Сверхпроводящая обмотка

Изобретение относится к электротехнике, к конструкциям сверхпроводящих силовых трансформаторов, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии при переменном напряжении 0,1-200 кВ и мощностью свыше 500 кВА. А также к сильноточным обмоткам накопителей энергии, магнитов, дросселей и т.д., работающим в переменных магнитных полях. Сверхпроводящая обмотка формируется на образующем элементе 1, например цилиндре, навивкой высокотемпературных сверхпроводящих лент 2 токонесущего элемента с межленточным зазором 3 и с использованием межвитковой изоляции 4. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к силовой энергетике, а именно к конструкциям сверхпроводящих (СП) силовых трансформаторов, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии при переменном напряжении 0,1-200 кВ и мощностью свыше 500 кВА. А также к сильноточным обмоткам накопителей энергии, магнитов, дросселей и т.д., работающим в переменных магнитных полях.

Известен сверхпроводящий силовой трансформатор, содержащий обмотку, выполненную в виде набора плоских дисков, которые намотаны СП лентами, транспонированными с определенной периодичностью (US Patent. NoUS 7,227,438 B2 10 Jun 2008 г.).

Для создания обмоток СП трансформатора рассматривается применение различных токонесущих элементов: плоские диски с транспонированием и ROEBEL кабель (W. Goldacker et al., "ROEBEL Assembled Coated Conductors (RACC): Preparation, Properties and Progress" in IEEE Trans. Appi Supercond, vol. 17, issue 2, pp.3398-3401. Available: http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?tp=&amumber=4278106).

Данные технические решения являются наиболее близкими к предлагаемому из числа известных по совокупности признаков.

Недостатком обмоток, изготовленных из отдельного кабеля, является сложность изготовления самого кабеля, например ROEBEL кабеля, повышенная стоимость вследствие повышенного расхода дорогого высокотемпературного сверхпроводящего (ВТСП) материала, сложность работ с ним при создании обмоток (недостаточная технологичность), плохие механические свойства.

Основная сложность при создании сильноточной СП обмотки трансформатора и прочих устройств (как правило, - сильноточная обмотка низкого напряжения) состоит в создании токонесущего элемента, способного работать в переменном магнитном поле, присутствующем в трансформаторе и других устройствах, и нести переменный ток свыше 1000 А.

Технический результат заключается в разработке конструкции сверхпроводящей обмотки, обеспечивающей равномерное распределение переменных токов в составляющих ее лентах, обладающей повышенной технологичностью изготовления и невысокой стоимостью, низким уровнем потерь на переменном токе.

Технический результат достигается тем, что сверхпроводящая обмотка содержит сверхпроводящие ленты, навитые равномерно относительно друг друга, например эквидистантно на поверхность несущего элемента. Витки обмотки, состоящие из набора СП лент, изолируются друг от друга.

Обмотка может быть выполнена из одного и более слоев.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 схематично показан поперечный разрез обмотки; на фиг.2 - ТНЭ обмотки трансформатора, состоящий из пяти ВТСП лент и четырех витков обмотки.

Сверхпроводящая обмотка формируется на образующем элементе 1, например цилиндре, навивкой ВТСП лент 2 ТНЭ с межленточным зазором 3 и с использованием межвитковой изоляции 4.

Существующие высокотемпературно сверхпроводящие (ВТСП) материалы представляют собой плоские ленты с критическим током порядка 100А в собственном магнитном поле. Для создания необходимого токонесущего элемента (ТНЭ) необходимо применение нескольких десятков ВТСП лент. Кроме того, при использовании набора ВТСП лент необходимо обеспечить условие равенства распределения токов как между лентами, так и в самих лентах. Использование набора ВТСП лент в токонесущем элементе накладывает на расположение лент условие равенства распределения тока между лентами при работе трансформатора.

Для достижения технического результата в сверхпроводящем силовом трансформаторе обмотка наматывается набором последовательных ВТСП лент 2, каждая из которых расположена симметрично относительно оси образующего цилиндра (эквидистантно, поворотная симметрия на угол 2π/n где n - количество лент в ТНЭ) с минимальными межленточными зазорами 3. Таким образом, ТНЭ формируется непосредственно во время намотки ВТСП лент.

Ленты ТНЭ располагают так, чтобы во всех сечениях, ортогональных оси образующего цилиндра, все части сечения ВТСП лент находились на равном расстоянии от оси и с одинаковыми межленточными зазорами 3 (по возможности минимальными). Подобная симметричная конфигурация обеспечивает равенство индуктивностей любых ВТСП лент в ТНЭ и оптимальное распределение плотности переменного тока непосредственно в самих лентах ТНЭ. Пример формирования ТНЭ из 5 ВТСП лент на цилиндрической образующей приведен на фиг.2.

При формировании ТНЭ на поверхностях, отличных от цилиндрических (горообразные, бочкообразные и т.д.), ленты ТНЭ располагаются таким образом, чтобы в сечении, ортогональном оси оболочки, ленты ТНЭ были расположены по всему сечению с минимальной разницей межленточных зазоров 3 (как можно более равномерно). Подобная конфигурация обеспечивает минимальные отличия в индуктивностях любых ВТСП лент ТНЭ и, как следствие, минимальные отличия в плотности переменного тока непосредственно в самих лентах ТНЭ.

Промежуток между первой лентой и последней выполняется с необходимой межвитковой изоляцией 4. Для создания необходимого количества витков обмотки формируется необходимое количество слоев обмотки с наложением одного на другой и с межслойной изоляцией. Переходы между слоями выполняются либо перегибом лент 2 на следующий слой обмотки, либо созданием паяного, сварного или др. контакта. К концам обмотки подсоединены токонесущие элементы, обеспечивающие ввод тока в обмотку.

При изготовлении обмотки СП трансформатора применяются промышленно выпускаемые материалы.

Высокотемпературные сверхпроводящие материалы широко используются при производстве СП оборудования. Они представляют собой, в частности, волокна из соединения на основе висмута в матрице из серебра или его сплавов или длинномерный пленочный материал с покрытием из высокотемпературного сверхпроводника.

Образующие элементы 1 - стеклоэпоксифенольные цилиндры ЦС-ЭТФ.

Межслойная изоляция - кабельная бумага, ленточный изоляционный материал, проставки и т.д.

Технология изготовления обмотки ВТСП трансформатора сводится к следующему.

Обмотка ВТСП трансформатора изготавливается намоткой на навивочной машине. Кассеты с исходным материалом, СП лентой 2, располагаются вокруг образующего элемента 1, задающего нужную форму обмотки. Образующему элементу 1 задается поступательное и вращательное движение - для равномерной укладки лент 2. Скорость движения образующего элемента и скорость его вращения согласованы, чтобы обеспечить заданный шаг обмотки ВТСП трансформатора и рабочие зазоры между лентами 2. Промежуток между первой лентой и последней выполняется с необходимой межвитковой изоляцией 4. Для создания заданного количества витков обмотки формируется необходимое количество слоев с наложением одного слоя на другой и с межслойной изоляцией. Переходы между слоями выполняются либо перегибом лент на следующий слой обмотки, либо созданием паяного, сварного или др. контакта. К концам обмотки подсоединяются токонесущие элементы, обеспечивающие ввод тока в обмотку.

Работает обмотка ВТСП трансформатора следующим образом. С помощью системы криогенного обеспечения через обмотки ВТСП трансформатора прокачивается криоагент, например жидкий азот (осуществляется его циркуляция либо поддерживается необходимый уровень). Далее обмотки ВТСП трансформатора подключаются через криогенные токовводные муфты к сети, как и обычный электрический трансформатор.

1. Сверхпроводящая обмотка, содержащая сверхпроводящие ленты, навитые на поверхность несущего элемента с межвитковой изоляцией между крайними лентами витков.

2. Обмотка по п.1, отличающаяся тем, что сверхпроводящие ленты расположены эквидистантно.

3. Обмотка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что выполнена по крайней мере из двух слоев.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к магнитным подвескам для транспортных средств. Система магнитной левитации и боковой стабилизации магнитолевитационного транспортного средства включает в себя совокупность расположенных в криостате сверхпроводниковых рейстрековых катушек.

Изобретение относится к электротехнике, к ограничителям тока утечки. Технический результат состоит в повышении к.п.д.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к ограничителям тока утечки. Технический результат состоит в повышении кпд путем повышения отношения индуктивностей.

Изобретение относится к области электротехники. Сверхпроводящий провод, содержащий cверхпроводящую слоистую структуру, включающую подложку и промежуточный слой, сверхпроводящий слой и металлический стабилизирующий слой, которые наслоены на подложку; и изолирующий покрывающий слой, покрывающий внешнюю поверхность сверхпроводящей слоистой структуры и сформированный посредством спекания материала смолы.

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к проводу на основе оксидного сверхпроводника, и сверхпроводящей катушке, образованной посредством наматывания указанного провода.

Изобретение относится к сверхпроводникам и технологии их получения. Оксидный сверхпроводящий провод включает лентообразный оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1, сформированный путем нанесения промежуточного слоя 4 на стороне передней поверхности металлической лентообразной подложки 3, оксидного сверхпроводящего слоя 5 на промежуточном слое 4 и защитного слоя 6 на оксидном сверхпроводящем слое 5, и покрытие, включающее металлическую ленту 2 и слой металла с низкой точкой плавления 7, при этом ширина металлической ленты 2 больше, чем ширина оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1, и лента 2 закрывает поверхность защитного слоя 6 оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1, обе боковые поверхности оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1 и оба концевых участка 3а задней поверхности подложки 3 в поперечном направлении, причем оба концевых участка металлической ленты 2 в поперечном направлении закрывают оба концевых участка 3а задней поверхности подложки 3а, слой металла с низкой точкой плавления 7 заполняет щели между оксидным сверхпроводящим слоистым материалом 1 и металлической лентой 2, окружающей оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1, и соединяет металлическую ленту 2 и оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1 друг с другом, а часть 7с заполняющего слоя металла с низкой точкой плавления продолжается в область углубленного участка 2d, сформированного между обоими концевыми участками металлической ленты 2 в поперечном направлении.

Изобретение относится к области прикладной сверхпроводимости и может быть использовано при изготовлении сверхпроводящих обмоток, сверхпроводящих накопителей энергии, дипольных и квадрупольных магнитов для ускорителей заряженных частиц.

Изобретение относится к электротехнике, к проводниковым системам резистивных переключающих элементов. .

Изобретение относится к электротехнике, к оборудованию для генерирования магнитного поля. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для ограничения тока замыкания токов замыкания от низкого до сверхвысокого напряжений. .

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении надежности.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение коэффициента связи беспроводной передачи мощности при снижении материалоемкости.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении технологичности изготовления.

Изобретение относится к электротехнике, к трансформаторостроению. Технический результат состоит в выравнивании осевой составляющей магнитного поля рассеяния.

Изобретение относится к электротехнике, к трансформаторам. Технический результат состоит в повышении эффективности работы трансформатора.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветроэнергетическим установкам. Ветроэнергетическая установка содержит башню (102) с по меньшей мере одним нижним башенным сегментом (102а), изготовленный заранее противопожарный модуль (300), вмещающий трансформатор (500) и служащий для ограничения распространения пожара, возникшего в противопожарном модуле (300).

Изобретение относится к области электротехники, в частности к изготовлению электронного компонента, в особенности катушки с сердечником, у которой витки катушечной обмотки, по меньшей мере, на одном участке имеют между собой промежуток в продольном направлении катушки, в области которого отливается захватный элемент из пластмассы, который охватывает как сердечник, так и, по меньшей мере, оба соседних витка катушечной обмотки в продольном направлении.

Изобретение относится к радиотехнике, к радиотехническим элементам, применяемым в электрических цепях с частотной избирательностью, и может быть использовано в трактах промежуточной частоты радиоприемных устройств.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в учебных приборах для лабораторного практикума по курсу физики. .

Изобретение относится к области электротехники, металлургии и может быть использовано, например, при плавке и рафинировании алюминиевых сплавов. .

Изобретение относится к электротехническим компонентам силовой частотной электроники для общепромышленного, специального оборудования и технологий аэрокосмической отрасли и может быть использовано преимущественно в модульных частотных низкопрофильных генераторах с программно-регулируемыми характеристиками на мощности от 20 кВт до 2 мВт и более для систем с точным, мощным, контролируемым и компьютерно-управляемым процессом.

Изобретение относится к электротехнике, к конструкциям сверхпроводящих силовых трансформаторов, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии при переменном напряжении 0,1-200 кВ и мощностью свыше 500 кВА. А также к сильноточным обмоткам накопителей энергии, магнитов, дросселей и т.д., работающим в переменных магнитных полях. Сверхпроводящая обмотка формируется на образующем элементе 1, например цилиндре, навивкой высокотемпературных сверхпроводящих лент 2 токонесущего элемента с межленточным зазором 3 и с использованием межвитковой изоляции 4. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх