ДВУХЖИЛЬНЫЙ СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ КАБЕЛЬ

Область техники.
Полезная модель относится к области сверхпроводниковой техники и электроэнергетики и может быть применена при создании сверхпроводящих кабелей.
Уровень техники.
Известен, принятый в качестве прототипа, сверхпроводящий кабель, состоящий из коаксиально расположенных жил, выполненных из однотипного сверхпроводящего материала [1]. Первые три жилы, считая от оси кабеля, предназначены для тока одного направления, а вторые три жилы - для тока встречного направления. В известной конструкции наличие взаимной индукции между соседними жилами с током одного направления приводят к повышению максимальной индукции и соответствующему снижению критической плотности тока.
Сущность полезной модели
Технический результат полезной модели - повышение токонесущей способности кабеля без снижения экологической безопасности.
Предметом полезной модели является двухжильный сверхпроводящий кабель, содержащий выполненные из однотипного высокотемпературного сверхпроводящего материала и коаксиально расположенные наружную и центральную жилы с кольцевыми сечениями, внешние радиусы которых удовлетворяют соотношению
н
ц
R/R=1,4-0,15γ,
при этом жилы кабеля предназначены для протекания встречных токов, а γ задается в пределах от 0 до 1 электромагнитными свойствами материала жил.
Это позволяет получить указанный выше технический результат.
c
Развитие полезной модели предусматривает, что значение γ может быть уточнено путем аппроксимации характеристики j(B) материала жил (приведенной заводом-изготовителем в паспорте этого материала) зависимостью
,
с
где j - средняя плотность критического тока в материале жил, В - индукция магнитного поля, α - приведенный в паспорте материала критерий лоренцевой силы высокотемпературного сверхпроводника, на основе которого выполнен материал жил.
Осуществление полезной модели с учетом ее развития
На фиг.1 представлено сечение кабеля, на фиг.2 - распределение магнитного поля по сечению кабеля,
На фиг.1 показаны наружная 1 и центральная 2 жилы кабеля. Жилы 1 и 2 выполнены из однотипного проводящего, имеющего наружную изоляцию, материала на основе высокотемпературного сверхпроводника и коаксиально расположены относительно друг друга.
Кабель подключается между источником тока и потребителем так, чтобы токи в жилах 1 и 2 были направлены встречно.
н
ц
Внешние радиусы R, R жил 1 и 2 удовлетворяют соотношению:
где γ задается в пределах от 0 до 1.
Как показали расчеты, проведенные на математической модели сверхпроводящего кабеля, при выполнении указанного соотношения в сверхпроводящем состоянии обеспечивается (с допустимой на практике погрешностью) взаимная компенсация магнитных полей жил и соответственно уменьшается максимальная величина индукции магнитного поля (ограничивающая величину критической плотности тока), а также достигается практически нулевое значение магнитного поля на внешних границах сечения кабеля, что обеспечивает экологическую безопасность на трассе прокладки кабеля.
c
Уточнение значения γ может быть произведено путем аппроксимации характеристики j(B) материала жил зависимостью
c
где j - средняя плотность критического тока в материале жил, В - индукция магнитного поля, α - критерий лоренцевой силы высокотемпературного сверхпроводника, на основе которого выполнен материал жил, определяемый химической формулой используемого сверхпроводника.
Эмпирическая зависимость (2) представляет собой модель критического состояния для сверхпроводника [2].
c
Величина γ в выражении (2) подбирается такой, чтобы соответствующая кривая максимально приближалась (например, в среднеквадратичном смысле) к реальной зависимости j(B), приведенной в паспортных данных материала жил или снятой экспериментально.
При конструировании и изготовлении кабеля площадь сечения центральной жилы определяется требуемой величиной тока. Размер наружной жилы определяются соотношениями (1).
Распределение магнитного поля по сечению кабеля предлагаемой конструкции, приведенное на фиг.2, показывает, что значения индукции на внешней границе сечения кабеля близко к нулю.
Источники информации
[1] Yinshun Wang and other "Development of a high-temperature superconducting bus conductor with large current capacity", Superconductor Science and Technology, april, 2009, p.22.
[2] И.А.Глебов, Ч.Лаверик, B.H.Шахтарин. «Электрофизические проблемы использования сверхпроводимости». Наука, 1980 г.