Заемщик Фонда развития промышленности — компания “СуперОкс” — первым в России запустил производство инновационных токоограничивающих устройств на основе высокотемпературных сверхпроводников. Устройство способно за доли секунды остановить короткое замыкание при нештатных ситуациях: например, при ударе молнии, пробое высоковольтной изоляции, повреждении кабеля. Проект стоимостью 1,7 млрд рублей реализован в московском технопарке “Слава” с привлечением займа Фонда развития промышленности. Первый сверхпроводниковый ограничитель тока будет внедрен на подстанции “Мневники” АО “Объединенная энергетическая компания”, включение под напряжение запланировано на декабрь 2018 года. Министерством энергетики РФ проекту присвоен статус национального.
Проект, реализуемый АО “Объединенная энергетическая компания” и ЗАО “СуперОкс”, закладывает платформу для развития сверхпроводниковой энергетики в России.
В мире насчитывается не более десяти производителей аналогичных устройств. Когда Экспертный совет ФРП в 2016 году принимал решение об ободрении займа в 500 млн рублей, мы понимали, что поддерживаем флагманскую российскую компанию, разработки которой по уровню технологий ставят ее в один ряд с лидирующими мировыми производителями оборудования для электроэнергетики. Сегодня, открывая передовое производство, мы видим, что наша поддержка дала отличные результаты. Отмечу, что этот проект стал 60 открытым производством в портфеле Фонда», — отметил директор ФРП Роман Петруца.
При серийном внедрении устройство позволит реализовать кольцевую схему электроснабжения системообразующих подстанций мегаполиса и промышленных районов, обеспечить бесперебойное электроснабжение и сократить сроки технологического присоединения потребителей. Полезный экономический эффект системного внедрения таких токоограничителей в Москве составит 148 млрд рублей.
Основным рабочим элементом инновационного устройства является высокотемпературный сверхпроводник. Он увеличивает свое сопротивление в несколько тысяч раз при скачке тока и снижает нагрузку на сеть до безопасного уровня. Это происходит за счет физических свойств самого материала. Другими словами, токи короткого замыкания снижаются не автоматикой, а законами физики. Причем с уникальным быстродействием — около одной миллисекунды. Для сравнения, скорость срабатывания современных автоматических выключателей — порядка 100 миллисекунд. Поэтому применение разработки «СуперОкс» снимает необходимость установки в сеть сверхмощных выключателей, которые производятся только за рубежом (Германия, Швейцария) и имеют крайне высокую стоимость.
Разработка «СуперОкс» является самым мощным сверхпроводниковым токоограничителем в мире и первым подобным устройством на российском рынке. Оборудование на основе сверхпроводимости обеспечивает связность электросети, не снижая уровень надежности. Оно отличается компактностью, экономичностью и экологичностью и при этом полностью пожаробезопасно. Такие устройства защищают сеть от перегрузок и увеличивают срок службы уже используемого оборудования — выключателей, кабелей, трансформаторов.
Применение сверхпроводимости
Интерес к вопросу практического использования сверхпроводников появился в 50-х гг., когда были открыты сверхпроводники второго рода с высокими критическими параметрами как по значению плотности тока, так и по величине магнитной индукции. В настоящее время использование явления сверхпроводимости приобретает все большее практическое значение.
Согласно закону электромагнитной индукции, любой электрический ток возбуждает вокруг себя магнитное поле. Сверхпроводники проводят ток практически без потерь, если поддерживать их при сверхнизких температурах (низкотемпературная сверхпроводимость – НТСП), поэтому они представляют собой идеальный материал для изготовления электромагнитов. В медицине широко используется такая медико-диагностическая процедура как электронная томография. Она проводится на сканере, использующем принцип ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), и пациент, сам того не подозревая, находится в считанных сантиметрах от сверхпроводящих электромагнитов. Именно они создают поле, позволяющее врачам получать высокоточные образы тканей человеческого тела в разрезе без необходимости прибегать к скальпелю.
Наибольшее распространение из сверхпроводящих материалов в электротехнике получили сплав ниобий-титан и интерметаллид ниобий-олово. Технологические процессы изготовления исключительно тонких ниобий-титановых нитей и их стабилизации достигли весьма высокого уровня развития. При создании многожильных проводников на основе ниобий-олова широкое применение находит так называемая бронзовая технология.
Развитие сверхпроводниковой техники связано также с созданием ожижителей и рефрижераторов с все большей хладопроизводительностью на уровне температур жидкого гелия. Эволюция температуры сверхпроводящего перехода привела к возможности использования хладагентов с все более высокой температурой кипения (жидкий гелий, водород, неон, азот).
Наиболее широкое реальное применение сверхпроводимость находит при создании крупных электромагнитных систем. Уже в 80-х гг. прошлого века в СССР был осуществлен запуск первой в мире установки термоядерного синтеза Т-7 со сверхпроводящими катушками тороидального магнитного поля.
Сверхпроводящие катушки используются также для пузырьковых водородных камер, для крупных ускорителей элементарных частиц. Изготовление таких катушек для ускорителей довольно сложно, так как требование исключительно высокой однородности магнитного поля вызывает необходимость точного соблюдения заданных размеров.
В последние годы явление сверхпроводимости все более широко используется при разработке турбогенераторов, электродвигателей, униполярных машин, топологических генераторов, жестких и гибких кабелей, коммутационных и токоограничивающих устройств, магнитных сепараторов, транспортных систем и др. Следует также отметить такое направление в работах по сверхпроводимости как создание устройств для измерения температур, расходов, уровней, давлений и т.д.
В настоящий момент имеются два главных направления в области применения сверхпроводимости: прежде всего – в магнитных системах различного назначения и затем – в электрических машинах (в первую очередь, в турбогенераторах).
В представленной ниже таблице перечислены основные области применения явления сверхпроводимости.
| Экранирование | Сверхпроводник не пропускает магнитный поток, следовательно, он экранирует электромагнитное излучение. Используется в микроволновых устройствах, а также при создании установок для защиты от излучения при ядерном взрыве |
| Магниты
-научно-исследовательское оборудование -магнитная левитация |
НТСП магниты используются в ускорителях частиц и установках термоядерного синтеза
Интенсивно проводятся работы по созданию поездов на магнитной подушке. Прототип в Японии использует НТСП |
| Передача энергии | Прототипные линии НТСП уже продемонстрировали свою перспективность |
| Аккумулирование | Возможность аккумулировать электроэнергию в виде циркулирующего тока |
| Вычислительные устройства | Комбинация полупроводниковых и сверхпроводящих приборов открывает новые возможности в конструировании аппаратуры |
Сверхпроводник не пропускает магнитный поток, следовательно, он экранирует электромагнитное излучение. Это свойство используется в микроволновых устройствах, а также при создании установок для защиты от излучения при ядерном взрыве.
Магниты на основе НТСП используются в ускорителях частиц и установках термоядерного синтеза – в различном научно-исследовательском оборудовании. Кроме того, в настоящее время интенсивно проводятся работы по созданию поездов на магнитной подушке, где используется так называемая магнитная левитация. Прототип такого поезда уже есть в Японии, и в нем используется явление НТСП.
Далее, поскольку отсутствие электросопротивления делает очень выгодным процессы передачи энергии, уже созданы прототипные линии из низкотемпературных сверхпроводников, которые продемонстрировали свою перспективность. А возможность сверхпроводников аккумулировать электроэнергию в виде циркулирующего тока используется в современных промышленных аккумуляторах.
И наконец, комбинация полупроводниковых и сверхпроводящих приборов открывает новые возможности в конструировании электронных вычислительных устройств.
Таким образом, спустя почти сто лет со времени открытия сверхпроводимости она из разряда явлений уникальных и лабораторно-курьезных превратилась в общепризнанный факт и источник многомиллиардных доходов предприятий электронной индустрии.
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!
