Сверхпроводящий кабель

 

Полезная модель относится к области сверхпроводниковой техники и электроэнергетики и может быть применена при создании сверхпроводящих кабелей.

Технический результат полезной модели - повышение токонесущей способности кабеля без снижения экологической безопасности.

Сверхпроводящий кабель, содержащий выполненные из однотипного сверхпроводящего материала и коаксиально расположенные наружную, центральную, первую, ближнюю к центральной, и вторую внутренние жилы с кольцевыми сечениями, внешние радиусы Rн, Rц, R в1 и Rв2 удовлетворяют соотношениям:

Rн/Rц=2,3-0,6;

Rв2/Rц=2,2-0,55;

Rв1/Rц=1,7-0,3,

при этом соседние жилы кабеля предназначены для протекания встречных токов, величины которых в каждой внутренней жиле вдвое больше, чем в центральной жиле и наружной жиле, а задается в пределах от 0 до 1 электромагнитными свойствами материала жил.

Уточнение значения может быть произведено путем аппроксимации характеристики jc(B) материала жил (приведенной заводом-изготовителем в паспорте этого материала или снятой экспериментально) зависимостью

,

где jc - средняя плотность критического тока в материале жил, В - индукция магнитного поля, а - приведенный в паспорте материала жилы критерий лоренцевой силы высокотемпературного сверхпроводника, на основе которого выполнен материал жил. 2 ил.

Область техники.

Полезная модель относится к области сверхпроводниковой техники и электроэнергетики и может быть применена при создании сверхпроводящих кабелей.

Уровень техники.

Известен, принятый в качестве прототипа, сверхпроводящий кабель, состоящий из коаксиально расположенных жил, выполненных из однотипного сверхпроводящего материала [1]. Первые три жилы, считая от оси кабеля, предназначены для тока одного направления, а вторые три жилы - для тока встречного направления. В известной конструкции индуктивность жил сверхпроводникового кабеля, уменьшается по мере удаления от оси кабеля, из-за чего установившийся ток каждого направления распределен по жилам кабеля неравномерно: он больше в жилах, удаленных от оси кабеля. В результате средняя по сечению кабеля критическая плотность тока jc , определяющая токонесущую способность кабеля, оказывается заниженной.

Кроме того, конструкция прототипа такова, что максимальное (по сечению кабеля) значение индукции Вмакс магнитного поля в кабеле определяется током, протекающим в одном направлении через три соседние жилы кабеля. Высокое максимальное значение магнитной индукции дополнительно снижает критическую плотность тока и токонесущую способность прототипа.

Сущность полезной модели

Технический результат полезной модели - повышение токонесущей способности кабеля без снижения экологической безопасности.

Предметом полезной модели является сверхпроводящий кабель, содержащий выполненные из однотипного сверхпроводящего материала и коаксиально расположенные наружную, центральную, первую, ближнюю к центральной, и вторую внутренние жилы с кольцевыми сечениями, внешние радиусы R н,, Rц, Rв1 и Rв2 удовлетворяют соотношениям:

Rн/R ц=2,3-0,6;

Rв2/Rц=2,2-0,55;

Rв1/Rц=1,7-0,3,

при этом соседние жилы кабеля предназначены для протекания встречных токов, величины которых в каждой внутренней жиле вдвое больше, чем в центральной жиле и наружной жиле, а задается в пределах от 0 до 1 электромагнитными свойствами материала жил.

Это позволяет получить указанный выше технический результат.

Развитие полезной модели предусматривает, что значение может быть уточнено путем аппроксимации характеристики jc(B) материала жил зависимостью

,

где jс - средняя плотность критического тока в материале жил, В - индукция магнитного поля, - критерий лоренцевой силы высокотемпературного сверхпроводника, на основе которого выполнен материал жил.

Осуществление полезной модели с учетом ее развития

На фиг.1 представлено сечение кабеля, на фиг.2 - распределение магнитного поля по сечению кабеля,

На фиг.1 показаны наружная 1, центральная 2, первая внутренняя 3 и вторая внутренняя 4 жилы кабеля. Жилы 1, 2, 3 и 4 выполнены из однотипного материала на основе высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП) и коаксиально расположены относительно друг друга.

Материала жил содержит нити ВТСП, стабилизирующую матрицу из обычного проводника (меди, серебра) и имеет наружную изоляцию.

Кабель подключается между источником тока и потребителем так, чтобы токи в соседних жилах были направлены встречно. Например, по жилам 1 и 3 протекают токи I1 и I3 прямого направления, а по жилам 2 и 4 ток I2 и I4 обратного направления.

Внешние радиусы R н,, Rц, Rв1 и Rв2 удовлетворяют соотношениям:

где задается в пределах от 0 до 1 электромагнитными свойствами материала жил.

Как показали расчеты, проведенные на математической модели сверхпроводящего кабеля, при выполнении указанных соотношений в сверхпроводящем состоянии устанавливаются (с допустимой на практике погрешностью) определенное соотношение индуктивностей жил, следствием которого является соотношение токов в жилах кабеля I1:I2:I3 :I4=1:1:2:2.

Это, в свою очередь, позволяет за счет взаимной компенсации магнитных полей отдельных жил уменьшить максимальную величину индукции магнитного поля Вmаx (ограничивающую величину критической плотности тока), а также получить практически нулевое значение магнитного поля на внешних границах сечения кабеля, обеспечив экологическую безопасность на трассе прокладки кабеля.

Уточнение значения может быть произведено путем аппроксимации характеристики jc(B) материала жил зависимостью

где jс - средняя плотность критического тока в материале жил, В - индукция магнитного поля, - критерий лоренцевой силы высокотемпературного сверхпроводника, на основе которого выполнен материал жил, определяемый химической формулой используемого сверхпроводника (как правило, приводится в паспорте на материал жил).

Эмпирическая зависимость (4) представляет собой модель критического состояния для сверхпроводника [2].

Величина в выражении (4) подбирается такой, чтобы соответствующая кривая максимально приближалась (например, в среднеквадратичном смысле) к реальной зависимости jc(B), приведенной в паспортных данных материала жил или снятой экспериментально.

При конструировании и изготовлении кабеля площадь (и, следовательно, радиус Rц) сечения центральной жилы определяется требуемой величиной тока I2. Размеры остальных жил определяются соотношениями (1), (2) и (3).

Распределение магнитного поля по сечению кабеля предлагаемой конструкции, приведенное на фиг.2, показывает, что значение индукции на внешней границе сечения кабеля близко к нулю.

Источники информации

[1] Yinshun Wang and other "Development of a high-temperature superconducting bus conductor with large current capacity", Superconductor Science and Technology, april, 2009, p.22.

[2] И.А.Глебов, Ч.Лаверик, B.H.Шахтарин. «Электрофизические проблемы использования сверхпроводимости». Наука, 1980 г.

1. Сверхпроводящий кабель, содержащий выполненные из однотипного сверхпроводящего материала и коаксиально расположенные наружную, центральную, первую, ближнюю к центральной, и вторую внутренние жилы с кольцевыми сечениями, внешние радиусы Rн, R ц, Rв1 и Rв2 удовлетворяют соотношениям:

Rн/Rц=2,3-0,6;

Rв2/Rц=2,2-0,55;

Rв1/Rц=1,7-0,3,

при этом соседние жилы кабеля предназначены для протекания встречных токов, величины которых в каждой внутренней жиле вдвое больше, чем в центральной жиле и наружной жиле, а задается в пределах от 0 до 1 электромагнитными свойствами материала жил.

2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что значение уточнено путем аппроксимации характеристики jc (B) материала жил зависимостью

где jc - средняя плотность критического тока в материале жил; В - индукция магнитного поля; - критерий лоренцевой силы высокотемпературного сверхпроводника, на основе которого выполнен материал жил.



 

Похожие патенты:

Кабель камерный телевизионный используется при коммуникации телевизионных камер с различной аппаратурой (записывающей, передающей и др., например, с телевизионной антенной) как в квартирах, так и в офисных помещениях.
Наверх