Details

Целью данного исследования является снижение энергопотребления городской железнодорожной системы Лахора путем предложения эффективной конструкции кабеля HTS DC без потерь. Это достойная альтернатива для передачи большого количества мощности с высокой плотностью тока в густонаселенных районах за счет снижения потерь T&D по сравнению с используемыми в настоящее время системами переменного тока. Наша процедура проектирования охватывает электромагнитные и тепловые исследования коаксиального кабеля постоянного тока с требуемыми эксплуатационными характеристиками 20 МВт, постоянного тока 750 В и 26,66 кА. При электромагнитном моделировании используются ленты YBCO SCS4050 HTS компании Superpower шириной 4 мм и толщиной 0,15 мм, а при расчете критических параметров кабеля применяется модифицированная модель Кима, предложенная Гомори и др. В термическом анализе проектируется подходящая криогенная система длиной 1700 м путем расчета массового расхода, падения давления и теплопередачи от окружающей среды к LN2, текущему в обратной внешней криогенной трубе и охватывающему кабель длиной 850 м. Для моделирования используется COMSOL Multiphysics 6.2. Наша конструкция кабеля значительно снижает потери мощности при замене сети переменного тока для соединения двух тяговых подстанций городской железной дороги, что приводит к снижению потребления электроэнергии на 15,7%. Исследование предлагает интегрировать кабели постоянного тока HTS на различных участках железной дороги для оптимизации общего потребления энергии.

This study aims to reduce power consumption of Lahore’s urban railway system by proposing a lossless and efficient design of HTS DC cable. It is a competent alternative to transfer huge amount of power with high current density in densely populated areas by reducing T&D losses comparing with currently employed AC systems. Our design procedure covers the electromagnetic and thermal studies of DC coaxial cable with required operational specifications of 20MW, DC 750 V and 26.66 kA. In electromagnetic modeling, Superpower’s YBCO SCS4050 HTS tapes 4mm wide and 0.15 mm thick are used and modified Kim’s model proposed by Gomory et al is applied while calculating critical parameters of the cable. In thermal analysis, a suitable 1700m long cryogenic system is designed by calculating mass flow, pressure drop and heat transfer from environment to LN2, flowing in return outer cryogenic pipe and covered a cable length of 850 m. COMSOL Multiphysics 6.2 is used for simulation. Our cable design significantly reduces power losses when replacing the AC network to connect two urban railway traction substations, resulting of 15.7% reduction in power consumption. The research proposes integrating HTS DC cables across various railway sections to optimize overall energy consumption.