Многие исследовательские группы по всему миру разработали различные высокотемпературные сверхпроводящие трансформаторы [1, 2]. Эти конструкции, как правило, были довольно традиционными с точки зрения конструкции трансформатора, в которых стандартный набор медных обмоток был заменен сверхпроводящей катушкой. Одним из основных преимуществ использования сверхпроводников является чрезвычайно высокая возможная плотность тока в обмотке по сравнению с обычными материалами, такими как медь. Это позволяет сделать обмотку намного меньше, чем медную аналогичного номинала, что снижает размер и вес трансформатора [3].
Еще один способ еще больше уменьшить размер и вес трансформатора – использовать конструкцию с аморфным магнитопроводом [4]. Применение аморфного магнитопровода позволяет существенно снизить потери холостого хода (ХХ). Объединив концепцию аморфного магнитопровода с ВСТП, можно будет создать новый компактный трансформатор. При тщательном проектировании производительность этого типа трансформатора должна быть сравнима с обычными трансформаторами аналогичного номинала при уменьшенных размерах и весе [5, 6].
Для участка распределительной электрической сети «Смышляевка-Тяговая» АО «Самарская сетевая компания» с номинальным напряжением 10 и 20 кВ, представленного на рис. 1, был выполнен процесс моделирования работы с учетом реальных нагрузок трансформаторов с магнитопроводом из аморфного сплава (АФТ), с высокотемпературными сверхпроводниковыми обмотками (ВТСТ); совмещенный вариант с магнитопроводом из аморфного сплава и высокотемпературными сверхпроводниковыми обмотками (АВТСТ). Расчеты потерь выполнялись в ПК RastrWin3. Анализировались продольные и поперечные потери активной мощности в СТ на объектах.
Была оценена эффективность применения АФТ, ВТСТ и АВТСТ по сравнению с ТМ путем определения суммарных потерь в линиях электропередачи и в трансформаторах схемы на рис. 1. Данные представлены в табл. 1 и на рис. 2.
Основываясь на представленных графиках, можно сделать вывод о том, что у трансформаторов с магнитопроводом из аморфного ферримагнитного материала и трансформаторов с традиционной конструкцией по мере увеличения Кз наблюдается более активное снижение КПД, чем у трансформаторов, в обмотках которых используется материал, обладающий высокотемпературной сверхпроводимостью, ввиду больших потерь КЗ. Но у трансформаторов с аморфным магнитопроводом наибольший КПД достигается при меньшем коэффициенте загрузки, по сравнению с традиционным масляным трансформатором.