УСТРОЙСТВО С ТРЕМЯ СВЕРХПРОВОДЯЩИМИ ФАЗНЫМИ ПРОВОДАМИ Российский патент 2015 года по МПК H01B12/16 

Изобретение относится к устройству с тремя сверхпроводящими фазными проводами, которые расположены, по меньшей мере, в одном пропускающем хладагент криостате, состоящем, по меньшей мере, из одной имеющей теплоизоляцию трубки, и которое выполнено из сверхпроводящего провода, а также диэлектрика и окружающего его электропроводящего экрана ( US 7238887 В2).

Сверхпроводящий кабель или соответствующий фазный провод имеет электрический проводник из материала, который при достаточно низких температурах переходит в сверхпроводящее состояние. Электрическое сопротивление постоянному току выполненного соответствующим образом проводника при достаточном охлаждении равно нулю, пока не превышена определенная сила тока, то есть критическая сила тока. Известны сверхпроводящие кабели с холодным и с теплым диэлектриком.

В сверхпроводящем кабеле с холодным диэлектриком сверхпроводящий провод окружен диэлектриком, состоящим из слоев изоляционного материала. Для диэлектрика могут быть использованы, например, состоящие из полипропилена ленты, которые ламинированы бумагой. Такой кабель состоит, например, из сверхпроводящего провода и концентрично расположенного относительно него сверхпроводящего экрана, которые отделены друг от друга диэлектриком и удерживаются на расстоянии. Соответствующий кабель при эксплуатации окружен пропускающим хладагент, например жидкий азот, криостатом, состоящим, например, из двух концентрических металлических трубок, изолированных друг от друга теплоизоляцией. Хладагент проникает через диэлектрик кабеля и одновременно является, таким образом, пропитывающим средством для него.

В сверхпроводящем кабеле с теплым диэлектриком, в протекающий через криостат хладагент непосредственно помещен лишь сверхпроводящий провод. Диэлектрик и экран, состоящий в данном случае из электрически нормально проводящего материала, например из меди, размещены за пределами криостата.

Из упомянутой вначале публикации US 7238887 В2 известно устройство с тремя сверхпроводящими фазными проводами, которые расположены вместе в криостате, состоящем из двух концентрических трубок, термически изолированных друг от друга. Каждый фазный провод состоит из сверхпроводящего проводника, окружающего его диэлектрика и помещенного поверх него сверхпроводящего экрана или соответственно обратного провода. Все три фазных провода во время эксплуатации устройства находятся в криостате, через который протекает хладагент. Конструкция устройства соответствует, таким образом, описанному кабелю с холодным диэлектриком.

Задача изобретения состоит в том, чтобы, во-первых, предложить более простую конструкцию вышеописанного устройства и, во-вторых, снизить потери при передаче на фазные провода, используемые в устройстве.

Эта задача согласно изобретению решается тем, что

- экраны каждого из трех фазных проводов для образования трех - или соответственно целочисленных кратных трем расположенных друг за другом в их продольном направлении участков с частичными экранами - первого, второго и третьего участка, полностью разъединены в двух или соответственно двух, расположенных на расстоянии друг от друга, местах и

- частичный экран первого участка каждого фазного провода электропроводно последовательно соединен с частичными экранами второго и затем третьего участка обоих других фазных проводов.

Переходное соединение частичных экранов различных участков трех фазных проводов согласно изобретению может быть определено как «цикличное перекрещивание». Это цикличное перекрещивание частичных экранов во время эксплуатации устройства с фазными проводами, выполненные по принципу «холодного диэлектрика», имеет то преимущество, что для экранирования фазных проводов в целом может использоваться существенно более дешевый по сравнению со сверхпроводящим материалом нормально проводящий материал, например медь. Из-за цикличного перекрещивания частичных экранов в них не индуцируются токи, так что сокращаются потери фазных проводов при передаче. Это применимо также тогда, когда в устройстве используются фазные провода, выполненные по принципу «теплого диэлектрика». Это позволяет соответственно независимо от конструкции фазных проводов передавать с помощью этого устройства более высокие мощности.

Примеры осуществления изобретения представлены на чертежах, на которых показано:

Фиг.1 - устройство с тремя сверхпроводящими фазными проводами в схематичном изображении,

Фиг.2 и 3 - разрезы по фазным проводам различной конструкции,

Фиг.4 - вид сбоку фазного провода, подготовленного для использования в устройстве согласно изобретению, в схематичном изображении, и

Фиг.5 - схема перекрещивания для переходного соединения экранов фазных проводов.

На фиг.1 схематично изображено устройство с тремя сверхпроводящими фазными проводами 1, 2 и 3, которые вместе помещены в криостате KR. Криостат KR может состоять согласно представленному примеру осуществления из расположенных концентрически и на расстоянии друг от друга двух металлических трубок 4 или 5, между которыми помещена теплоизоляция 6, предпочтительно вакуумная изоляция. Трубки 4 и 5 состоят предпочтительно из высококачественной стали. Они могут быть выполнены волнообразными поперек их продольного направления. Трубки 4 и 5 могут быть изготовлены также из достаточно стабильного пластика, который может быть армирован стекловолокном. В этом случае речь идет о так называемых «трубках из стеклопластика». Криостат KR содержит полость HR, в которой расположены все три фазных провода 1, 2 и 3 и через которую во время эксплуатации устройства пропускают хладагент, например жидкий азот. Криостат KR может иметь, по меньшей мере, одну трубку, окруженную эффективной теплоизоляцией.

Фазные провода 1, 2 и 3 состоят согласно фиг.2 из сверхпроводящего проводника 7, конструкция которого в принципе известна в различных формах осуществления, из окружающего его диэлектрика 8 и расположенного поверх него экрана 9. Речь идет, следовательно, о фазном проводе с холодным диэлектриком.

Три фазных провода 1, 2 и 3 могут быть помещены также отдельно друг от друга соответственно в собственном криостате. Это относится, в частности, к сверхпроводящим проводам с теплым диэлектриком согласно фиг.3, которые расположены всегда как одножильные кабели в отдельном криостате. Сверхпроводящий провод 7 расположен в данном случае в обозначенном несколько более толстым кружком криостате KR, который окружен диэлектриком 8, поверх которого находится экран 9. Криостат KR выполнен предпочтительно так же как и криостат KR согласно фиг.2.

Для подготовки фазных проводов 1, 2 и 3 для эксплуатации в устройстве согласно изобретению их экраны полностью разделяют, по меньшей мере, в двух заранее определенных местах. Это показано, например, на фиг.4 для одного из фазных проводов. Число мест, в которых экраны фазных проводов разделены, зависит от их длины. При разделении экранов могут быть получены преимущественно равные по длине три участка для каждого фазного провода или целочисленное количество участков, кратное «3».

Экран изображенного на фиг.4 фазного провода при разделении на места 10 и 11 разделен на три участка А1, А2 и А3, которые соответственно окружены частичными экранами. Проводник фазного провода и окружающий его диэлектрик могут сохраняться. Эта предварительная обработка осуществляется для всех трех фазных проводов 1, 2 и 3. Для эксплуатации устройства разделенные экраны фазных проводов согласно фиг.5 последовательно соединены друг с другом цикличным перекрещиванием.

Каждый из трех фазных проводов 1, 2 и 3 имеет, как уже упомянуто, три участка А1, А2 и А3, которые окружены соответствующими частичными экранами S1, S2 и S3. Частичные экраны согласно фиг.5 с помощью указанного под чертой индекса соотнесены с соответствующим фазным проводом. Соответствующие фазные провода обозначены на фиг.5 ссылочными позициями L1, L2 и L3. Таким образом, частичный экран S1/1 представляет собой соответственно частичный экран первого участка фазного провода 1, а частичный экран S2/3 относится ко второму участку фазного провода 3. С учетом этих обозначений частичные экраны фазных проводов 1, 2 и 3 соединены между собой следующим образом.

Частичный экран S1/1 фазного провода 1 электропроводно соединен с частичным экраном S2/2 фазного провода 2 и затем с частичным экраном S3/3 фазного провода 3. Аналогично частичный экран S1/2 второго фазного провода 2 вначале соединен с частичным экраном S2/3 фазного провода 3 и дальше с частичным экраном S3/1 фазного провода 1. Равным образом частичный экран S1/3 фазного провода 3 вначале соединен с частичным экраном S2/1 фазного провода 1 и затем с частичным экраном S3/2 фазного провода 2. За счет этого каждый частичный экран участка фазного провода соединен соответственно лишь с одним частичным экраном другого участка двух других фазных проводов. Соответствующие соединения помечены на фиг.5 перекрестными линиями в соответствии с определением «цикличное перекрещивание».

Фазные провода 1, 2 и 3, как уже упоминалось, в варианте осуществления «холодный диэлектрик» могут быть помещены вместе в одном криостате KR, а также в трех отдельных криостатах, так же как фазные провода с теплым диэлектриком. В варианте с тремя криостатами их необходимо также разделить в местах разъединения экранов, чтобы отдельные частичные экраны могли быть электропроводно соединены согласно вышеприведенным вариантам осуществления. Образовавшиеся при этом части криостатов вновь должны быть вслед затем не электропроводящим образом соединены между собой, например посредством трубок из стеклопластика (GFK).

Если три фазных провода 1, 2 и 3 помещены лишь в одном криостате, цикличное перекрещивание частичных экранов осуществляется предпочтительно в соединительных муфтах.

Изобретение относится к устройству с тремя сверхпроводящими фазными проводами, которые расположены, по меньшей мере, в одном пропускающем хладагент криостате, состоящем, по меньшей мере, из одной имеющей теплоизоляцию трубки, и которое выполнено из сверхпроводящего провода, а также диэлектрика и окружающего его электропроводящего экрана. Экраны (S1, S2, S3) каждого из трех фазных проводов (1, 2, 3) для образования трех- или целочисленных кратных трем расположенных друг за другом в их продольном направлении участков (А1, А2, А3) с частичными экранами - первого, второго и третьего участка, полностью разъединены в двух или соответственно двух, расположенных на расстоянии друг от друга, местах. Частичный экран первого участка каждого фазного провода электропроводно последовательно соединен с частичными экранами второго и затем третьего участка обоих других фазных проводов, причем экраны (S1, S2, S3) трех фазных проводов (1, 2, 3) состоят из нормально проводящего материала, в частности из меди. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции и снижение потерь при передаче на фазные провода. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство с тремя сверхпроводящими фазными проводами (1, 2, 3), которые расположены, по меньшей мере, в одном пропускающем хладагент криостате, состоящем, по меньшей мере, из одной имеющей теплоизоляцию трубки, и которое выполнено из сверхпроводящего провода, а также диэлектрика и окружающего его электропроводящего экрана (S1, S2, S3), причем в устройстве экраны (S1, S2, S3) каждого из трех фазных проводов (1, 2, 3) для образования трех или соответственно целочисленных кратных трем расположенных друг за другом в их продольном направлении участков (A1, А2, A3) с частичными экранами полностью разъединены в двух или соответственно двух, расположенных на расстоянии друг от друга местах на первый, второй и третий участок, и частичный экран первого участка каждого фазного провода электропроводно последовательно соединен с частичными экранами второго и затем третьего участка обоих других фазных проводов, причем экраны (S1, S2, S3) трех фазных проводов (1, 2, 3) состоят из нормально проводящего материала, в частности из меди.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фазные провода (1, 2, 3) помещены в общем криостате (KR).

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый фазный провод (1, 2, 3) помещен в собственном криостате.