СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО КАБЕЛЯ
TECHNIQUE OF TESTING SUPERCONDUCTIVE CABLE INSULATION FOR ELECTRICAL STRENGTH

Область техники
[0001] Это изобретение относится к способу испытания электрической прочности изоляции сверхпроводящего кабеля. Оно относится, в частности, к способу испытания, позволяющему оценить характеристики электрической прочности изоляции сверхпроводящего кабеля без заполнения его хладагентом.
Уровень техники
[0002] Для обычных проводящих кабелей, таких как маслонаполненный кабель (oil-filled (OF) cable), маслонаполненный кабель в трубопроводе (pipe-type oil-filled (POF) cable), кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (CV cable) и т.д., в качестве способа проверки характеристик изоляции каждого кабеля проводят выборочное испытание с использованием точечного образца и «цельное испытание» (от английского «frame test»), применяемое ко всей длине изделия.
[0003] Первое испытание предназначено для проверки с той целью, чтобы убедиться в отсутствии проблем, возникающих в случае, если к кабелю в течение длительного времени постоянно приложено напряжение, или убедиться в том, что кабель имеет заданные характеристики изоляции против грозового перенапряжения на точечном образце.
[0004] Наоборот, последнее испытание в качестве испытания при отгрузке предназначено для проверки того, имеет ли кабель достаточные рабочие характеристики для повышения напряжения промышленной частоты системы на полной длине без повреждения кабеля.
[0005] Другими словами, можно сказать, что при выборочном испытании проверку выполняют, чтобы убедиться в том, что условия изготовления кабеля не вызывают какой-либо проблемы, а при цельном испытании проверку выполняют, чтобы убедиться в том, что условия изготовления надежно реализованы на полной длине кабеля.
[0006] С другой стороны, проводятся исследования сверхпроводящего кабеля в направлении его практического применения. В качестве примера предложен многофазный кабель многожильного группового типа, имеющий множество объединенных в группу кабельных жил (см., например, патентный документ 1). Фиг.1 представляет собой вид в поперечном сечении трехфазного сверхпроводящего кабеля трехжильного группового типа. Этот сверхпроводящий кабель 100 имеет три кабельные жилы 110, скрученные и помещенные в теплоизоляционную трубу 120.
[0007] Теплоизоляционная труба 120 реализована как двойная труба, образованная из внутренней трубы 121 и наружной трубы 122, и имеет теплоизоляционный материал (не показан) между обеими трубами с вакуумированным зазором. Каждая кабельная жила 110 содержит от центра наружу каркас 10, слой-проводник 20, изолирующий слой 30, экранирующий слой 40 и защитный слой 50. Слой-проводник 20 образован спирально намотанными вокруг каркаса 10 многочисленными слоями сверхпроводящего провода, а изолирующий слой 30 образован намоткой полусинтетической изоляционной бумаги. Экранирующий слой 40 образован спиральной намоткой сверхпроводящего провода, аналогичного проводу в слое-проводнике 20, вокруг изолирующего слоя 30. Хладагент, такой как жидкий азот, заполняется и циркулирует в каркасе 10 и пространстве, образованном между внутренней трубой 121 и жилой 110, и при этом изолирующий слой пропитывается хладагентом; это состояние относится к стадии эксплуатации кабеля.
[0008] Патентный документ 1: JP-A-2003-9330 (фиг.5).
Раскрытие изобретения
Проблемы, решаемые изобретением
[0009] Однако поскольку при отгрузке с завода сверхпроводящий кабель не заполнен хладагентом, способ соответствующего испытания характеристик изоляции при заполненном хладагентом сверхпроводящем кабеле не применяется.
[0010] Например, в случае POF кабеля образующую изолирующий слой кабельной жилы изоляционную бумагу пропитывают изоляционным маслом высокой вязкости и защищают кабель таким образом, чтобы изоляционное масло не могло вытекать наружу, и затем проводят цельное испытание на заводе. В это время изолирующий слой содержит воздух. Однако после отгрузки кабельную жилу втягивают в стальную трубу, и для перевода кабеля в состояние, в котором кабель имеет существенные характеристики изоляции, эту стальную трубу заполняют маслом низкой вязкости и прикладывают высокое давление, в результате чего воздух, присутствующий в изолирующем слое, растворяется в этом изоляционном масле. Поэтому при отгрузке с завода POF кабель имеет пропитанный изоляционным маслом изолирующий слой, и цельное испытание кабеля может быть проведено в состоянии, близком к состоянию эксплуатации кабеля.
[0011] С другой стороны, сверхпроводящий кабель не заполняют хладагентом при отгрузке с завода и подвергают его обработке оконечной заделкой уже в зоне прокладки, а затем заполняют кабель хладагентом и осуществляют его циркуляцию в сверхпроводящем кабеле для перевода кабеля в нормальное состояние эксплуатации. Таким образом, значимое цельное испытание не может быть проведено при отгрузке с завода, при которой характеристики изоляции существенно отличаются от характеристик изоляции во время эксплуатации. Если предположить, что осуществляют капиталовложения для заполнения и циркуляции жидкого хладагента с обоих концов сверхпроводящего кабеля, и цельное испытание проводят при сверхпроводящем кабеле, переведенном перед отгрузкой в холодное состояние, то амортизация таких капиталовложений и расходы на охлаждение резко поднимают стоимость сверхпроводящего кабеля. Если сверхпроводящий кабель охлаждают в состоянии, при котором он намотан на барабан, механическое напряжение воздействует в более сильно изогнутом состоянии, чем при прокладке кабеля в полевых условиях, и поэтому имеется вероятность того, что может произойти повреждение кабеля.
[0012] Поэтому главной задачей изобретения является разработка способа испытания электрической прочности изоляции сверхпроводящего кабеля, который позволяет оценить характеристики изоляции сверхпроводящего кабеля в заполненном хладагентом состоянии без заполнения хладагентом.
Средства для решения этих проблем
[0013] Изобретение решает эту задачу путем моделирования характеристик электрической прочности изоляции сверхпроводящего кабеля при комнатной температуре без заполнения подлежащего испытанию сверхпроводящего кабеля хладагентом.
[0014] Способ испытания электрической прочности изоляции сверхпроводящего кабеля по изобретению отличается тем, что испытываемый сверхпроводящий кабель заполняют вместо хладагента газом и проводят регулярное испытание электрической прочности изоляции при комнатной температуре.
[0015] В этом способе испытания может быть проведено только регулярное испытание электрической прочности изоляции, а может быть заранее проведено предварительное испытание электрической прочности изоляции. Для проведения только регулярного испытания электрической прочности изоляции испытываемый сверхпроводящий кабель заполняют газом вместо хладагента и проводят регулярное испытание электрической прочности изоляции при комнатной температуре. При этом в качестве представительных примеров регулярного испытания электрической прочности изоляции можно назвать испытание измерением частичных разрядов, испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь (tan δ) и т.д. В качестве условия испытания может быть принято испытательное напряжение, например величина напряжения с характеристикой электрической прочности изоляции при комнатной температуре, оцененной на основании характеристики электрической прочности изоляции, найденной в испытываемом сверхпроводящем кабеле, когда он заполнен хладагентом. Величина оценочного напряжения может использовать расчетную (проектную) величину или может быть найдена вычислением. Если не возникает проблем в ходе испытания электрической прочности изоляции при комнатной температуре при испытательном напряжении, то приходят к заключению, что кабель удовлетворяет заданной характеристике электрической прочности изоляции в том случае, если он заполнен хладагентом.
[0016] Для проведения предварительного испытания электрической прочности изоляции сначала обеспечивают первый контрольный сверхпроводящий кабель, заполненный хладагентом при заданном давлении, и второй контрольный сверхпроводящий кабель, заполненный вместо хладагента газом при заданном давлении. Впоследствии проводят предварительное испытание электрической прочности изоляции первого контрольного сверхпроводящего кабеля при температуре хладагента и второго контрольного сверхпроводящего кабеля при комнатной температуре для нахождения корреляции между характеристиками электрической прочности изоляции этих кабелей. С другой стороны, при регулярном испытании электрической прочности изоляции испытываемый сверхпроводящий кабель заполняют газом при заданном давлении и проводят это регулярное испытание электрической прочности изоляции при комнатной температуре при испытательном напряжении. При этом испытательное напряжение находят на основании характеристики электрической прочности изоляции второго контрольного сверхпроводящего кабеля. Кроме того, испытательное напряжение имеет величину, учитывающую допуск на величину, основанную на найденной характеристике электрической прочности изоляции. Если при регулярном испытании электрической прочности изоляции характеристика электрической прочности изоляции удовлетворена, то приходят к заключению, что даже заполненный хладагентом испытываемый сверхпроводящий кабель удовлетворяет характеристике электрической прочности.
[0017] Контрольные сверхпроводящие кабели, используемые для проведения предварительного испытания электрической прочности изоляции, являются обычным образом изготовленными сверхпроводящими кабелями; контрольный сверхпроводящий кабель, заполненный хладагентом, является первым контрольным сверхпроводящим кабелем, а контрольный сверхпроводящий кабель, заполненный газом, является вторым сверхпроводящим кабелем. Хладагент может быть газообразным хладагентом или жидким хладагентом, и обычно для контрольных сверхпроводящих кабелей могут быть использованы точечные образцы. В качестве конкретных примеров жидкого хладагента, заполняющего первый контрольный сверхпроводящий кабель, могут быть названы жидкий азот, жидкий гелий, жидкий водород, жидкий кислород, жидкий фтор, жидкий аргон, жидкий воздух, жидкий неон и т.д. В качестве конкретных примеров газообразного хладагента могут быть названы газообразный азот, газообразный гелий, газообразный водород, газообразный кислород, газообразный фтор, газообразный неон, газообразный аргон, воздух и т.д. Например, в качестве газа, заполняющего второй контрольный сверхпроводящий кабель, могут быть использованы газообразный азот или воздух.
[0018] Для предварительного испытания электрической прочности изоляции может быть использовано испытание изоляции на пробой. При испытании изоляции на пробой находят напряжение пробоя. В дополнение к этому, например, могут быть использованы испытание измерением частичных разрядов и испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь (tan δ). При испытании измерением частичных разрядов находят напряжение возникновения частичного разряда. При испытании измерением тангенса угла диэлектрических потерь находят напряжение, при котором увеличивается tan δ (начинается разряд). В качестве предварительного испытания электрической прочности изоляции может быть использовано любое из испытаниий изоляции на пробой, испытания измерением частичных разрядов или испытания измерением тангенса угла диэлектрических потерь, или же в качестве предварительного испытания электрической прочности изоляции могут быть использованы испытание изоляции на пробой, испытание измерением частичных разрядов и испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь в сочетании.
[0019] При предварительном испытании электрической прочности изоляции испытывают характеристику электрической прочности изоляции первого контрольного сверхпроводящего кабеля при температуре хладагента и второго контрольного сверхпроводящего кабеля при комнатной температуре. Здесь температура хладагента относится к температуре хладагента в то время, когда температура охлаждения пригодна для работы сверхпроводящего кабеля. Конечно, характеристика электрической прочности изоляции может быть испытана при любых температурах, отличных от температуры хладагента или комнатной температуры, чтобы более детально понять зависимость между характеристиками электрической прочности изоляции первого и второго контрольных сверхпроводящих кабелей и увеличить число элементов контрольных (справочных) данных, используемых для определения описанного позже испытательного напряжения. Давление заполняемого хладагента или газа, по существу, является фактически используемым давлением хладагента в кабеле. Фактически используемое давление хладагента обычно является более высоким, чем атмосферное давление (100 кПа); в частности, это давление составляет две атмосферы (300 кПа) или более. Конечно, предпочтительно вместе с этим также проводят измерение при других давлениях.
[0020] Испытательное напряжение определяют на основании характеристики электрической прочности изоляции второго контрольного сверхпроводящего кабеля при предварительном испытании электрической прочности изоляции. Например, если в качестве предварительного испытания электрической прочности изоляции проводят испытание изоляции на пробой, то находят отношение напряжений пробоя между первым и вторым контрольными сверхпроводящими кабелями. В качестве испытательного напряжения можно принять величину, полученную в результате умножения (заданного) напряжения регулярного испытания электрической прочности изоляции заполненного жидким хладагентом кабеля на это отношение, или же в качестве испытательного напряжения можно принять более низкую, чем эта величина, величину напряжения, учитывающую некий допуск. Если в качестве предварительного испытания электрической прочности изоляции проводят испытание измерением частичных разрядов, то находят отношение напряжений возникновения частичного разряда между первым и вторым контрольными сверхпроводящими кабелями. При этом в качестве испытательного напряжения можно принять величину, полученную в результате умножения (заданного) напряжения регулярного испытания электрической прочности изоляции заполненного жидким хладагентом кабеля на это отношение, или же в качестве испытательного напряжения можно принять более низкую, чем эта величина, величину напряжения, учитывающую некий допуск. Кроме того, если в качестве предварительного испытания электрической прочности изоляции проводят измерение тангенса угла диэлектрических потерь, то в качестве испытательного напряжения можно принять величину напряжения при проведении измерения тангенса угла диэлектрических потерь на втором контрольном сверхпроводящем кабеле или более низкую, чем эта величина, величину напряжения, учитывающую некий допуск.
[0021] В общем, существует тенденция получать высокую характеристику электрической прочности, когда температура хладагента или газа является более низкой, а давление хладагента или газа является более высоким. Таким образом, в испытательном напряжении можно учитывать вышеупомянутый допуск, например, принятием характерной величины электрической прочности изоляции при более высокой температуре, чем фактически используемая температура хладагента, или же принятием характерной величины электрической прочности изоляции при более низком давлении, чем фактическое используемое давление хладагента.
[0022] С другой стороны, регулярное испытание электрической прочности изоляции применяется к испытываемому сверхпроводящему кабелю. Испытываемый сверхпроводящий кабель является сверхпроводящим кабелем, имеющим ту же самую конструкцию, что и контрольный сверхпроводящий кабель, и является кабелем, характеристика электрической прочности изоляции которого должна быть исследована. Обычно в качестве испытываемого сверхпроводящего кабеля принимают полную длину сверхпроводящего кабеля при отгрузке. Следовательно, характеристика электрической прочности изоляции может быть испытана по всей длине кабеля, и в качестве цельного испытания может быть проведено регулярное испытание электрической прочности изоляции.
[0023] В регулярном испытании электрической прочности изоляции может также использоваться, например, испытание изоляции на пробой, испытание измерением частичных разрядов или испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь. Так как предварительное испытание электрической прочности изоляции является испытанием, предназначенным для определения испытательного напряжения при регулярном испытании электрической прочности изоляции, то при регулярном испытании электрической прочности изоляции может быть принят тот же самый способ испытания, что и при предварительном испытании электрической прочности изоляции, или же может быть принят другой способ испытания.
[0024] Это означает, что возможны следующие основные сочетания способов испытания:
[0025] (1) В качестве предварительного испытания электрической прочности изоляции проводят испытание изоляции на пробой для определения испытательного напряжения, а в качестве регулярного испытания электрической прочности изоляции проводят испытание изоляции на пробой при этом испытательном напряжении для проверки того, что пробой изоляции не возникает.
[0026] (2) В качестве предварительного испытания электрической прочности изоляции проводят испытание измерением частичных разрядов для определения испытательного напряжения, а в качестве регулярного испытания электрической прочности изоляции проводят испытание измерением частичных разрядов при этом испытательном напряжении для проверки того, что частичный разряд не возникает.
[0027] (3) В качестве предварительного испытания электрической прочности изоляции проводят испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь для определения испытательного напряжения, а в качестве регулярного испытания электрической прочности изоляции проводят испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь при этом испытательном напряжении для проверки того, что tan δявляется нормальным.
[0028] (4) В качестве предварительного испытания электрической прочности изоляции проводят испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь и испытание измерением частичных разрядов для определения испытательного напряжения, а в качестве регулярного испытания электрической прочности изоляции проводят испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь при этом испытательном напряжении для проверки того, что tan δ является нормальным.
[0029] (5) В качестве предварительного испытания электрической прочности изоляции проводят испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь и испытание измерением частичных разрядов для определения испытательного напряжения, а в качестве регулярного испытания электрической прочности изоляции проводят испытание измерением частичных разрядов и испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь при этом испытательном напряжении для проверки того, что частичный разряд не возникает, и того, что tan δ является нормальным.
[0030] В случае измерения частичных разрядов, по мере того как кабель становится длиннее, ухудшается чувствительность к частичному разряду, поскольку он удален от оконечного вывода, и, таким образом, если кабель является длинным, предпочтительно выбирают измерение тангенса угла диэлектрических потерь. Испытание измерением частичных разрядов и испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь используют вместе, поскольку является эффективным выявлять большой дефект, такой как инородные тела, на основании частичного разряда, а неадекватность всего используемого материала в целом или производственных условий - на основании tan δ.
Преимущества изобретения
[0031] В способе испытания электрической прочности изоляции сверхпроводящего кабеля по настоящему изобретению испытываемый сверхпроводящий кабель заполняют газом вместо газообразного хладагента или жидкого хладагента и проводят регулярное испытание электрической прочности изоляции при комнатной температуре, так что испытание электрической прочности изоляции может быть проведено без заполнения испытываемого сверхпроводящего кабеля хладагентом.
[0032] При предварительном испытании электрической прочности изоляции используют характеристики электрической прочности, полученные в результате измерения первого и второго контрольных сверхпроводящих кабелей, для нахождения корреляции между характеристиками электрической прочности изоляции этих контрольных сверхпроводящих кабелей, один из которых заполнен хладагентом, а другой заполнен газом. Испытываемый сверхпроводящий кабель заполняют вместо хладагента газом и проводят испытание электрической прочности изоляции при комнатной температуре, и исходя из результата этого испытания может быть смоделирована характеристика электрической прочности изоляции в том случае, когда кабель заполнен хладагентом. Поэтому регулярное испытание электрической прочности изоляции может быть проведено при комнатной температуре без заполнения кабеля хладагентом, и при этом может быть оценена характеристика электрической прочности в состоянии, когда кабель заполнен хладагентом. Более того, испытание электрической прочности изоляции может быть проведено без повреждения испытываемого сверхпроводящего кабеля.
Краткое описание чертежей
[0033] Фиг.1 представляет собой вид в поперечном сечении сверхпроводящего кабеля, используемого в способе испытания по изобретению.
Фиг.2 представляет собой график, показывающий зависимость между временем с начала охлаждения сверхпроводящего кабеля, заполненного газообразным азотом, и tan δ.
[0034] Описание ссылочных позиций:
100 - сверхпроводящий кабель,
110 - жила,
10 - каркас,
20 - слой-проводник,
30 - изолирующий слой,
40 - экранирующий слой,
50 - защитный слой,
120 - термоизоляционная труба,
121 - гофрированная внутренняя труба,
122 - гофрированная наружная труба,
123 - защитная покровная наружная оболочка.
Лучший вариант реализации изобретения
[0035] Ниже будет обсуждаться один из вариантов воплощения изобретения.
[0036] В качестве примера сверхпроводящего кабеля, испытываемого согласно способу испытания по изобретению, был изготовлен трехжильный сверхпроводящий кабель. Фиг.1 представляет собой вид в поперечном сечении такого сверхпроводящего кабеля.
[0037] Кабель 100 состоит из трех скрученных жил 110 и термоизоляционной трубы 120, охватывающей эти жилы. Каждая жила 110 имеет от центра наружу каркас 10, слой-проводник 20, изолирующий слой 30, экранирующий слой 40 и защитный слой 50. В каждом из слоя-проводника 20 и экранирующего слоя 40 используется сверхпроводящий провод.
[0038] Для изготовления каркаса 10 может быть использован сплошной материал со скрученными металлическими проволоками или пустотелый материал, использующий металлическую трубу. В качестве примера сплошного каркаса можно назвать материал со множеством скрученных медных стренг. Так как используется каркас скрученной линейной структуры, могут быть одновременно обеспечены снижение потерь на переменном токе и подавление подъема температуры при перегрузке по току (сверхтоке). С другой стороны, если используется пустотелый каркас, его внутреннее пространство может быть использовано в качестве канала для потока хладагента.
[0039] Для выполнения слоя-проводника 20 предпочтительным является ленточный провод со множеством оксидных высокотемпературных сверхпроводящих нитей, покрытых серебряной оболочкой. В данном случае был использован ленточный провод семейства Bi2223. Многочисленные слои такого ленточного провода наматывали вокруг каркаса с образованием слоя-проводника 20. Слои этого слоя-проводника 20 отличаются шагом скрутки сверхпроводящего провода. Кроме того, направление намотки изменяется для каждого слоя или для каждых двух или более слоев, в результате чего токи, протекающие в этих слоях, могут быть сделаны однородными.
[0040] Изолирующий слой 30 образован на наружной периферии слоя-проводника 20. Изолирующий слой 30 может быть образован намоткой полусинтетической бумаги, полученной наслаиванием крафт-бумаги и полимерной пленки полипропилена и т.п.(ППЛБ, изготовленная фирмой Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд.: зарегистрированный товарный знак PPLP), например, вокруг наружной периферии проводника 20.
[0041] Если кабель является сверхпроводящим кабелем переменного тока, то он снабжен экранирующим слоем 40 снаружи изолирующего слоя 30 для экранирования магнетизма. Экранирующий слой 40 образован намоткой сверхпроводящего провода, аналогичного использованному для выполнения слоя-проводника 20, вокруг наружной периферии изолирующего слоя 30. В экранирующем слое 40 наводится ток в противоположном направлении почти той же самой величины, что и в слое-проводнике 20, в результате чего может быть исключено возникновение магнитного поля снаружи кабеля.
[0042] Далее, на экранирующем слое 40 образован защитный слой 50. Защитный слой 50 механически защищает внутреннюю структуру от экранирующего слоя 40 и образован намоткой крафт-бумаги или тканевой ленты вокруг экранирующего слоя 40.
[0043] Термоизоляционная труба 120 представляет собой двойную трубчатую конструкцию, имеющую гофрированную внутреннюю трубу 121 и гофрированную наружную трубу 122. Между гофрированной внутренней трубой 121 и гофрированной наружной трубой 122 образуется пространство, которое вакуумировано. В этом вакуумированном пространстве размещена суперизоляция для отражения теплоты излучения. На гофрированной наружной трубе образована защитная покровная наружная оболочка 123, выполненная из поливинилхлорида и т.п.
[0044] Термоизоляционную трубу 120 заполняют хладагентом для охлаждения слоя-проводника 20 и экранирующего слоя 40 до температуры ниже критической температуры. В качестве хладагента используют жидкий хладагент или газообразный хладагент.
[0045] Например, в качестве жидкого хладагента могут быть упомянуты жидкий азот, жидкий гелий, жидкий неон, жидкий водород и т.п. При использовании жидкого хладагента в качестве хладагента сверхпроводящего кабеля этот жидкий хладагент, слой-проводник 20 и экранирующий слой 40 быстро достигают теплового равновесия в противовес выработке теплоты компонентами кабеля, имеющей место в том случае, когда в сверхпроводящем кабеле дают возможность протекать большому току. Следовательно, слой-проводник 20 и экранирующий слой 40 стабильно поддерживаются при температуре, пригодной для работы сверхпроводящего кабеля.
[0046] В качестве газообразного хладагента могут быть упомянуты, например, газообразный гелий, газообразный водород и т.п. При использовании газообразного хладагента могут быть обеспечены следующие преимущества: (1) не существует проблемы газификации, связанной с использованием жидкого хладагента; (2) может быть уменьшена потеря давления, возникающая при циркуляции хладагента; (3) диапазон изменения температуры газообразного хладагента (например, точка кипения газообразного водорода составляет примерно 20 К, а критическая температура Bi2223 составляет примерно 105 К, и таким образом допускается диапазон изменения температуры в примерно 85 К и является большим по сравнению с диапазоном изменения температуры жидкого хладагента (например, точка плавления и точка кипения азота составляют соответственно 63 К и 77 К, и жидкий хладагент газифицируется прежде, чем температура поднимется до критической температуры). Это означает, что газообразный хладагент не требует строгого управления температурой.
Пример 1
Предварительное испытание электрической прочности изоляции
[0047] Предварительное испытание электрической прочности изоляции проводят, используя точечные образцы сверхпроводящих кабелей, изготовленных обычным образом с вышеописанной конструкцией. В данном случае в качестве предварительного испытания электрической прочности изоляции проводят испытание измерением частичных разрядов. Каждый точечный образец, заполненный жидким азотом (примерно 77 К), является первым контрольным сверхпроводящим кабелем, а каждый точечный образец, заполненный газообразным азотом при комнатной температуре, является вторым контрольным сверхпроводящим кабелем. Кроме того, в качестве проверочного примера приведен первый контрольный сверхпроводящий кабель, заполненный газообразным азотом при 150 К. Испытание измерением частичных разрядов проводят для контрольных сверхпроводящих кабелей при температурах и при режимах давления, приведенных в таблице 1, чтобы найти напряжение возникновения частичного разряда. Способ испытания измерением частичных разрядов соответствует способу, предусмотренному в нормативе Международной электротехнической комиссии (МЭК) IEC 60885, 2-е издание, 1.0: 1987 (b). Результат испытания также приведен в таблице 1. Каждое безразмерное числовое значение в этой таблице обозначает напряженность электрического поля при возникновении частичного разряда (кВ/мм).
[0048]
Таблица 1
Абсолютное давление
Температура
Комнатная температура
150 К
77 К
100 кПа
3,2
5,5
12
200 кПа
4,8
8,9
24
300 кПа
5,8
10,8
-
550 кПа
10,8
-
-
[0049] Исходя из результатов, приведенных в таблице 1, приходят к заключению, что влагосодержание, содержащееся в изолирующем слое, замерзает при температуре жидкого азота (примерно 77 К), и продемонстрированы самые высокие характеристики изоляции и, следовательно, показано, что влагосодержание не ухудшает рабочие характеристики изоляции.
[0050] Проводя сравнение между пропиткой жидким азотом (77 К) и наполнением газообразным азотом (150 К), можно видеть, что диэлектрическая постоянная объекта наполнения является малой, электрическое поле газовой части становится высоким, и таким образом частичный разряд происходит при наполнении газообразным азотом раньше, чем при пропитке жидким азотом, и что электрическая прочность изоляции является также низкой.
[0051] Более того, при комнатной температуре в изолирующем слое присутствует влагосодержание и таким образом частичный разряд происходит раньше, и электрическая прочность изоляции также еще больше снижается.
Определение испытательного напряжения
[0052] Считают, что сверхпроводящий кабель работает при давлении хладагента 300 кПа или более. Затем, с учетом допуска отношение 5:1 между напряжением (24 кВ/мм) при отсутствии возникновения частичного разряда при 200 кПа при 77 К и напряжением при комнатной температуре (4,8 кВ/мм) используется при регулярном испытании электрической прочности изоляции.
Регулярное испытание электрической прочности изоляции
[0053] При регулярном испытании электрической прочности изоляции испытывают полную длину каждого испытываемого сверхпроводящего кабеля. Испытываемый сверхпроводящий кабель имеет ту же самую конструкцию, что и контрольный сверхпроводящий кабель, и является кабелем, заполненным газообразным азотом при 200 кПа. На испытываемом сверхпроводящем кабеле проводят испытание измерением частичных разрядов при комнатной температуре. При этом напряжение в этом испытании измерением частичных разрядов составляет одну пятую от испытательного напряжения при цельном испытании сверхпроводящего кабеля, заполненного жидким азотом, в результате использования вышеупомянутого отношения, и цельное испытание проводят на полную длину кабеля. Способ испытания измерением частичных разрядов также соответствует способу, предусмотренному в нормативе Международной электротехнической комиссии (МЭК) IEC 60885, 2-е издание, 1.0: 1987 (b). Если частичного разряда при регулярном испытании электрической прочности изоляции не происходит, полагают, что испытанный сверхпроводящий кабель имеет нормальные характеристики электрической прочности изоляции для отгрузки.
[0054] Описанный выше способ испытания является особенно эффективным в том случае, когда изолирующим слоем сверхпроводящего кабеля является полусинтетическая бумага, типичным представителем которой является ППЛБ. Поскольку крафт-бумага содержит присутствующую в воздухе воду до тех пор, пока она не пропитана изоляционным маслом, то электрическая прочность изоляции резко падает. Наоборот, при использовании ППЛБ присутствует полимерный слой полипропилена, и процентное содержание крафт-бумаги в изолирующем слое снижается, так что могут быть подавлены колебания характеристик электрической прочности изоляции, вызванные влиянием влагосодержания, присутствующего в крафт-бумаге. Следовательно, можно сделать очевидной разницу в уровне возникновения частичного разряда, имеющую место из-за того, что различается состояние части с плохим зазором (неоднородность зазора между витками ППЛБ, намотанной вокруг изолирующего слоя).
Модифицированный пример 1
[0055] В описанном выше примере напряженность электрического поля при возникновении частичного разряда в заполненном жидким азотом первом контрольном сверхпроводящем кабеле сравнивается, когда определено напряжение, применяемое в регулярном испытании электрической прочности изоляции. Однако при предварительном испытании электрической прочности изоляции жидкий азот может быть заменен газообразным водородом, охлажденным до температуры, пригодной для работы сверхпроводящего кабеля, и напряженность электрического поля при возникновении частичного разряда в газообразном водороде можно сравнить для определения напряжения, применяемого при регулярном испытании электрической прочности изоляции. В этом случае, с учетом допуска отношение между напряжением при отсутствии возникновения частичного разряда при 200 кПа при температуре газообразного водорода, пригодной для работы сверхпроводящего кабеля, и напряжением при 200 кПа при комнатной температуре используется при регулярном испытании электрической прочности изоляции, как и в вышеприведенном примере. Согласно измеренному значению напряжение испытания измерением частичных разрядов, используемое для регулярного испытания электрической прочности изоляции, определяют на основе вышеупомянутого отношения и проводят цельное испытание на полную длину кабеля. Если частичный разряд при регулярном испытании электрической прочности изоляции не возникает, полагают, что испытанный сверхпроводящий кабель имеет нормальные характеристики электрической прочности изоляции для отгрузки.
Модифицированный пример 2
[0056] В описанном выше примере и предварительное испытание электрической прочности изоляции и регулярное испытание электрической прочности изоляции являются испытанием измерением частичных разрядов. Однако каждое из предварительного и регулярного испытаний электрической прочности изоляции может быть заменено испытанием измерением тангенса угла диэлектрических потерь, или же в каждом из них может использоваться испытание измерением частичных разрядов и испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь в сочетании. Или же при предварительном испытании электрической прочности изоляции может использоваться в сочетании испытание измерением частичных разрядов и испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь, а при регулярном испытании электрической прочности изоляции может быть проведено только испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь. Например, испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь может быть принято и для предварительного и для регулярного испытаний электрической прочности изоляции, и tan δ испытываемого сверхпроводящего кабеля можно сравнить с tan δ контрольного сверхпроводящего кабеля, чтобы убедиться в том, что tan δ испытываемого сверхпроводящего кабеля является нормальным. Или же для предварительного испытания электрической прочности изоляции может быть принято испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь и испытание измерением частичных разрядов, испытательное напряжение может быть определено из результата испытания измерением частичных разрядов, а в качестве регулярного испытания электрической прочности изоляции может быть проведено испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь и испытание измерением частичных разрядов при этом определенном испытательном напряжении с тем, чтобы убедиться в том, что tan δ является нормальным и что частичный разряд не возникает.
Пример 2
[0057] Далее будет обсужден случай, когда в качестве предварительного испытания электрической прочности изоляции и регулярного испытания электрической прочности изоляции проводят испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь.
[0058] В этом примере так же, как и в примере 1, в качестве предварительного испытания электрической прочности изоляции предварительно измеряют тангенс угла диэлектрических потерь первого контрольного сверхпроводящего кабеля, заполненного жидким азотом, и тангенс угла диэлектрических потерь второго контрольного сверхпроводящего кабеля, заполненного газообразным азотом. Испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь проводили на основе способа испытания высоким напряжением согласно Японскому промышленному стандарту (JIS).
[0059] Фиг.2 представляет собой график, показывающий зависимость между временем от начала охлаждения сверхпроводящего кабеля, заполненного газообразным азотом, и tan δ. Как очевидно из этого графика, если время после начала охлаждения равно 0, то есть если газообразный азот вводят при комнатной температуре, то наблюдается высокий tan δ. С другой стороны, tan δ снижается по мере прохождения времени охлаждения и становится почти постоянным при температуре жидкого азота после истечения заданного времени.
[0060] Затем проводят регулярное испытание электрической прочности изоляции испытываемого сверхпроводящего кабеля. В качестве испытания электрической прочности изоляции также проводят испытание измерением тангенса угла диэлектрических потерь. При этом испытательное напряжение является напряжением при измерении на втором контрольном сверхпроводящем кабеле в предварительном испытании электрической прочности изоляции.
[0061] Если в результате проведения регулярного испытания электрической прочности изоляции испытываемого сверхпроводящего кабеля tan δ является нормальным, то есть если значение tan δ равно почти 2,0%, приходят к заключению, что испытываемый сверхпроводящий кабель имеет заданные характеристики электрической прочности изоляции в том случае, если этот кабель заполнен жидким азотом.
Модифицированный пример
[0062] В описанном выше примере 2 для проведения предварительного испытания электрической прочности изоляции был использован первый контрольный сверхпроводящий кабель, заполненный жидким азотом, но вместо жидкого азота может быть использован газообразный водород. В этом случае среди компонентов в примере 2 хладагент, введенный в первый контрольный сверхпроводящий кабель, заменяют газообразным водородом, охлажденным до температуры, пригодной для работы сверхпроводящего кабеля, а другие компоненты и способ измерения соответствуют тем, что приведены в примере 2. Если в результате проведения регулярного испытания электрической прочности изоляции испытываемого сверхпроводящего кабеля tan δ является нормальным, приходят к заключению, что испытываемый сверхпроводящий кабель имеет заданные характеристики электрической прочности изоляции в том случае, если кабель заполнен газообразным азотом.
[0063] Хотя изобретение было описано подробно со ссылкой на конкретный вариант воплощения, для специалистов в данной области техники будет очевидным, что могут быть сделаны различные изменения и модификации без отхода от сущности и объема изобретения.
Настоящая заявка основана на японской заявке на патент №2004-190222, поданной 28 июня 2004 г., и на японской заявке на патент №2005-003192, поданной 7 января 2005 г., которые включены сюда посредством ссылки.
Промышленная применимость
[0064] Способ испытания электрической прочности изоляции сверхпроводящего кабеля по настоящему изобретению может быть предпочтительно использован, в частности, для цельного испытания при отгрузке сверхпроводящего кабеля. При этом сверхпроводящий кабель может быть многожильным сверхпроводящим кабелем или одножильным сверхпроводящим кабелем, или может быть кабелем переменного или постоянного тока.