СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ КАБЕЛЬ

Область техники
Предложение относится к сверхпроводящим кабелям с токонесущей жилой из материала с высокотемпературной сверхпроводимостью.
Уровень техники
Известна, принятая за прототип, конструкция сверхпроводящего кабеля, содержащая центральный несущий элемент, на котором расположены, по меньшей мере, два повива (слоя) высокотемпературного сверхпроводника, разделенные электроизоляционным слоем (RU 2099806, Н01В 12/02, 1997 г).
Недостаток прототипа - конструкция кабеля не допускает прямого перетекания тока между повивами из-за наличия электроизолирующего слоя. В этом случае при коротких замыканиях в сети перетекание токов перегрузки из повивов в центральный несущий элемент затруднено и возможно только через токовые вводы кабеля, что может привести к перегреву повивов высокотемпературного сверхпроводника и их разрушению. С другой стороны полное отсутствие разделяющего повивы слоя может привести к заметному увеличению потерь в кабеле при его работе на переменном токе промышленной частоты в нормальном режиме.
Раскрытие существа полезной модели
Задача полезной модели обеспечить возможность перетекания тока между повивами высокотемпературного сверхпроводника в случае короткого замыкания, но при этом сохранить малые потери на переменном токе при работе в нормальном режиме.
Достигаемый технический результат полезной модели - повышение устойчивости кабеля к коротким замыканиям при сохранении малых потерь на переменном токе.
Предметом полезной модели является сверхпроводящий кабель, содержащий центральный несущий элемент, по меньшей мере, два повива высокотемпературного сверхпроводника, электрическую изоляцию и криогенную оболочку, отличающийся тем, что повивы высокотемпературного сверхпроводника разделены слоем высокоомного проводника.
Это позволяет решить задачу полезной модели и получить указанный выше технический результат.
-6
Полезная модель имеет два развития, относящиеся к частным случаям ее осуществления. Согласно первому развитию удельное сопротивление слоя высокоомного проводника, разделяющего повивы высокотемпературного сверхпроводника, лежит в пределах (5-50) 10 ом·см. Согласно второму развитию слой высокоомного проводника, разделяющий повивы высокотемпературного сверхпроводника, выполнен из лент нержавеющей стали.
Осуществление полезной модели
-6
На фиг.1 представлен пример осуществления полезной модели с учетом ее развития. Кабель содержит центральный несущий элемент 1, на котором слоями расположены повивы 2 и 3 высокотемпературного сверхпроводника, электрическую изоляцию 4 и криогенную оболочку 5. Повивы 2 и 3 разделены слоем 6 высокоомного проводника. Удельное сопротивление слоя 6 высокоомного проводника лежит в пределах (5-50)·10 ом·см. Слой 6 может быть выполнен, например, из лент нержавеющей стали.
Центральный несущий элемент 1 состоит из формера 7, выполненного, например, в виде гофрированной трубы или в виде спирали, пучка 8 медных проводов, наложенного на формер 7, и медной фольги 9, которой обмотан пучок 8.
Повивы 2 (внутренний) и 3 (внешний) из высокотемпературного сверхпроводника выполнены из двадцати-тридцати сверхпроводящих лент каждый. Направления скрутки сверхпроводящих лент в повивах 2 и 3 противоположны: например, левая скрутка в повиве 2 и правая скрутка в повиве 3. Число повивов - не менее двух. Внешний повив 3 обмотан тонкой лентой 10 из нержавеющей стали, выполняющей функцию бандажа. Элементы 1-3 и 6-10 образуют токонесущую жилу сверхпроводящего кабеля, поверх которой расположена электрическая изоляция 4 в виде бумажных лент и экран 11.
Устройство по полезной модели работает следующим образом.
Экранированная жила помещается в криогенную оболочку 5, выполненную в виде гибкого длинномерного криостата, покрытого снаружи защитной оболочкой. При эксплуатации концы жилы подключаются к токовым вводам, выводы экрана 11 заземляются.
При работе в составе сверхпроводящего кабеля токонесущая жила должна обладать, с одной стороны, гибкостью, достаточной для намотки кабеля на барабан соответствующего диаметра, а, с другой стороны, жесткостью, исключающей изгиб кабеля с радиусом меньше допустимого. Эти свойства могут быть обеспечены при выполнении формера 7 в виде гофрированной трубы или в виде спирали с заданным шагом и диаметром.
Пучок 8 медных проводов обеспечивает защиту повивов 2 и 3 в случае перегрузки кабеля током короткого замыкания. Защита обеспечивается благодаря перебросу части тока из сверхпроводника в пучок 8. Медная фольга 9 обеспечивает гладкость поверхности элемента 1, на которой уложен внутренний повив 2.
Величины шага и направления скрутки, с которыми уложены повивы 2 и 3, обеспечивают равномерное распределение тока по повивам при работе на переменном токе благодаря равенству индуктивностей повивов 2 и 3. В сверхпроводящем состоянии повивов ток по высокоомному слою 6 практически не протекает и этот слой выполняет только функцию ленточного бандажа для внутреннего повива.
При этом потери на переменном токе в жиле кабеля так же малы, как и в случае использования электроизоляционного разделительного слоя.
Бумажная электрическая изоляция, помимо основной функции, обеспечивает выравнивание электрического потенциала вдоль кабеля, для чего включает слои кабельной полупроводящей бумаги.
Экран 11, заземляемый в токовых вводах, препятствует электромагнитному излучению и дополнительно выравнивает электрический потенциал вдоль кабеля.
Повивы 2 и 3 работают как параллельные проводники. Наличие разделяющего повивы слоя 6 высокоомного проводника обеспечивает в случае короткого замыкания возможность перетекания тока перегрузки из наружного повива 3 во внутренний повив 2, контактирующий с медными элементами 8 и 9. Это позволяет максимально использовать токонесущую способность каждого повива при сохранении в нормальном режиме малых потерь в кабеле на переменном токе. Возможность прямого перетекания тока между повивами через разделяющий их слой высокоомного проводника обеспечивает повышенную устойчивость кабеля к коротким замыканиям.