Секционированный сверхпроводящийкабель переменного toka

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик0,05.76 (21) 2357331 Д 4-07 м заявки йф осударстаенный комите СССР но делам изобретений н открытиИ.03.8 ата опубликования описа 72) Авторы изобретен И. В. Рыбин и П. Б. Шендерови1) Заявите 54) СЕКЦИОНИРОВАННИЙ СВЕРХПРОВОДЯЩИ КАБЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА15 5 Изобретение относится к электротехнике, в частности к кабельной технике, и может быть использовано при создании сверхпроводящих линий элек-, тропередач.По основному авт. св. М 714510 известен секционированный сверх- проводящий кабель переменного тока, содержащий две токонесущие системы, одна из которых выполнена из полого сверхпроводящего элемента, стабилизированного подложкой, снабженной диэлектрическими вставками, разделяющими ее на локальные участки нормального металла, не имеищие контакта между собой, другая размещена внутри первой и выполнена из нормального металла, а обе токопроводящие жилы электрически соединены, по меньшей мере, в местах, предназначенных 20 для подсоединения концевых устройств.Такая конструкция кабеля позволяет в режиме токовой перегрузки (например в результате короткого эаьыкания в энергосистеме) при незначи тельном увеличении размеров кабеля против номинальных, определенных из токонесущей способности сверх- проводника в заданных условиях охлаждения и номинального тока, про" , 30 пустить перегрузочный ток по жиле 1 из нормального металла. Эта жила выполняется транспонированной, что обеспечивает снижение плотности тока в ней, что, в свои очередь, ведет к уменьшению количества тепла, накопленного в кабеле за время перегрузкиПоследнее дает возможность уменьшить габарит кабеля. При этом нагрев сверхпроводника в период перегрузки происходит лишь за счет вихревых тепловыделений в нормаль" ном металле подложки и тепловыделений в самом сверхпроводнике, поскольку он находится в такой конструкции кабеля в сверхпроводящем состоянии, если нагрев подложки не пре" вышает критической температуры сверх- проводника.Допустивший нагрев подложки определяет степень переразмеривания всей сверхпроводящей жилы против номинала. Поэтому необходимо стабилизировать температуру хладагента (сохранить ее такой же, как и до перегрузки) хотя бы до конца режима пе" регруэки. Требования технологичности конструкции и минимальногоразмера сверхпроводящей жилы в заданных условиях эксплуатации приводят809405 ходит по сверхпроводящей токонесущей системе Однако при увеличении входного тока Эв,свыше критического начинается резкое увеличение сопротивления сверхпроводника эа счет движения нитей магнитного потока, Поскольку сверхпроводящая токонесущая система находится в охлаждающей среде с конечным значением коэФйициента тепло- передачи, то начинается разогрев сверх- проводника, который приводит к лавинообразному процессу разрушения сверхпроводимости, т.е. к увеличению сопротивления Вс вплоть до значения, соответствующего сверхпроводнику в нормальном состоянии.По мере увеличения Всл происходит перераспределение тока между сверх- проводящей токонесущей системой и жилой из нормального металла. Так, например, при Вс=)ь. из условия (1) получаем:(2) д)ь.(-ВжКогда входной ток кабеля Эв, ые превышает критического, уровень гистерезисных потерь в сверхпроводнике 6 Оопределяет некоторое эбйвктивноезначение его сопротивления Вд, которое на несколько порядков меньшеВж. В этом случае, как легко убедиться из условия (1), весь ток про- у 5 Ис 1 3 пер,-д. - 4 с 1 Э но,(6) к выбору в качестве материала токо- несущей жилы сверхпроводника, обладающего высоким значением критического тока.Из теории "жестких" сверхпроводников известно, что увеличение критической плотности тока сопровождается расширением диапазона между первым и вторым критическими полями сверхпроводника. Так, например, для соединения МЬ 5 п отношение"ф/н,- 500, где Нс., Нсг- первое и второе критические поля соответственно.В разрабатываемых конструкциях сверхпроводник жилы в период токовой перегрузки (в энергетических системах кратность тока перегрузки не пре вышает 25) остается в сверхпроводящем состоянии как по температуре (что является одним из условий, предьявляемых к поведению сверхпроводящего кабеля в режиме токовой пере, грузки), так и.по полю, несмотря на то, что рабочая напряженность поля (Ир) выбирается несколько выше, чем Нс,. Следовательно, происходит перераспределение тока между сверх- проводником и жилой иэ нормального металла так, что они оказываются под одним потенциалом.Наиболее просто может быть получено аналитическое выражение условия перераспределения тока для каак.сйальной конструкции одноазного сверхпроводящего кабеля. Оно можетбыть записано так: где 3 л - ток в сверхпроводящей токо Онесущей системе;1 щ - полный ток на входе кабеля;В, - сопротивление (активное) жилы из нормального металла;В 1- сопротивление (активное)сверхпроводящей токонесущейсистемы;Йа. - разность индуктивных сопротивлений сверхпроводящей токонесущей системы и жилы изнормального металла.Для сверхпроводящего кабеля, в котором используются чистые металлы, характерным является выполнение условия: В конечном счете, при значенияхВдх)М получаем: Это приводит к тепловыделениям всверхпроводящей жиле, определяемымпо формуле". где 0 - разность потенциалов поконцам токопроводящей систеЭ - ток.в сверхпроводящей жиле,практически определяемыйпо ее периметру,температуре и магнитному полю, вкотором она находится.Цель изобретения - уменьшение тепловыделений в сверхпроводящей жиле в режиме токовой перегрузки кабеля, и, как следствие, повышение надежности его работы.Указанная цель достигается тем, что сверхпроводящая жила снабжена размещенными в каждом стыке соседних секций кабеля вставками, выполненными из сверхпроводящего материала второго рода, удовлетворяющего условию; где Нс Нсъ- первое и второе критические поля сверхпроводника вставкисоответственно;жду вставководящей вст Фвт удельную велнв вставке менывув ке основной жилы ется в сверхпроворезультате того,го сверхпроводниитической темпе"не запираются Система оказыв дящем состоянии вчто секции основн ка недогреты до к ратуры, а вставки Эо,Зр- номинальный и перегрузочный токи кабеля соответственно.Размещение вставок в технологически обусловленных стыках секцийиэ сверхпроводящего материала, удовлетворяющего указанному выше условию, позволяет перевести сверхпроводник уставки из сверхпроводящего состояния в нормальное в режиметоковой перегрузки от поля, созданного жилой иэ нормального металлана поверхности сверхпроводникавставки. Это, в свою очередь, приводит к тому, что разность потенциалов оказывается приложенной нек сверхпроводнику жилы, находящемуся в сверхпроводящем состоянии,а к сверхпроводнику вставки, Этимдостигается снижение общего тепла,выделяющего в сверхпроводящей жиле, и воэможность управления количеством этого тепла эа счет изменения длины вставки.На чертеже представлена конструкция предлагаемого кабеля,Секционированный сверхпроводя- щщий кабель содержит секции 1, в каждой из которых виутри криорубашки2 размещены сверхпроводящая жила3 и жила 4 из нормального металла,раэделеннные теплоизолвставки 6, размещенные в каждомстыке соседних секций 1, снабженныестабилизированным сверхпроводником,соединенным со сверхпроводникомжилы 3 с помощью перемычек 7 иэсверхпроводящего материала. В зависимости от типа кабеля (жесткий илигибкий) жила 4 иэ нормального металла может быть длиннее одной секции кабеля, как показано на чертеже.При токовой перегрузке кабеля 49сверхпроводник вставки 6 выходитиз сверхпроводящего состояния,поскольку он выполнен иэ материала,удовлетворяющего условию: " "ф,ЙС 1 1 наот.е. запирается полем, созданнйм 4на его поверхности током, протекающим в жиле 4 из нормального металла.Это приводит к тому, что разностьпотенциалов прилагается именно ксверхпроводнику вставки, стабилизированному подложкой, имеющей такуюже конструкцию, как и подложкасверхпроводящей жилы 3, а не к сверхпроводнику укаэанной жилы. Следовательно, величина тепловыделений определяется соотношением сопротивлений участка жилы 4 из нормальногометалла длиной, соответствующей длине секции и сверхпроводника вставки 6. Изменением длины вставки 6можно управлять величиной этих те Опловыделений,Поскольку выполнение указанногосоотношения для материала сверхпроводника вставки означает, что критическая плотность тока у него мень ше, то диаметр сверхпроводника вставки больше диаметра основной жилыпри условии сохранения тех же потерь в сверхпроводнике на номинальном режиме работы, причем Нр Не.В качестве примера рассмотрим вариант кабеля с номинальным током 4 кАи напряжением 320 кВ, у которогоперегрузочный ток равен 60 кА,а время перегрузки равно 1 с. Беремматериал сверхпроводника жилыМЬЗ Бп и материал сверхпроводникавставки МЬ. Максимальная температура хладагента в номинальном режиме становит 6 К, после режима пеорегруэки - 8 К,Расчет покаэывает, что диаметрсверхпроводника жилы 45 мм, сверхпроводника вставки 62 мм, а длинавставки порядка 300 мм на каждые15 м длины секции уменьшают как общее тепловыделение за время перегрузки, так и тепловыделение с единицы длины вставки.Указанная длина вставки получена из условия: где 1, - расстояние ме6 вст; длина сверхпраки;Зр - критический ток сверхпроводника основной жилы;Ър- ток перегрузки;вст, ж ., р - удельное электрическое сопротивление вставки и жилысоответственно (для материала вставки берется Д сверхпроводника в несверхпроводящем состояния);5 , 5, - площадь сечения сверхпроводника вставки и жилы из нормального металла соответственно,которое обеспечиваечину тепловыделенийУчем в сверхпроводникабеля без вставки.Таким образом, используя вставки, можно добиться значительногоуменьшения тока в сверхпроводящейтоконесущей системе, что при выбран"ном режиме охлаждения позволяетустранить разогрев секций основногосверхпроводника до критической тем"пературы. Поэтому сразу же послепрекращения режима перегрузки всясверхпроводящая токонесущая система оказывается способной неститок, который может быть меньше номинального,809405 формула изобретения Составитель Ю.Буянов Редактор И.Митровка ТехредЖ.Кастелевич КорректорГ.РешетнйкЗаказ 443 70 Тираж 795 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 номинальным током и имеют температуру ниже критической. Секционированный сверхпроводящий кабель переменного тока по авт. св. 9 714510, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности работы, сверх- проводящая жила снабжена размещенными в каждом стыке соседних секций вставками, выполненными из сверхпроводящего материала второго рода,удовлетворяющего условию:С 2 3 пеР,С Э ном,где Н, Н- первое и второе критические поля сверхпроводящего материала вставки соответственно;3, Зпо. - номинальный и перегрузочный токи кабеля соответственно.