Сверхпроводящий многожильный провод круглого сечения для переменных и постоянных токов

Изобретение относится к области электротехники, а именно к сверхпроводящим проводам круглого сечения для переменных и постоянных токов, и может быть использовано в криогенной электротехнике. Технический результат от использования изобретения состоит в снижении потерь в проводе и увеличении его токонесущей способности. Сверхпроводящий провод содержит матрицу из стабилизирующего материала, в которой размещены сверхпроводящие модули круглого сечения, установленные согласно изобретению продольно с центральным осевым модулем и окружающие его концентрично слоями, при этом каждый модуль последующего и предыдущего слоя размещены по радиальным направляющим и выполнены примыкающими друг к другу, модули выполнены со сверхпроводящими жилами круглого сечения, размещенными внутри матрицы модуля и примыкающими друг к другу, а сверхпроводящие токонесущие элементы размещены в матрице внутри сверхпроводящих жил равномерно по всему сечению, при этом диаметр провода выполнен в соответствии с определенным соотношением. 1 ил.

 

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

Известна конструкция сверхпроводящего круглого провода, где сверхпроводящая жила заключена в оболочку из стабилизирующего металла (меди, латуни и т.п.), а сам провод изолирован снаружи изоляционным покрытием, например эмаль-лаком (Свалов Г.Г., Белый Д.И. «Сверхпроводящие и криорезистивные обмоточные провода». Энергия, М., 1976, с.94, рис.4-1а). При транспортировке переменного тока в проводе такой конструкции, а именно в сверхпроводнике и в окружающем его стабилизирующем металле, возникают переменные магнитные поля и вызванные ими потери, которые снижают токонесущую способность провода.

Указанные недостатки частично устранены в известной конструкции сверхпроводящего провода круглого сечения для переменного тока. В этой конструкции в качестве элементарных токонесущих элементов применены стабилизированные проволоки определенного диаметра, навитые спирально в один слой и неподвижно закрепленные на цилиндрической трубе из стабилизирующего материала. Снаружи провод снабжен изоляционной оболочкой (пат. США, №4327244, Н01В 12/00, 27.04.82).

Недостатком проводов таких конструкций является низкая токонесущая способность из-за наличия в них потерь, главным образом гистерезисных - в сверхпроводнике и вихревых - в материале матрицы за счет замкнутых через матрицу контурных и вихревых токов, вызванных возникшими в этих материалах переменными полями от транспортного тока.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно уменьшение потерь в проводе при прохождении через него переменных токов и увеличение токонесущей способности при прохождении постоянных токов и переменных токов.

Указанный технический результат достигается тем, что в сверхпроводящем многожильном проводе круглого сечения для переменных и постоянных токов, содержащем матрицу из стабилизирующего материала, сверхпроводящие токонесущие элементы, расположенные в матрице, и наружную изоляционную оболочку, в его матрице размещены сверхпроводящие модули круглого сечения, установленные продольно с центральным осевым модулем и окружающие его концентрично слоями, причем каждый модуль последующего и предыдущего слоя размещены по радиальным направляющим и выполнены примыкающими друг к другу, модули выполнены со сверхпроводящими жилами круглого сечения, размещенными внутри матрицы модуля и примыкающими друг к другу, а сверхпроводящие токонесущие элементы размещены в матрице внутри сверхпроводящих жил равномерно по всему сечению, при этом диаметр провода D_пр выполнен в соответствии с соотношением:

D_пр=D_м(2n-1),

где D_м - диаметр модуля;

n - число слоев модулей в проводе.

На чертеже схематически изображен предложенный сверхпроводящий провод в поперечном сечении с числом слоев модулей, равным 2.

Сверхпроводящий провод 1 с наружной изоляционной оболочкой 2 содержит в матрице 3 сверхпроводящие модули 4 круглого сечения и каждый модуль 4 провода 1 включает в себя сверхпроводящие жилы 5, запрессованные в матрицу 6 модуля, и при этом по всему поперечному сечению жил 5 в матрице 7 жилы 5 равномерно расположены сверхпроводящие токонесущие элементы 8.

Диаметр сверхпроводящего провода 1 выполнен в соответствии с соотношением:

D_пр=D_м(2n-1),

где D_м - диаметр модуля 4;

n - число слоев модулей 4 в проводе 1.

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

где d_ж - диаметр жилы 5;

d_т.э - диаметр токонесущего элемента 8

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

Такое расположение сверхпроводящих модулей 4 со сверхпроводящими жилами 5, включающими в себя сверхпроводящие токонесущие элементы 8, находящиеся на расстоянии друг от друга, при котором каждый отдельный токонесущий элемент 8 находится в собственном магнитном поле, создаваемом током элемента 8, и не испытывает воздействие внешнего магнитного поля, создаваемого токами соседних элементов 8, позволяет существенно снизить потери в сверхпроводнике и стабилизирующем материале и увеличить токонесущую способность сверхпроводящего провода 1.

В таком сверхпроводящем проводе каждый токонесущий элемент 8 жилы 5, каждая жила 5, модуль 4 и весь сверхпроводящий провод 1 находятся в собственном магнитном поле, равном магнитному полю одного токонесущего элемента 8. Токонесущая способность провода 1 максимальна, потери в нем минимальны вследствие минимального значения магнитного поля провода, равного значению магнитного поля одного токонесущего элемента. В этом сверхпроводящем многожильном проводе круглого сечения ток увеличивается пропорционально квадрату диаметра провода, а не диаметру провода, как это имеет место в известных многожильных сверхпроводящих проводах традиционного исполнения. Критическая плотность тока в таком проводе от одного до нескольких порядков превышает аналогичную плотность тока в известных сверхпроводящих проводах аналогичного диаметра традиционного исполнения. При этом существенно уменьшаются расход сверхпроводникового материала, стоимость провода и упрощается технология его изготовления.

Предложенная конструкция сверхпроводящего провода предназначена для использования в электромагнитных системах, работающих в криогенных условиях (токоограничители, трансформаторы, генераторы, двигатели, реакторы и т.д.), и обеспечивает повышение технико-экономических показателей этих систем.

Сверхпроводящий многожильный провод круглого 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 сверхпроводящие модули круглого сечения, установленные продольно с центральным осевым модулем и окружающие его концентрично слоями, причем каждый модуль последующего и предыдущего слоя размещены по радиальным направляющим и выполнены примыкающими друг к другу, модули выполнены со сверхпроводящими жилами круглого сечения, размещенными внутри матрицы модуля и примыкающими друг к другу, а сверхпроводящие токонесущие элементы размещены в матрице внутри сверхпроводящих жил равномерно по всему сечению, при этом диаметр провода D_пр выполнен в соответствии с соотношением:

D_пр=D_м(2n-1),

где D_м - диаметр модуля;

n - число слоев модулей в проводе.