ТОКОВЫЙ ВВОД СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО КАБЕЛЯ

Полезная модель относится к сверхпроводящим кабелям, а именно к токовым вводам и может быть применена для сопряжения сверхпроводящего кабеля с элементами высоковольтного оборудования, работающими при нормальной температуре и давлении.
Известны конструкции токовых вводов (муфт) сверхпроводящего кабеля, предназначенных для сопряжения с высоковольтным оборудованием, работающим в нормальных условиях. Наиболее близким из числа известных к предлагаемому по совокупности признаков является токовый ввод сверхпроводящего кабеля, который содержит силовой токонесущий элемент, токонесущий элемент вывода экрана, высоковольтный изолятор, криостат с криогенными интерфейсами, один из которых предназначен для соединения со сверхпроводящим кабелем а другой для соединения с источником переохлажденного азота (патент США №6936771, 2004 г.).
Конструкция этого токового ввода предполагает соединение выводов экрана производить снаружи токового ввода при температуре окружающей среды, в так называемой теплой зоне, тогда как внутри токового ввода во время работы с помощью потока жидкого азота поддерживаются криогенные температуры, необходимые для сохранения сверхпроводящих свойств кабеля (зона криогенных температур).
Недостаток известного устройства состоит в следующем. На переменном токе в сверхпроводящем экране текут токи практически равные токам в кабеле, и токовые выводы для соединения экранов приходится делать аналогично силовому выводу, только без высоковольтного изолятора. Следует заметить, что основная теплопередача в зону криогенных температур идет по токонесущим элементам, и наличие двух подобных токовых выводов влечет за собой большой уровень тепловых потерь.
Поставленная задача состояла в разработке конструкции токового ввода сверхпроводящего кабеля с пониженным уровнем тепловых потерь.
Технический результат достигается тем, что в токовый ввод сверхпроводящего кабеля, содержащий силовой токонесущий элемент, токонесущий элемент вывода экрана, высоковольтный изолятор, криостат с криогенными интерфейсами, один из которых предназначен для соединения со сверхпроводящим кабелем а другой для соединения с источником переохлажденного азота, снабжен азотным каналом в котором размещены вывод экрана и соединение выводов экрана. Вывод экрана и соединение выводов экранов может содержать сверхпроводящие вставки.
Для передачи трехфазного тока применяется система из трех криостатов с каждой стороны сверхпроводящей силовой кабельной линии.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображен токовый ввод в разрезе с подсоединенным сверхпроводящим кабелем (Фиг.1) и общая компоновка токовых вводов в линии передачи трехфазного тока (Фиг.2).
Устройство содержит: сверхпроводящий кабель 1, силовой токонесущий элемент 2, высоковольтный изолятор 3, криостат 4, криогенный интерфейс 5 для соединения гибкого криостата с сверхпроводящим кабелем и криогенный интерфейс 6 для подачи переохлажденного азота, а так же вывод экрана 7 и соединение выводов экрана 8 в азотном канале 9.
При изготовлении токоввода применяются промышленно выпускаемые материалы.
Силовой токонесущий элемент, оптимизирован по отношению длины к сечению на заданное значение тока и может быть выполнен, например, в виде трубы, внутри которой дополнительно могут быть размещены токопроводящие жилы или стержни. В обоих торцах токонесущего элемента установлены стыковочные блоки, к которым подсоединены труба, жилы либо стержни.
К торцу токонесущего элемента прикреплены гибкие шины на основе стандартного гибкого провода (например ПЩ-25), соединяющие его с окончанием сверхпроводящего кабеля. К верхнему торцу токонесущего элемента присоединено стандартное шинное окончание для соединения с типовой электрической сетью.
Криостат и криогенный интерфейс выполняется из немагнитного нержавеющего металла с использованием экранно-вакуумной изоляции, и стандартных крио-вакуумных штыковых разъемов.
Изолятор изготавливается из композиционных материалов методом намотки на стыковочные фланцы, после чего обмотка покрывается силиконовой изоляцией.
Вывод экрана и соединение выводов экранов выполняется из отрезков криогенного кабеля, расположенных в азотном канале с дроссельным регулированием потоков жидкого азота. Можно использовать вставки из сверхпроводящих материалов, в частности, отрезки сверхпроводящего кабеля с оптимизированной скруткой повивов.
Работает устройство следующим образом.
Криостаты сверхпроводящего силового кабеля соединяются с токовыми вводами через криогенный интерфейс. Сверхпроводящий кабель проходит внутри криостата и выходит во внутреннюю область токового ввода, где соединяется с токонесущим элементом токового ввода, а сверхпроводящий экран кабеля с выводом экрана. Выводы экранов системы трех криостатов соединяются друг с другом в азотном канале. Система криогенного обеспечения соединяется с токовым вводом через криогенный интерфейс. Жидкий азот подается через интерфейс 6 в токоввод и далее проходит через интерфейс 5 в криостат кабеля. Часть потока жидкого азота отводится в азотный канал соединения экранов.
При достижении рабочей температуры (обычно 66-77 К) от электрической сети, подсоединенной к верхнему концу токового ввода, подается электрический ток и напряжение заданной величины. Изолятор обеспечивает электрическую прочность токового ввода.
Соединение экранов на уровне криогенных температур обеспечивает значительное снижение тепловых потерь за счет отсутствия теплопритока по токонесущему элементу.