СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО КАБЕЛЯ И СВЕРХПРОВОДЯЩАЯ КАБЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2008 года по МПК H01B12/16 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу эксплуатации сверхпроводящего кабеля и к сверхпроводящей кабельной системе и, в частности, к способу эксплуатации сверхпроводящего кабеля, который обеспечивает увеличенную пропускную способность (мощность) без использования дополнительного кабеля.

Предшествующий уровень техники

Трасса линии электропередачи, использующая обычные проводящие кабели, состоит из множества цепей, чтобы исключить отказ (см., например, IIZUKA, Kihachiro, "Power Cable Technology Handbook, New Edition", Denkishoin Co, Ltd., 25 марта 1989, первое издание, стр. 14-17). Например, одна трасса может быть составлена из трех цепей, причем максимальная пропускная способность, обеспеченная всеми цепями, может составлять 3E при максимальной пропускной способности каждой кабельной цепи 1,5E, так что если одна цепь повреждается, оставшиеся две цепи могут обеспечить пропускную способность 3E.

По существу, когда ожидают увеличения потребляемой мощности в какой-либо географической области, передача электроэнергии, соответствующая увеличенному требованию, может быть достигнута только путем установки дополнительного кабеля.

При эксплуатации обычных проводящих кабелей существуют следующие проблемы:

(1) Проектирование кабельной сети с большим запасом прочности, что вызывает увеличение стоимости

Известные методы для обычного проводящего кабеля обеспечивают пропускную способность 3E с использованием трех цепей при нормальной эксплуатации, причем пропускная способность одной цепи равна E. Однако пропускная способность после выхода из строя требует увеличения запаса прочности до 1,5Е на кабель, что приводит к избыточной пропускной способности при проектировании. Это приводит к увеличению стоимости кабельной сети.

(2) Дополнительный кабель не может быть легко установлен

В некоторых странах для устанавливаемой вновь линии передачи с напряжением определенного значения или больше может потребоваться согласие жителей, проживающих близко к месту установки. В таком случае дополнительный кабель не может быть легко установлен, даже когда необходимо увеличение мощности. При размещении дополнительного кабеля возникают трудности, и, если дополнительная установка будет разрешена, то это будет естественно требовать увеличения стоимости проекта.

Краткое изложение существа изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является создание способа эксплуатации сверхпроводящего кабеля, который позволяет регулировать пропускную способность с минимальными затратами, не проектируя кабельные сети с большим запасом прочности и без установки дополнительного кабеля.

Другой задачей предлагаемого изобретения является создание сверхпроводящей кабельной системы для осуществления указанного способа.

Поставленная задача согласно изобретению решена путем использования сверхпроводящего кабеля с изменяемой температурой охлаждения вместо того, чтобы поддерживать постоянную температуру.

В способе эксплуатации сверхпроводящего кабеля согласно настоящему изобретению используют проводник, охлаждаемый охладителем, для передачи электроэнергии, причем температуру охлаждения изменяют, чтобы изменить пропускную способность сверхпроводящего кабеля.

В известных системах сверхпроводящие кабели используются при постоянной температуре для стабилизации сверхпроводящих свойств проводника. Однако сверхпроводящие материалы имеют свойство увеличения критического тока, при уменьшении температуры, как показано на диаграмме (фиг.3).

На диаграмме показана зависимость критического тока Ic и Ic0 (Ic/Ic0) от температуры, причем Ic0 - критический ток при 77 К, а температура сверхпроводящего материала Bi2223 изменяется. Таким образом, для определенной температуры охлаждения при нормальной эксплуатации (То) температура охлаждения может быть снижена ниже То для увеличения пропускной способности сверхпроводящего кабеля, при этом температура охлаждения может быть увеличена выше То для уменьшения пропускной способности. Таким образом, пропускная способность сверхпроводящего кабеля может быть изменена путем изменения температуры охлаждения.

Такая изменяемая пропускная способность может использоваться в нескольких различных режимах. Один режим касается случая увеличения мощности, где температуру охлаждения можно понизить для нормальной эксплуатации, чтобы увеличить пропускную способность сверхпроводящего кабеля, обеспечивая передачу электроэнергии, которая соответствует увеличенному требованию мощности.

В некоторых странах при установке линии передачи с напряжением определенного значения или больше может потребоваться согласие жителей, проживающих близко к месту установки, так что дополнительные кабели не могут быть легко установлены, когда требуется увеличение мощности и даже когда установка дополнительного кабеля разрешена, это требует огромных затрат и времени. Согласно предложенному способу можно выполнить передачу, используя существующий сверхпроводящий кабель и без дополнительного кабеля, так что пропускная способность может быть увеличена при небольших затратах и в короткое время.

В случае необходимости уменьшения мощности пропускную способность сверхпроводящего кабеля можно также уменьшить, увеличивая температуру охлаждения. Это позволяет снизить затраты на охлаждение сверхпроводящего кабеля и затраты, требуемые для эксплуатации сверхпроводящего кабеля.

Конечно, возможно стратегически объединить уменьшение и увеличение температуры охлаждения, и в зависимости от требуемой мощности нагрузки, подключенной к сверхпроводящему кабелю, которая может быть проконтролирована при увеличении/уменьшении требований мощности, температура охлаждения может быть уменьшена/увеличена для увеличения/уменьшения пропускной способности.

Другой режим использования переменной пропускной способности относится к случаю, когда одна из множества сверхпроводящих кабельных цепей выходит из строя, так что передача энергии по этой цепи невозможна. В этом случае пропускная способность оставшейся неповрежденной цепи(ей) может быть увеличена выше той, которая была до отказа. Более определенно, когда одна из множества сверхпроводящих кабельных цепей выходит из строя, температура охлаждения неповрежденной цепи(ей) может быть уменьшена ниже температуры, которая была до отказа, и, таким образом, увеличена пропускная способность неповрежденной цепи(ей). Неповрежденная цепь(и) после отказа передает(ют) электроэнергии больше, чем она передавала до отказа.

Например, если имеется три сверхпроводящих кабельных цепи и пропускная способность каждой цепи E, тогда возможна передача с пропускной способностью 3E. Когда одна из сверхпроводящих кабельных цепей выходит из строя и ее нельзя использовать, эксплуатация с постоянной температурой охлаждения позволит передачу с пропускной способностью 2E. В свете этого, температура охлаждения для двух оставшихся цепей может быть уменьшена для увеличения пропускной способности неповрежденных цепей выше уровня перед отказом (выше 2E), таким образом достигая большей пропускной способности.

Для вышеупомянутых режимов переменную температуру охлаждения можно обеспечить несколькими вариантами.

Один вариант включает, во-первых, охлаждение хладагента, используя охлаждающее устройство с высокой способностью охлаждения. Например, если хладагентом является жидкий азот и температура охлаждения для нормальной эксплуатации составляет То, что немного ниже ее точки кипения, охлаждающее устройство только должно поддержать То. Когда необходимо увеличить мощность или произошла авария в цепи, необходимо увеличить пропускную способность сверхпроводящих кабелей, при этом хладагент должен быть охлажден до температуры не больше чем То. Для этого охлаждающее устройство должно обеспечить охлаждение существенно ниже точки замерзания хладагента. Когда хладагент охлажден ниже точки замерзания, он затвердевает и не может циркулировать. Следовательно, охлаждающее устройство должно обеспечить охлаждение до точки замерзания хладагента.

Альтернативно хладагент может быть взаимозаменяемым, т.е. хладагент с более высокой точкой замерзания может быть заменен другим охладителем с более низкой точкой замерзания, и охлаждающее устройство может использоваться, поскольку оно может охладить до температуры, равной или ниже точки замерзания хладагента с более высокой точкой замерзания. Например, когда пропускная способность должна быть увеличена при эксплуатации с использованием жидкого азота в качестве хладагента с более высокой точкой замерзания, хладагент может быть заменен жидким воздухом, то есть охладителем с более низкой точкой замерзания, и температура охлаждения снижена ниже, чем при эксплуатации с жидким азотом. Этот подход позволяет регулировать температуру в более широком диапазоне, так что пропускная способность может быть изменена в широких пределах.

Процесс замены хладагента, который может занять несколько дней, более приемлем для увеличения пропускной способности сверхпроводящего кабеля заранее, чтобы предусмотреть требование увеличения мощности вместо того, чтобы иметь дело с одной или множеством аварийных цепей, путем увеличения пропускной способности неповрежденных цепей.

Далее, когда одна из множества цепей выходит из строя, хладагент для неповрежденной цепи(ей) может быть охлажден путем использования охлаждающего устройства вышедшей из строя цепи. Более определенно, когда имеется множество сверхпроводящих кабельных цепей, каждая имеет собственное охлаждающее устройство для охлаждения хладагента, и, если одна из цепей выходит из строя, используются и охлаждающее устройство этой цепи, и охлаждающее устройство для неповрежденной цепи для охлаждения хладагента для неповрежденной цепи(ей) до температуры ниже, чем была до отказа. При этом предполагается, что охлаждающее устройство для аварийной цепи остается исправным, в то время как сверхпроводящий кабель в этой цепи недоступен из-за отказа. Например, когда одна из трех сверхпроводящих кабельных цепей становится недоступной, охлаждающие устройства всех цепей, т.е. три охлаждающих устройства, могут быть использованы, чтобы охладить хладагент для сохранения двух исправных цепей, обеспечивая более эффективное охлаждение хладагента.

В любом из вышеупомянутых случаев хладагентом может быть любая жидкость, которую можно охладить до температуры, необходимой для поддержания проводника в сверхпроводящем состоянии. Особенно предпочтительны материалы с большей разностью температур между их точками кипения и замерзания, так как они позволяют изменять пропускную способность сверхпроводящего кабеля в более широком диапазоне путем изменения температуры охлаждения, в то время как хладагент поддерживается в жидком состоянии. Желательно, чтобы разность между точками кипения и замерзания составила 5°C или больше и более предпочтительно 10°C или больше. Как правило, в качестве хладагента могут использоваться жидкий азот, жидкий воздух, жидкий водород, жидкий неон, жидкий гелий или жидкий кислород. Особенно предпочтителен жидкий воздух, который имеет точку кипения около 79 К и точку замерзания 55 К, и имеет большую разность между точкой кипения и точкой замерзания, имеет точку замерзания ниже, чем у жидкого азота (точка кипения около 77 К и точка замерзания около 63 К), и таким образом, является самым предпочтительным хладагентом для увеличения пропускной способности сверхпроводящего кабеля. Необходимо отметить, что точки кипения и точки замерзания имеют значения, измеренные при атмосферном давлении.

Предложенный способ характеризуется использованием сверхпроводящего кабеля, охлаждающего устройства, которое охлаждает хладагент для использования со сверхпроводящим кабелем, циркуляционным устройством, которое обеспечивает циркуляцию хладагента к сверхпроводящему кабелю, и устройство регулирования температуры хладагента, обеспечивающее регулирование температуры хладагента в соответствии с требованием мощности нагрузки.

Охлаждающее устройство может быть охлаждающим устройством для охлаждения хладагента. Как правило, в качестве циркуляционного устройства может быть использован насос. Устройство регулирования температуры охлаждения может содержать средство определения тока нагрузки и средство регулирования температуры в охлаждающем устройстве на основании тока нагрузки, измеренного средством определения.

Согласно другому аспекту сверхпроводящей кабельной системы, использующей предложенный способ, система содержит множество сверхпроводящих кабелей, охлаждающие устройства, предназначенные для охлаждения хладагента для использования со сверхпроводящими кабелями, циркуляционные устройства, предназначенные для циркуляции хладагента, охлажденного охлаждающими устройствами к сверхпроводящим кабелям, и устройства переключения направления перемещения хладагента, которые блокируют подачу хладагента к одному из сверхпроводящих кабелей, вышедшему из строя, и обеспечивают подачу хладагента к оставшемуся неповрежденному сверхпроводящему кабелю(ям).

Устройства переключения направления перемещения хладагента могут включать трубопроводы, которые обеспечивают пути для перемещения охлаждающего хладагента к сверхпроводящим кабелям с выхода охлаждающего устройства и со входа охладителя циркуляционного устройства, и клапаны, установленные на трубопроводе для блокировки подачи хладагента к поврежденному сверхпроводящему кабелю.

Указанный способ эксплуатации сверхпроводящего кабеля позволяет регулировать пропускную способность кабеля с небольшими затратами и без проектирования кабелей с большим запасом прочности или введения дополнительного кабеля. Предлагаемая сверхпроводящая кабельная система обеспечивает реализацию указанного способа.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых

фиг.1 изображает схему сверхпроводящей кабельной системы, согласно изобретению;

фиг.2 - поперечный разрез используемого сверхпроводящего кабеля согласно изобретению;

фиг. 3 - диаграмму критического отношения зависимости тока от температуры для сверхпроводника согласно изобретению;

Фиг. 4 - схему средства определения тока нагрузки и средства регулирования температуры согласно изобретению.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Варианты конструкции настоящего изобретения описаны ниже. Сверхпроводящая кабельная система представлена на фиг.1. Система содержит три сверхпроводящие кабельные цепи 110, 120 и 130 и систему охлаждения, которая обеспечивает циркуляцию хладагента, подаваемого к сверхпроводящим кабельным цепям 110, 120 и 130. Сверхпроводящие кабели 110, 120 и 130 имеют один конец, связанный с электропитанием (не показано) и другой конец, связанный с нагрузкой (не показана).

На фиг.2 представлены разрезы сверхпроводящих кабелей для использования в цепях на фиг.1. Кабель содержит три жилы, заключенных в теплоизолирующую трубку. Одна кабельная цепь содержит три фазы, каждая фаза содержит одну жилу. Каждая жила (показана слева) включает в себя от центра к периферии каркас 10, проводящий слой 20, электроизолирующий слой 30, магнитный экранирующий слой 40, и защитный слой 50, причем проводящий слой 20 и магнитный экранирующий слой 40 выполнены из сверхпроводящего провода.

Каркас 10 может быть твердотельным, выполненным из скрученного металлического провода, или может быть полым, в качестве которого может быть использована металлическая труба. Согласно одному примеру каркас представляет собой множество медных проводов, скрученных вместе. Каркас, изготовленный из скрученного провода, может привести к снижению потери переменного тока, а также минимизировать увеличение температуры при токах перегрузки. Если используется полый каркас, его внутренняя полость может служить каналом для хладагента.

Проводящий слой 20 представляет собой ленточный провод, имеющий множество окисных высокотемпературных сверхпроводящих нитей, покрытых серебряной оболочкой. Здесь используется ленточный провод Bi2223. Ленточный провод намотан вокруг каркаса в несколько слоев для формирования проводящего слоя 20. Проводящий слой 20 имеет различный шаг намотки сверхпроводящего провода для каждого из слоев. Кроме того, направление намотки может изменяться для каждого или в нескольких слоях таким образом, чтобы усреднить ток по слоям.

Промежуточный изолирующий слой (не показан) расположен между самым внутренним сверхпроводящим слоем в проводящем слое 20 и каркасом 10, между каждым слоем, формирующим проводящий слой 20, и между каждым из слоев, формирующих магнитный экранирующий слой 40. Промежуточный изолирующий слой выполнен из крафт-бумаги, намотанной вокруг соответствующего одного из слоев проводящего слоя 20 или вокруг соответствующего одного из слоев магнитного экранирующего слоя 40. Промежуточный изолирующий слой позволяет слоям проводящего слоя 20 и магнитного экранирующего слоя 40 быть электрически изолированными друг от друга.

Электроизолирующий слой 30 размещен вокруг проводящего слоя 20. Электроизолирующий слой 30 может быть выполнен из, например, крафт-бумаги, ламинированной пленкой смолы, например полипропилена (PPLP (R) фирмы Sumitomo Electric Industries, Ltd.), который наматывается вокруг проводящего слоя 20.

Сверхпроводящий кабель переменного тока содержит магнитный экранирующий слой 40, размещенный с внешней стороны изолирующего слоя 30 для экранирования магнитного поля. Магнитный экранирующий слой 40 сформирован из сверхпроводящего провода, аналогичного проводящему слою, намотанному на изолирующий слой 30. Электрический ток значительной величины, такой же как в проводящем слое 20, но в противоположном направлении, индуцируется в магнитном экранирующем слое 40, чтобы исключить формирование магнитного поля с внешней стороны.

Защитный слой 50 расположен на магнитном экранирующем слое 40. Защитный слой 50 обеспечивает механическую защиту магнитного экранирующего слоя 40 и внутренней конструкции и изготовлен путем намотки крафт-бумаги или тканевой ленты на магнитный экранирующий слой 40.

Тепловая изолирующая трубка 60 имеет структуру двойной трубки, имеющую внутреннюю гофрированную трубку 61 и внешнюю гофрированную трубку 62. Как правило, пространство между внутренними и внешними гофрированными трубками 61 и 62 вакуумируется. Суперизоляция (торговая марка) расположена в пределах вакуумного пространства для отражения излучающей теплоты. Пространство, определенное внутренней гофрированной трубкой 61 и жилами, может использоваться как канал охлаждения. Например, каналы для подачи и отвода охладителя могут быть сформированы пространством в полом формирователе и внутренней гофрированной трубке. Далее, антикоррозионный слой 70 из поливинилхлорида наносится на внешнюю гофрированную трубку.

Система охлаждения включает охлаждающие устройства 211-213, которые охлаждают хладагент, насосы 221-223, которые обеспечивают циркуляцию хладагента, трубопровод для хладагента, соединяющий охлаждающие устройства или насосы со сверхпроводящими кабелями 110, 120 и 130, и множество клапанов 231-233, 241-243, 251, 252, 261-263, расположенных на трубопроводе.

В этой системе охлаждения хладагент, охлажденный охлаждающими устройствами 211-213, перемещается насосами 221-223 для циркуляции и подачи к сверхпроводящим кабелям 110, 120 и 130 для охлаждения сверхпроводящего провода. Количество используемых охлаждающих устройств 211-213 и насосов 221-223 соответствует количеству цепей. Для этого используются три охлаждающих устройства 211-213 и три насоса 221-223, причем каждое охлаждающее устройство связано последовательно с соответствующим насосом через трубопровод. Проходящий с выхода охлаждающего устройства трубопровод связан с одним концом сверхпроводящих кабелей 110, 120 и 130 через клапаны 231-233, причем трубы между охлаждающим устройством 211 и клапаном 231, между охлаждающим устройством 212 и клапаном 232 и между охлаждающим устройством 213 и клапаном 233 связаны друг с другом с помощью клапанов 251 и 252 для обеспечения охлаждающего маршрута. Другой конец каждого сверхпроводящего кабеля 110, 120, 130 связан с выходом трубопровода охлаждения, который объединяется через клапаны 241-243 и присоединен к насосам, расположенным с одного конца кабелей. Объединенный трубопровод в сторону к насосам состоит из трех ветвей, которые подсоединены к соответствующим насосам 221-223 через клапаны 261-263. Таким образом, объединенные маршруты хладагента могут быть расположены на выпускной стороне охлаждающих устройств 211-213 и на входе насосов 221-223 для перемещения хладагента, охлажденного любым из охлаждающих устройств 211-213 к любой из сверхпроводящих кабельных цепей 110-130.

В приведенном примере хладагентом является жидкий воздух (точка кипения около 79 К, точка замерзания 55 К), каждое из охлаждающих устройств 211-213 обеспечивает охлаждение до точки замерзания жидкого воздуха.

В некоторых случаях устройство регулирования температуры охлаждения регулирует температуру охлаждения в зависимости от мощности нагрузки, связанной со сверхпроводящими кабелями 110, 120 и 130.

На фиг.4 показаны средство измерения тока нагрузки и средство регулирования температуры, которое образует устройство регулирования температуры охлаждения. Обычный проводящий кабель подключен к двум концам сверхпроводящих кабелей 110, 120 и 130. Средства 271, 272 и 273 измерения тока нагрузки расположены в цепи обычных проводящих кабелей ближе к нагрузке, чтобы измерить ток нагрузки. Средства 271, 272 и 273 измерения тока нагрузки связаны с соответствующими средствами 281, 282 и 283 регулирования температуры. Средства 281, 282 и 283 регулирования температуры регулируют температуру хладагента в соответствующих охлаждающих устройствах 211, 212 и 213 по величине тока нагрузки, определенной соответствующими средствами 271, 272 и 273 измерения тока нагрузки.

На фиг.4 двойные линии между охлаждающими устройствами 211, 212 и 213 и соответствующими сверхпроводящими кабелями 110, 120 и 130 указывают маршруты хладагента. Одинарные линии между средствами 271, 272 и 273 измерения тока нагрузки и соответствующими средствами 281, 282 и 283 регулирования температуры указывают пути измеряемого сигнала, в то время как одинарные линии между средствами 281, 282 и 283 регулирования температуры и соответствующими охлаждающими устройствами 211, 212 и 213 указывают путь прохождения сигнала регулирования.

Способ эксплуатации сверхпроводящего кабеля (первый вариант), основанный на изменении мощности нагрузки, подключенной к сверхпроводящему кабелю, будет описан ниже.

В процессе нормальной эксплуатации температура охлаждения немного ниже 77 К, и можно управлять всеми цепями. В течение такой нормальной эксплуатации клапаны 251 и 252, соединяющие трубопроводы для охлаждающих маршрутов, закрыты, а другие клапаны 231-233, 241-243 и 261-263 открыты, так что охлаждающие устройства 211-213 охлаждают хладагент для соответствующих сверхпроводящих кабельных цепей 110, 120 и 130. Когда происходит увеличение мощности нагрузки, температурный режим для охлаждающих устройств 211-213 регулируется, чтобы снизить температуру охлаждения. Например, охлаждение до 68 К (фиг.3) приведет к критическому току, который увеличивается в 1,5 раза, чем при нормальной эксплуатации. Как правило, электроэнергия передается при постоянном напряжении. Увеличение в 1,5 раза по току может увеличить пропускную способность в 1,5 раза. Далее, охлаждение до 60 К или ниже приведет к критическому току, который больше в два раза, что при нормальной эксплуатации позволяет передавать электроэнергию с еще большей пропускной способностью.

Таким образом, в предлагаемом способе эксплуатации осуществляют регулирование температуры охлаждения, чтобы обеспечить простым путем увеличение пропускной способности приблизительно два раза при нормальной эксплуатации. В частности, существующие сверхпроводящие кабели могут быть использованы для увеличения пропускной способности при передаче электроэнергии без дополнительного кабеля.

Далее, когда требование по мощности уменьшается, пропускную способность сверхпроводящих кабелей можно уменьшить, увеличивая температуру охлаждения. Хотя для этого требуется, чтобы сверхпроводящий провод сохранял способность сверхпроводимости при увеличенной температуре охлаждения, расходы на охлаждение сверхпроводящего кабеля могут быть уменьшены, что приведет к уменьшению стоимости, требуемой для эксплуатации сверхпроводящего кабеля.

Кроме того, ток нагрузки Ip может быть измерен, и температура T охлаждения может регулироваться, чтобы Ip=α×Ic (где: α - допуск, α<1), Ic - критический ток сверхпроводящего кабеля. Этот подход позволяет эксплуатировать сверхпроводящий кабель при максимально возможной температуре охлаждения в зависимости от допуска между током нагрузки и критическим током, что компенсирует нагрузку на систему охлаждения. Естественно, температура охлаждения регулируется между точкой кипения и точкой замерзания жидкого воздуха.

Во втором варианте воплощения одна цепь 130 вышла из строя и становится недоступной, а передача осуществляется по неразрушенным цепям. Предполагается, что в то время как сверхпроводящий кабель в аварийной цепи 130 недоступен, вся система охлаждения работоспособна и доступна.

Первоначально, открытые и закрытые состояния различных клапанов в течение нормальной эксплуатации до отказа такие же, как в первом варианте.

Когда сверхпроводящий кабель 130 становится недоступным, три охлаждающих устройства 211-213 и три насоса 221-223 используются, чтобы подавать хладагент двум исправным цепям (сверхпроводящие кабели 110 и 120) и охлаждать хладагент до еще более низкой температуры. Для этого с помощью клапана 233 и клапана 243 путь хладагента перекрывают, чтобы отделить аварийную цепь от системы охлаждения, в то время как клапаны 251 и 261 на присоединяющихся трубопроводах открыты и все насосы 221-223 прокачивают хладагент. Таким образом, хладагент, подведенный к двум исправным цепям, охлажден с помощью трех охлаждающих устройств 211-213 и подведен посредством трех насосов 221-223.

Согласно этому способу используется система охлаждения, обеспечивающая прежде подачу хладагента к трем цепям, чтобы подавать хладагент двум цепям, обеспечивая эффективное охлаждение хладагента. В результате температуру охлаждения можно легко понизить, достигая увеличенной пропускной способности для исправных цепей. Например, когда каждой цепью управляют при температуре охлаждения немного ниже 77 К, температура охлаждения исправных цепей, после того как произошел отказ, может быть около 68 К, чтобы гарантировать пропускную способность, которая увеличивается приблизительно в 1,5 раза по сравнению с той, что была до отказа, так что две исправных цепи могут обеспечить пропускную способность такую же, что и три цепи до отказа.

Конечно, два охлаждающих устройства и два насоса могут подавать хладагент двум исправным цепям, причем каждое охлаждающее устройство может охлаждать хладагент для одной цепи до температуры при увеличенной пропускной способности около 68 К. В этом случае клапаны 233 и 243 в концах аварийной цепи закрыты, чтобы отделить эту цепь от системы охлаждения. Клапан 263, расположенный на входе насоса 223, закрыт, чтобы отделить охлаждающее устройство 213 и насос 223 от системы охлаждения. Охлаждающие устройства 211, 212 и насосы 221, 222 используются, чтобы охлаждать и перемещать хладагент для сверхпроводящих кабелей 110, 120.

Промышленная применимость

Предлагаемое изобретение обеспечивает переменную температуру охлаждения, чтобы изменять пропускную способность сверхпроводящего кабеля в течение эксплуатации. Таким образом, когда требование по мощности, как ожидают, увеличится, процесс передачи можно продолжить без дополнительного кабеля. Или когда одна из множества цепей терпит аварию и передача возможна только с остающимися цепями, эта передача может быть выполнена с пропускной способностью, которая является равной или близка к уровню предотказа. Следовательно, существующее изобретение может эффективно использоваться в областях, где осуществляется поставка электроэнергии.

Использование: в сверхпроводящих кабельных системах. Технический результат заключается в обеспечении регулирования пропускной способности сверхпроводящего кабеля с минимальными затратами. Согласно способу эксплуатации сверхпроводящего кабеля с использованием проводника, охлаждаемого хладагентом, для передачи электроэнергии изменяют температуру хладагента для изменения пропускной способности сверхпроводящего кабеля (110, 120, 130). Так как сверхпроводящие материалы обеспечивают увеличение проводимости при уменьшении температуры охлаждения, температура охлаждения может быть изменена, чтобы изменить пропускную способность сверхпроводящего кабеля (110, 120, 130), не проектируя кабели с большим запасом прочности или проведение дополнительного кабеля. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ эксплуатации сверхпроводящего кабеля, в котором используют проводник, охлаждаемый хладагентом, для передачи электроэнергии, отличающийся тем, что температуру хладагента изменяют в соответствии с пропускной способностью множества сверхпроводящих кабелей (110, 120, 130), при этом каждый из указанного множества сверхпроводящих кабелей содержит цепь сверхпроводящего кабеля, причем каждая цепь снабжена охлаждающим устройством, предназначенным для охлаждения хладагента указанной цепи, так что когда одна из множества цепей выходит из строя, охлаждающее устройство вышедшей из строя цепи и охлаждающее устройство неповрежденной цепи(ей) используется для подачи хладагента к неповрежденной цепи(ям).2. Способ по п.1, отличающийся тем, что когда мощность нагрузки, подключенной к сверхпроводящему кабелю (110, 120, 130), увеличивается, температуру охлаждения уменьшают, чтобы увеличить пропускную способность сверхпроводящего кабеля (110, 120, 130) для передачи требуемой электроэнергии.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что когда мощность нагрузки, подключенной к сверхпроводящим кабелям (110, 120, 130), уменьшается, температуру охлаждения увеличивают, чтобы уменьшить пропускную способность сверхпроводящего кабеля (110, 120, 130) и передать электроэнергию, соответствующую затребованной мощности.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что когда одна из цепей выходит из строя, температуру охлаждения неповрежденной цепи поддерживают ниже температуры, предшествовавшей отказу, чтобы увеличить пропускную способность неповрежденной цепи.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что охлаждают хладагент неповрежденной цепи, чтобы понизить ее температуру ниже, чем была до отказа.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют охлаждающее устройство (211, 212, 213), обеспечивающее охлаждение значительно ниже точки замерзания хладагента, чтобы поддерживать температуру охлаждения между точкой кипения и точкой замерзания хладагента.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что хладагент, имеющий высокую точку замерзания, заменяют хладагентом с низкой точкой замерзания и используют охлаждающее устройство (211, 212, 213), обеспечивающее охлаждение ниже точки замерзания хладагента с высокой точкой замерзания, изменяют температуру хладагента с низкой точкой замерзания между точкой кипения и точкой замерзания этого хладагента.8. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют хладагент, выбранный из группы, состоящей из жидкого азота, жидкого воздуха, жидкого водорода, жидкого неона, жидкого гелия и жидкого кислорода.9. Сверхпроводящая кабельная система, содержащая множество сверхпроводящих кабелей (110, 120, 130); охлаждающие устройства (211, 212, 213), предназначенные для охлаждения хладагента, используемые со сверхпроводящими кабелями (110, 120, 130); циркуляционные устройства (221, 222, 223), предназначенные для циркуляции хладагента, охлажденного охлаждающими устройствами (211, 212, 213), по сверхпроводящим кабелям (110, 120, 130); переключающие механизмы (231-233, 241-243, 251, 252, 261-263) хладагента, предназначенные для блокирования подачи хладагента к поврежденному сверхпроводящему кабелю и подачи хладагента к оставшемуся неповрежденному сверхпроводящему кабелю, когда один из сверхпроводящих кабелей (110, 120, 130) становится недоступным.