Токовый ввод сверхпроводящего кабеля

Полезная модель относится к сверхпроводящим кабелям, а именно к токовым вводам. Токовый ввод содержит силовой токонесущий элемент, токонесущий элемент вывода экрана, высоковольтный изолятор, криостат с криогенными интерфейсами, один из которых предназначен для соединения со сверхпроводящим кабелем, другой служит для соединения с источником переохлажденного азота. В токовом вводе имеется азотный канал в котором расположены вывод экрана и соединение выводов экрана. Вывод экрана и соединение выводов экрана могут содержать сверхпроводящие вставки. Технический результат - сокращение тепловых потерь.

Полезная модель относится к сверхпроводящим кабелям, а именно к токовым вводам и может быть применена для сопряжения сверхпроводящего кабеля с элементами высоковольтного оборудования, работающими при нормальной температуре и давлении.

Известны конструкции токовых вводов (муфт) сверхпроводящего кабеля, предназначенных для сопряжения с высоковольтным оборудованием, работающим в нормальных условиях. Наиболее близким из числа известных к предлагаемому по совокупности признаков является токовый ввод сверхпроводящего кабеля, который содержит силовой токонесущий элемент, токонесущий элемент вывода экрана, высоковольтный изолятор, криостат с криогенными интерфейсами, один из которых предназначен для соединения со сверхпроводящим кабелем а другой для соединения с источником переохлажденного азота (патент США 6936771, 2004 г.).

Конструкция этого токового ввода предполагает соединение выводов экрана производить снаружи токового ввода при температуре окружающей среды, в так называемой теплой зоне, тогда как внутри токового ввода во время работы с помощью потока жидкого азота поддерживаются криогенные температуры, необходимые для сохранения сверхпроводящих свойств кабеля (зона криогенных температур).

Недостаток известного устройства состоит в следующем. На переменном токе в сверхпроводящем экране текут токи практически равные токам в кабеле, и токовые выводы для соединения экранов приходится делать аналогично силовому выводу, только без высоковольтного изолятора. Следует заметить, что основная теплопередача в зону криогенных температур идет по токонесущим элементам, и наличие двух подобных токовых выводов влечет за собой большой уровень тепловых потерь.

Поставленная задача состояла в разработке конструкции токового ввода сверхпроводящего кабеля с пониженным уровнем тепловых потерь.

Технический результат достигается тем, что в токовый ввод сверхпроводящего кабеля, содержащий силовой токонесущий элемент, токонесущий элемент вывода экрана, высоковольтный изолятор, криостат с криогенными интерфейсами, один из которых предназначен для соединения со сверхпроводящим кабелем а другой для соединения с источником переохлажденного азота, снабжен азотным каналом в котором размещены вывод экрана и соединение выводов экрана. Вывод экрана и соединение выводов экранов может содержать сверхпроводящие вставки.

Для передачи трехфазного тока применяется система из трех криостатов с каждой стороны сверхпроводящей силовой кабельной линии.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображен токовый ввод в разрезе с подсоединенным сверхпроводящим кабелем (Фиг.1) и общая компоновка токовых вводов в линии передачи трехфазного тока (Фиг.2).

Устройство содержит: сверхпроводящий кабель 1, силовой токонесущий элемент 2, высоковольтный изолятор 3, криостат 4, криогенный интерфейс 5 для соединения гибкого криостата с сверхпроводящим кабелем и криогенный интерфейс 6 для подачи переохлажденного азота, а так же вывод экрана 7 и соединение выводов экрана 8 в азотном канале 9.

При изготовлении токоввода применяются промышленно выпускаемые материалы.

Силовой токонесущий элемент, оптимизирован по отношению длины к сечению на заданное значение тока и может быть выполнен, например, в виде трубы, внутри которой дополнительно могут быть размещены токопроводящие жилы или стержни. В обоих торцах токонесущего элемента установлены стыковочные блоки, к которым подсоединены труба, жилы либо стержни.

К торцу токонесущего элемента прикреплены гибкие шины на основе стандартного гибкого провода (например ПЩ-25), соединяющие его с окончанием сверхпроводящего кабеля. К верхнему торцу токонесущего элемента присоединено стандартное шинное окончание для соединения с типовой электрической сетью.

Криостат и криогенный интерфейс выполняется из немагнитного нержавеющего металла с использованием экранно-вакуумной изоляции, и стандартных крио-вакуумных штыковых разъемов.

Изолятор изготавливается из композиционных материалов методом намотки на стыковочные фланцы, после чего обмотка покрывается силиконовой изоляцией.

Вывод экрана и соединение выводов экранов выполняется из отрезков криогенного кабеля, расположенных в азотном канале с дроссельным регулированием потоков жидкого азота. Можно использовать вставки из сверхпроводящих материалов, в частности, отрезки сверхпроводящего кабеля с оптимизированной скруткой повивов.

Работает устройство следующим образом.

Криостаты сверхпроводящего силового кабеля соединяются с токовыми вводами через криогенный интерфейс. Сверхпроводящий кабель проходит внутри криостата и выходит во внутреннюю область токового ввода, где соединяется с токонесущим элементом токового ввода, а сверхпроводящий экран кабеля с выводом экрана. Выводы экранов системы трех криостатов соединяются друг с другом в азотном канале. Система криогенного обеспечения соединяется с токовым вводом через криогенный интерфейс. Жидкий азот подается через интерфейс 6 в токоввод и далее проходит через интерфейс 5 в криостат кабеля. Часть потока жидкого азота отводится в азотный канал соединения экранов.

При достижении рабочей температуры (обычно 66-77 К) от электрической сети, подсоединенной к верхнему концу токового ввода, подается электрический ток и напряжение заданной величины. Изолятор обеспечивает электрическую прочность токового ввода.

Соединение экранов на уровне криогенных температур обеспечивает значительное снижение тепловых потерь за счет отсутствия теплопритока по токонесущему элементу.

1. Токовый ввод сверхпроводящего кабеля, содержащий силовой токонесущий элемент, токонесущий элемент вывода экрана, высоковольтный изолятор, криостат с криогенными интерфейсами, один из которых предназначен для соединения со сверхпроводящим кабелем, а другой - для соединения с источником переохлажденного азота, отличающийся тем, что он снабжен азотным каналом, в котором размещены вывод экрана и соединение выводов экрана.

2. Токовый ввод по п.1, в котором вывод экрана содержит сверхпроводящие вставки.

3. Токовый ввод по п.1, в котором соединение выводов экрана содержит сверхпроводящие вставки.