Ülijuhist elektrivoolu piiraja tagab Boxbergi elektrijaama elektrivarustuse

Esmakordselt paigaldati elektrijaama ülijuhtiv elektrivoolu piiraja, mis põhineb YBCO (üttrium-baarium-vask-oksiid) ribajuhtidel (strip conductor). Vattenfalli Boxbergi elektrijaamas kaitseb voolu piiraja elektrivõrku oma tarbimise eest, mis on kavandatud 12000 voldi ja 800 ampri tarbeks, vältimaks lühiste ja pinge haripunkti jõudmise tõttu tekkivaid kahjustusi. Karlsruhe Tehnoloogiainstituudiga koostöös välja arendatud ja Nexans SuperConductors’i poolt valmistatud uus tehnoloogia parendab vooluvõrgu turvalisust ning võib aidata vähendada elektrijaamadesse panustatavate investeeringute kulusid.

„Pikka aega peeti kõrgetemperatuurilisi ülijuhte raskesti käsitsetavateks, liiga haprateks ja liiga kulukateks üldiste tööstuslike rakenduste tarbeks,“ selgitas projektijuht Wilfried Goldacker. „Kõrgetemperatuuriliste ülijuht-kaablite teine põlvkond, mis põhineb YBCO keraamikal, on palju viimistletum ja nende omadusi saab ka muuta “ vahendab Physorg.com.

Ülijuhtivaid spiraale jahutatakse vedela lämmastikuga; neil on null-takistus elektrivoolule. Pilt: Martin Lober, KIT

Ülijuhtidest elektrivoolu piirajad on tööpõhimõttelt isetaastuvad (reversibly). Elektrivõrgus tekkinud lühiste põhjustatud voolumaksimumide korral ei hävine ükski koostisosa. Piiraja naaseb automaatselt normaalsesse tööseisundisse mõne sekundi pärast. Seetõttu on elektrikatkestused palju lühemad kui tavaliste voolupiirajate korral, kui näiteks majapidamistes leiduvate elektrikorkide koostisosad hävivad ning vajavad väljavahetamist.

„Ülijuhtidest voolupiirajatel on mitmeid eeliseid keskmise ja kõrge pingega vooluvõrkude stabiilsuse tagamisel,“ selgitas Mathias Noe Karlsruhe’ Tehnoloogiainstituudist. Usaldusväärsed ja kompaktsed voolupiirajad parendavad elektrivõrkude töö stabiilsust ja võimaldavad lihtsustada vooluvõrgu ülesehitust. Kuna nad on kaitstud voolumaksimumide eest, on detsentraliseeritud energiageneraatoreid, näiteks tuule- ja päikesesüsteeme, võimalik märksa paremini vooluvõrkudesse ühendada. Olemasolevas vooluvõrgus olevad kallid koostisosad on tõhusalt kaitstud. Tulevaste võrkude koostisosasid on võimalik kavandada väiksemate elektrivoolumaksimumide jaoks ja trafosid pole enam tarvis. Elektrijaamade ja vooluvõrkude investeerimiskulud vähenevad. Veelgi enam, YBCO-l põhinevaid ülijuhtidest voolupiirajaid on ka võimalik rakendada enam kui 100-kilovatistesse kõrgepinge vooluvõrkudesse, pakkumaks paremat kaitset tulevaste elektrikatkestuste eest.

Lühend YBCO tähistab ülijuhi koostisosi, milleks on vastavalt üttrium, baarium, vask ja hapnik. YBCO kristallkiht, jämedusega umbes 1 mikromeeter, kasvatatakse otse mõne millimeetri laiusele roostevabast terasest terasliistule. See annab keraamikale vajaliku stabiilsuse. Temperatuuridel alla miinus 183° Celsiuse järgi muutub aine ülijuhtivaks. Ülijuhtivus aga kaob äkitselt, kui elektrijuhis olev vool ületab kavandatud piiri. Seda tagajärge voolupiiraja kasutabki: elektrivõrgus tekkivate voolumaksimumide korral kaotab ülijuht oma elektrijuhtivuse murdosa sekundi jooksul ja elektrivool liigub vaid läbi roostevabast terasest riba. Sellel on aga märksa kõrgem takistus ja seega piiratakse elektrivoolu. Ülijuhi jahutussüsteem peatab tõusva kuumuse. Mõne sekundi jooksul peale elektrikatkestust naaseb piiraja tavapärasesse ülijuhtivasse seisundisse. YBCO roostevabast terasest liistude peal olevad ülijuhtivad kihid on stabiilsemad ja töökindlamad kui enamus esimese põlvkonna ülijuhte, mis põhinevad BSCCO keraamikal. Veelgi enam, nende tootmisel pole tarvis kasutada väärismetalle ning on eeldatavasti odavamad.

Ülijuhist voolupiiraja arendati välja viimase kahe aasta jooksul ENSYSTROB’i projekti käigus. Projekti tulemused on olulised, kuna hetkel kasutatavate voolupiirajate funktsionaalsus on tulevikus võimalik ühendada ülijuhtidest trafode ja elektrikaablitega.

Allikas