Сверхпроводящий силовой кабель

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к сверхпроводящим силовым кабелям. Кабель содержит центральный несущий элемент, образующий канал из немагнитного материала. Поверх него расположены скрутки из стренг проволок из меди и нержавеющей стали, а также обмотка из медной фольги. Далее наложены сверхпроводящий токонесущий элемент, выполненный в виде четного числа повивов лент из высокотемпературного сверхпроводящего материала с обмоткой каждого повива лентой из нержавеющей стали. Внутренняя и наружная половина повивов скручены во взаимопротивоположных направлениях. Поверх сверхпроводящего экрана проложен защитный медный экран. Поверх последнего последовательно наложены изоляция в виде обмотки слоями полупроводящей кабельной бумаги и изоляционной бумаги, сверхпроводящий электрический экран и криогенная оболочка. Технический результат - повышенная прочность кабеля и повышенная защита в режимах короткого замыкания.

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям сверхпроводящих силовых кабелей, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии при переменном напряжении 1-100 кВ.

Известен сверхпроводящий силовой кабель, содержащий центральный несущий элемент (формер), выполненный в виде образующей 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, выполненный в виде четного числа повивов лент из высокотемпературного сверхпроводящего материала, с обмоткой каждого повива лентой из нержавеющей стали, при этом внутренняя и наружная половина повивов скручены во взаимопротивоположных направлениях, изоляцию в виде последовательной обмотки слоями полупроводящей кабельной бумаги, изоляционной бумаги и полупроводящей кабельной бумаги, сверхпроводящий электрический экран и криогенную оболочку. (патент РФ на полезную модель 68763, 2007 г.)

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

Недостатком известного кабеля является его недостаточная прочность, и отсутствие защиты сверхпроводящего экрана при токах короткого замыкания.

Поставленная задача состояла в разработке конструкции сверхпроводящего силового кабеля, имеющего повышенную защиту в режимах короткого замыкания, обладающего повышенной прочностью и низким уровнем потерь на переменном токе.

Технический результат достигается тем, что в сверхпроводящем силовом кабеле, содержащем центральный несущий элемент, выполненный в виде образующей 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, выполненный в виде четного числа повивов лент из высокотемпературного сверхпроводящего материала, с обмоткой каждого повива лентой из нержавеющей стали, при этом внутренняя и наружная половина повивов скручены во взаимопротивоположных направлениях, изоляцию в виде последовательной обмотки слоями полупроводящей кабельной бумаги, изоляционной бумаги и полупроводящей кабельной бумаги, сверхпроводящий электрический экран и криогенную оболочку, в стренги медной проволоки для центрального несущего элемента добавлены проволоки из нержавеющей стали и поверх сверхпроводящего экрана расположен защитный медный экран.

Предпочтительно выполнение медного экрана из уплотненной плоскопрямоугольной сборки медных проводов.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображен кабель в аксонометрии с послойной разделкой.

Сверхпроводящий силовой кабель содержит формер, включающий спираль 1 из немагнитного материала, скрутки 2 из стренг медной и нержавеющей проволоки, обмотку 3 из медной фольги, сверхпроводящий токонесущий слой 4, включающий два повива из лент высокотемпературного сверхпроводника с послойной обмоткой, многослойную бумажную изоляцию 5, сверхпроводящий электрический экран 6, защитный медный экран 7 и криогенную оболочку 8.

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 - лентой крутится вокруг оправки, задающей нужный диаметр спирали. Спирали задается поступательное движение - для схода с формирующей оправки. Скорость схода спирали и скорость вращения отдатчика ленты согласованны, чтобы обеспечить заданный шаг спирали.

Скрутки 2 из медных и нержавеющих проволок состоят из нескольких стренгов, изготовленных путем многократной скрутки исходных проволок (например, 7×7 проволок). Затем готовые стренги (например, 24 штуки) укладываются на центральную спираль на кабельной машине (например, CORTINOVIS 6×600) в несколько слоев. В результате на спирали формируется пучок проводов нужного сечения, который еще может быть обжат протаскиванием через волоки.

Обмотка пучка стренг тонкой медной фольгой 4 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 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 согласованны так, чтобы обеспечить заданный расчетом угол и направление скрутки. Каждый повив обматывается тонкой лентой из нержавеющей стали обмотчиком на крутильной машине.

Изоляция 5 накладывается на стандартных машинах для укладки бумажной изоляции.

Сверхпроводящий экран 6 накладывается аналогично укладке повивов.

Защитный экран 7 накладывается подобно укладке сверхпроводящих повивов с использованием лент из заданного материала вместо сверхпроводящих лент.

Наложение криогенной оболочки 8 осуществляется методом затянивания кабеля внутрь готовой оболочки с помощью специальных приспособлений.

Работает кабель следующим образом.

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

1. Сверхпроводящий силовой кабель, содержащий центральный несущий элемент, выполненный в виде образующей 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, выполненный в виде четного числа повивов лент из высокотемпературного сверхпроводящего материала, с обмоткой каждого повива лентой из нержавеющей стали, при этом внутренняя и наружная половина повивов скручены во взаимопротивоположных направлениях, изоляцию в виде последовательной обмотки слоями полупроводящей кабельной бумаги, изоляционной бумаги и полупроводящей кабельной бумаги, сверхпроводящий электрический экран и криогенную оболочку, отличающийся тем, что в стренги медной проволоки для центрального несущего элемента дополнительно введены проволоки из нержавеющей стали и поверх сверхпроводящего экрана расположен защитный медный экран.

2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что медный экран выполнен из уплотненной плоско-прямоугольной сборки медных проводов.