Способ электрически проводящего соединения двух сверхпроводящих кабелей

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 способу электрически проводящего соединения двух сверхпроводящих кабелей, которые имеют каждый по меньшей мере два расположенных концентрично относительно друг друга и окруженных диэлектриком сверхпроводящих проводника, а также установленный над наружным диэлектриком электрически активный экран, в соответствии с которым подлежащие соединению проводники и экраны сначала освобождают на концах обоих кабелей от окружающих слоев, а затем соединяют друг с другом электрически проводящим образом (ЕР 1552536 В1).

Сверхпроводящие кабели давно известны в самых различных вариантах выполнения. Это относится в принципе также к технологии электрического соединения двух сверхпроводящих кабелей. Существенным отличием сверхпроводящих кабелей от обычных кабелей является то, что они имеют электрические проводники 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 редких земель. Достаточно низкие температуры для перевода такого материала в сверхпроводящее состояние лежат, например, между 67К и 110К. Подходящими охлаждающими средствами для всех этих материалов являются, например, азот, гелий, неон и водород или смеси этих веществ. При эксплуатации линии передачи электрической энергии по меньшей мере с одним сверхпроводящим кабелем его помещают согласно уровню техники в криостат, который состоит по меньшей мере из одной термически изолированной трубы, через которую при эксплуатации линии передачи направляют подходящее для применяемого сверхпроводящего материала охлаждающее средство, предпочтительно одно из указанных выше охлаждающих средств.

На линиях передачи электрической энергии необходимо соединять друг с другом электрически проводящим образом два или больше сверхпроводящих кабелей. Это означает, что необходимо сначала освободить проводники и экраны обоих кабелей от окружающих слоев. После осуществления электрически проводящего соединения двух проводников обоих кабелей необходимо снова наносить с использованием известной технологии удаленные слои, которые по существу являются диэлектриком. Это осуществляется, например, посредством намотки лент из изолирующего материала на все место соединения, включая оба проводника. После этого можно также электрически проводящим образом соединять лежащие над ними проводники и экраны и изолировать тем же образом. Даже для кабеля всего лишь с одним проводником и одним экраном это сопряжено с большими затратами труда и времени и, кроме того, требуется использование обученного персонала. Для кабеля с двумя или тремя расположенными концентрично относительно друг друга и изолированными друг от друга проводниками, как это раскрыто, например, в упомянутом выше документе ЕР 1552536 В1, затраты экстремально высоки, поскольку при этом дополнительно должно обеспечиваться, что толщина стенки восстановленной изоляции или, соответственно, изоляций, по меньшей мере существенно не превышает первоначальную толщину стенки. Лишь в этом случае размеры криостата, окружающего место соединения, могут быть настолько малыми, что они не оказывают отрицательного влияния на эксплуатацию линии передачи, в частности на поток охлаждающего средства через криостат.

В основу изобретения положена задача выполнения указанного в начале способа так, что обеспечивается возможность электрически проводящего соединения двух сверхпроводящих кабелей по меньшей мере с двумя расположенными концентрично друг другу проводниками со значительно меньшими расходами.

Эта задача решена согласно изобретению тем, что:

- концы обоих кабелей располагают рядом друг с другом и параллельно друг другу так, что их свободные концы обращены в противоположных направлениях, а их проводники лежат рядом друг с другом по меньшей мере приблизительно на одинаковой высоте,

- концы обоих кабелей закрепляют относительно друг друга,

- каждые два проводника обоих кабелей соединяют друг с другом электрически проводящим образом с помощью проходящих поперек их ориентации электрических контактных элементов,

- экраны обоих кабелей соединяют электрически проводящим образом с помощью отдельных контактных элементов, и

- оба обработанных таким образом конца кабелей при создании линии передачи электрической энергии располагают совместно в корпусе криостата, обтекаемом при эксплуатации линии передачи текучим охлаждающим средством, обладающим электрически изолирующими свойствами.

В последующем для упрощения вместо слов сверхпроводящий проводник применяется лишь слово «проводник».

Существенное преимущество этого способа состоит в том, что после электрически проводящего соединения проводников - независимо от их количества - и экрана, нет необходимости в нанесении изолирующих слоев на места соединения соответствующих проводников. За счет этого существенно уменьшаются затраты на соединение обоих кабелей. Это относится к экономии как изолирующего материала, так и сокращению времени работы монтера.

Это преимущество в полной мере проявляется в том случае, если подлежащие соединению кабели имеют три расположенных концентрично друг другу проводника. Согласно уровню техники необходимо после электрически проводящего соединения двух проводников обоих кабелей сначала вновь изготавливать изолирующий слой, соответственно, диэлектрик для этих проводников, прежде чем обеспечивается возможность соединения соответствующих расположенных над ним обоих проводников.

Существенным для способа и соответствующей системы является также то, что концы обоих кабелей, проходящие параллельно друг другу, механически фиксируются относительно друг друга, так что проходящие поперек их ориентации электрические контактные элементы можно простым образом монтировать на соответствующих проводниках, и при движении концов кабелей не могут быть повреждены.

Поскольку оба сверхпроводящих кабеля обращены своими концами в противоположном направлении, то в кабеле с двумя расположенными концентрично друг другу проводниками, соответствующий внутренний проводник одного кабеля лежит рядом с наружным проводником другого кабеля. Поэтому, соответственно, внутренний и наружный проводники соединяются друг с другом электрически проводящим образом с помощью контактных элементов. За счет этого обеспечивается усреднение импеданса отдельных проводников при соответствующем улучшении передаточных характеристик всей кабельной линии. Это особенно предпочтительно в случае линий передач с более чем двумя соединенными в соответствии с этим способом кабельными линиями. Это преимущество справедливо также для сверхпроводящих кабелей с тремя расположенными концентрично друг другу проводниками, поскольку в этом случае электрически проводящим образом соединяется, соответственно, внутренний проводник с наружным проводником соответствующего другого кабеля. При этом соответствующие центральные проводники обоих кабелей всегда соединены друг с другом.

Способ можно в принципе выполнять вне криостата. Однако особенно предпочтительно, когда оба кабеля уже находятся, соответственно, в окружающем их криостате и после зачищения проводников и экранов вводятся в корпус, выполненный в качестве криостата. При этом они могут быть сначала механически фиксированы в корпусе перед установкой контактных элементов.

Ниже приводится более подробное пояснение способа согласно изобретению и выполненная с его помощью система в качестве примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг. 1 - разрез сверхпроводящего кабеля с тремя расположенными концентрично друг другу проводниками;

фиг. 2 - противоположно направленные концы двух кабелей согласно фиг. 1 с тремя последовательно удаленными слоями их системы;

фиг. 3 - схематично расположенное в криостате место соединения двух кабелей с тремя расположенными концентрично друг другу сверхпроводящими проводниками.

Способ согласно изобретению должен использоваться для простого электрически проводящего соединения двух сверхпроводящих кабелей, которые имеют по меньшей мере два расположенных концентрично друг другу проводника. Соответствующий кабель поясняется на основании фиг. 1 и 2. Система с двумя сверхпроводящими кабелями, которые имеют три расположенных концентрично друг другу проводника, схематично показана на фиг. 3. Оба кабеля соединены друг с другом электрически проводящим образом с помощью способа согласно изобретению.

Показанный на фиг. 1 и 2 кабель имеет опору 1, обозначаемую также «Former», вокруг которой расположен проводник 2. Проводник 2 окружен диэлектриком 3, вокруг которого концентрично проводнику 2 расположен проводник 4. Проводник 4 в свою очередь окружен диэлектриком 5, на котором лежит электрически активный экран 6.

Для электрически проводящего соединения двух сверхпроводящих кабелей согласно фиг. 1 и 2 их проводники 2 и 4, а также при необходимости также их экран 6 освобождают от окружающих слоев, как схематично показано на фиг. 2. Затем оба кабеля располагают ориентированными в противоположном направлении параллельно друг другу так, что их проводники по меньшей мере приблизительно лежат на одной высоте. Оба кабеля в этом положении фиксируют относительно друг друга. Затем оба проводника 2 обоих кабелей соединяют электрически проводящим образом с проводниками 4 другого кабеля с помощью проходящих поперек их ориентации контактных элементов, которые показаны на фиг. 2 штриховыми линиями. Экраны 6 обоих кабелей соединяют электрически проводящим образом отдельно с помощью соответствующих контактных элементов.

Ниже приводится более подробное пояснение способа согласно изобретению со ссылками на фиг. 3.

На фиг. 3 схематично показаны концы двух сверхпроводящих кабелей 7 и 8, которые, наряду с проводниками 2 и 4, имеют третий проводник 9, который расположен концентрично обоим проводникам 2 и 4 над диэлектриком 5 и который также окружен неизображенным диэлектриком, поверх которого расположен, соответственно, экран 6. Концы обоих кабелей 7 и 8 обращены в противоположном направлении. Они проходят параллельно друг другу и механически фиксированы относительно друг друга. Их проводники 2, 4 и 9 лежат по меньшей мере приблизительно на одинаковой высоте.

В показанном на фиг. 3 положении проводники 2 обоих кабелей 7 и 8 соединяют электрически проводящим образом с проводниками 9 соответствующего другого кабеля с помощью контактных элементов 10, соответственно, 11, которые проходят поперек ориентации обоих кабелей 7 и 8. Оба проводника 4 обоих кабелей 7 и 8 соединяют друг с другом электрически проводящим образом с помощью контактного элемента 12, который также проходит поперек ориентации обоих кабелей 7 и 8.

На обоих экранах 6 обоих кабелей 7 и 8 устанавливают контактные элементы 13 и 14, которые независимо от контактных элементов 10, 11 и 12 и на расстоянии от них соединяют друг с другом электрически проводящим образом с помощью соединительного элемента 15.

Механически фиксированные таким образом и электрически соединенные друг с другом концы кабелей можно для монтажа линии передачи электрической энергии вводить в показанный на фиг. 3, выполненный в качестве криостата корпус 16. При эксплуатации линии передачи используемое охлаждающее средство, например, жидкий азот, обтекает также корпус 16. Охлаждающее средство одновременно является изолирующей средой для обоих кабелей 7 и 8, соответственно, для их проводников 2, 4 и 9, а также экранов 6, так что, как уже указывалось выше, можно отказаться от нанесения изолирующего материала.

В предпочтительном варианте выполнения кабели 7 и 8 сначала располагают в криостате, из которого они выступают настолько, что их проводники и экраны можно зачищать в описанным образом. Концы соответствующих криостатов 17 и 18 показаны на фиг. 3. Они соединены с корпусом 16, выполненным в качестве криостата. При введении концов обоих кабелей 7 и 8 в корпус 16 их можно механически фиксировать относительно друг друга с помощью находящихся в корпусе удерживающих элементов.

Электрические контактные элементы 10, 11 и 12, а также 14 с соединительным элементом 15 можно монтировать внутри корпуса 16. Для этого выполненный соответствующим образом корпус 16 сначала еще открыт. Затем его закрывают.

1. Способ электрически проводящего соединения двух сверхпроводящих кабелей, которые имеют каждый по меньшей мере два сверхпроводящих проводника, расположенных концентрично относительно друг друга и окруженных диэлектриком, а также электрически активный экран, установленный над наружным диэлектриком, в котором подлежащие соединению проводники и экраны сначала освобождают на концах обоих кабелей от окружающих слоев, а затем соединяют друг с другом электрически проводящим образом, отличающийся тем, что
- 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,
- концы обоих кабелей (7, 8) закрепляют относительно друг друга,
- каждые два проводника обоих кабелей (7, 8) соединяют друг с другом электрически проводящим образом с помощью проходящих поперек их ориентации электрических контактных элементов (10, 11, 12),
- экраны (6) обоих кабелей (7, 8) соединяют электрически проводящим образом с помощью отдельных контактных элементов (13, 14, 15), и
- оба обработанных таким образом конца кабелей при монтаже линии передачи электрической энергии располагают совместно в корпусе (16) криостата, который при работе линии передачи обтекается текучим охлаждающим средством, обладающим электрически изолирующими свойствами.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что
- каждый из обоих кабелей (7, 8) устанавливают в соединенном с корпусом (16) криостате (17, 18) так, что соответствующий конец кабеля выступает из соответствующего криостата и входит в корпус (16),
- оба конца кабеля механически соединяют друг с другом в еще открытом корпусе (16),
- на зачищенные проводники (2, 4, 9) и экраны (6) обоих кабелей (7, 8) устанавливают внутри корпуса (16) контактные элементы (10-14),
- выполняют проводящее соединение между экранами (6) обоих кабелей (7, 8), и
- затем закрывают корпус (16).

3. Система электрически проводящего соединения двух сверхпроводящих кабелей, выполненная с помощью способа по п. 2, отличающаяся тем, что
- в выполненном в качестве криостата корпусе (16) расположены концы двух сверхпроводящих кабелей (7, 8), проводники (2, 4, 9) и экраны (6) которых зачищены на этих концах от окружающих слоев,
- проводники (2, 4, 9) обоих кабелей (7, 8) соединены друг с другом электрически проводящим образом с помощью проходящих поперек их ориентации электрических контактных элементов (10, 11, 12), и
- экраны (6) обоих кабелей (7, 8) соединены электрически проводящим образом с помощью отдельных контактных элементов (13, 14, 15).