УСТРОЙСТВО СО СВЕРХПРОВОДЯЩИМ КАБЕЛЕМ Российский патент 2013 года по МПК H01B12/16 

Изобретение относится к устройству для электрического токопроводящего соединения сверхпроводящего электрического кабеля с электрическим кабелем нормальной проводимости, находящимся при комнатной температуре, в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

Подобное устройство следует из ЕР 1811626 А1.

Подобное устройство требуется, например, для того, чтобы соединить сверхпроводящий электрический кабель с распределительной электросетью. Сверхпроводящий кабель в современной технике имеет электрический провод из композиционного материала, который содержит керамический материал, который при достаточно низких температурах переходит в сверхпроводящее состояние. Электрическое сопротивление постоянному току у соответствующим образом смонтированного провода при достаточном охлаждении - ноль до тех пор, пока не превысится определенная сила тока. Подходящими керамическими материалами являются, например, BSCCO (оксид висмута - стронция - кальция - меди) как материалы 1-ого поколения или ReBCO (оксид редкоземельного элемента - бария - меди), в особенности, YBCO (оксид иттрия - бария - меди) как материалы 2-ого поколения. Достаточно низкие температуры для приведения подобного материала в сверхпроводящее состояние лежат примерно между 67К и 90К. Подходящим охлаждающим средством может быть, к примеру, азот, гелий, неон и водород или смеси этих веществ. Для соединения сверхпроводящего кабеля с кабелем нормальной проводимости применяется, к примеру, электрический проходной изолятор с электрическим проводом, который окружен активной электрической изоляцией. К проводу проходного изолятора в эксплуатируемом устройстве с одной стороны присоединен провод сверхпроводящего кабеля, охлажденный, к примеру, на температуру до 70К, и с другой стороны кабель распределительной сети, которая эксплуатируется при температуре окружающей среды.

Из DE 202004007187 U1 следует проверка замыкания для сверхпроводящего кабеля. На конце сверхпроводящего кабеля установлен электрод, служащий для управления путем изменения магнитного поля. Этот конец сверхпроводящего кабеля, как патрубком, окружен образованным кожухом, который на конце закрыт крышкой. Через крышку проходного изолятора к источнику питания выступает провод сверхпроводящего кабеля. Как патрубок кожуха, так и крышка выполнены двустенными. Между обеими стенками от кожуха и крышки установлен либо вакуум, либо избыточное давление азота.

Упоминаемый вначале ЕР 1811626 А1 описывает устройство с корпусом, состоящим из трех частей. Части корпуса расположены рядом друг с другом или друг над другом. В средней части корпуса установлен проходной изолятор, который имеет изолированный электрический провод. На изоляции провода расположен слой управления путем изменения магнитного поля, наружная поверхность которого состоит из прилегающего слоя цинка. Он известен в технике высоких напряжений, применительно к проводу, окруженному выравнивающим конусом. Провод устройства, смонтированный таким образом, уложен в изолятор, который состоит из электрически изолирующего материала. На одном конце проходного изолятора из изоляции выведен провод для соединения с кабелем электросети, в то время как его другой конец служит для присоединения сверхпроводящего кабеля, который окружен криостатом, снабженным вакуумной изоляцией и состоящим из металлической трубки. Между проводом проходного изолятора и активной электрической изоляцией предусмотрен промежуточный слой, который делает возможным проскальзывание провода в изоляции.

В основе изобретения лежит задача упростить выполнение описанного выше устройства.

Эта задача разрешается соответствующими отличительными признаками формулы изобретения.

Кожух криостата может иметь любую рациональную геометрическую форму. В предпочтительной конструктивной форме кожух выполнен как патрубок с преимущественно цилиндрическим поперечным сечением. В дальнейшем используется вместо слов «замкнутый вокруг кожух» для краткости слово «патрубок».

Конец сверхпроводящего кабеля с электродом, служащим для электрического управления путем изменения магнитного поля, окружен у этого устройства кожухом криостата, который состоит из электрически активной, безвакуумной теплоизоляции, снабженной изолирующим материалом, и его наружная поверхность снабжена слоем из безвакуумного теплоизолирующего материала. У криостатов существующей известной конструкции дорогостоящая вакуумная изоляция не требуется. Напротив, в особенности, для теплоизоляции патрубка используются известные материалы с теплоизолирующими свойствами. При описанной конструкции устройства может быть выполнен переход провода сверхпроводящего кабеля на температуру окружающей среды без дальнейшей электрической изоляции, так как область этого перехода в рабочем состоянии устройства лежит под потенциалом высокого напряжения. Электрический провод проходного изолятора нуждается тогда в окружении еще одним, служащим для теплоизоляции изолятором. Устройство в целом может быть выполнено компактно и также просто и адаптироваться для высоких токов. Установленный на сверхпроводящем кабеле электрод, служащий для электрического управления путем изменения магнитного поля, может использоваться одновременно для управления путем изменения магнитного поля для устройства в целом.

При использовании устройства для сверхпроводящего кабеля постоянного тока не возникает тепловых проблем или проблем пространственных зарядов в прочных изолирующих материалах, какие известны при традиционном высоком напряжении кабелей постоянного тока с прочными изолирующими материалами.

Со словом «высокое напряжение» должно быть связано электрическое напряжение, которое лежит выше 1 кВ. В данном случае используется напряжение, лежащее в области от 200 кВ.

Устройство используется в предпочтительной конструктивной форме в вертикальном исполнении. Для того чтобы в такой позиции избежать из-за сверхпроводящего кабеля и окружающего патрубка криостата теплового расслоения в патрубке, в патрубок помещается охлаждающее средство, преимущественно в верхней части. Это может достигаться, к примеру, через трубку из изолирующего материала, которая внутри патрубка поднимает охлаждающее средство к потенциалу высокого напряжения.

Пример исполнения изобретения представлен на чертежах, на которых изображено:

фиг.1 - в схематическом представлении конец линии передач со сверхпроводящим кабелем;

фиг.2 - устройство по изобретению в увеличенном представлении.

На фигуре 1 показана концевая муфта V, изображенная через прямоугольник, снабженная линией передач со сверхпроводящим электрическим кабелем для электрического тока. К концевой муфте V с одной стороны примыкает криостат KR, в котором содержится изображенный на фиг.2 сверхпроводящий кабель 1. С другой стороны с концевой муфтой V соединен электрический кабель K нормальной проводимости, который относится к сети электропитания. Для соединения между сверхпроводящим кабелем 1 и кабелем К нормальной проводимости используется устройство, находящееся в концевой муфте V, как оно представлено, к примеру, на фиг.2.

Устройство по фиг.2 помещено на конце криостата KR. Оно может использоваться принципиально в горизонтальном исполнении. В предпочтительной конструктивной форме собирается устройство - как уже упоминалось - в вертикальном виде. Эта вертикальная конструктивная форма представлена на фиг.2. Она описывается далее вместо описания горизонтального исполнения.

В соответствии с фиг.2, устройство имеет кожух, выполненный как патрубок 2, который состоит из электрически изолирующего материала и является безвакуумным теплоизолятором. Патрубок 2 кожуха - в дальнейшем названный только «патрубок 2» - состоит, к примеру, из стеклопластика. Для своей теплоизоляции патрубок 2 снабжен на своей наружной поверхности слоем 3, обозначенным с помощью ломаной линии из безвакуумного теплоизолирующего материала, к примеру, пенополиуретана. Патрубок 2 на своем конце, к примеру, в середине фланцевого соединения соединен с криостатом KR линии передачи.

Сверхпроводящий кабель 1 так расположен в криостате KR, что он вдается в патрубок 2. Его конец окружен электродом 4, служащим для электрического управления путем изменения магнитного поля. Управление путем изменения магнитного поля может быть выполнено как емкостное управление путем изменения магнитного поля, так и как намоточное устройство в виде проводящей прослойки. Провод кабеля 1 связан с электрическим проводом 5 проходного изолятора D, который окружен теплоизоляцией 6, служащей исключительно теплоизоляцией. Своим другим концом провод 5 может соединяться с кабелем K распределительной сети.

Также конец проходного изолятора D, повернутый к патрубку 2, заканчивается фланцем. На этот конец патрубка 2 прикладывается высокое напряжение. На фиг.2 это обозначено через размеченное защитное кольцо 7. Область перехода между патрубком 2 и проходным изолятором D в рабочем режиме находится под потенциалом высокого напряжения. На конце патрубка 2, удаленном от проходного изолятора D, существуют защитные кольца 8, лежащие на потенциале земли.

Охлаждающее средство подается патрубку 2 для предотвращения теплового расслоения и пузырьков газа с преимуществом в верхней части и, таким образом, в область высокого напряжения. Это может проводиться принципиально любым способом. В предпочтительной конструктивной форме для подачи охлаждающего средства в патрубке 2 устанавливается трубка 9, состоящая из изолирующего материала, которая выступает в области верхнего конца патрубка 2, и через приемный канал 10 подает охлаждающее средство.

Предлагается устройство для электрического токопроводящего соединения сверхпроводящего электрического кабеля (1) с электрическим кабелем нормальной проводимости, находящимся при комнатной температуре, которое имеет проходной изолятор (D) с электрическим проводом (5), который окружен теплоизоляцией (6). Провод (1) сверхпроводящего кабеля связан с концом провода (5) проходного изолятора (D), на другой стороне которого присоединен нормально проводящий кабель. На определенном конце сверхпроводящего кабеля (1) для соединения с проводом (5) проходного изолятора (D) установлен электрод (4), служащий для электрического управления путем изменения магнитного поля. По меньшей мере, в области электрода (4) имеется криостат, который выполнен как замыкающийся по кругу кожух из электроизолирующего материала с безвакуумной теплоизоляцией. Конец кожуха у проходного изолятора (D) лежит в рабочем состоянии устройства под потенциалом высокого напряжения, в то время как другой конец кожуха соединен с потенциалом земли. Изобретение обеспечивает упрощение выполнения устройства. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для электрического токопроводящего соединения сверхпроводящего электрического кабеля с нормально проводящим находящимся при комнатной температуре электрическим кабелем, которое имеет проходной изолятор (D) с электрическим проводом (5), который окружен теплоизоляцией, причем сверхпроводящий кабель (1) расположен в трубообразном служащем для подведения охлаждающего средства криостате (KR), при этом провод сверхпроводящего кабеля соединен с концом провода (5) проходного изолятора (D), на другом конце которого присоединен упомянутый нормально проводящий кабель, отличающееся тем, что
на конце сверхпроводящего кабеля (1), предназначенном для соединения с проводом (5) проходного изолятора (D), установлен электрод (4), служащий для электрического управления путем изменения магнитного поля, при этом
упомянутый конец сверхпроводящего кабеля (1), предназначенный для соединения с проводом (5) проходного изолятора (D), окружен выполненным как патрубок замыкающимся по кругу кожухом из электроизолирующего материала с безвакуумной теплоизоляцией, которая снабжена на своей наружной поверхности слоем (3) из безвакуумного теплоизолирующего материала, причем конец кожуха, направленный к проходному изолятору (D), лежит в рабочем состоянии устройства под потенциалом высокого напряжения, в то время как другой его конец соединен с потенциалом земли.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пункт подачи для подачи охлаждающего средства в криостат расположен на конце кожуха, направленном к проходному изолятору (D).

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что для подачи охлаждающего средства внутри кожуха криостата установлена трубка (9), состоящая из изолирующего материала.