ТОКОВВОД ВЫСОКОВОЛЬТНОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ОГРАНИЧИТЕЛЯ ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ Российский патент 2016 года по МПК H01R4/68 

Предлагаемое техническое решение относится к области сверхпроводниковой силовой электротехники и может быть применено для подключения к электрической сети высоковольтного сверхпроводникового ограничителя тока короткого замыкания, размещенного в криостате с жидким азотом.

Известно устройство (Патент JP 2009268340 A, МПК H01R 4/68, H02G 15/34, опубликован 12.11.2009) подключения электрического сверхпроводникового аппарата к источнику электроэнергии, согласно котороум подключение производится изолированными проводниками через диэлектрическую крышку криостата.

Данное устройство не обеспечивает электрической прочности, достаточной для аппаратов высокого напряжения.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является решение (Патент US 2008119077 A1, МПК H01R 13/53, H02G 15/34, опубликован 22.05.2008), в котором токоввод высоковольтного сверхпроводникового ограничителя тока, расположенного в криостате с жидким азотом, содержит два раздельных токопровода, изолированных от криостата и друг от друга. Токопроводы прототипа имеют твердую изоляцию. Для обеспечения электрической прочности верхние концы вводов, в которых расположены токопроводы, разведены на большое расстояние.

Недостаток прототипа состоит в том, что в его конструкции обеспечение электрической прочности требует существенного увеличения габаритов устройства, а увеличение габаритов, в свою очередь, увеличивает суммарную теплопередачу в криостат.

Раскрытие существа изобретения

Предлагаемая конструкция обеспечивает технический результат, состоящий в уменьшении габаритов устройства, требуемых для обеспечения электрической прочности, и, как следствие, уменьшение теплопередачи из внешней среды в криостатируемый высоковольтный аппарат.

Предметом изобретения является токоввод высоковольтного сверхпроводникового ограничителя тока, расположенного в криостате с жидким азотом, содержащий два вертикальных токопровода, изолированных от криостата и друг от друга, отличающийся тем, что токопроводы выполнены коаксиально в виде внешнего и выступающего из него внутреннего токопроводов, разделены газовой изоляцией и снабжены первым оребренным изолятором, отделяющим выступающую часть внутреннего токопровода от внешнего токопровода, и вторым оребренным изолятором, отделяющим внешний токопровод от криостата, при этом в верхней части криостата установлен диэлектрический тепловой экран, охватывающий внешний токопровод.

Конструкция предложенного устройства поясняется чертежом.

На чертеже показаны:

1 - высоковольтный сверхпроводниковый ограничитель (СОТ) тока короткого замыкания;

2 - криостат;

3 - внутренний токопровод;

4 - внешний токопровод;

5 - первый оребренный изолятор;

6 - второй оребренный изолятор;

7 - крышка криостата;

8 - диэлектрический тепловой экран.

Токопроводы 3 и 4 расположены коаксиально. Токопровод 3 выступает из токопровода 4. Верхние концы токопроводов 3 и 4 имеют клеммы для подключения к электрической сети. Нижние концы токопроводов 3 и 4 подключены к СОТ 1, который погружен в жидкий азот, заполняющий криостат 2. Пары азота в полости токопровода 4 служат газообразной изоляцией между токопроводами 3 и 4. Изолятор 5 электрически отделяет выступающую часть токопровода 3 от токопровода 4. Изолятор 6 электрически отделяет крышку 7 от токопровода 4.

В верхней части криостата 2 установлен диэлектрический тепловой экран 8, охватывающий токопровод 4.

Устройство работает следующим образом.

В рабочем режиме (при рабочих токах) СОТ 1 находится в сверхпроводящем состоянии и между коаксиально расположенными токопроводами 3 и 4 напряжение отсутствует. При протекании тока короткого замыкания через СОТ он выходит из сверхпроводящего состояния и между токопроводами 3 и 4 возникает высокое напряжение. При этом электрическая прочность промежутка между токопроводами 3 и 4 обеспечивается газовой изоляцией, образованной испарениями жидкого азота, и изолятором 5. Электрическая прочность промежутка между токопроводом 4 и криостатом 2 с крышкой 7 обеспечивается изолятором 6.

Диэлектрический тепловой экран 8 уменьшает приток тепла через токопроводы 3 и 4 в криостат и повышает температуру его крышки 7, предотвращая ее обмерзание, снижающее электрическую прочность.

Коаксиальное расположенние токопроводов 3 и 4, электрически разделенных газовой изоляцией в виде паров азота, использование изолятора 5, отделяющего выступающую часть токопровода 3 от токопровода 4, изолятора 6, отделяющего крышку 7 криостата 2 от токопровода 4, и теплового экрана 8 обеспечивает компактность конструкции устройства при выполнении требований к электрической прочности и, как следствие, уменьшение теплопередачи из внешней среды в криостатируемый высоковольтный аппарат 1.

Предлагаемое техническое решение относится к области сверхпроводниковой силовой электротехники и может быть применено для подключения к электрической сети высоковольтного сверхпроводникового ограничителя тока короткого замыкания, размещенного в криостате с жидким азотом. Токопроводы (3) и (4) расположены коаксиально. Токопровод (3) выступает из токопровода (4). Верхние концы токопроводов (3) и (4) имеют клеммы для подключения к электрической сети. Нижние концы токопроводов (3) и (4) погружены в жидкий азот, заполняющий криостат (2). Пары азота в полости токопровода (4) служат газообразной изоляцией между токопроводами (3) и (4). Изолятор (5) электрически отделяет выступающую часть токопровода (3) от токопровода (4). Изолятор (6) электрически отделяет крышку (7) от токопровода (4). В верхней части криостата (2) установлен диэлектрический тепловой экран (8), охватывающий внешний токопровод (4). Изобретение обеспечивает уменьшение габаритов устройства и теплопередачи из внешней среды в криостатируемый высоковольтный аппарат. 1 ил.

Токоввод высоковольтного сверхпроводникового ограничителя тока, расположенного в криостате с жидким азотом, содержащий два вертикальных токопровода, изолированных от криостата и друг от друга, отличающийся тем, что токопроводы выполнены коаксиально в виде внешнего и выступающего из него внутреннего токопроводов, разделены газовой изоляцией и снабжены первым оребренным изолятором, отделяющим выступающую часть внутреннего токопровода от внешнего токопровода, и вторым оребренным изолятором, отделяющим внешний токопровод от криостата, при этом в верхней части криостата установлен диэлектрический тепловой экран, охватывающий внешний токопровод.