Устройство со сверхпроводящим кабелем



Устройство со сверхпроводящим кабелем
Устройство со сверхпроводящим кабелем

 


Владельцы патента RU 2475876:

НЕКСАН (FR)

Предлагается устройство для электрического токопроводящего соединения сверхпроводящего электрического кабеля (1) с электрическим кабелем нормальной проводимости, находящимся при комнатной температуре, которое имеет проходной изолятор (D) с электрическим проводом (5), который окружен теплоизоляцией (6). Провод (1) сверхпроводящего кабеля связан с концом провода (5) проходного изолятора (D), на другой стороне которого присоединен нормально проводящий кабель. На определенном конце сверхпроводящего кабеля (1) для соединения с проводом (5) проходного изолятора (D) установлен электрод (4), служащий для электрического управления путем изменения магнитного поля. По меньшей мере, в области электрода (4) имеется криостат, который выполнен как замыкающийся по кругу кожух из электроизолирующего материала с безвакуумной теплоизоляцией. Конец кожуха у проходного изолятора (D) лежит в рабочем состоянии устройства под потенциалом высокого напряжения, в то время как другой конец кожуха соединен с потенциалом земли. Изобретение обеспечивает упрощение выполнения устройства. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройству для электрического токопроводящего соединения сверхпроводящего электрического кабеля с электрическим кабелем нормальной проводимости, находящимся при комнатной температуре, в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

Подобное устройство следует из ЕР 1811626 А1.

Подобное устройство требуется, например, для того, чтобы соединить сверхпроводящий электрический кабель с распределительной электросетью. Сверхпроводящий кабель в современной технике имеет электрический провод из композиционного материала, который содержит керамический материал, который при достаточно низких температурах переходит в сверхпроводящее состояние. Электрическое сопротивление постоянному току у соответствующим образом смонтированного провода при достаточном охлаждении - ноль до тех пор, пока не превысится определенная сила тока. Подходящими керамическими материалами являются, например, BSCCO (оксид висмута - стронция - кальция - меди) как материалы 1-ого поколения или ReBCO (оксид редкоземельного элемента - бария - меди), в особенности, YBCO (оксид иттрия - бария - меди) как материалы 2-ого поколения. Достаточно низкие температуры для приведения подобного материала в сверхпроводящее состояние лежат примерно между 67К и 90К. Подходящим охлаждающим средством может быть, к примеру, азот, гелий, неон и водород или смеси этих веществ. Для соединения сверхпроводящего кабеля с кабелем нормальной проводимости применяется, к примеру, электрический проходной изолятор с электрическим проводом, который окружен активной электрической изоляцией. К проводу проходного изолятора в эксплуатируемом устройстве с одной стороны присоединен провод сверхпроводящего кабеля, охлажденный, к примеру, на температуру до 70К, и с другой стороны кабель распределительной сети, которая эксплуатируется при температуре окружающей среды.

Из DE 202004007187 U1 следует проверка замыкания для сверхпроводящего кабеля. На конце сверхпроводящего кабеля установлен электрод, служащий для управления путем изменения магнитного поля. Этот конец сверхпроводящего кабеля, как патрубком, окружен образованным кожухом, который на конце закрыт крышкой. Через крышку проходного изолятора к источнику питания выступает провод сверхпроводящего кабеля. Как патрубок кожуха, так и крышка выполнены двустенными. Между обеими стенками от кожуха и крышки установлен либо вакуум, либо избыточное давление азота.

Упоминаемый вначале ЕР 1811626 А1 описывает устройство с корпусом, состоящим из трех частей. Части корпуса расположены рядом друг с другом или друг над другом. В средней части корпуса установлен проходной изолятор, который имеет изолированный электрический провод. На изоляции провода расположен слой управления путем изменения магнитного поля, наружная поверхность которого состоит из прилегающего слоя цинка. Он известен в технике высоких напряжений, применительно к проводу, окруженному выравнивающим конусом. Провод устройства, смонтированный таким образом, уложен в изолятор, который состоит из электрически изолирующего материала. На одном конце проходного изолятора из изоляции выведен провод для соединения с кабелем электросети, в то время как его другой конец служит для присоединения сверхпроводящего кабеля, который окружен криостатом, снабженным вакуумной изоляцией и состоящим из металлической трубки. Между проводом проходного изолятора и активной электрической изоляцией предусмотрен промежуточный слой, который делает возможным проскальзывание провода в изоляции.

В основе изобретения лежит задача упростить выполнение описанного выше устройства.

Эта задача разрешается соответствующими отличительными признаками формулы изобретения.

Кожух криостата может иметь любую рациональную геометрическую форму. В предпочтительной конструктивной форме кожух выполнен как патрубок с преимущественно цилиндрическим поперечным сечением. В дальнейшем используется вместо слов «замкнутый вокруг кожух» для краткости слово «патрубок».

Конец сверхпроводящего кабеля с электродом, служащим для электрического управления путем изменения магнитного поля, окружен у этого устройства кожухом криостата, который состоит из электрически активной, безвакуумной теплоизоляции, снабженной изолирующим материалом, и его наружная поверхность снабжена слоем из безвакуумного теплоизолирующего материала. У криостатов существующей известной конструкции дорогостоящая вакуумная изоляция не требуется. Напротив, в особенности, для теплоизоляции патрубка используются известные материалы с теплоизолирующими свойствами. При описанной конструкции устройства может быть выполнен переход провода сверхпроводящего кабеля на температуру окружающей среды без дальнейшей электрической изоляции, так как область этого перехода в рабочем состоянии устройства лежит под потенциалом высокого напряжения. Электрический провод проходного изолятора нуждается тогда в окружении еще одним, служащим для теплоизоляции изолятором. Устройство в целом может быть выполнено компактно и также просто и адаптироваться для высоких токов. Установленный на сверхпроводящем кабеле электрод, служащий для электрического управления путем изменения магнитного поля, может использоваться одновременно для управления путем изменения магнитного поля для устройства в целом.

При использовании устройства для сверхпроводящего кабеля постоянного тока не возникает тепловых проблем или проблем пространственных зарядов в прочных изолирующих материалах, какие известны при традиционном высоком напряжении кабелей постоянного тока с прочными изолирующими материалами.

Со словом «высокое напряжение» должно быть связано электрическое напряжение, которое лежит выше 1 кВ. В данном случае используется напряжение, лежащее в области от 200 кВ.

Устройство используется в предпочтительной конструктивной форме в вертикальном исполнении. Для того чтобы в такой позиции избежать из-за сверхпроводящего кабеля и окружающего патрубка криостата теплового расслоения в патрубке, в патрубок помещается охлаждающее средство, преимущественно в верхней части. Это может достигаться, к примеру, через трубку из изолирующего материала, которая внутри патрубка поднимает охлаждающее средство к потенциалу высокого напряжения.

Пример исполнения изобретения представлен на чертежах, на которых изображено:

фиг.1 - в схематическом представлении конец линии передач со сверхпроводящим кабелем;

фиг.2 - устройство по изобретению в увеличенном представлении.

На фигуре 1 показана концевая муфта V, изображенная через прямоугольник, снабженная линией передач со сверхпроводящим электрическим кабелем для электрического тока. К концевой муфте V с одной стороны примыкает криостат KR, в котором содержится изображенный на фиг.2 сверхпроводящий кабель 1. С другой стороны с концевой муфтой V соединен электрический кабель K нормальной проводимости, который относится к сети электропитания. Для соединения между сверхпроводящим кабелем 1 и кабелем К нормальной проводимости используется устройство, находящееся в концевой муфте V, как оно представлено, к примеру, на фиг.2.

Устройство по фиг.2 помещено на конце криостата KR. Оно может использоваться принципиально в горизонтальном исполнении. В предпочтительной конструктивной форме собирается устройство - как уже упоминалось - в вертикальном виде. Эта вертикальная конструктивная форма представлена на фиг.2. Она описывается далее вместо описания горизонтального исполнения.

В соответствии с фиг.2, устройство имеет кожух, выполненный как патрубок 2, который состоит из электрически изолирующего материала и является безвакуумным теплоизолятором. Патрубок 2 кожуха - в дальнейшем названный только «патрубок 2» - состоит, к примеру, из стеклопластика. Для своей теплоизоляции патрубок 2 снабжен на своей наружной поверхности слоем 3, обозначенным с помощью ломаной линии из безвакуумного теплоизолирующего материала, к примеру, пенополиуретана. Патрубок 2 на своем конце, к примеру, в середине фланцевого соединения соединен с криостатом KR линии передачи.

Сверхпроводящий кабель 1 так расположен в криостате KR, что он вдается в патрубок 2. Его конец окружен электродом 4, служащим для электрического управления путем изменения магнитного поля. Управление путем изменения магнитного поля может быть выполнено как емкостное управление путем изменения магнитного поля, так и как намоточное устройство в виде проводящей прослойки. Провод кабеля 1 связан с электрическим проводом 5 проходного изолятора D, который окружен теплоизоляцией 6, служащей исключительно теплоизоляцией. Своим другим концом провод 5 может соединяться с кабелем K распределительной сети.

Также конец проходного изолятора D, повернутый к патрубку 2, заканчивается фланцем. На этот конец патрубка 2 прикладывается высокое напряжение. На фиг.2 это обозначено через размеченное защитное кольцо 7. Область перехода между патрубком 2 и проходным изолятором D в рабочем режиме находится под потенциалом высокого напряжения. На конце патрубка 2, удаленном от проходного изолятора D, существуют защитные кольца 8, лежащие на потенциале земли.

Охлаждающее средство подается патрубку 2 для предотвращения теплового расслоения и пузырьков газа с преимуществом в верхней части и, таким образом, в область высокого напряжения. Это может проводиться принципиально любым способом. В предпочтительной конструктивной форме для подачи охлаждающего средства в патрубке 2 устанавливается трубка 9, состоящая из изолирующего материала, которая выступает в области верхнего конца патрубка 2, и через приемный канал 10 подает охлаждающее средство.

1. Устройство для электрического токопроводящего соединения сверхпроводящего электрического кабеля с нормально проводящим находящимся при комнатной температуре электрическим кабелем, которое имеет проходной изолятор (D) с электрическим проводом (5), который окружен теплоизоляцией, причем сверхпроводящий кабель (1) расположен в трубообразном служащем для подведения охлаждающего средства криостате (KR), при этом провод сверхпроводящего кабеля соединен с концом провода (5) проходного изолятора (D), на другом конце которого присоединен упомянутый нормально проводящий кабель, отличающееся тем, что
на конце сверхпроводящего кабеля (1), предназначенном для соединения с проводом (5) проходного изолятора (D), установлен электрод (4), служащий для электрического управления путем изменения магнитного поля, при этом
упомянутый конец сверхпроводящего кабеля (1), предназначенный для соединения с проводом (5) проходного изолятора (D), окружен выполненным как патрубок замыкающимся по кругу кожухом из электроизолирующего материала с безвакуумной теплоизоляцией, которая снабжена на своей наружной поверхности слоем (3) из безвакуумного теплоизолирующего материала, причем конец кожуха, направленный к проходному изолятору (D), лежит в рабочем состоянии устройства под потенциалом высокого напряжения, в то время как другой его конец соединен с потенциалом земли.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пункт подачи для подачи охлаждающего средства в криостат расположен на конце кожуха, направленном к проходному изолятору (D).

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что для подачи охлаждающего средства внутри кожуха криостата установлена трубка (9), состоящая из изолирующего материала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сверхпроводящей многофазной кабельной системе с охлаждением текучей средой, содержащей: а) кабель с, по меньшей мере, тремя электрическими проводами, составляющими, по меньшей мере, две электрических фазы и нулевой или нейтральный провод, причем упомянутые электрические провода взаимно электрически изолированы друг от друга, и b) тепловую изоляцию, задающую центральную продольную ось и имеющую внутреннюю поверхность и окружающую кабель, причем упомянутая внутренняя поверхность упомянутой тепловой изоляции образует радиальный предел камеры охлаждения, предназначенной для удерживания охлаждающей текучей среды для охлаждения упомянутых электрических проводов.

Изобретение относится к сверхпроводящему кабелю, в котором обеспечивается охлаждение сверхпроводящего проводника с высокой эффективностью и обеспечивается достаточная эффективность изоляции, а также к способу контроля температуры хладагентов, используемых в кабеле.

Изобретение относится к циркуляционной системе охлаждения криогенного кабеля, которая позволяет решить задачу уменьшения блока резервирования в размерах, при этом традиционный механизм регулировки или функция регулировки количества хладагента в блоке резервирования не требуется.

Изобретение относится к области электротехники, к сверхпроводящим кабелям с криогенной оболочкой, в частности к способу изготовления сверхпроводящего кабеля, состоящего из кабельного сердечника, содержащего, по меньшей мере, один удлиненный сверхпроводящий элемент, и охватывающей кабельный сердечник гибкой трубы, включающий в себя следующие этапы: а) непрерывную размотку кабельного сердечника с источника кабеля; б) непрерывную размотку металлической ленты с источника ленты; в) непрерывное формование металлической ленты вокруг кабельного сердечника в трубную заготовку, заварку продольного шва и последующее гофрирование заваренной трубы, причем внутренний диаметр гофрированной трубы больше наружного диаметра кабельного сердечника; г) намотку состоящего из кабельного сердечника и гофрированной трубы сверхпроводящего кабеля на кабельный барабан или укладку сверхпроводящего кабеля в, по меньшей мере, один виток; д) завершающее механическое соединение концов кабельного сердечника с концами гофрированной трубы в то время, как кабель находится на кабельном барабане или в виде, по меньшей мере, одного витка.

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к организации охлаждения протяженных криогенных систем (КС), и может быть применено для охлаждения сверхпроводящей кабельной линии (КЛ)

Изобретение относится к сверхпроводящей многофазной кабельной системе постоянного или переменного тока для распределения электроэнергии с охлаждением текучей средой, содержащей a) кабель, содержащий по меньшей мере три электрических провода, составляющих по меньшей мере две электрические фазы и нулевой или нейтральный провод, причем упомянутые электрические провода взаимно электрически изолированы друг от друга, и b) тепловую изоляцию, задающую центральную продольную ось и имеющую внутреннюю поверхность и окружающую кабель, причем упомянутая внутренняя поверхность упомянутой тепловой изоляции образует радиальный предел камеры охлаждения, предназначенной для удерживания охлаждающей текучей среды для охлаждения упомянутых электрических проводов. Изобретение также относится к способу изготовления кабельной системы и к ее применению. В кабельной системе по изобретению электрические провода содержат сверхпроводящий материал, присутствующий в форме лент или проволок, скрученных вокруг нижележащего слоя с формированием сверхпроводящего слоя и расположенных в таком порядке и под такими углами скрутки, чтобы дать низкие электрические потери на переменном или переходном токах за счет оптимизации числа сверхпроводящих лент и распределения тока в сверхпроводящих слоях. 3 н. и 33 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к устройству, по меньшей мере, с одним сверхпроводящим кабелем (4) и одним окружающим его первым криостатом (К1) для пропускания первого хладагента, который состоит из расположенных коаксиально и на расстоянии друг от друга двух металлических трубок (9, 10), между которыми заключена теплоизоляция. Первый криостат (К1) по всей своей длине содержит полость (HR), в которой расположен кабель (4) и по которой при эксплуатации устройства направляется первый хладагент. В качестве сверхпроводящего материала применяется диборид магния, а в качестве первого хладагента используется жидкий или газообразный хладагент, охлажденный до температуры 39 К или меньше. Вокруг первого криостата (К1) отформован коаксиально и на расстоянии от него второй криостат (К2) для проведения второго хладагента, который также состоит из расположенных коаксиально и на расстоянии друг от друга двух металлических трубок (13, 14), между которыми заключена тепловая изоляция (15), и по которому во время эксплуатации устройства пропускается сжиженный газ с температурой 112 К или меньше. В промежуточном пространстве (12) между первым криостатом (К1) и вторым криостатом (К2) расположена устойчивая к высокому напряжению изоляция (16), которая со всех сторон окружает наружную трубку (10) первого криостата (К1) и опирается на него и которая во время эксплуатации устройства омывается сжиженным газом, протекающим в промежуточном пространстве (12), и пропитывается им. Изобретение обеспечивает охлаждение кабеля до температуры 39 К или меньше с одновременной оптимизацией электрических свойств кабеля. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство, по меньшей мере, с одним сверхпроводящим кабелем и окружающим его криостатом с возможностью соединения со стационарными деталями линии передачи электрической энергии, который содержит, по меньшей мере, одну теплоизолированную трубку, окружающую сверхпроводящий кабель и полость для пропускания хладагента, при этом на каждом из концов криостата (KR), выполненных для соединения со стационарными деталями линии передачи, установлены на расстоянии друг от друга два сильфона (6, 7) и между двумя сильфонами каждого из двух концов криостата (KR) помещен относящийся к нему, теплоизолированный патрубок изогнутой формы (8). Изобретение обеспечивает минимальное воздействие на длину криостата благодаря равномерной механической нагрузке изогнутым патрубком сильфонов. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройству с тремя сверхпроводящими фазными проводами, которые расположены, по меньшей мере, в одном пропускающем хладагент криостате, состоящем, по меньшей мере, из одной имеющей теплоизоляцию трубки, и которое выполнено из сверхпроводящего провода, а также диэлектрика и окружающего его электропроводящего экрана. Экраны (S1, S2, S3) каждого из трех фазных проводов (1, 2, 3) для образования трех- или целочисленных кратных трем расположенных друг за другом в их продольном направлении участков (А1, А2, А3) с частичными экранами - первого, второго и третьего участка, полностью разъединены в двух или соответственно двух, расположенных на расстоянии друг от друга, местах. Частичный экран первого участка каждого фазного провода электропроводно последовательно соединен с частичными экранами второго и затем третьего участка обоих других фазных проводов, причем экраны (S1, S2, S3) трех фазных проводов (1, 2, 3) состоят из нормально проводящего материала, в частности из меди. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции и снижение потерь при передаче на фазные провода. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройству по меньшей мере с одним сверхпроводящим кабелем (4) и с окружающим его первым криостатом (K1) для прохождения первого охлаждающего вещества, который состоит по меньшей мере из одной теплоизолированной трубы (10) и который на протяжении всей своей длины охватывает пустое пространство, в котором расположен кабель. В качестве сверхпроводящего материала применен диборид магния, а в качестве первого охлаждающего вещества используется жидкое или газообразное охлаждающее вещество, охлажденное до температуры 39 K или менее. Вокруг первого криостата (K1) соосно и на расстоянии от него сформирован второй криостат (K2) для прохождения второго охлаждающего вещества, который состоит из двух соосных и расположенных на расстоянии друг от друга труб (12, 13), заключающих между собой теплоизоляцию (14), и через который во время работы устройства проводится сжиженный газ с температурой от 112 K или менее. Изобретение обеспечивает достижение сверхпроводящего состояния материалов до температуры 39 К или ниже. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу электрически проводящего соединения двух сверхпроводящих кабелей (7, 8), которые имеют каждый по меньшей мере два расположенных концентрично относительно друг друга и окруженных диэлектриком сверхпроводящих проводника (2, 4), а также установленный над наружным диэлектриком электрически активный экран. Проводники и экраны зачищают на концах обоих кабелей (7, 8) от окружающих слоев, соединяют друг с другом электрически с помощью проходящих поперек их ориентации электрических контактных элементов (10, 11, 12). Концы обоих кабелей (7, 8) располагают рядом друг с другом и параллельно друг другу так, что их свободные концы обращены в противоположных направлениях, а их проводники (2, 4, 9) лежат рядом друг с другом по меньшей мере приблизительно на одинаковой высоте. Оба кабеля (7, 8) закрепляют относительно друг друга. Экраны (6) обоих кабелей (7, 8) соединяют электрически с помощью отдельных контактных элементов (13, 14, 15), и оба обработанных таким образом конца кабелей при создании линии для передачи электрической энергии располагают совместно в корпусе (16) криостата. Изобретение уменьшает расходы при соединении. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к сверхпроводящей системе передачи электрической энергии. В термически изолированной двойной трубе предоставляется структура, в которой может быть предотвращено существенное смещение внутренней трубы относительно внешней трубы из-за термического сжатия. Структура включает в себя внутреннюю трубу 101, внутри которой установлен сверхпроводящий кабель, внешнюю трубу 103, внутри которой размещена внутренняя труба, причем внутренняя и внешняя трубы составляют термически изолированную двойную трубу, а элемент 104 поддержки внутренней трубы поддерживает внутреннюю трубу. Элемент 104 поддержки внутренней трубы прикреплен к внутренней и внешней трубам. Изобретение обеспечивает исключение возможного смещения внутренней трубы при термическом сжатии внешней трубы. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх