Zespół
dr inż. Janusz Kozak
dr inż. Michał Majka
prof. dr hab. inż. Sławomir Kozak
prof. dr hab. inż. Tadeusz Janowski

Istota wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest nadprzewodnikowy ogranicznik prądów zwarciowych dla sieci elektroenergetycznej. Zwarcia awaryjne występujące w sieciach elektroenergetycznych są dużym zagrożeniem dla generatorów, transformatorów i linii przesyłowych oraz zmniejszają pewność dostarczania energii elektrycznej odbiorcom. Prąd zwarciowy płynący w sieci jest wielokrotnie większy od prądu występującego w czasie zwykłej pracy i powoduje szkodliwe dynamiczne i cieplne skutki w pracy urządzeń elektroenergetycznych. Stosowane obecnie w sieciach elektroenergetycznych ograniczanie prądów zwarciowych za pomocą dławików i transformatorów o odpowiednio dużej reaktancji znacząco wpływa na wzrost kosztów budowy i eksploatacji systemu elektroenergetycznego, a więc i na ostateczną cenę energii elektrycznej. Z kolei rozwój energetyki opartej na odnawialnych źródłach energii spowodował, że sieci elektroenergetyczne na skutek wzrostu prądów zwarciowych nie są w stanie zaabsorbować dużej dodatkowej mocy wytwórczej, co zagraża dalszemu rozwojowi energetyki źródeł odnawialnych. Konieczne jest zatem ograniczenie prądów zwarciowych do bezpiecznego poziomu poprzez zastosowanie ograniczników prądu zwarciowego. Obecnie stosowane w sieciach elektroenergetycznych konwencjonalne ograniczniki prądu wyposażone są w mikro-ładunek wybuchowy. W ogranicznikach tych zgaszenie łuku i przerwanie obwodu zapewnia bezpiecznik bocznikujący tor roboczy. Wadą tych ograniczników jest konieczność wymiany wkładek po każdorazowym zadziałaniu. Od idealnego ogranicznika prądu zwarciowego wymaga się niemal zerowej impedancji przy prądach roboczych oraz znacznych wartości impedancji w warunkach zwarcia - wymagania te spełnia opracowana konstrukcja nadprzewodnikowego ogranicznika prądu. Ograniczniki nadprzewodnikowe zapewniają szybkie i niezawodne działanie, a powrót do pracy po ograniczeniu zwarcia jest niemal natychmiastowy i nie wymaga jakichkolwiek czynności. Opracowanie konstrukcji ogranicznika bez stalowego rdzenia oraz umieszczenie miedzianego uzwojenia pierwotnego w kriostacie z ciekłym azotem i obniżenie temperatury jego pracy -196°C znacząco zmniejszyło masę i wymiary urządzenia.

Umieszczenie wszystkich uzwojeń ogranicznika w jednym kriostacie i zastosowanie dodatkowego nadprzewodnikowego uzwojenia pierwotnego połączonego równolegle z uzwojeniem miedzianym oraz specjalna konstrukcja nadprzewodnikowych uzwojeń pierwotnych i wtórnych, umożliwia niemal bezstratną pracę ogranicznika przy prądach roboczych. Opracowana konstrukcja modułowa wynalazku umożliwia budowę urządzeń tego typu dla różnych poziomów prądów i napięć występujących w sieciach elektroenergetycznych. Opracowany wynalazek przyczyni się do wzrostu bezpieczeństwa systemu elektroenergetycznego, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów inwestycyjnych, umożliwi lepsze wykorzystanie istniejącej infrastruktury sieciowej w celu zwiększenia zdolności przyłączeniowej odnawialnych źródeł energii i jest w pełni bezpieczny dla środowiska naturalnego.

Korzyści

Wdrożenie nadprzewodnikowego ogranicznika prądów zwarciowych spowoduje, że elektroenergetyka uzyska możliwość efektywnego ograniczania prądów zwarciowych. Zastosowanie nadprzewodnikowych ograniczników prądów zwarciowych przełoży się na większe wykorzystanie potencjału odnawialnych źródeł energii i uzyskanie efektu ekologicznego w postaci redukcji emisji dwutlenku węgla. Dodatkową korzyścią z zastosowania wynalazku będzie zwiększenie żywotności sieciowej aparatury wyłączającej, która będzie wyłączała mniejsze prądy zwarciowe. Zwiększenie zdolności przyłączenia odnawialnych źródeł energii przyczyni się do spełnienia wymagań dotyczących udziału energii odnawialnej w bilansie energetycznym kraju. Zastosowanie wynalazku będzie wspierało proces wypełnienia zobowiązań międzynarodowych Polski, w związku z czym beneficjentem będzie całe społeczeństwo.

Potencjał komercjalizacji

Potencjał rynkowy wynalazku wynika z unikalnych właściwości nadprzewodnikowego ogranicznika prądów zwarciowych i bardzo dużego potencjału aplikacyjnego w sieciach elektroenergetycznych, borykających się z problemami związanymi z przyrostem mocy zwarciowych, w wyniku przyłączania nowych źródeł wytwórczych, w szczególności odnawialnych źródeł energii. Nowatorska, lekka bezrdzeniowa konstrukcja nadprzewodnikowego ogranicznika prądów zwarciowych zwiększy konkurencyjność produktu i potencjał komercjalizacyjny zarówno na rynku krajowym, jak i zagranicznym (konkurencyjne produkty pracują z ciężkim rdzeniem).

Docelowymi grupami odbiorców dla wynalazku są operatorzy sieci dystrybucyjnej oraz inwestorzy w odnawialne źródła energii. Zastosowanie wynalazku umożliwi ograniczenie skutków narażeń wynikających z przepływu prądów zwarciowych w stanach awaryjnych, pozwoli to na wyeliminowanie jednego z czynników mogących być podstawą do odmowy przyłączenia odnawialnych źródeł energii do sieci.