Устройство, по меньшей мере, с одним сверхпроводящим кабелем



Устройство, по меньшей мере, с одним сверхпроводящим кабелем
Устройство, по меньшей мере, с одним сверхпроводящим кабелем
Устройство, по меньшей мере, с одним сверхпроводящим кабелем
Устройство, по меньшей мере, с одним сверхпроводящим кабелем

 


Владельцы патента RU 2545027:

НЕКСАНС (FR)

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, по меньшей мере, с одним сверхпроводящим кабелем и окружающим его криостатом, который содержит, по меньшей мере, одну теплоизолированную трубку, окружающую сверхпроводящий кабель и полость для пропускания хладагента, при этом криостат, а также находящийся в нем сверхпроводящий кабель выполнены с возможностью соединения со стационарными деталями линии передачи электрической энергии.

Такое устройство известно, например, из ЕР 1617537 В1.

Стационарными деталями линии передачи могут быть оконцевания или соединительные муфты, посредством которых соединяются между собой два отрезка, образованные криостатом и кабелем.

Сверхпроводящий кабель имеет электрические проводники из материала, который при достаточно низких температурах переходит в сверхпроводящее состояние. Омическое сопротивление выполненного соответствующим образом проводника при достаточном охлаждении равно нулю, до тех пор пока не превышена определенная сила тока, то есть критическая сила тока. Подходящими сверхпроводящими материалами являются, например, оксидные материалы на основе редкоземельных элементов (ReBCO), в частности YBCO (оксид иттрия-бария-меди) или BSCCO (оксид висмута-стронция-кальция-меди). Достаточно низкие температуры, которые позволяют привести такой материал в сверхпроводящее состояние, находятся, например, в диапазоне от 67 К до 110 К. Однако имеются также сверхпроводящие материалы, такие, например, как дибарид магния, которые необходимо охлаждать до еще более низких температур, чтобы они перешли в сверхпроводящее состояние. Подходящими хладагентами для всех этих материалов являются, например, азот, гелий, неон и водород или смеси этих веществ.

При эксплуатации устройства, по меньшей мере, с одним сверхпроводящим кабелем его соответственно сильно охлаждают внутри криостата, что приводит к тому, что вследствие термической усадки он становится короче. Чтобы обеспечить работоспособное состояние линии передачи требуются меры, которые позволяют компенсировать укорочение кабеля.

В Journal of Physics, том 234, № 3, 22.7.2010, страницы 1-6, описывается испытательный участок для охлаждения сверхпроводящего кабеля. Кабель помещают в криостат, который при изогнутой форме длиной 16 м установлен между двумя концевыми участками, обозначенными как криостаты А и В. На каждом из этих концевых участков расположен один единственный сильфон в криостате, проходящем в этой зоне неизменно прямолинейно.

Из US 2010/0285968 А1 известен способ компенсации термически обусловленного укорочения сверхпроводящего кабеля вследствие его охлаждения. Конструкция соответствующего устройства предусматривает центральную, устойчивую на растяжение деталь. Кроме того, в публикации упоминается, что предусмотрена выполненная из тонкого металла гофрированная оболочка.

В ЕР 0807938 А1 предлагается оболочка, состоящая из четырех, радиально отделенных друг от друга трубок, для электрических сверхпроводящих проводников. Трубки содержат в чередующемся порядке прямолинейные участки с высокой механической стабильностью и выполненные поперек гофрированными участки, посредством которых жесткая сама по себе оболочка может изгибаться.

Согласно US 2006/0211579 А1 прямолинейно проходящие участки выполненного в форме трубки сверхпроводящего кабеля соединены между собой посредством сильфонов. Это призвано снизить последствия землетрясения и компенсировать неровности почвы.

В устройстве согласно ЕР 1720176 В1 сверхпроводящий кабель помещен в криостат таким образом, что при комнатной температуре он проходит в форме гофра или спирали. Полученную в результате излишнюю по отношению к криостату длину кабеля стабилизирует крестовидная сетка, которая точечно соединена с кабелем.

Из вышеупомянутого патентного документа ЕР 1617537 В1 известно устройство с расположенным в криостате сверхпроводящим кабелем, который соединен с оконцеванием. Электрический провод оконцевания снабжен трубчатой, содержащей радиально подпружиненные пластинки деталью из электропроводящего материала, в которую в положении монтажа входит провод сверхпроводящего кабеля. В случае термически обусловленных изменений длины провод сверхпроводящего кабеля в своем продольном направлении может проскальзывать в трубчатую деталь.

Задача изобретения состоит в том, чтобы упростить конструкцию представленного выше устройства.

Эта задача согласно изобретению решается тем, что

- на каждом из концов криостата, выполненных для соединения со стационарными деталями линии передачи, установлены на расстоянии друг от друга два сильфона, и

- между двумя сильфонами каждого из двух концов криостата помещен относящийся к нему теплоизолированный патрубок изогнутой формы.

В этом устройстве сверхпроводящий кабель без особой обработки может быть размещен, например, между двумя оконцеваниями и известным способом электропроводно соединен с ними. Криостат, также жестко соединенный затем с оконцеваниями, на своих концах, соединенных с оконцеваниями, может упруго деформироваться соответственно за счет двух сильфонов, так что может просто придерживаться обусловленного охлаждением укорочения кабеля. Сильфоны, соединенные посредством изогнутого патрубка, через который пропускается кабель, лишь сжимаются ставшим более коротким кабелем и поэтому сами становятся короче. При этом оба сильфона механически равномерно нагружаются изогнутым патрубком и равномерно сжимаются. Остальная длина криостата не испытывает воздействия в связи с укорочением кабеля.

Патрубок может быть выполнен гибким, а также гладким и, следовательно, жестким.

Примеры осуществления изобретения представлены на чертежах, на которых показано:

Фиг.1 - схематичное изображение устройства согласно изобретению,

Фиг.2 - разрез по Фиг.1 вдоль линии II-II в увеличенном масштабе,

Фиг.3 - деталь устройства с фиг.1, и

Фиг.4 - другое в отличие от Фиг.3 использование устройства.

На Фиг.1 схематично изображены два оконцевания 1 и 2 в качестве стационарных деталей линии передачи электрической энергии. Такие оконцевания известны, так что их конструкция не поясняется более подробно. Криостат KR и находящийся в нем сверхпроводящий кабель SK (Фиг.2) жестко соединены с оконцеваниями 1 и 2.

Криостат KR должен иметь, по меньшей мере, одну теплоизолированную трубку из металла или пластика для размещения кабеля SK и пропуска хладагента. В варианте осуществления согласно Фиг.2 он состоит из расположенных коаксиально и на расстоянии друг от друга двух трубок из металла, предпочтительно из высококачественной стали, между которыми помещены распорный элемент и теплоизоляция 5, предпочтительно вакуумная изоляция. Трубки 3 и 4 могут быть гофрированы поперек их продольного направления и, следовательно, могут хорошо изгибаться. Криостат KR окружает, кроме кабеля SK, полость HR, через которую может пропускаться хладагент. Конструкция сверхпроводящего кабеля SK произвольная. В криостате KR могут быть помещены также два или больше сверхпроводящих кабелей.

На Фиг.3 устройство согласно изобретению изображено в соединении с оконцеванием 1. Соответствующая конструкция в равной мере относится также к оконцеванию 2. Криостат KR, также как и охватываемый им кабель SK, жестко соединен с оконцеванием 1. На другом конце, изображенном в данном случае свободным, криостат KR и охватываемый им кабель SK жестко соединены с другой стационарной деталью линии передачи электрической энергии. Криостат KR имеет на своем конце два сильфона 6 и 7, которые помещены в криостате KR на расстоянии один от другого. Они соединены между собой посредством относящегося к криостату KR изогнутому патрубку 8. Сильфоны 6 и 7 могут располагаться предпочтительно симметрично относительно патрубка 8, как это представлено на Фиг.3. Если криостат KR согласно Фиг.2 состоит из двух трубок, в таком случае в каждой из двух трубок помещен сильфон.

Предпочтительно патрубок 8 выполнен так же, как и криостат KR. То есть он может состоять из отрезка лишь одной теплоизолированной трубки или из отрезка сдвоенной трубки, которая состоит из двух расположенных концентрически и на расстоянии друг от друга трубок, между которыми помещена теплоизоляция. Трубка или соответственно трубки патрубка 8 могут быть выполнены гладкими и соответственно жесткими, а также гофрированными и соответственно гибкими. Патрубок 8 изогнут предпочтительно на 180° или, по меньшей мере, примерно на 180°, так что образуется симметричное устройство соединенных с патрубком 8 сильфонов 6 и 7, как это показано в предпочтительном варианте осуществления согласно Фиг.3.

На Фиг.3а устройство согласно изобретению изображено при комнатной температуре. В этом случае сильфоны 6 и 7 имеют предпочтительно свою полную длину. Когда устройство находится в эксплуатации, по криостату KR пропускается хладагент, посредством которого кабель SK охлаждается и, таким образом, становится короче. При этом он прилегает к стенке патрубка 8 и тянет его в направлении стрелки Р. Вследствие этого сильфоны 6 и 7 сжимаются и при этом в предпочтительной симметричной форме осуществления согласно Фиг.3 сжимаются равномерно. Соответственно укороченное, конечное положение сильфонов 6 и 7 показано на Фиг.3b.

На Фиг.4 в качестве стационарной детали линии передачи электроэнергии изображена соединительная муфта 9, с которой жестко соединены на обеих сторонах криостат KR и окруженный им кабель SR. В представленном варианте осуществления на обеих сторонах соединительной муфты 9 установлены сильфоны в криостате KR. Это соединенные друг с другом патрубком 10 сильфоны 11 и 12, с одной стороны, а также соединенные друг с другом патрубком 13 сильфоны 14 и 15, с другой стороны. Оставленные открытыми концы криостата KR в данном случае жестко соединены также с другими стационарными деталями линии передачи, например, с оконцеваниями.

Устройство на Фиг.4а представлено аналогично Фиг.3а при комнатной температуре. При охлаждении кабеля SK протекает тот же процесс, как он описан для Фиг.3. Патрубок 10 стягивается в направлении стрелки Р1, вследствие чего укорачиваются сильфоны 11 и 12, в то время как патрубок 11 стягивается в направлении стрелки Р2, вследствие чего укорачиваются сильфоны 14 и 15. Укороченные конечные положения сильфонов 11 и 12, а также 14 и 15 показаны на Фиг.4b.

На Фиг.3 и 4 в плоскости радом друг с другом изображены различные сильфоны. При известных условиях они могут быть расположены также один поверх другого. Если охлаждение кабеля SK прекращается или прерывается, он вновь вытягивается. Различные сильфоны в этом случае вновь удлиняются благодаря собственному усилию.

1. Устройство, по меньшей мере, с одним сверхпроводящим кабелем и окружающим его криостатом, который содержит, по меньшей мере, одну теплоизолированную трубку, окружающую сверхпроводящий кабель и полость для пропускания хладагента, при этом криостат, а также находящийся в нем сверхпроводящий кабель выполнены с возможностью соединения со стационарными деталями линии передачи электрической энергии, отличающееся тем, что
- 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 (6, 7) каждого из двух концов криостата (KR) помещен относящийся к нему теплоизолированный патрубок (8) изогнутой формы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что патрубок (8) изогнут между двумя сильфонами (6, 7) на 180° или примерно на 180°.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что патрубок (8) выполнен как участок, по меньшей мере, одной гладкой трубы.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что патрубок (8) выполнен как участок, по меньшей мере, одной гибкой трубы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике . .

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.

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 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 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.

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 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.

Предлагаемое техническое решение относится к области сверхпроводниковой силовой электротехники и может быть применено для подключения к электрической сети высоковольтного сверхпроводникового ограничителя тока короткого замыкания, размещенного в криостате с жидким азотом. Токопроводы (3) и (4) расположены коаксиально. Токопровод (3) выступает из токопровода (4). Верхние концы токопроводов (3) и (4) имеют клеммы для подключения к электрической сети. Нижние концы токопроводов (3) и (4) погружены в жидкий азот, заполняющий криостат (2). Пары азота в полости токопровода (4) служат газообразной изоляцией между токопроводами (3) и (4). Изолятор (5) электрически отделяет выступающую часть токопровода (3) от токопровода (4). Изолятор (6) электрически отделяет крышку (7) от токопровода (4). В верхней части криостата (2) установлен диэлектрический тепловой экран (8), охватывающий внешний токопровод (4). Изобретение обеспечивает уменьшение габаритов устройства и теплопередачи из внешней среды в криостатируемый высоковольтный аппарат. 1 ил.
Наверх