mohamad.s
03-23-2011, 12:39 PM
کاربرد ابررسانا
کاربرد مغناطيس
کاربرد ابررسانا
● کاربرد ابررسانا در سيم و کابل
کشف متحول کننده ابررساناهاي دما بالا در سال ۱۹۸۶ منجر به تحول و توليد نوع جديدي از کابلها در سيستمهاي قدرت شد. در ايالات متحده، اروپا و ژاپن رقابت سختي بر روي تجارت توليد آينده کابلهاي ابررسانائي وجود دارد. قابليت هدايت جريان برق در کابلهاي htsبالغ بر ۱۰۰ بار بيشتر از هاديهاي آلومينيومي و مسي متداول مي باشد. اندازه، وزن و مقاومت اين نوع کابلها از کابلهاي معمولي بهتر بوده و امروزه توليدکنندگان تجهيزات الکتريکي در سراسر دنيا سعي دارند با استفاده از تکنولوژي hts باعث کاهش هزينه ها و افزايش ظرفيت و قابليت اطمينان سيستمهاي قدرت شوند.
● کاربرد ابررسانا در ترانسفورماتورها
استفاده از مواد ابررسانا در سيم بندي ترانسفورماتورها باعث ۵۰% کاهش در تلفات، وزن و ابعاد ترانسفورماتور نسبت به انواع متداول ترانسفورماتورهاي روغني شده و به علاوه تأثير قابل توجهي نيز در افزايش بازده، کاهش افت ولتاژ و افزايش ظرفيت اضافه بار ترانسفورماتور دارد. استفاده از ترانسفورماتورهاي ابررسانا با توجه به حجم کم و عدم استفاده از روغن براي خنک سازي، نقش قابل ملاحظه اي در بهبود فضاي شهري و کاهش 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 کاهش قابل ملاحظه اي خواهد داشت و با افزايش بازده، صرفه جويي قابل توجهي در انرژي الکتريکي صورت مي گيرد. کويل ژنراتورهاي سنکرون نيز با مواد ابررساناي سراميکي قابل ساخت مي باشد که منجر به افزايش قابل توجهي در بازده ژنراتور خواهد شد. به علاوه تکنولوژي ابررسانا امروزه در ساخت کندانسورهاي سنکرون نيز کاربرد دارد. کندانسورهاي ابررسانا داراي بازده بيشتر، هزينه نگهداري کمتر و قابليت انعطاف بهتري هستند.
● کاربرد ابررسانا در ذخيره سازهاي مغناطيس ي
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 که غير اقتصادي مي باشد. ابرساناي ذخيره کننده انرژي مغناطيس ي (smes) وسيله اي است که براي ذخيره کردن انرژي، بهبود پايداري سيستم قدرت و کم کردن نوسانات قابل استفاده مي باشد. اين انرژي توسط ميدان مغناطيس ي که توسط جريان مستقيم ايجاد مي شود ذخيره مي شود. ابرساناي ذخيره کننده انرژي مغناطيس ي 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 ۹۵% باشد.
اولين نظريه ها در مورد اين سيستم در سال ۱۹۶۹ توسط فريه مطرح شد. وي طرح ساخت سيم پيچ مارپيچي بزرگي را که توانايي ذخيره انرژي روزانه براي تمامي فرانسه را داشت ارائه کرد که به خاطر هزينه ساخت بسيار زياد آن پيگيري نشد. در سال ۱۹۷۱ 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. شرکت هيتاچي در سال ۱۹۸۶ يک دستگاه smes به ظرفيت ۵ مگاژول را آزمايش کرد. در سال ۱۹۹۸ نيز ذخيره ساز ۳۶۰ مگاژول توسط شرکت ايستک 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 ديناميکي، 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 اينکه در اين سيستم انرژي از صورت الکتريکي به صورت مغناطيس ي 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 ۱۸۰۰ 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 بازهٔ 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 عملکرد براي دستگاههاي مورد اشاره نيز ۵۰ تا ۷۷ درجه کلوين است.
● کاربرد ابررسانا در محدودسازهاي جريان خطا
علاوه بر موارد گفته شده، محدودسازهاي ابررسانائي جريان خطا يا sfcl نيز رده تازه اي از وسايل حفاظتي سيستم قدرت را ارائه مي کنند که قادرند شبکه را از اضافه جريانهاي خطرناکي که باعث قطعي پر هزينه برق و خسارت به قطعات حساس سيستم مي شوند حفاظت نمايند. اتصال کوتاه يکي از خطاهاي مهم در سيستم قدرت است که در زمان وقوع، جريان خطا تا بيشتر از ۱۰ برابر جريان نامي افزايش مي يابد و با رشد و گسترش شبکه هاي برق، به قدرت اتصال کوتاه شبکه 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 کاهش قابليت اطمينان شبکه را در پي دارد. لذا عبور چنين جرياني از شبکه احتياج به تجهيزاتي دارد که توانايي تحمل اين جريان را داشته باشند و جهت قطع اين جريان نيازمند کليدهايي با قدرت قطع بالا هستيم که هزينه هاي سنگيني به سيستم تحميل مي کند.
اما اگر به روشي بتوان پس از آشکارسازي خطا، جريان را محدود نمود، از نظر فني و اقتصادي صرفه جويي قابل توجهي صورت مي گيرد. انواع مختلفي از محدود کننده هاي خطا تا به حال براي شبکه هاي توزيع و انتقال معرفي شده اند که ساده ترين آنها فيوزهاي معمولي است که البته پس از هر بار وقوع اتصال کوتاه بايد تعويض شوند. از آنجاييکه جريان اتصال کوتاه در لحظات اوليه به خصوص در پريود اول موج جريان، داراي بيشترين دامنه است و بيشترين اثرات مخرب از همين سيکل هاي اوليه ناشي مي شود بايد محدودسازهاي جريان خطا بلافاصله بعد از وقوع خطا در مدار قرار گيرند. محدودکننده هاي جريان اتصال کوتاه طراحي شده در دهه هاي اخير، عناصري سري با تجهيزات شبکه هستند و وظيفه دارند جريان اتصال کوتاه مدار را قبل از رسيدن به مقدار حداکثر خود محدود نمايند به طوري که توسط کليدهاي قدرت موجود قابل قطع باشند.
اين تجهيزات در حالت عادي، مقاومت کمي در برابر عبور جريان از خود نشان مي دهند ولي پس از وقوع اتصال کوتاه و در لحظات اوليه شروع جريان، مقاومت آنها يکباره بزرگ شده و از بالا رفتن جريان اتصال کوتاه جلوگيري مي کنند. اين تجهيزات پس از هر بار عملکرد بايد قابل بازيابي بوده و در حالت ماندگار سيستم، باعث ايجاد اضافه ولتاژ و يا تزريق هارمونيک به سيستم نگردند. محدودسازهاي اوليه با استفاده از کليدهاي مکانيکي امپدانسي را در زمان خطا در مسير جريان قرار مي دادند. با ورود ادوات الکترونيک قدرت کليدهاي تريستوري براي اين موضوع مورد استفاده قرار گرفتند و مدارهاي متعددي از جمله مدارهاي امپدانس تشديد و ابررسانا، ارائه گرديده است. محدودکننده هاي ابررسانا در شرايط بهره برداري عادي سيستم يک سيم پيچ با خاصيت ابررسانايي بوده (مقاومت و افت ولتاژ کمي را باعث مي شود) ولي به محض وقوع اتصال کوتاه و افزايش جريان از يک حد معيني (جريان بحراني) سيم پيچ مربوط مقاومت بالايي از خود نشان مي دهد و به همين دليل جريان خطا کاهش مي يابد. عمل فوق در زمان کوتاهي انجام مي پذيرد و نياز به سيستم کشف خطا نمي باشد. برآورد اوليه بخش ابر رسانائي epri نشان مي دهد که استفاده از محدودسازهاي ابررسانائي جريان يک بازار فروش با درآمد حدود ۳ تا ۷ ميليارد دلار در ۱۵ سال آينده به وجود خواهد آورد.
● سوئيچهاي ابررسانا
با تغيير در شدت ميدان مغناطيس ي، امکان تغيير در وضعيت جسم ابررسانا از ابررسانايي به مقاومتي و برعکس امکانپذير است. بنابراين از مواد ابررسانا جهت انجام سوئيچينگ يا کليدزني نيز مي توان بهره گرفت. تحقيقات اوليه در اين زمينه از اواخر دهه ۱۹۵۰ ميلادي آغاز شد و کوششهايي براي استفاده از سوئيچهاي ابررسانا در مدارها و حافظه کامپيوترهاي بزرگ صورت گرفت. باک در سال ۱۹۵۶ مداري با نام کرايوترون شامل يک سيم پيچ نيوبيوم با دماي بحراني ۳/۹ درجه کلوين و هسته اي از سيم تانتالوم با دماي بحراني ۴/۴ درجه کلوين معرفي نمود که با توجه دماي ۲/۴ درجه کلوين هليوم مايع، امکان تغيير وضعيت سيم تانتالوم در اثر ايجاد جريان الکتريکي و درنتيجه ميدان مغناطيس ي در سيم پيچ نيبيوم وجود داشت. با توسعه دانش نيمه هادي، توجه به سوئيچهاي ابررسانا کاهش يافت اما حجم و تلفات کمتر، و سرعت بالاتر تراشه هاي ابررسانا نسبت به تراشه هاي نيمه هادي، استفاده از سلولهاي کرايوتروني و جايگزيني ابررسانا به جاي مدارهاي مسي را براي ساخت ابرکامپيوترهاي بسيار سريع و کم تلفات، حتي با وجود پيشرفتهاي صنعت نيمه هادي توجيه پذير مي سازد. علاوه بر سلولهاي کرايوتروني که با سرعت ۱/۰ ميکروثانيه در ساخت حافظه و تراشه هاي الکترونيک قابل استفاده است، از اتصالات جوزفسون که مبناي عملکرد آنها، اثر تونل زني است نيز براي ساخت سوئيچهاي بسيار سريع و با سرعت ۱/۰ نانوثانيه (فرکانس ۱۰ گيگاهرتز) استفاده شده اما درمورد تکنولوژي ساخت آنها به تعداد زياد، پژوهشها ادامه دارد.
● ابررساناها و ژنراتورهاي هيدروديناميک مغناطيس ي
ژنراتورهاي هيدروديناميک مغناطيس ي: اصول کلي ژنراتورهاي هيدروديناميک مغناطيس ي (mhd) که از سال ۱۹۵۹ 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 مغناطيس ي قوي عبور داده مي شود. با عبور گاز داغ يا فلز مذاب، در اثر ميدان مغناطيس ي بسيار قوي موجود، يونهاي مثبت و منفي به سمت الکترودهايي که در بالا و پايين جريان گاز پلاسما يا فاز مذاب قرار دارند، جذب مي شوند و مانند يک ژنراتور جريان مستقيم، توليد الکتريسيته را باعث مي شوند. قدرت الکتريکي اين ژنراتور جريان مستقيم با اينورترهاي الکترونيک قدرت، به برق جريان متناوب تبديل و به شبکه متصل مي شود. با توجه به هزينه بالاي توليد الکتريسيته در ژنراتورهاي mhd، استفاده از آنها تنها به منظور يکنواختي منحني مصرف در زمانهاي پرباري شبکه مفيد است. سيم پيچهاي بزرگ ابررسانا که از مواد ابررساناي متعارف مانند آلياژ نيوبيوم تيتانيوم ساخته شده اند براي توليد ميدانهاي مغناطيس ي بسيار قوي مناسب و قابل استفاده است. اگر فاصله دو الکترود ۱/۰ متر، سرعت يونها ۴۰۰ متر بر ثانيه و ميدان مغناطيس ي ۵ تسلا باشد، ولتاژ خروجي ۲۰۰ ولت خواهد بود و در طول کانال ۶ متري و با قطر يک متر، ۴۰ مگاوات انرژي قابل توليد است. مزيت اصلي ژنرتورهاي mhd وزن نسبتاً کم آنها در مقايسه با ژنراتورهاي متعارف است که استقبال از کاربرد آنها را در صنايع هوايي و دريايي موجب شده است.
کاربرد مغناطيس
کاربرد ابررسانا
● کاربرد ابررسانا در سيم و کابل
کشف متحول کننده ابررساناهاي دما بالا در سال ۱۹۸۶ منجر به تحول و توليد نوع جديدي از کابلها در سيستمهاي قدرت شد. در ايالات متحده، اروپا و ژاپن رقابت سختي بر روي تجارت توليد آينده کابلهاي ابررسانائي وجود دارد. قابليت هدايت جريان برق در کابلهاي htsبالغ بر ۱۰۰ بار بيشتر از هاديهاي آلومينيومي و مسي متداول مي باشد. اندازه، وزن و مقاومت اين نوع کابلها از کابلهاي معمولي بهتر بوده و امروزه توليدکنندگان تجهيزات الکتريکي در سراسر دنيا سعي دارند با استفاده از تکنولوژي hts باعث کاهش هزينه ها و افزايش ظرفيت و قابليت اطمينان سيستمهاي قدرت شوند.
● کاربرد ابررسانا در ترانسفورماتورها
استفاده از مواد ابررسانا در سيم بندي ترانسفورماتورها باعث ۵۰% کاهش در تلفات، وزن و ابعاد ترانسفورماتور نسبت به انواع متداول ترانسفورماتورهاي روغني شده و به علاوه تأثير قابل توجهي نيز در افزايش بازده، کاهش افت ولتاژ و افزايش ظرفيت اضافه بار ترانسفورماتور دارد. استفاده از ترانسفورماتورهاي ابررسانا با توجه به حجم کم و عدم استفاده از روغن براي خنک سازي، نقش قابل ملاحظه اي در بهبود فضاي شهري و کاهش 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 کاهش قابل ملاحظه اي خواهد داشت و با افزايش بازده، صرفه جويي قابل توجهي در انرژي الکتريکي صورت مي گيرد. کويل ژنراتورهاي سنکرون نيز با مواد ابررساناي سراميکي قابل ساخت مي باشد که منجر به افزايش قابل توجهي در بازده ژنراتور خواهد شد. به علاوه تکنولوژي ابررسانا امروزه در ساخت کندانسورهاي سنکرون نيز کاربرد دارد. کندانسورهاي ابررسانا داراي بازده بيشتر، هزينه نگهداري کمتر و قابليت انعطاف بهتري هستند.
● کاربرد ابررسانا در ذخيره سازهاي مغناطيس ي
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 که غير اقتصادي مي باشد. ابرساناي ذخيره کننده انرژي مغناطيس ي (smes) وسيله اي است که براي ذخيره کردن انرژي، بهبود پايداري سيستم قدرت و کم کردن نوسانات قابل استفاده مي باشد. اين انرژي توسط ميدان مغناطيس ي که توسط جريان مستقيم ايجاد مي شود ذخيره مي شود. ابرساناي ذخيره کننده انرژي مغناطيس ي 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 ۹۵% باشد.
اولين نظريه ها در مورد اين سيستم در سال ۱۹۶۹ توسط فريه مطرح شد. وي طرح ساخت سيم پيچ مارپيچي بزرگي را که توانايي ذخيره انرژي روزانه براي تمامي فرانسه را داشت ارائه کرد که به خاطر هزينه ساخت بسيار زياد آن پيگيري نشد. در سال ۱۹۷۱ 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. شرکت هيتاچي در سال ۱۹۸۶ يک دستگاه smes به ظرفيت ۵ مگاژول را آزمايش کرد. در سال ۱۹۹۸ نيز ذخيره ساز ۳۶۰ مگاژول توسط شرکت ايستک 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 ديناميکي، 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 اينکه در اين سيستم انرژي از صورت الکتريکي به صورت مغناطيس ي 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 ۱۸۰۰ 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 بازهٔ 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 عملکرد براي دستگاههاي مورد اشاره نيز ۵۰ تا ۷۷ درجه کلوين است.
● کاربرد ابررسانا در محدودسازهاي جريان خطا
علاوه بر موارد گفته شده، محدودسازهاي ابررسانائي جريان خطا يا sfcl نيز رده تازه اي از وسايل حفاظتي سيستم قدرت را ارائه مي کنند که قادرند شبکه را از اضافه جريانهاي خطرناکي که باعث قطعي پر هزينه برق و خسارت به قطعات حساس سيستم مي شوند حفاظت نمايند. اتصال کوتاه يکي از خطاهاي مهم در سيستم قدرت است که در زمان وقوع، جريان خطا تا بيشتر از ۱۰ برابر جريان نامي افزايش مي يابد و با رشد و گسترش شبکه هاي برق، به قدرت اتصال کوتاه شبکه 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 کاهش قابليت اطمينان شبکه را در پي دارد. لذا عبور چنين جرياني از شبکه احتياج به تجهيزاتي دارد که توانايي تحمل اين جريان را داشته باشند و جهت قطع اين جريان نيازمند کليدهايي با قدرت قطع بالا هستيم که هزينه هاي سنگيني به سيستم تحميل مي کند.
اما اگر به روشي بتوان پس از آشکارسازي خطا، جريان را محدود نمود، از نظر فني و اقتصادي صرفه جويي قابل توجهي صورت مي گيرد. انواع مختلفي از محدود کننده هاي خطا تا به حال براي شبکه هاي توزيع و انتقال معرفي شده اند که ساده ترين آنها فيوزهاي معمولي است که البته پس از هر بار وقوع اتصال کوتاه بايد تعويض شوند. از آنجاييکه جريان اتصال کوتاه در لحظات اوليه به خصوص در پريود اول موج جريان، داراي بيشترين دامنه است و بيشترين اثرات مخرب از همين سيکل هاي اوليه ناشي مي شود بايد محدودسازهاي جريان خطا بلافاصله بعد از وقوع خطا در مدار قرار گيرند. محدودکننده هاي جريان اتصال کوتاه طراحي شده در دهه هاي اخير، عناصري سري با تجهيزات شبکه هستند و وظيفه دارند جريان اتصال کوتاه مدار را قبل از رسيدن به مقدار حداکثر خود محدود نمايند به طوري که توسط کليدهاي قدرت موجود قابل قطع باشند.
اين تجهيزات در حالت عادي، مقاومت کمي در برابر عبور جريان از خود نشان مي دهند ولي پس از وقوع اتصال کوتاه و در لحظات اوليه شروع جريان، مقاومت آنها يکباره بزرگ شده و از بالا رفتن جريان اتصال کوتاه جلوگيري مي کنند. اين تجهيزات پس از هر بار عملکرد بايد قابل بازيابي بوده و در حالت ماندگار سيستم، باعث ايجاد اضافه ولتاژ و يا تزريق هارمونيک به سيستم نگردند. محدودسازهاي اوليه با استفاده از کليدهاي مکانيکي امپدانسي را در زمان خطا در مسير جريان قرار مي دادند. با ورود ادوات الکترونيک قدرت کليدهاي تريستوري براي اين موضوع مورد استفاده قرار گرفتند و مدارهاي متعددي از جمله مدارهاي امپدانس تشديد و ابررسانا، ارائه گرديده است. محدودکننده هاي ابررسانا در شرايط بهره برداري عادي سيستم يک سيم پيچ با خاصيت ابررسانايي بوده (مقاومت و افت ولتاژ کمي را باعث مي شود) ولي به محض وقوع اتصال کوتاه و افزايش جريان از يک حد معيني (جريان بحراني) سيم پيچ مربوط مقاومت بالايي از خود نشان مي دهد و به همين دليل جريان خطا کاهش مي يابد. عمل فوق در زمان کوتاهي انجام مي پذيرد و نياز به سيستم کشف خطا نمي باشد. برآورد اوليه بخش ابر رسانائي epri نشان مي دهد که استفاده از محدودسازهاي ابررسانائي جريان يک بازار فروش با درآمد حدود ۳ تا ۷ ميليارد دلار در ۱۵ سال آينده به وجود خواهد آورد.
● سوئيچهاي ابررسانا
با تغيير در شدت ميدان مغناطيس ي، امکان تغيير در وضعيت جسم ابررسانا از ابررسانايي به مقاومتي و برعکس امکانپذير است. بنابراين از مواد ابررسانا جهت انجام سوئيچينگ يا کليدزني نيز مي توان بهره گرفت. تحقيقات اوليه در اين زمينه از اواخر دهه ۱۹۵۰ ميلادي آغاز شد و کوششهايي براي استفاده از سوئيچهاي ابررسانا در مدارها و حافظه کامپيوترهاي بزرگ صورت گرفت. باک در سال ۱۹۵۶ مداري با نام کرايوترون شامل يک سيم پيچ نيوبيوم با دماي بحراني ۳/۹ درجه کلوين و هسته اي از سيم تانتالوم با دماي بحراني ۴/۴ درجه کلوين معرفي نمود که با توجه دماي ۲/۴ درجه کلوين هليوم مايع، امکان تغيير وضعيت سيم تانتالوم در اثر ايجاد جريان الکتريکي و درنتيجه ميدان مغناطيس ي در سيم پيچ نيبيوم وجود داشت. با توسعه دانش نيمه هادي، توجه به سوئيچهاي ابررسانا کاهش يافت اما حجم و تلفات کمتر، و سرعت بالاتر تراشه هاي ابررسانا نسبت به تراشه هاي نيمه هادي، استفاده از سلولهاي کرايوتروني و جايگزيني ابررسانا به جاي مدارهاي مسي را براي ساخت ابرکامپيوترهاي بسيار سريع و کم تلفات، حتي با وجود پيشرفتهاي صنعت نيمه هادي توجيه پذير مي سازد. علاوه بر سلولهاي کرايوتروني که با سرعت ۱/۰ ميکروثانيه در ساخت حافظه و تراشه هاي الکترونيک قابل استفاده است، از اتصالات جوزفسون که مبناي عملکرد آنها، اثر تونل زني است نيز براي ساخت سوئيچهاي بسيار سريع و با سرعت ۱/۰ نانوثانيه (فرکانس ۱۰ گيگاهرتز) استفاده شده اما درمورد تکنولوژي ساخت آنها به تعداد زياد، پژوهشها ادامه دارد.
● ابررساناها و ژنراتورهاي هيدروديناميک مغناطيس ي
ژنراتورهاي هيدروديناميک مغناطيس ي: اصول کلي ژنراتورهاي هيدروديناميک مغناطيس ي (mhd) که از سال ۱۹۵۹ 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 مغناطيس ي قوي عبور داده مي شود. با عبور گاز داغ يا فلز مذاب، در اثر ميدان مغناطيس ي بسيار قوي موجود، يونهاي مثبت و منفي به سمت الکترودهايي که در بالا و پايين جريان گاز پلاسما يا فاز مذاب قرار دارند، جذب مي شوند و مانند يک ژنراتور جريان مستقيم، توليد الکتريسيته را باعث مي شوند. قدرت الکتريکي اين ژنراتور جريان مستقيم با اينورترهاي الکترونيک قدرت، به برق جريان متناوب تبديل و به شبکه متصل مي شود. با توجه به هزينه بالاي توليد الکتريسيته در ژنراتورهاي mhd، استفاده از آنها تنها به منظور يکنواختي منحني مصرف در زمانهاي پرباري شبکه مفيد است. سيم پيچهاي بزرگ ابررسانا که از مواد ابررساناي متعارف مانند آلياژ نيوبيوم تيتانيوم ساخته شده اند براي توليد ميدانهاي مغناطيس ي بسيار قوي مناسب و قابل استفاده است. اگر فاصله دو الکترود ۱/۰ متر، سرعت يونها ۴۰۰ متر بر ثانيه و ميدان مغناطيس ي ۵ تسلا باشد، ولتاژ خروجي ۲۰۰ ولت خواهد بود و در طول کانال ۶ متري و با قطر يک متر، ۴۰ مگاوات انرژي قابل توليد است. مزيت اصلي ژنرتورهاي mhd وزن نسبتاً کم آنها در مقايسه با ژنراتورهاي متعارف است که استقبال از کاربرد آنها را در صنايع هوايي و دريايي موجب شده است.