Сверхпроводящий многожильный ленточный провод для переменных и постоянных токов

Изобретение относится к области электротехники, а именно к сверхпроводящим многожильным ленточным проводам для переменных и постоянных токов, и может быть использовано в криогенной электротехнике. Техническим результатом изобретения является снижение потерь в проводе при прохождении через него переменных токов, увеличение токонесущей способности при прохождении постоянных и переменных токов, упрощение технологии изготовления провода. Сущность изобретения состоит в следующем: сверхпроводящий ленточный провод прямоугольного сечения содержит матрицу из стабилизирующего материала, в которой размещены сверхпроводящие модули круглого сечения, установленные, согласно изобретению, в один слой и примыкающие друг к другу, модули выполнены со сверхпроводящими жилами круглого сечения, размещенными внутри матрицы модуля, продольно с центральной осевой жилой, и примыкающими к внутренней оболочке модуля, при этом диаметр модуля d_м определяется из соотношения: d_м=3d_ж, где d_ж - диаметр сверхпроводящей жилы, а отношение площади поперечного сечения жил S_ж к площади поперечного сечения модуля S_м равно: . 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции многожильных сверхпроводящих ленточных проводов прямоугольного сечения для постоянных и переменных токов.

Известны ленточные сверхпроводящие обмоточные провода прямоугольного сечения для обмоток магнитных систем с радиальным расположением витков, характеризующиеся большой степенью стабилизации вследствие лучших условий охлаждения, определяемых их конструктивным исполнением (Г.Г.Свалов, Д.И.Белый «Сверхпроводящие и криорезистивные обмоточные провода». М., Энергия, 1976, стр.96, рис.4.5а).

Известна конструкция плоского замоноличенного сверхпроводящего многожильного провода, полученного методом однонавивной скрутки с формовкой (Adam Б., Dickson J., Gregory E. «Advanced conductor configurations for large magnets», IEEE Transactions on Magnetics, 1977, v. MAG-13, №1, p.458-462). Транспортирование такого провода сводит к минимуму добавочные токи в матрице стабилизирующего материала провода.

Недостатком указанных конструкций является наличие нескомпенсированного магнитного поля, создаваемого транспортными токами, протекающими в их токонесущих сверхпроводящих элементах, что приводит к уменьшению величин этих токов, увеличению потерь на переменном токе, увеличению расхода электроэнергии и хладоагента. Коэффициент заполнения таких проводов достаточно велик, что, помимо указанных недостатков, увеличивает расход сверхпроводникового материала и затраты, связанные с технологией изготовления этих проводов.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. уменьшение потерь в проводе при прохождении через него переменных токов, увеличение токонесущей способности при прохождении постоянных и переменных токов, упрощение технологии изготовления провода.

Указанный технический результат достигается тем, что в сверхпроводящем многожильном ленточном проводе прямоугольного сечения для переменных и постоянных токов, содержащем матрицу из стабилизирующего материала, сверхпроводящие токонесущие элементы, расположенные в матрице, и наружную изоляционную оболочку, в матрице сверхпроводящего провода размещены в один слой сверхпроводящие модули круглого сечения, примыкающие друг к другу, модули выполнены со сверхпроводящими жилами круглого сечения, размещенными внутри матрицы модуля и примыкающими друг к другу продольно с центральной осевой жилой, и примыкающими к внутренней оболочке модуля, при этом диаметр модуля d_м определяется из соотношения:

d_м=3d_ж,

где d_ж - диаметр сверхпроводящей жилы,

а отношение площади поперечного сечения жил S_ж к площади поперечного сечения модуля S_м равно:

На чертеже схематически изображен предложенный сверхпроводящий ленточный провод прямоугольного сечения с числом модулей, расположенных в один слой, равным четырем.

Сверхпроводящий ленточный провод 1 прямоугольного сечения с наружной изоляционной оболочкой 2 содержит в матрице 3 из стабилизирующего материала сверхпроводящие модули 4 круглого сечения, расположенные в один слой и примыкающие друг к другу, и каждый модуль 4 провода 1 включает в себя сверхпроводящие жилы 5, запрессованные в матрицу 6 модуля, при этом по всему поперечному сечению жил 5, в матрице 7 жилы 5 равномерно расположены сверхпроводящие токонесущие элементы 8.

Сверхпроводящие токонесущие элементы 8 расположены равномерно в матрице 7 жилы 5 таким образом, что расстояние между продольными осями соседних токонесущих элементов равно:

где d_т.э - диаметр токонесущих элементов 8.

(см. пат. РФ №2168781, Б.И. №16, 2001 «Сверхпроводящий провод круглого сечения для переменных токов).

Площадь поперечного сечения одной жилы равна:

Площадь поперечного сечения модуля равна:

Число круглых сверхпроводящих жил, плотно примыкающих друг к другу и к внутренней оболочке модуля, равно семи, при этом:

d_м=3d_ж.

Площадь поперечного сечения всех сверхпроводящих жил в модуле равна:

S_ж=7S_1ж

Отношение площади поперечного сечения сверхпроводящих жил S_ж к площади поперечного сечения модуля S_м (коэффициент заполнения модуля) при этом составит:

Так как диаметр модуля равен трем диаметрам жилы (d_м=3d_ж), то выражая его диаметр через диаметр жилы, получим следующее отношение площади поперечного сечения сверхпроводящих жил S_ж к площади поперечного сечения модуля S_м:

Данное соотношение, на основе которого могут быть выполнены сверхпроводящие провода, является важнейшим параметром сверхпроводящих проводов, влияющим на их токонесущую способность (увеличение критических токов и критических плотностей токов), связанную с увеличением мощности, и на технико-экономические показатели как самих сверхпроводящих проводов, так и устройств, в которых будут использованы такие провода (уменьшение количества и стоимости сверхпроводникового материала, уменьшение затрат на технологию изготовления сверхпроводящих проводов, экономия хладоагента и электроэнергии, связанной с охлаждением проводов и т.д.).

Предложенная конструкция сверхпроводящего ленточного многожильного провода прямоугольного сечения, состоящая из сверхпроводящих модулей круглого сечения, расположенных в один слой и примыкающих друг к другу, в матрице которых расположены сверхпроводящие жилы круглого сечения, число которых равно семи, примыкающие друг к другу и к внутренней оболочке модуля, в матрице которых, в свою очередь, равномерно расположены сверхпроводящие токонесущие элементы с расстояниями между продольными осями соседних токонесущих элементов, определяемыми по известной формуле, и с соотношением площади поперечного сечения сверхпроводящих жил к площади поперечного сечения модуля, равным

позволит существенно снизить потери в таком проводе на переменном токе, увеличить токонесущую способность провода на постоянном и переменном токе, упростить технологию изготовления многожильных ленточных сверхпроводящих проводов прямоугольного сечения. В зависимости от необходимой мощности в используемом криогенном электрооборудовании число модулей в таком однослойном ленточном сверхпроводящем проводе может быть увеличено до практически любого значения без опасности перевести такой провод из сверхпроводящего в нормальное состояние (аварийный режим). Это определяется тем обстоятельством, что каждый токонесущей элемент жилы, каждая жила, каждый модуль и весь сверхпроводящий провод находятся в собственном магнитном поле, равном магнитному полю отдельного токонесущего элемента. При этом токонесущая способность провода максимальна, а потери, расход сверхпроводникового материала, хладоагента минимальны.

Предложенный многожильный сверхпроводящий ленточный провод прямоугольного сечения для постоянных и переменных токов предназначен для использования в электромагнитных системах, работающих в криогенных условиях (электрические машины, трансформаторы, токоограничители, кабели и т.д.), обеспечивая уменьшение потерь в проводе, увеличение его токонесущей способности, уменьшение расхода сверхпроводникового материала, хладоагента, упрощение технологии изготовления провода и повышение технико-экономических показателей этих систем.

Сверхпроводящий многожильный ленточный провод прямоугольного сечения для переменных и постоянных токов, содержащий матрицу из стабилизирующего материала, сверхпроводящие токонесущие элементы, расположенные в матрице, и наружную изоляционную оболочку, отличающийся тем, что в матрице сверхпроводящего провода размещены в один слой сверхпроводящие модули круглого сечения, примыкающие друг к другу, модули выполнены со сверхпроводящими жилами круглого сечения, размещенными внутри матрицы модуля продольно с центральной осевой жилой и примыкающими к внутренней оболочке модуля, при этом диаметр модуля d_м определяется из соотношения:

d_м=3d_ж,

где d_ж - диаметр сверхпроводящей жилы,

а отношение площади поперечного сечения жил S_ж к площади поперечного сечения модуля S_м равно: