ТОКОВВОД СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО КАБЕЛЯ

Полезная модель относится к сверхпроводящим кабелям и может быть применена для сопряжения сверхпроводящего кабеля с элементами высоковольтного оборудования, работающими при нормальных температуре и давлении.
Уровень техники
Известны конструкции токовводов сверхпроводящего кабеля, предназначенных для сопряжения с высоковольтным оборудованием, работающим в обычных температурных условиях [US6921866, US 6758701, JP3541123 В2, ЕР 1560293]. Аналоги описывают конструкцию ввода, не акцентируя внимание на материале проводника его токонесущего элемента.
В качестве прототипа выбрано техническое решение по патенту США 6936771 МПК Н01В 12/00, 2002 г. на изобретение «Сверхпроводящий кабельный ввод» (опубликовано в 2004 г. под №US2004/0211586А1).
Прототип представляет собой токоввод сверхпроводящего кабеля и содержит токонесущий элемент, изолятор, криостат с криогенными интерфейсами для соединения со сверхпроводящим кабелем и с источником переохлажденного азота. Токонесущий элемент прототипа выполнен в виде концентрически расположенных трубок из меди, удельное сопротивление которой составляет 0,2 мкОм·см при температуре жидкого азота (рабочая температура «холодного конца» токоввода).
Недостаток известных устройств, включая прототип, состоит в следующем. На переменном токе вследствие скин-эффекта ток отжимается к наружной поверхности токонесущего элемента. При этом толщина слоя проводника, по которому протекает ток (скин-слоя) в случае прототипа на промышленной частоте составляет 3-4 мм. В результате остальная часть сечения токонесущего проводника на переменном токе фактически не используется, а тепловые потери возрастают.
Сущность полезной модели
Задача полезной модели - оптимизировать выбор материала и конструкции для токонесущего элемента токоввода, работающего на переменном токе.
Технический результат полезной модели состоит в улучшении использования сечения токонесущего элемента и уменьшении теплопритока от него в холодную зону токоввода.
Предметом полезной модели является токоввод сверхпроводящего кабеля, который содержит токонесущий элемент из сплава с удельным сопротивлением 1-5 мкОм·см, изолятор, криостат, снабженный криогенными интерфейсами, предназначенными для соединения с гибкой криогенной оболочкой сверхпроводящего кабеля и с источником переохлажденного жидкого азота, при этом токонесущий элемент выполнен в виде, по меньшей мере, трех стержней, размещенных в направляющей трубе между теплым стыковочным блоком, закрепленным в изоляторе, и холодным стыковочным блоком для соединения с жилой сверхпроводящего кабеля через гибкое шинное окончание.
Это позволяет получить указанный технический результат.
Полезная модель предусматривает возможность выполнения токонесущего элемента, в частном случае, из латуни.
Осуществление полезной модели
На фиг.1 показан предлагаемый токоввод, на фиг.2 - конструкция токонесущего элемента.
Устройство содержит (см. фиг.1) токонесущий элемент 1, изолятор 2, криостат 3. Криостат 3 снабжен криогенными интерфейсами 4 и 5. Интерфейс 4 предназначен для соединения с гибкой криогенной оболочкой сверхпроводящего кабеля, а интерфейс 5 предназначен для соединения с источником переохлажденного жидкого азота.
Токонесущий элемент 1, выполнен (см. фиг.2) в виде, по меньшей мере, трех стержней 6, размещенных в направляющей трубе 7. На теплом конце токонесущего элемента 1 установлен стыковочный блок 8, закрепленный в изоляторе 2, а на холодном конце - стыковочный блок 9, который через гибкое шинное окончание 10 соединен с жилой сверхпроводящего кабеля 11. Труба 7 и стержни 6 припаяны к стыковочным блокам 8 и 9. Гибкое окончание 10 имеет болтовое соединение с жилой кабеля 11. Блок 8 снабжен стандартным шинным окончанием для соединения с электрооборудованием (на фиг. не показано).
Токонесущий элемент 1 выполнен из сплава с удельным сопротивлением 1-5 мкОм·см, например, латуни.
Отношение длины токонесущего элемента 1 к его к суммарному сечению оптимизировано для заданного рабочего тока.
На фиг.1 показан вариант конструкции токоввода с неохлаждаемым токонесущим элементом, но может быть применен и вариант с охлаждаемым токонесущим элементом.
Работает устройство следующим образом.
Интерфейс 4 соединяет токоввод с криогенной оболочкой сверхпроводящего силового кабеля 11, который проходит через интерфейс 4 во внутреннюю полость криостата 3, где жила кабеля 11 соединяется с шинным окончанием 10. Интерфейс 5 соединяет токоввод с источником переохлажденного жидкого азота. Жидкий азот подается через интерфейс 5 и далее проходит через интерфейс 4 в криогенную оболочку сверхпроводящего силового кабеля 11. С другой стороны кабеля 11 подсоединяется аналогичный токоввод.
Теплый верхний конец токонесущего элемента 1 подсоединяется к токоведущей части высоковольтного электрооборудования (например, выключателя), работающего в обычных температурных условиях. При достижении внутри криостата 3 рабочей температуры (обычно 66-77°К) токоввод подключается к электрической сети. Ток, протекающий через элемент 1, разветвляется по стержням 6. Изолятор 2 обеспечивает электроизоляцию криостата 3 от высокого напряжения подсоединяемого оборудования.
Распределение рабочего тока по стержням 6, размещенным в трубе 7 между теплым и холодным стыковочными блоками 8, 9 и выполнение токонесущего элемента из сплава с удельным сопротивлением 1-5 мкОм·см, например латуни с удельным сопротивлением, равным ~4,0 мкОм·см, увеличивает толщину скин-слоя до 20-30 мм. Это позволяет улучшить использование суммарного сечения токонесущего элемента 1 и снизить теплоприток от элемента 1 в холодную зону токоввода.