Giełda wynalazków i projektów. Od pociągów do hadronów


10-01-2021 14:12:11

Jednym z pierwszych krajowych ośrodków naukowych,  odnoszących  sukcesy na międzynarodowych wystawach innowacji była przed laty Katedra Aparatów Elektrycznych Politechniki Łódzkiej kierowana przez prof. Marka Bartosika, specjalizująca się zwłaszcza w urządzeniach silnoprądowych kolejnictwa. Pracowita kontynuacja działań na tym polu przynosi stale nowe sukcesy.

Osiągnięcia KAE docenił nawet Europejski Ośrodek Badań Jądrowych CERN w Genewie. Obecny kierownik Katedry, prof. Piotr Borkowski doprowadził więc do podpisania umowy ramowej z CERN-em, ważnej dla całej Politechniki, bo obejmującej wiele obszarów tematycznych związanych z zasilaniem energetycznym Wielkiego Zderzacza Hadronów. Katedra dysponuje technologią szybkiego rozłączania nieoczekiwanych prądów, która powoduje wyjście nadprzewodzących magnesów z nadprzewodnictwa w czasie 1,5 ms. Dotychczasowe rozłączniki działają w czasie ok. 20 ms. Przy tak ogromnej energii, jaka się wyzwala w magnesach nadprzewodzących w wyniku awarii każda milisekunda oznacza duże straty. KAE jako pierwsza w Polsce uruchomiła też innowacyjny i unikatowy kierunek studiów - systemy sterowania inteligentnymi budynkami. Przygotowuje on specjalistów z zakresu systemów zarządzania zasobami energetycznymi budynków.

Do najbardziej cenionych polskich wynalazków w 2020 r. trzeba zaliczyć wspólne dzieło Katedry i Zakładu Aparatury Elektrycznej WOLTAN Sp. z o.o. „USH – ultraszybkie systemy hybrydowe do zabezpieczania obwodów prądu stałego o dużych energiach magnetycznych, w tym: 1a – rodzina DCU-HM dla systemów DC1 i DC2 trakcji kolejowej, 1b – rodzina DCSS dla ochrony elektromagnesów nadprzewodzących” Otrzymało m.in. złoty medal na CONCOURS LÉPINE 2020 w Paryżu oraz GRAND PRIX JURY INTARG 2020 w Katowicach.

Mniej awarii w pociągach

To nowa generacja ultraszybkich hybrydowych systemów przełączających (USH) dla niezawodnej ochrony różnych systemów prądu stałego średniego i niskiego napięcia (MVDC i LVDC).Wyłączenie prądu stałego następuje w komorze próżniowej (VC), współpracującej z półprzewodnikiem, modułem (SM), wykorzystującym komutację prądu typu naturalnego lub wymuszonego. W przypadku awarii systemu prądu stałego energia magnetyczna powinna zostać jak najszybciej rozproszona na zewnątrz systemu. Zwykle służą do tego magnetyczne wyłączniki wydmuchowe (MBOS) o stosunkowo niskiej prędkości roboczej.

Opracowano podstawy teoretyczne i zasady budowy dwóch typów USH: system przełączania prądu stałego (DCSS) lub ultraszybki hybrydowy przełącznik modułowy prądu stałego (DCU-HM). Rodzina DCSS jest przeznaczona do ochrony cewek elektromagnesów nadprzewodzących. Rodzina DCU-HM chroni wszystkie systemy lub pojazdy trakcji elektrycznej prądu stałego i urządzenia przemysłowe. Doskonałe właściwości dynamiczne USH pozwalają na zmniejszenie całkowitego czasu przerwy poniżej 2 ms. Ma to kluczowe znaczenie w ograniczaniu szkodliwych skutków chłodzenia i zwarć w systemach kolejowych. Dlatego USH ma możliwości niedostępne dla MBOS. Nowa technika została eksperymentalnie zweryfikowana i ulepszona by zapewnić niezawodność zabezpieczeń przeciwzakłóceniowych i systemów kolejowych. Potencjał rozwojowy USH jest duży, ponieważ mogą być przydatne we wszystkich dziedzinach zastosowania elektromagnesów nadprzewodzących i systemów trakcji elektrycznej prądu stałego. Dostępne w handlu komory próżniowe AC pozwalają w praktyce budować jednobiegunowe USH w zakresie prądu do 4 ÷ 5 kA. W przypadku wyższych prądów potrzebne są konfiguracje równoległe.

Szybciej, ale bezpieczniej

W 2021 r. Katedra zakończy projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Konkursu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju "Retrofit próżniowego wyłącznika ultraszybkiego DC dla pociągów zespolonych, EZT i elektrowozów". Postęp techniczny po 2000 r. umożliwił wzrost prędkości i masy pociągów. Stwarza to nowe wymagania dla napędów, systemów sterowania i zabezpieczeń. Projekt dostosowuje więc i rozwiązuje wdrożenie systemu USH w praktyce kolejnictwa. Konieczna jest modernizacja dawnych ultraszybkich wyłączników próżniowych DCU obejmująca hybrydyzację układu wyłączającego w postaci zmiany na próżniowo-tyrystorowy układ tzw. hybrydy równoległej, modularyzację i standaryzację niektórych podzespołów. Zostaną wprowadzone funkcje specjalne - elektryczne i informatyczne wymagane przez użytkowników. Nowy system DCU-HM wyeliminuje prądy krytyczne, strefę ochronną, obsługę, dwustronne ograniczenie przepięć, zapewniając konkurencyjność techniczną i ekonomiczną wobec krajowych i zagranicznych systemów. Wyłączniki DCU-HM będą wdrożone do produkcji w ZAE WOLTAN. Ogólna wartość projektu wynosi ok. 2,5 mln zł.

jaz.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ultraszybki wyłącznik prądu stałego typu DCN-L produkcji ZAE Woltan we współpracy z Katedrą Aparatów Elektrycznych.

Komentuje Waldemar Rukść

eNOT.pl - Portal Naczelnej Organizacji Technicznej | eNOT.pl