Способ электропроводного соединения двух сверхпроводящих кабелей

Изобретение относится к способу и устройству электропроводного соединения двух сверхпроводящих кабелей, которые соответственно содержат по меньшей мере один окруженный диэлектриком сверхпроводящий провод и расположенный над диэлектриком электрически активный экран. Провода и экраны на концах обоих кабелей вначале зачищаются от окружающих экранов. Затем концы обоих кабелей (1, 2) соединяют один возле другого и параллельно друг другу, так что их свободные концы ориентированы в одном направлении и жестко соединены между собой. Провода обоих кабелей (1, 2) с одной стороны и их экраны (7) с другой стороны электрически активно соединены друг с другом проходящими поперек относительно их осевой ориентации электрическими контактными элементами (8, 9) и оба обработанные таким образом кабельные концы при монтаже линии передачи для электрической энергии помещены вместе в корпусе (10) криостата, который при эксплуатации линии передачи обтекается жидкотекучим средством охлаждения, обладающим изолирующими свойствами. Изобретение обеспечивает возможность соединения двух сверхпроводящих кабелей с меньшими затратами. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к способу электропроводного соединения двух сверхпроводящих кабелей, которые соответственно содержат, по меньшей мере, один окруженный диэлектриком сверхпроводящий провод и расположенный над диэлектриком электрически активный экран, посредством которого (способа) подлежащие соединению провода и экраны на концах обоих кабелей вначале освобождаются от окружающих экранов, а затем электрически активно соединяются друг с другом.

Сверхпроводящие кабели уже давно известны в самых различных конструктивных формах исполнения. Это относится в равной мере к способам электрического соединения двух сверхпроводящих кабелей. Существенное отличие сверхпроводящих кабелей от обычных кабелей состоит в том, что электрические провода в них выполнены из материала, который при достаточно низких температурах переходит в сверхпроводящее состояние с электрическим сопротивлением постоянному току, равным нулю. Подходящими сверхпроводящими материалами являются, например, оксидные материалы на основе редкоземельных элементов. Достаточно низкие температуры, которые позволяют привести такой материал в сверхпроводящее состояние, находятся, например, в диапазоне от 67 К до 110 К. Подходящими средствами охлаждения для всех этих материалов являются, например, азот, гелий, неон и водород или смесь этих веществ. При эксплуатации линии передачи электрической энергии, по меньшей мере, с одним сверхпроводящим кабелем последний помещают в известном способе в криостат, который состоит, по меньшей мере, из одной теплоизолированной трубы, через которую при работе эксплуатации линии передачи пропускают подходящее для используемого сверхпроводящего материала средство охлаждения, предпочтительно одно из вышеприведенных средств охлаждения.

В линиях передачи электрической энергии требуется электрически активно соединить друг с другом два или большее число участков сверхпроводящего кабеля. Это означает, что провода и экраны обоих кабелей необходимо зачистить вначале от окружающих слоев. После электропроводящего соединения проводов удаленные слои вновь наносят известным способом. Это относится, в частности, к окружающей сверхпроводящие провода изоляции (диэлектрику), которую, например, вновь изготовляют путем намотки лент изоляционного материала на все место соединения, в том числе обоих проводов. Затем также электрически активно соединяют экраны и, при необходимости, вновь изготовляют расположенные на них слои. Даже для кабеля всего с одним проводом и одним экраном эта работа сопряжена с очень большими затратами материала и времени. Кроме того, необходимо участие специалистов в данной области. Для кабеля с двумя или тремя концентрически расположенными друг с другом и взаимно изолированными проводами, как это известно, например, из европейской патентной публикации ЕР 1552536 В1, затраты экстремально высоки, при том что необходимо обеспечить, чтобы толщина стенки вновь изготовленной изоляции или изоляций, по меньшей мере, существенно не превышала изначальную толщину стенки. Лишь в этом случае размеры криостата, окружающего место соединения, могут быть выполнены настолько малыми, чтобы не препятствовать эксплуатации линии передачи, в частности протеканию средства охлаждения по криостату.

Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить представленный выше способ, который позволяет электрически активно соединить два сверхпроводящих кабеля с существенно меньшими затратами.

Эта задача согласно изобретению решается тем, что

- концы обоих кабелей расположены один возле другого и параллельно друг другу, так что их свободные концы ориентированы в одном направлении,

- концы обоих кабелей жестко соединены между собой,

- провода обоих кабелей с одной стороны и их экраны с другой стороны электрически активно соединены друг с другом проходящими поперек относительно их осевой ориентации электрическими контактными элементами и

- оба обработанные таким образом кабельные концы при монтаже линии передачи электрической энергии помещены вместе в корпусе криостата, который при эксплуатации линии передачи обтекается жидкотекучим средством охлаждения, обладающее изолирующими свойствами.

Существенное преимущество этого способа состоит в том, что после электрически активного соединения сверхпроводящих проводов - независимо от их числа - и экрана исключается необходимость нанесения изоляционных слоев на места соединения соответствующих проводов. За счет этого существенно снижаются затраты на соединение обоих кабелей. Это касается также экономии изоляционного материала, а также занимающей много времени работы монтера.

Это преимущество в полной мере проявляется в том случае, если соединяемые кабели имеют коаксиально расположенные друг с другом два или три провода. Согласно предшествующему уровню техники после электропроводящего соединения двух проводов соответственно требуется вначале вновь изготовить изоляционный слой или соответственно диэлектрик для этих проводов, прежде чем могут быть подсоединены следующие провода.

Важным для способа, а также соответствующего устройства является то, что концы обоих кабелей, проходящие параллельно друг другу, механически соединены между собой, так что электрические контактные элементы, проходящие поперек относительно их ориентации, могут просто монтироваться на соответствующих проводах и экранах и исключается их повреждение в случае движения концов кабелей.

Для способа и изготовленного этим способом устройства незначительным является то, в какой последовательности осуществляют отдельные операции. Предпочтителен способ, в котором вначале зачищают провода или соответственно экран обоих концов кабелей. Затем загибают, по меньшей мере, конец одного из кабелей таким образом, что он может быть позиционирован параллельно концу другого кабеля и механически соединен с ним. Вслед за этим устанавливают контактные элементы, которые предпочтительно могут быть смещены от свободных концов кабелей в осевом направлении на провода и экраны. Все описанные этапы реализации способа в принципе могут быть осуществлены вне криостата.

Однако особенно предпочтительно, когда оба кабеля уже помещены соответственно в криостате и после зачистки проводов и экранов введены в корпус, выполненный как криостат. При этом в корпусе они могут быть соединены вначале механически друг с другом еще до подключения контактных элементов.

Например, отогнутый на 180° сверхпроводящий кабель вместе с окружающим его криостатом обеспечивает возможность установить симметрично друг другу в криостат корректирующие элементы, которые позволяют компенсировать изменения размера криостата по длине при охлаждении кабеля и при его повторном нагреве.

Ниже способ согласно изобретению и изготовленное с помощью него устройство поясняются в качестве примеров осуществления на основе чертежей, на которых показано:

Фиг.1-3 - чисто схематичное изображение формы расположения двух сверхпроводящих кабелей в различных вариантах осуществления,

Фиг.4 - схематичное изображение места соединения между двумя сверхпроводящими кабелями в более точном осуществлении,

Фиг.5 - сверхпроводящий кабель в разрезе, и

Фиг.6 - также схематично помещенное в криостате место соединения согласно Фиг.4.

Согласно изобретению концы двух сверхпроводящих кабелей после зачистки их проводов и экранов располагают один возле другого и параллельно друг другу. Для этого, по меньшей мере, конец одного из двух кабелей должен быть изогнут таким образом, что он может быть позиционирован параллельно концу другого кабеля. Три примера соответствующей формы расположения концов обоих кабелей показаны на Фиг.1-3. При этом оба кабеля изображены лишь линиями.

Согласно Фиг.1 концы двух сверхпроводящих кабелей 1 и 2 изогнуты соответственно на 90°. Они расположены параллельно друг другу и своими свободными концами ориентированы в одном направлении.

Согласно Фиг.2 конец кабеля 1 отогнут на 180°, тогда как конец кабеля 2 проходит прямолинейно.

Согласно Фиг.3 конец кабеля 1 изогнут на 90°, тогда как конец кабеля 2 ориентирован прямолинейно. В этом случае кабельная трасса изогнута, начиная с места соединения обоих кабелей 1 и 2, под прямым углом.

В нижеследующем описании вариант осуществления с Фиг.2 пояснен более подробно на основе Фиг.4, на которой изображены концы двух сверхпроводящих кабелей 1 и 2, проходящие параллельно друг другу и механически соединенные между собой. Это обозначено перекрестно заштрихованным промежуточным элементом 3 между обоими кабелями.

Каждый из двух кабелей 1 и 2 имеет согласно изображенному на Фиг.5 примеру осуществления сверхпроводящий провод 5, размещенный на носителе 4, который на профессиональном языке обозначают также как «former». Провод 5 окружен диэлектриком 6 (изоляцией), на который нанесен электрически активный экран 7. Провода 5 обоих кабелей 1 и 2, а также их экраны 7 на концах кабелей зачищены от окружающих их слоев, то есть также от диэлектрика 6. Концы обоих кабелей 1 и 2 ориентированы в одном направлении. Они размещены один возле другого почти «конгруэнтно». При этом кабель 1 изогнут в своем концевом участке на 180°. То есть своим концом он отогнут в противоположном направлении относительно его расположения в линии передачи. В изображении на Фиг.4 наружный слой обоих кабелей 1 и 2 соответственно представляет собой экран 7.

Провода 5 обоих кабелей 1 и 2 электропроводяще соединены между собой электрическим контактным элементом 8, который проходит поперек ориентации обоих кабелей 1 и 2. Аналогичным образом оба экрана 7 обоих кабелей электропроводяще соединены между собой электрическим контактным элементом 9. Контактные элементы 8 и 9 предпочтительно могут быть смещены от свободных концов кабелей на провода 5 и экраны 7.

Электрически и механически соединенные таким образом концы кабелей для монтажа линии передачи электрической энергии могут быть помещены, например введены, в штрихпунктирно обозначенный на Фиг.4 корпус 10, выполненный как криостат. При эксплуатации линии передачи используемым средством охлаждения, например жидким азотом, обтекается также корпус 10. Средство охлаждения является одновременно изолирующей средой для обоих кабелей 1 и 2 или соответственно их проводов 5 и экранов 7, так что, как уже упоминалось, можно отказаться от нанесения изоляционного материала.

В предпочтительном варианте осуществления кабели 1 и 2 вначале помещают соответственно в криостат, из которого они выступают настолько, что их провода и экраны могут быть зачищены, как это описано выше. Концы соответствующих криостатов 11 и 12 схематично обозначены на Фиг.6. Они соединены корпусом 10, выполненным как криостат. При введении концов обоих кабелей 1 и 2 в корпус 10 в этом варианте осуществления они могут быть механически соединены друг с другом находящимися в корпусе фиксирующими элементами.

Затем электрические контактные элементы 8 и 9 внутри корпуса 10 могут быть помещены, в частности смещены, на провода 5 и экраны 7, при этом выполненный соответствующим образом корпус 10 остается еще открытым, например, с торцевой стороны 13. Позже торцевую сторону 13 корпуса 10 закрывают.

Изогнутый конец кабеля 1 и вместе с ним окружающий его криостат 11 обеспечивают возможность, например, разместить симметрично друг другу в криостате 11 два обозначенных штриховыми рамками 14 и 15 корректирующих элемента, рассчитанные на то, чтобы компенсировать изменения размеров криостата 11 по длине, которые могут возникать при охлаждении и при повторном нагреве кабеля 1. Соответствующими корректирующими элементами являются, например, сильфоны.

1. Способ электропроводного соединения двух сверхпроводящих кабелей, которые соответственно содержат по меньшей мере один окруженный диэлектриком сверхпроводящий провод и расположенный над диэлектриком электрически активный экран, причем подлежащие соединению провода и экраны на концах обоих кабелей вначале зачищают от окружающих экранов,
причем каждый из двух кабелей (1, 2) помещают вначале в криостат (11, 12), соединенный с корпусом (10), так что соответствующий конец кабеля выступает из соответствующего криостата, концы обоих кабелей (1, 2) располагают параллельно друг другу, так что их свободные концы ориентированы в одном направлении, и оба кабельных конца при монтаже линии передачи для электрической энергии помещают вместе в корпусе (10) криостата, который при эксплуатации линии передачи обтекается жидкотекучим средством охлаждения, обладающим изолирующими свойствами, отличающийся тем, что
- концы обоих кабелей (1, 2) сначала механически жестко соединяют между собой, и
- провода (5) обоих кабелей (1, 2) с одной стороны и их экраны (7) с другой стороны затем электрически активно соединяют друг с другом проходящими поперек относительно их осевой ориентации электрическими контактными элементами (8, 9), причем на места соединения соответствующих проводов не наносят изоляционные слои.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере конец одного из обоих кабелей (1, 2) изогнут таким образом, что он проходит параллельно концу другого кабеля (1, 2).

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что конец одного из кабелей изогнут на 90°.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что конец одного из кабелей изогнут назад на 180°.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концы обоих кабелей (1, 2) изогнуты на 90°.

6. Способ по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что
- контактные элементы (8, 9) внутри еще открытого корпуса (10) помещают на зачищенные провода (5) и экраны (7) обоих кабелей (1, 2) и
- затем корпус закрывают.

7. Устройство электропроводного соединения двух сверхпроводящих кабелей, выполненное способом по п. 6, отличающееся тем, что
- в выполненном как криостат корпусе (10) помещены концы двух сверхпроводящих кабелей (1, 2), провода (5) и экраны (7) которых на этих концах зачищены от окружающих их слоев, и
- провода (5) обоих кабелей (1, 2) с одной стороны и их экраны (7) с другой стороны электрически активно соединены друг с другом проходящими поперек относительно их осевой ориентации электрическими контактными элементами (8, 9).