Suprajohtava vikavirranrajoitin hajautetussa energiantuotannossa

Abstract

Sähköverkkojen kuormitus kasvaa jatkuvasti kulutuksen kasvaessa, ja tämän myötä myös vikavirrat lisääntyvät. Tämä lisää tarvetta verkon uudistamiseen ja suojalaitteiden lisäämiseen, mikä aiheuttaa merkittäviä kustannuksia. Tuotannon kehittyessä verkkoon myös liitetään uusia energiantuotantomuotoja, kuten hajautettua tuotantoa. Tämä lähellä käyttäjää tapahtuva energiantuotanto tuo uusia ongelmia verkkoon ja sen suojaukseen. Perinteiset vikavirranrajoittimet lisäävät verkon häviöitä eivätkä toimi tarpeeksi nopeasti ja tehokkaasti nykypäivän tarpeisiin. Tämän takia onkin pyritty kehittämään suprajohteita hyödyntäviä vikavirranrajoittimia (SCFCL), jotka ovat häviöttömiä, tehokkaita ja nopeita. Hajautetussa tuotannossa tuulivoima on yksi nopeimmin kehittyvistä teknologioista. Nykyisellään suojausjärjestelmät ovat kuitenkin puutteelliset, ja jotta tuulivoiman tuotantoa voidaan kehittää, on vikavirtasuojaukseen panostettava. Työn tarkoituksena on perehtyä suprajohtaviin vikavirranrajoittimiin, niiden taustalla olevaan ajatukseen, tekniikkaan, materiaaleihin ja käyttökohteisiin, eritoten SCFCL:n mahdollisuuksiin merituulipuistokäytössä. Työssä mitoitettiin ja suunniteltiin sekä resistiivinen että induktiivinen vikavirranrajoitin. Resistiivisen vikavirranrajoittimen johtimen mallinnuksessa havaittiin, että tarvittavien rajoitinominaisuuksien saavuttamiseksi johtimesta tulisi hyvin pitkä, mutta se olisi mahdollista valmistaa. Voidaan kuitenkin olettaa, että johtimen valmistuksen ja siinä käytettävän jäähdytysjärjestelmän hinta olisi korkea. Induktiivisen SCFCL:n mallinnuksessa saavutettiin myös halutut ominaisuudet, ja rakenne havaittiin mahdolliseksi toteuttaa. Suprajohtavat vikavirranrajoittimet ovat hyvä vaihtoehto halutun suojauksen saavuttamiseksi. Markkinoilla laitteita ei vielä ole, mutta tutkimusta on tehty runsaasti ja järjestelmien toimivuus on todistettu. Jotta suprajohtavaa vikavirranrajoitinta voidaan alkaa markkinoida ja myydä suuressa mittakaavassa, on kuitenkin yhä kehitystä tapahduttava. /Kir10