نمايند. اتصال كوتاه يكي از خطاهاي مهم در سيستم قدرت است كه در زمان وقوع، جريان خطا تا بيشتر از 10 برابر جريان نامي افزايش مي.يابد و با رشد و گسترش شبكه.هاي برق، به قدرت اتصال كوتاه شبكه نيز افزوده مي.شود. توليد جريانهاي خطاي بزرگتر، ازدياد گرماي حاصله ناشي از عبور جريان القائي زياد در ژنراتورها، ترانسفورماتورها و ساير تجهيزات و همچنين كاهش قابليت اطمينان شبكه را در پي دارد. لذا عبور چنين جرياني از شبكه احتياج به تجهيزاتي دارد كه توانايي تحمل اين جريان را داشته باشند و جهت قطع اين جريان نيازمند كليدهايي با قدرت قطع بالا هستيم كه هزينه.هاي سنگيني به سيستم تحميل مي.كند. اما اگر به روشي بتوان پس از آشكارسازي خطا، جريان را محدود نمود، از نظر فني و اقتصادي صرفه.جويي قابل توجهي صورت مي.گيرد. انواع مختلفي از محدود كننده.هاي خطا تا به حال براي شبكه.هاي توزيع و انتقال معرفي شده.اند كه ساده.ترين آنها فيوزهاي معمولي است كه البته پس از هر بار وقوع اتصال كوتاه بايد تعويض شوند. از آنجاييكه جريان اتصال كوتاه در لحظات اوليه به خصوص در پريود اول موج جريان، داراي بيشترين دامنه است و بيشترين اثرات مخرب از همين سيكل.هاي اوليه ناشي مي.شود بايد محدودسازهاي جريان خطا بلافاصله بعد از وقوع خطا در مدار قرار گيرند. محدودكننده.هاي جريان اتصال كوتاه طراحي شده در دهه.هاي اخير، عناصري سري با تجهيزات شبكه هستند و وظيفه دارند جريان اتصال كوتاه مدار را قبل از رسيدن به مقدار حداكثر خود محدود نمايند به طوري كه توسط كليدهاي قدرت موجود قابل قطع باشند. اين تجهيزات در حالت عادي، مقاومت كمي در برابر عبور جريان از خود نشان مي.دهند ولي پس از وقوع اتصال كوتاه و در لحظات اوليه شروع جريان، مقاومت آنها يكباره بزرگ شده و از بالا رفتن جريان اتصال كوتاه جلوگيري مي.كنند. اين تجهيزات پس از هر بار عملكرد بايد قابل بازيابي بوده و در حالت ماندگار سيستم، باعث ايجاد اضافه ولتاژ و يا تزريق هارمونيك به سيستم نگردند. محدودسازهاي اوليه با استفاده از كليدهاي مكانيكي امپدانسي را در زمان خطا در مسير جريان قرار مي.دادند. با ورود ادوات الكترونيك قدرت كليدهاي تريستوري براي اين موضوع مورد استفاده قرار گرفتند و مدارهاي متعددي از جمله مدارهاي امپدانس تشديد و ابررسانا، ارائه گرديده است. محدودكننده.هاي ابررسانا در شرايط بهره.برداري عادي سيستم يك سيم.پيچ با خاصيت ابررسانايي بوده (مقاومت و افت ولتاژ كمي را باعث مي.شود) ولي به محض وقوع اتصال كوتاه و افزايش جريان از يك حد معيني (جريان بحراني) سيم.پيچ مربوط مقاومت بالايي از خود نشان مي.دهد و به همين دليل جريان خطا كاهش مي.يابد. عمل فوق در زمان كوتاهي انجام مي.پذيرد و نياز به سيستم كشف خطا نمي.باشد. برآورد اوليه بخش ابر رسانائي epri نشان مي.دهد كه استفاده از محدودسازهاي ابررسانائي جريان يك بازار فروش با درآمد حدود 3 تا 7 ميليارد دلار در 15 سال آينده به وجود خواهد آورد.
سوئيچهاي ابررسانا
با تغيير در شدت ميدان مغناطيسي، امكان تغيير در وضعيت جسم ابررسانا از ابررسانايي به مقاومتي و برعكس امكانپذير است. بنابراين از مواد ابررسانا جهت انجام سوئيچينگ يا كليدزني نيز مي.توان بهره گرفت. تحقيقات اوليه در اين زمينه از اواخر دهه 1950 ميلادي آغاز شد و كوششهايي براي استفاده از سوئيچهاي ابررسانا در مدارها و حافظه كامپيوترهاي بزرگ صورت گرفت. باك در سال 1956 مداري با نام كرايوترون شامل يك سيم.پيچ نيوبيوم با دماي بحراني 3/9 درجه كلوين و هسته.اي از سيم تانتالوم با دماي بحراني 4/4 درجه كلوين معرفي نمود كه با توجه دماي 2/4 درجه كلوين هليوم مايع، امكان تغيير وضعيت سيم تانتالوم در اثر ايجاد جريان الكتريكي و درنتيجه ميدان مغناطيسي در سيم.پيچ نيبيوم وجود داشت. با توسعه دانش نيمه.هادي، توجه به سوئيچهاي ابررسانا كاهش يافت اما حجم و تلفات كمتر، و سرعت بالاتر تراشه.هاي ابررسانا نسبت به تراشه.هاي نيمه.هادي، استفاده از سلولهاي كرايوتروني و جايگزيني ابررسانا به جاي مدارهاي مسي را براي ساخت ابركامپيوترهاي بسيار سريع و كم تلفات، حتي با وجود پيشرفتهاي صنعت نيمه.هادي توجيه.پذير مي.سازد. علاوه بر سلولهاي كرايوتروني كه با سرعت 1/0 ميكروثانيه در ساخت حافظه و تراشه.هاي الكترونيك قابل استفاده است، از اتصالات جوزفسون كه مبناي عملكرد آنها، اثر تونل.زني است نيز براي ساخت سوئيچهاي بسيار سريع و با سرعت 1/0 نانوثانيه (فركانس 10 گيگاهرتز) استفاده شده اما درمورد تكنولوژي ساخت آنها به تعداد زياد، پژوهشها ادامه دارد.
ابررساناها و ژنراتورهاي هيدروديناميك مغناطيسی
ژنراتورهاي هيدروديناميك مغناطيسي: اصول کلی ژنراتورهاي هيدروديناميك مغناطيسي (mhd) كه از سال 1959 پژوهشهايي براي توليد برق به وسيله آنها شروع شده و هنوز ادامه دارد، بر اين اساس است که جريان گاز پلاسما (بسيار داغ) يا فلز مذاب از ميان ميدان مغناطيسی قوی عبور داده مي.شود. با عبور گاز داغ يا فلز مذاب، در اثر ميدان مغناطيسي بسيار قوي موجود، يونهای مثبت و منفی به سمت الکترودهايي که در بالا و پايين جريان گاز پلاسما يا فاز مذاب قرار دارند، جذب مي.شوند و مانند يك ژنراتور جريان مستقيم، توليد الكتريسيته را باعث مي.شوند. قدرت الکتريکی اين ژنراتور جريان مستقيم با اينورترهای الکترونيک قدرت، به برق جريان متناوب تبديل و به شبکه متصل مي.شود. با توجه به هزينه بالاي توليد الكتريسيته در ژنراتورهاي mhd، استفاده از آنها تنها به منظور يكنواختي منحني مصرف در زمانهاي پرباري شبكه مفيد است. سيم.پيچهاي بزرگ ابررسانا كه از مواد ابررساناي متعارف مانند آلياژ نيوبيوم تيتانيوم ساخته شده.اند براي توليد ميدانهاي مغناطيسي بسيار قوي مناسب و قابل استفاده است. اگر فاصله دو الكترود 1/0 متر، سرعت يونها 400 متر بر ثانيه و ميدان مغناطيسي 5 تسلا باشد، ولتاژ خروجي 200 ولت خواهد بود و در طول كانال 6 متري و با قطر يك متر، 40 مگاوات انرژي قابل توليد است. مزيت اصلي ژنرتورهاي mhd وزن نسبتاً كم آنها در مقايسه با ژنراتورهاي متعارف است كه استقبال از كاربرد آنها را در صنايع هوايي و دريايي موجب شده است.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 341]