Сверхпроводящий силовой кабель

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к сверхпроводящим силовым кабелям. Кабель содержит формер, сверхпроводящий токонесущий слой, изоляцию, сверхпроводящий электрический экран и криогенную оболочку. Формер выполнен в виде спирали из немагнитного материала, поверх которой расположены скрутки из стренг медной проволоки и обмотка из медной фольги без зазора. Токонесущий элемент выполнен в виде четного числа повивов лент из высокотемпературного сверхпроводящего материала с обмоткой каждого повива лентой из нержавеющей стали. Внутренняя и наружная половины повивов скручены во взаимнопротивоположных направлениях. Изоляция выполнена в виде последовательной обмотки слоями полупроводящей кабельной бумаги, изоляционной кабельной бумаги. Поверх экрана может быть наложен центрирующий элемент в виде трубки из неметаллического материала. Технический результат - повышение стабильности кабеля и его гибкости.

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям сверхпроводящих силовых кабелей, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии при переменном напряжении 1-110 кВ.

Известен сверхпроводящий силовой кабель, содержащий центральный несущий элемент (фермер), выполненный в виде пучка уплотненных медных проволок, сверхпроводящий токонесущий слой в виде повивов из ленты из высокотемпературного сверхпроводящего материала, изоляцию в виде последовательной обмотки слоями полупроводящей кабельной бумаги, изоляционной кабельной бумаги и полупроводящей кабельной бумаги, сверхпроводящий электрический экран и криогенную оболочку. (IEEE Transaction on Applied Superconductivity, Vol.15, N2, June 2005, pp.2138-2141).

Данное техническое решение является наиболее близким к предлагаемому по числу известных по совокупности признаков.

Недостатком известного кабеля является недостаточно хорошее охлаждение и, как следствие, его недостаточно высокая стабильность, а также его недостаточная гибкость.

Поставленная задача состояла в разработке конструкции сверхпроводящего силового кабеля, стабильного при работе в номинальных режимах, в режиме короткого замыкания и обладающего повышенной гибкостью.

Технический результат достигается тем, что в сверхпроводящем силовом кабеле, содержащем центральный несущий элемент, сверхпроводящий токонесущий слой, в виде нескольких повивов лент из высокотемпературного сверхпроводящего материала, изоляцию в виде последовательной обмотки слоями полупроводящей кабельной бумаги,

изоляционной кабельной бумаги и полупроводящей кабельной бумаги, сверхпроводящий электрический экран и криогенную оболочку, несущий элемент выполнен в виде образующий центральный канал для охлаждения спирали из немагнитного материала, поверх которой расположены скрутки из стренг медной проволоки и обмотка из медной фольги, наложенная без зазора, сверхпроводящий токонесущий элемент выполнен в виде четного числа повивов лент с обмоткой каждого повива лентой из нержавеющей стали, при этом внутренняя и наружная половина повивов скручены во взаимнопротивоположных направлениях.

Поверх экрана может быть расположен центрирующий элемент в виде трубки из неметаллического материала, предпочтительно из фторопласта.

Упомянутая спираль может быть выполнена из меди или сплава на основе меди или биметалла или нержавеющей стали.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором:

Сверхпроводящий силовой кабель содержит формер, включающий спираль 1 из немагнитного материала, скрутки 2 из стренг медной проволоки, обмотку 3 из медной фольги сверхпроводящий токонесущий слой, включающий первый повив 4 из лент из высокотемпературного сверхпроводящего материала, обмотка 5 первого повива, второй повив 6 из упомянутых лент, обмотка 7 второго повива, изоляцию, включающую обмотку слоем 8 полупроводящей кабельной бумаги, слоем 9 изоляционной кабельной бумаги, сверхпроводящий электрический экран 11, криогенная оболочка 12-17.

Далее приводятся сведения, подтверждающие промышленную применимость полезной модели.

При изготовлении кабеля применяются промышленно выпускаемые материалы.

Высокотемпературные сверхпроводящие материалы широко используются в производстве данного типа кабелей. Они представляют

собой, в частности, волокна из соединения на основе висмута в матрице из серебра или его сплавов или длинномерный пленочный материал с покрытием из высокотемпературного сверхпроводника.

Криогенная оболочка, предназначенная для криостатирования кабеля при рабочей температуре, является типовой для кабелей такого типа, и, в частности выполняется в виде двух гофрированных труб из нержавеющей стали с экранно-вакуумной изоляцией между ними.

Технология изготовления кабеля сводится к следующему.

Несущая спираль 1 изготавливается намоткой на навивочной машине. Кассета с исходным материалом (нержавеющая лента, например) крутится вокруг трубы, задающей нужный диаметр спирали. Спирали задается поступательное движение - для схода с формирующей трубы. Скорость схода спирали и скорость вращения отдатчика ленты согласованы, чтобы обеспечить заданный шаг спирали.

Скрутки 2 из медных проволок состоят из нескольких стренг, изготовленных путем многократной скрутки исходных проволок (например, 7×7 проволок). Затем готовые стренги (например, 24 штуки) укладываются на центральную спираль на кабельной крутильной машине (например, МКРТ 24+18). В результате на спирали формируется пучок проводов нужного сечения, который еще может быть обжат протаскиванием через волоки.

Обмотка 3 пучка медных проволок тонкой медной фольгой без зазора производится для формирования гладкой поверхности формера. Делается с помощью специального обмотчика на крутильной машине. Обмотчик крутится вокруг движущегося формера, движения формера и скорость вращения обмотчика согласованы для задания нужного шага обмотки.

Сверхпроводящие повивы 4, 6 укладываются на формер с шагами и направлениями скрутки, рассчитанными так, чтобы обеспечить равномерное распределение тока по повивам при работе на переменном

токе. Заданное число кассет с нужным количеством сверхпроводящей ленты на них размещаются на «фонаре» крутильной машины. Готовый формер протягивается через центральную часть крутильной машины, фонарь крутится вокруг формера, сверхпроводящие ленты подаются через направляющие на формер. Скорость движения формера и скорость вращения фонаря согласованы так, чтобы обеспечить заданный расчетом угол и направление скрутки.

Каждый повив обматывается тонкой лентой из нержавеющей стали 5, 7 обмотчиком на крутильной машине.

Изоляция 8, 9, 10 накладывается на стандартных машинах для укладки бумажной изоляции.

Сверхпроводящий экран 11 накладывается аналогично укладке повивов.

Наложение криогенной оболочки 12-17 осуществляется методом затягивания кабеля внутрь готовой оболочки с помощью специальных приспособлений.

Работает кабель следующим образом.

С помощью системы криогенного обеспечения через криогенные кабельные муфты через кабель прокачивается криоагент, например, жидкий азот (осуществляется его циркуляция). Далее кабель подключается через криогенные муфты к сети как и обычный электрический кабель.

1. Сверхпроводящий силовой кабель, содержащий центральный несущий элемент, сверхпроводящий токонесущий слой, в виде нескольких повивов лент из высокотемпературного сверхпроводящего материала, изоляцию в виде последовательной обмотки слоями полупроводящей кабельной бумаги, изоляционной кабельной бумаги и полупроводящей кабельной бумаги, сверхпроводящий электрический экран и криогенную оболочку, отличающийся тем, что несущий элемент выполнен в виде образующий центральный канал для охлаждения спирали из немагнитного материала, поверх которой расположены скрутки из стренг медной проволоки и обмотка из медной фольги, наложенная без зазора, сверхпроводящий токонесущий элемент выполнен в виде четного числа повивов лент с обмоткой каждого повива лентой из нержавеющей стали, при этом внутренняя и наружная половина повивов скручены во взаимно противоположных направлениях.

2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что поверх экрана расположен центрирующий элемент в виде трубки из неметаллического материала.

3. Кабель по п.2, отличающийся тем, что трубка выполнена из фторопласта.

4. Кабель по п.1, отличающийся тем, что упомянутая спираль выполнена из меди.

5. Кабель по п.1, отличающийся тем, что упомянутая спираль выполнена из сплавов меди.

6. Кабель по п.1, отличающийся тем, что упомянутая спираль выполнена из биметалла.

7. Кабель по п.1, отличающийся тем, что упомянутая спираль выполнена из нержавеющей стали.