ВЫСОКОВОЛЬТНОЕ ТОКООГРАНИЧИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО НА ОСНОВЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ.
Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к высоковольтным токоограничивающим сильноточным устройствам на основе высокотемпературной сверхпроводимости (далее ВТСП ТОУ) и может найти применение для последовательного включения в сеть 220 кВ для ограничения токов короткого замыкания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ.
Токоограничивающее устройство на основе высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) снижает аварийные токи короткого замыкания в электрических сетях, повышает надежность электроснабжения, качество электроэнергии и снижает износ электрооборудования. В основе действия ВТСП ТОУ лежит свойство сверхпроводника переходить из состояния с нулевым сопротивлением в состояние с конечной проводимостью при превышении некоторого порогового значения тока. Переключение не требует внешнего воздействия и происходит при превышении критического значения тока, уровень которого задается конструкцией.
В патенте RU 2588607 раскрывается сверхпроводниковый ограничитель (СОТ) токов короткого замыкания, содержащее токоввод высоковольтного сверхпроводникового ограничителя тока, расположенный в криостате с жидким азотом, и содержащий два вертикальных токопровода, изолированных от криостата и друг от друга, где токопроводы выполнены коаксиально в виде внешнего и выступающего из него внутреннего токопроводов, разделены газовой изоляцией в виде паров азота и снабжены первым оребренным покрышкой изолятором, отделяющим выступающую часть внутреннего токопровода от внешнего токопровода, и вторым оребренным покрышкой изолятором, отделяющим внешний токопровод от криостата. при этом в верхней части криостата установлен диэлектрический тепловой экран, охватывающий внешний токопровод. Наиболее близким высоковольтным ТОУ к предложенному является сверхпроводящее токоограничивающее устройство в соответствии с патентом на полезную модель RU 183512.
Высоковольтное токоограничивающее устройство на основе высокотемпературной сверхпроводимости в соответствии с данным патентом содержит горизонтальный цилиндрический криостате внутренней и внешней стенками, образующими объем для размещения криогенной среды; установленную в криостате сборку соосно размещенных сверхпроводящих токоограничивающих модулей; колодцы, размещенные в верхней части криостата и выполненные заедино с криостатом; установленные в колодцах подводящий и отводящий токовводы, где каждый токоввод одним концом соединен со сборкой упомянутых модулей, а вторым концом - с электрической сетью и где каждый токоввод представляет собой электрический проводник, содержащий последовательно расположенные изолирующую оболочку, выполненную из пропитанного электроизоляционной смолой нетканого гидрофобного материала и монолитную защитную оболочку из диэлектрического эластичного материала.
Данное техническое решение позволило за счет использования горизонтального расположения криостата, а также вертикально расположенных токовводов в твердой изоляции обеспечить стабильную эксплуатацию ВТСП ТОУ на напряжениях 220 кВ и более, а также упростить конструкцию ВТСП ТОУ.
Однако, несмотря на все достигнутые прекрасные результаты, известное ВТСП ТОУ не обеспечивает достаточно эффективного охлаждения ВТСП сборки, что может негативно сказаться на работе ВТСП ТОУ, что является технической проблемой, требующей ее устранения.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ.
Данная техническая проблема может быть устранена предложенной полезной моделью.
Высоковольтное токоограничивающее устройство на основе высокотемпературной сверхпроводимости в соответствии с заявленной полезной моделью содержит:
горизонтальный цилиндрический криостате внутренней и внешней стенками, образующими вакуумируемый объем;
установленную в криостате сборку соосно размещенных сверхпроводящих токоограничивающих модулей;
установленные в колодцах подводящий и отводящий токовводы, где каждый токоввод одним концом соединен со сборкой упомянутых модулей, а вторым концом - с электрической сетью и представляет собой электрический проводник в твердой изолирующей оболочке;
по меньшей мере, один патрубок для ввода криогенной среды, где патрубок выполнен с внутренней и внешней стенками, являющимися продолжением внутренней и внешней стенок криостата и образующими вместе с ними единый вакуумируемый объем.
В частных воплощениях полезной модели модуль в высоковольтном токоограничивающем устройстве выполнен в виде катушки намотанной высокотемпературной сверхпроводящей ленты второго поколения.
В других частных воплощениях полезной модели упомянутые катушки в сборке модулей размещены соосно горизонтальной оси криостата и соединены между собой соединительными шинами.
В наилучших воплощениях изобретения токовводы подсоединены к сборке модулей и электрической сети посредством посредством медных шин.
В некоторых частных воплощениях полезной модели высоковольтного токоограничивающего устройства твердая изолирующая оболочка токоввода может состоять из внешней и внутренней изолирующей оболочек.
В этом случае внутренняя изолирующая оболочка может быть выполнена из RIP или RIN изоляции.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение высоковольтное токоограничивающее устройство.
На фиг. 2 приведено схематическое изображение патрубка для подвода криогенной среды
Позиции на фигурах означают следующее:
1. горизонтальный цилиндрический криостат,
2. внутренняя стенка криостата,
3. внешняя стенка криостата,
4. вакуумируемый объем,
5. сборка сверхпроводящих токоограничивающих модулей,
6. патрубок для подвода криогенной среды,
7. криогенная среда
8. колодец,
9. подводящий токоввод,
10. отводящий токоввод,
11. подводящая шина,
12. отводящая шина.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ.
В предлагаемой нами конструкции ВТСП ТОУ криогенная среда размещена непосредственно внутри криостата и сборка модулей омывается жидким азотом.
Такое выполнение устройства обеспечивает эффективное охлаждение сборки модулей и, тем самым, эффективную работу токоограничивающего устройства.
Как следует из фиг. 1, ВТСП ТОУ содержит горизонтальный цилиндрический криостат (1) с внутренней (2) и внешней (3) стенками, образующими вакуумируемый объем (4), обеспечивающий эффективную теплоизоляцию криостата (1).
В криостате (1) установлена ВТСП сборка (5) из соосно размещенных токоограничивающих модулей.
В верхней части криостата размещен патрубок (6) для подвода криогенной среды. Патрубок (6) представляет собой цилиндр с внешней и внутренней стенками, размещенный в верхней части криостата (1). Внутренняя и внешняя стенки патрубка (6) являются продолжением стенок (2) и (3) криостата и вместе с ними образуют единый для криостата (1) и патрубка (6) вакуумируемый объем (4).
В криостате (1) может быть установлено несколько патрубком (6), что значительно интенсифицирует заполнение криостата криогенной жидкостью (7).
Криогенная жидкость (7) подается насосом (не показан) через патрубок (6) непосредственно в криостат (1) и свободно омывает сборку модулей (5).
В верхней части криостата (1) также расположены колодцы (8).
В колодцах (8) вертикально установлены подводящий (9) и отводящий (10) токовводы. Каждый из токовводов (9, 10) одним концом соединен со сборкой (5) упомянутых модулей, а вторым концом - с электрической сетью (не показана). Соединение токовводов (9, 10) со сборкой модулей ВТСП ТОУ (5) осуществляется с помощью, соответственно, подводящей (11) или отводящей (12) шин, представляющих собой плетеные медные провода. Как следует из фиг. 2, каждый токоввод - подводящий (9) или отводящий (10) представляет собой электрический проводник, содержащий последовательно расположенные внутреннюю и внешнюю изолирующие оболочки. В качестве внутренней изолирующей оболочки в предпочтительных воплощениях модели можно использовать т.н. RIN изоляцию (см. ГОСТ55187-2012), которая выполнена из пропитанного электроизоляционной смолой нетканого материала или RIP изоляцию (см. там же), выполненную из пропитанной электроизоляционной смолой бумаги. Внешняя изолирующая оболочка может быть выполнена из диэлектрического эластичного материала, например, эластичного полимера.
ВТСП сборка (5) соосно размещенных токоограничивающих модулей состоит из отдельных модулей, каждый из которых может быть выполнен в виде катушки с намотанной высокотемпературной сверхпроводящей лентой второго поколения. ВТСП ленты 2 поколения в последнее время получили большое распространение благодаря высоким значениям плотности тока, температуре перехода в сверхпроводящее состояние выше 77 К.
Если в ВТСП ТОУ будет использована сборка из модулей в виде вышеописанных катушек, то набор модулей целесообразно разместить соосно горизонтальной оси криостата. В этом случае мы получим наиболее эргономичное размещение сборки модулей (5) в криостате (1).
Изобретение осуществляется следующим образом.
В криостат (1) устанавливается ВТСП сборка (5) токоограничивающих модулей, где каждый модуль выполнен в виде вышеописанной катушки с намотанной ВТСП лентой второго поколения. Модули соединены между собою соединительными шинами. В колодцы (8) устанавливают подводящий токоввод (9) и отводящий токоввод (10).
Нижние концы токовводов (9, 10) подключают через шины (11, 12) к сборке (5) модулей, а верхние - к источнику электрического тока, например, к линии электропередачи.
В патрубки (6) заливают жидкий азот и включают ток.
Как следует из представленного описания, заявленный ВТСП ТОУ обладает улучшенной теплоизоляцией за счет создания теплоизоляционного вакуумного слоя в криостате между его внутренней и внешней стенками, а также более простой и надежной конструкцией, предусматривающей эксплуатацию сборки ВТСП модулей непосредственно в криогенной жидкости.