СПОСОБ И КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ КАБЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
METHOD AND ARRANGEMENT FOR ASSEMBLING SUPERCONDUCTIVE CABLE SYSTEM

Изобретение относится к способу выполнения сверхпроводящей кабельной системы, при котором по меньшей мере один сверхпроводящий кабель размещают в криостате, имеющем форму трубы и служащем для прохождения по нему охладителя, при котором оснащенный кабелем криостат транспортируют к месту укладки и при котором на месте укладки кабель и криостат на обоих концах соединяют с агрегатами, а также к конструкции для выполнения такой сверхпроводящей кабельной системы.
Сверхпроводимые кабельные системы находят применение, например, при энергоснабжении в городских электросетях. Они позволяют при достаточно низких температурах, при которых сопротивление проводника постоянному току равно нулю, передавать электроэнергию без потерь на дальние расстояния. Для охлаждения сверхпроводимый кабель размещают в криостате. Криостат имеет по меньшей мере одну теплоизолированную трубу, по которой проводят средство охлаждения, пригодное для эксплуатации сверхпроводимого кабеля. Средство охлаждения представляет собой, например, жидкий гелий или жидкий азот. Изолированная труба, которая окружает сверхпроводимый кабель, состоит, например, из двух концентрически расположенных, например, гофрированных и удерживаемых на расстоянии друг от друга, металлических труб, между которыми заключена вакуумная изоляция и в большинстве случаев также другие изоляционные материалы. Криостат для кабеля может включать в себя одну или несколько последовательно размещенных вакуумных камер, разделенных вакуумными затворами. Изолированная труба может состоять также из металлической трубы, окруженной изоляционным материалом.
На концах сверхпроводимой кабельной системы установлены концевые затворы для подключения к обычным электрическим проводникам электросети или соединительные детали (называемые также муфтами) для подключения к дальнейшим сверхпроводимым кабельным системам. Возможно оснащение концевых затворов и муфт подводами для соединения с системой охлаждения или с системой циркуляции охладителя.
При производстве таких сверхпроводимых кабельных систем изготавливают криостат нужной длины и создают в нем вакуум. Концы сверхпроводимого кабеля выходят за пределы криостата для их подключения на месте прокладки кабеля. Для хранения и транспортировки готовую кабельную систему обычно наматывают на кабельные барабаны. Чтобы защитить выступающие концы кабелей от повреждений при хранении, при транспортировке и при установке, их снабжают защитными элементами. Эти защитные элементы могут состоять, например, из гофрированных труб, закрывающих концы кабеля. Их снимают во время укладки только непосредственно перед подключением кабельной системы.
В основе изобретения лежит задача предоставить способ выполнения сверхпроводящей кабельной системы, а также соответствующая конструкция, при которых кабельные концы эффективно защищены при транспортировке и при установке.
Согласно изобретению эта задача решена благодаря тому,
- что кабель размещают в криостате, который на обоих осевых концах выступает за пределы кабеля,
- что узел, состоящий из кабеля и криостата, транспортируют к месту укладки,
- что на месте укладки концы криостата, выступающие за пределы кабеля, укорачивают до заданной длины и
- что сверхпроводящий кабель и криостат присоединяют к агрегатам.
Способ согласно изобретению, а также конструкция согласно изобретению позволяют эффективно защищать концы сверхпроводящего кабеля во время хранения и транспортировки кабельной системы. Отпадает необходимость помещения отдельного защитного устройства на кабельную систему, так как выступающие концы криостата уже служат в качестве футляров для кабельных концов. Кроме того, не требуется знать или окончательно задавать точную длину криостата во время производства сверхпроводящей кабельной системы. Криостат приспосабливают на необходимую длину только на месте его укладки.
В особенно предпочтительном варианте исполнения способа используют криостат, который состоит из двух концентрических труб из металла, расположенных на расстоянии друг от друга, и в котором между обеими трубами находится вакуумная изоляция. В по меньшей мере двух местах, находящихся на расстоянии друг от друга в осевом направлении, между обеими трубами размещают вакуумные затворы. Между этими вакуумными затворами создают вакуум. Вакуумирование между вакуумными затворами предпочтительно производят уже на месте изготовления. После этого на месте укладки выступающие концы криостата укорачивают до необходимой длины и вместе с кабельными концами присоединяют к соответствующим агрегатам.
Способ и конструкция согласно изобретению разъясняются посредством чертежа. На фиг. 1 показан вариант осуществления конструкции для выполнения сверхпроводящей кабельной системы.
Конструкция 1 согласно изобретению имеет сверхпроводящий кабель 2 и трубообразный криостат 3 для кабеля, в который помещен кабель 2. Выполнение сверхпроводящего кабеля 2 и его электрическое подключение к дальнейшим частям здесь не имеют значения, поэтому нет необходимости более подробно останавливаться на этом.
Криостат 3 для кабеля в представленном варианте осуществления состоит из двух металлических труб 4, 5, расположенных концентрически и на расстоянии друг от друга. Металлические трубы 4, 5 могут быть гофрированными, например, с гофрами, проходящими поперек к их продольному направлению. Металлические трубы 4, 5 удерживают на определенном расстоянии друг от друга посредством дистанционирующих элементов. В промежутке 6 между металлическими трубами 4, 5 находится вакуумная изоляция. Вакуумной изоляции достигают, с одной стороны, посредством вакуумирования промежуточного пространства 6 и, с другой стороны, посредством имеющегося изоляционного материала (не показан). Изоляционный материал может состоять, например, из множества расположенных друг над другом, слоев пленки из синтетического материала, покрытой с одной стороны металлом, причем металлическая сторона обращена наружу, чтобы отражать тепло, возможно, поступающее посредством излучения.
Криостат 3 окружает как кабель 2, так и свободное пространство 7, по которому в рабочем режиме проводится текучий охладитель, например, жидкий азот или жидкий гелий, чтобы приводить сверхпроводящий кабель 2 к рабочей температуре и удерживать ее.
Согласно представленному варианту исполнения конструкция имеет два вакуумных затвора 8, 9, которые размещены в криостате 3 для кабеля в двух местах между обеими трубами 4, 5. Каждый из вакуумных затворов 8, 9 состоит из герметичного уплотнения между обеими трубами 4, 5. Они размещены, например, вблизи концов 2а, 2b кабеля соответственно. Часть 3а криостата 3 между обоими вакуумными затворами 8, 9 укомплектовывают на месте производства, и там же герметично закрытые пространство, образованное трубами 4, 5 и вакуумными затворами 8, 9, вакуумируют. Такая деталь За имеет, например, длину примерно 100 м. Криостат, изготовленный на месте производства, может также включать в себя несколько вакуумных камер, образованных несколькими вакуумными затворами, расположенными на определенных расстояниях.
Согласно изобретению криостат 3 выступает за пределы кабеля 2 на обоих осевых концах 3b, 3с. Выступающие концы 3b, 3с по меньшей мере настолько длинны, что они полностью покрывают соответствующие концы 2а, 2b кабеля. В этом состоянии конструкцию 1 приводят в положение хранения и транспортируют к месту укладки. Для этого на месте производства криостат 3, снабженный кабелем 2, выступающий на концах 2а, 2b, наматывают, например, на кабельный барабан или катушку. Следовательно, кабельные концы 2а, 2b во время хранения, транспортировки и выполнения сверхпроводящей кабельной системы защищены более длинным криостатом 3 от повреждений. После этого на месте укладки конструкцию 1 для выполнения сверхпроводящей кабельной системы соединяют на обоих концах с агрегатами (не показаны).
Агрегаты могут состоять, например, из кабельных соединительных деталей или кабельных наконечников. Таким образом, возможно соединение сверхпроводящего кабеля 2 с дальнейшим сверхпроводящим кабелем, или с обычным электропроводным кабелем, или посредством вводов, соответствующим образом оформленных, с электрическим устройством, например, с электрической сетью. На агрегатах имеются места подключения, позволяющие присоединять к ним вакуумные насосы. Кабельные соединительные детали допускают, например, протекание через них охладителя, в то время как кабельные наконечники подходят для подключения конструкции к системе охлаждения, которая содержит, например, резервуар для охладителя.
Для подключения к агрегатам оба конца 3b, 3с криостата 3 укорачивают до заданной длины. Концы 2а, 2b кабелей соединяют посредством электрических соединителей с дальнейшими кабелями или электрическими устройствами. После этого возможно соединение соответствующих концов металлических труб 4, 5 с соответствующими соединительными деталями агрегатов, например, посредством сварки. В результате получаются две герметично закрытых камеры или два пространства, каждое из которых образовано вакуумным затвором, концами металлических труб 4, 5 и агрегатом, и которые относительно малы по сравнению с вакуумной камерой детали 3а конструкции. Их можно простым способом вакуумировать на месте укладки, после того, как конструкция 1 соединена с агрегатами. Для этого на месте присоединяют вакуумный насос к соответствующему месту подключения агрегата.
В альтернативном варианте криостат для кабеля может состоять также из одной металлической трубы, снабженной теплоизоляцией. Теплоизоляция может состоять, например, из вакуумных панелей или из пенистого изоляционного материала.