Nexans har framgångsrikt driftsatt världens första resistiva strömbegränsare baserad på andra generationens supraledande band. Strömbegränsaren, som bland annat består av supraledande element utvecklade i samarbete med Karlsrue Institute of Technology, har installerats för Vattenfall Europe Generation AG:s räkning. Syftet är att erbjuda kortslutningsskydd för kraftförsörjningen (mellanspänning) till kolkrossarna i Boxbergs brunkolskraftverk i Sachsen, Tyskland.
Nexans installerade en första generationens supraledande strömbegränsare (baserad på solida supraledande material) i Boxberg redan 2009 för att testa tekniken under en längre period. Efter framgången med testprojektet återvände Nexans till anläggningen för ett skarpt test av en ny strömbegränsarenhet som bygger på supraledande band. Banden minskar de redan låga förlusterna i det ledande materialet med runt 90 procent, vilket innebär lägre driftkostnader. De ger också en snabbare respons på kortslutningar än det förra materialet.
– Vi kan nu erbjuda ytterligare ett supraledarmaterial för kraftnät, och detta möjliggör ännu fler användningsområden för våra strömbegränsare som hjälper våra kunder att öka säkerheten för personal och utrustning och att sänka kostnaderna. Uppgradering och utbyggnad av kraftnät som kan tillgodose kundernas varierande behov kräver smarta lösningar och nya funktioner, förklarar Nexans teknikdirektör Jean-Maxime Saugrain.
– Kraftverkets husturbin är bara ett av många tänkbara användningsområden för supraledartekniken. Om vi tar den förnybara energisektorn, till exempel, är möjligheten att leverera mer energi från förnybara energikällor ofta begränsad av maximinivån på kortslutningsströmmarna.
Snabb respons på kortslutningsströmmar
Strömbegränsaren fungerar ungefär på samma sätt som hushållens lågspänningssäkringar, men här är det fråga om mellan- eller högspänningsnät. Dessutom slås inte strömflödet ut helt efter att den lösts ut. Under normala förhållanden kan strömmen överföras obehindrat och utan nästan något motstånd alls genom de supraledande skikten. Om en kritisk strömnivå överskrids, exempelvis vid en kortslutning, ger det supraledande materialet omedelbart motstånd – på bara några millisekunder! Därefter överförs bara en exakt definierad differensström. På så sätt skyddas alla komponenter i nätet, till exempel ställverk, från att skadas av överbelastning vid en kortslutning.
En viktig fördel med den supraledande strömbegränsaren är den inbyggda säkerheten, eftersom den svarar på en kortslutning utan en extern utlösare. Till skillnad från pyroteknisk utrustning som måste ersättas efter att ha lösts ut, kan materialet snabbt återgå till sitt supraledande tillstånd efter att problemet åtgärdats.
Den nya supraledande strömbegränsaren är konstruerad för en nominell ström på 560 A vid 12 000 V, men kan också klara upp till 2 700 A utan att lösa ut. Detta är en viktig förutsättning för att klara de kraftiga strömstötarna när kolkrossarna körs igång.
Belagda ledare utgör kärnan i strömbegränsaren
Den nya strömbegränsaren är baserad på supraledande band av yttriumbariumkopparoxid (YBCO), så kallade belagda ledare. Vid temperaturer lägre än -180 °C blir det tunna keramiska skiktet supraledande och överför ström 10 000 gånger bättre än koppar.
Under de senaste två åren har utveckling av strömbegränsarkomponenter baserade på andra generationens supraledande band genomförts i ENSYSTROB-projektets regi. Projektpartners är Nexans SuperConductors GmbH, Karlsruhe Institute of Technology, Cottbus och Dortmund Universities of Technology och energibolaget Vattenfall. Projektet får finansiellt stöd, cirka 1,3 miljoner euro, av det tyska delstatsministeriet för ekonomi och teknologi.
