Сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии
Полезная модель относится к электротехнике, а именно к прикладной сверхпроводимости и может быть использована для защиты электрических сетей от провалов электроэнергии. Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой полезной модели, является повышение надежности электрической сети. Сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии содержит катушку индуктивности, которая выполнена из n секций в форме треков, которые расположены друг над другом и соединены последовательно друг с другом, разрядные элементы, подсоединенные параллельно каждой секции катушки индуктивности, источник питания, к которому подключены выводы обмоток катушки индуктивности, электромагнитный экран, расположенный поверх катушки индуктивности, сверхпроводниковые ключи, подсоединенные параллельно каждой секции катушки индуктивности, причем каждая секция катушки индуктивности выполнена из сверхпроводника.
Полезная модель относится к электротехнике, а именно к области прикладной сверхпроводимости и может быть использована для защиты электрических сетей от провалов электроэнергии.
Известна «Компактная сильнопольная сверхпроводящая магнитная система» (Патент РФ 
46387, МПК7 Н01L 39/00.//Бюллетень 18. 2005 г.), содержащая отдельные соединенные последовательно друг с другом индуктивные секции, намотанные на каркасы из нержавеющей стали, разрядные элементы, подсоединенные параллельно каждой секции, с возможностью расположения внутри криостата и источник питания.
Недостатком известного устройства является усложненный доступ к внутренним секциям, что усложняет ремонт конструкции и не позволяет производить замену вышедшей из строя индуктивной секции, что снижает надежность конструкции. Конструкция менее компактна. Это обусловлено тем, что катушки выполнены цилиндрической формы и расположены концентрически относительно друг друга. Диаметры катушек различны, соответственно различна их индуктивность, поэтому устройство невозможно разбить на одинаковые индуктивные секции, которые заменяются аналогичными в случае выхода из строя одной из секций, что свидетельствует о том, что конструкция не технологична.
Наиболее близким по технической сущности является индуктивный накопитель энергии, описанный в (Бут Д.А., Алиевский Д.Л., Мизюрин С.Р., Васюкевич П.В. Накопители энергии: учебное пособие для вузов/ Под ред. Бута Д.А. - М.: Энергоатомиздат, 1999, 400 стр., с.72) выбранный в качестве прототипа, который содержит катушку индуктивности, источник питания, подключенный к катушке индуктивности, разрядный элемент, подсоединенный параллельно катушке индуктивности.
Недостатком устройства-прототипа является то, что накопитель энергии не является секционированным, и при выходе из строя обмотки вся конструкция перестает быть работоспособной, что снижает надежность конструкции. Катушки индуктивности, выполненные цилиндрической формы, создают большие магнитные поля в окружающем пространстве, что способствует быстрому переходу сверхпроводниковой обмотки в нормальную фазу и выходу из строя конструкции, а значит, снижению надежности.
Основной задачей, на решение которой направлен заявляемый объект, является создание сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии высокой надежности и технологичной конструкции.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой полезной модели, является повышение надежности электрической цепи.
Указанный технический результат достигается тем, что сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии, содержащий катушку индуктивности, разрядный элемент, подсоединенный параллельно катушке индуктивности, источник питания, подключенный к катушке индуктивности, отличающийся тем, что устройство дополнительно содержит сверхпроводниковые ключи и электромагнитный экран, расположенный поверх катушки индуктивности, которая выполнена из n секций в форме треков, расположенных друг над другом и соединенных последовательно друг с другом, каждая секция выполнена из сверхпроводника, разрядный элемент состоит из n отдельных элементов, каждый из которых подключен к секции катушки индуктивности, а сверхпроводниковые ключи подсоединены параллельно каждой секции катушки индуктивности.
Совокупность существенных признаков полезной модели обеспечивает достижение технического результата, получаемого при осуществлении полезной модели, в виде повышения надежности защищаемой электрической сети.
Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественны всем признакам заявляемого сверхпроводникового ограничителя тока, следовательно, заявленное устройство соответствует условию «новизна».
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен сверхпроводниковый индуктивный накопитель, а на фиг.2 изображен индуктивный накопитель в разрезе, и введены следующие обозначения:
1. катушка индуктивности;
2. разрядный элемент;
3. источник питания;
4. электромагнитный экран;
5. сверхпроводниковый ключ.
Полезная модель содержит катушку индуктивности 1, которая выполнена из n секций в форме треков, которые расположены друг над другом и соединены последовательно друг с другом, разрядные элементы 2, подсоединенные параллельно каждой секции катушки индуктивности 1, источник питания 3, к которому подключены выводы обмоток катушки индуктивности 1, электромагнитный экран 4, расположенный поверх катушки индуктивности 1, сверхпроводниковые ключи 5, подсоединенные параллельно каждой секции катушки индуктивности 1, причем каждая секция катушки индуктивности 1 выполнена из сверхпроводника.
Вся конструкция сверхпроводникового индуктивного накопителя помещена в криостат (на фиг.1 не обозначен).
Устройство работает следующим образом.
Сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии помещают в криостат, заливают хладагентом и закрывают капкой (на фиг.1 не обозначена). После окончательного захолаживания устройство можно включать в работу. Ток от источника питания 3 заводится в катушку индуктивности 1. После заведения тока сверхпроводниковый ключ 5 замыкается, и ток свободно циркулирует в индуктивной секции катушки индуктивности 1. При этом накопленная энергия равна
Где L - индуктивность катушки индуктивности;
I - ток в катушке индуктивности.
При возникновении неисправности во внешней сети, например, просадки напряжения из-за подключения большой нагрузки, накопленная энергия через источник питания 3 возвращается в сеть, стабилизируя напряжение. В случае повышения величины тока внутри секций катушки индуктивности 1 на величину, выше критической, сверхпроводниковый ключ 5 размыкается (переходя в нормальное состояние) и накопленная энергия рассеивается на разрядных элементах 2, при этом из строя выходит только та секция, в которой произошел переход в нормальную фазу.
Как следует из вышеизложенного, достижение технического результата обеспечивается благодаря особой конструкции индуктивного накопителя энергии, заключающейся в том, что катушка индуктивности выполнена из n секций в форме треков, которые расположены друг над другом и соединены последовательно друг с другом. Кроме указанного достигаемого технического результата и преимуществ заявленного устройства следует отметить простоту конструкции и возможность доступа к обмоткам для ремонта и профилактики. Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного изобретения выполняются следующие условия:
- средство, воплощающее полезную модель при его осуществлении, предназначено для использования в электроэнергетике, а именно для накопления электрической энергии.
- средство, воплощающее заявленную полезную модель при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии, содержащий катушку индуктивности, разрядный элемент, подсоединенный параллельно катушке индуктивности, источник питания, подключенный к катушке индуктивности, отличающийся тем, что устройство дополнительно содержит сверхпроводниковые ключи и электромагнитный экран, расположенный поверх катушки индуктивности, которая выполнена из n секций в форме треков, расположенных друг над другом и соединенных последовательно друг с другом, каждая секция выполнена из сверхпроводника, разрядный элемент состоит из n отдельных элементов, каждый из которых подключен к секции катушки индуктивности, а сверхпроводниковые ключи подсоединены параллельно каждой секции катушки индуктивности.
