СВЕРХПРОВОДЯЩАЯ ОБМОТКА Российский патент 2018 года по МПК H01F6/06 H01F27/28 

Описание патента на изобретение RU2653693C2

Изобретение относится к силовой энергетике, а именно к конструкциям сверхпроводящих (СП) силовых трансформаторов, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии при переменном напряжении 0,1-200 кВ и мощностью свыше 500 кВА. А также к сильноточным обмоткам накопителей энергии, магнитов, дросселей и т.д., работающим в переменных магнитных полях.

Известен сверхпроводящий силовой трансформатор, содержащий обмотку, выполненную в виде набора плоских дисков, которые намотаны СП лентами, транспонированными с определенной периодичностью (US Patent. NoUS 7,227,438 B2 10 Jun 2008 г.).

Для создания обмоток СП трансформатора рассматривается применение различных токонесущих элементов: плоские диски с транспонированием и ROEBEL кабель (W. Goldacker et al., "ROEBEL Assembled Coated Conductors (RACC): Preparation, Properties and Progress" in IEEE Trans. Appi Supercond, vol. 17, issue 2, pp.3398-3401. Available: http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?tp=&amumber=4278106).

Данные технические решения являются наиболее близкими к предлагаемому из числа известных по совокупности признаков.

Недостатком обмоток, изготовленных из отдельного кабеля, является сложность изготовления самого кабеля, например ROEBEL кабеля, повышенная стоимость вследствие повышенного расхода дорогого высокотемпературного сверхпроводящего (ВТСП) материала, сложность работ с ним при создании обмоток (недостаточная технологичность), плохие механические свойства.

Основная сложность при создании сильноточной СП обмотки трансформатора и прочих устройств (как правило, - сильноточная обмотка низкого напряжения) состоит в создании токонесущего элемента, способного работать в переменном магнитном поле, присутствующем в трансформаторе и других устройствах, и нести переменный ток свыше 1000 А.

Технический результат заключается в разработке конструкции сверхпроводящей обмотки, обеспечивающей равномерное распределение переменных токов в составляющих ее лентах, обладающей повышенной технологичностью изготовления и невысокой стоимостью, низким уровнем потерь на переменном токе.

Технический результат достигается тем, что сверхпроводящая обмотка содержит сверхпроводящие ленты, навитые равномерно относительно друг друга, например эквидистантно на поверхность несущего элемента. Витки обмотки, состоящие из набора СП лент, изолируются друг от друга.

Обмотка может быть выполнена из одного и более слоев.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 схематично показан поперечный разрез обмотки; на фиг.2 - ТНЭ обмотки трансформатора, состоящий из пяти ВТСП лент и четырех витков обмотки.

Сверхпроводящая обмотка формируется на образующем элементе 1, например цилиндре, навивкой ВТСП лент 2 ТНЭ с межленточным зазором 3 и с использованием межвитковой изоляции 4.

Существующие высокотемпературно сверхпроводящие (ВТСП) материалы представляют собой плоские ленты с критическим током порядка 100А в собственном магнитном поле. Для создания необходимого токонесущего элемента (ТНЭ) необходимо применение нескольких десятков ВТСП лент. Кроме того, при использовании набора ВТСП лент необходимо обеспечить условие равенства распределения токов как между лентами, так и в самих лентах. Использование набора ВТСП лент в токонесущем элементе накладывает на расположение лент условие равенства распределения тока между лентами при работе трансформатора.

Для достижения технического результата в сверхпроводящем силовом трансформаторе обмотка наматывается набором последовательных ВТСП лент 2, каждая из которых расположена симметрично относительно оси образующего цилиндра (эквидистантно, поворотная симметрия на угол 2π/n где n - количество лент в ТНЭ) с минимальными межленточными зазорами 3. Таким образом, ТНЭ формируется непосредственно во время намотки ВТСП лент.

Ленты ТНЭ располагают так, чтобы во всех сечениях, ортогональных оси образующего цилиндра, все части сечения ВТСП лент находились на равном расстоянии от оси и с одинаковыми межленточными зазорами 3 (по возможности минимальными). Подобная симметричная конфигурация обеспечивает равенство индуктивностей любых ВТСП лент в ТНЭ и оптимальное распределение плотности переменного тока непосредственно в самих лентах ТНЭ. Пример формирования ТНЭ из 5 ВТСП лент на цилиндрической образующей приведен на фиг.2.

При формировании ТНЭ на поверхностях, отличных от цилиндрических (горообразные, бочкообразные и т.д.), ленты ТНЭ располагаются таким образом, чтобы в сечении, ортогональном оси оболочки, ленты ТНЭ были расположены по всему сечению с минимальной разницей межленточных зазоров 3 (как можно более равномерно). Подобная конфигурация обеспечивает минимальные отличия в индуктивностях любых ВТСП лент ТНЭ и, как следствие, минимальные отличия в плотности переменного тока непосредственно в самих лентах ТНЭ.

Промежуток между первой лентой и последней выполняется с необходимой межвитковой изоляцией 4. Для создания необходимого количества витков обмотки формируется необходимое количество слоев обмотки с наложением одного на другой и с межслойной изоляцией. Переходы между слоями выполняются либо перегибом лент 2 на следующий слой обмотки, либо созданием паяного, сварного или др. контакта. К концам обмотки подсоединены токонесущие элементы, обеспечивающие ввод тока в обмотку.

При изготовлении обмотки СП трансформатора применяются промышленно выпускаемые материалы.

Высокотемпературные сверхпроводящие материалы широко используются при производстве СП оборудования. Они представляют собой, в частности, волокна из соединения на основе висмута в матрице из серебра или его сплавов или длинномерный пленочный материал с покрытием из высокотемпературного сверхпроводника.

Образующие элементы 1 - стеклоэпоксифенольные цилиндры ЦС-ЭТФ.

Межслойная изоляция - кабельная бумага, ленточный изоляционный материал, проставки и т.д.

Технология изготовления обмотки ВТСП трансформатора сводится к следующему.

Обмотка ВТСП трансформатора изготавливается намоткой на навивочной машине. Кассеты с исходным материалом, СП лентой 2, располагаются вокруг образующего элемента 1, задающего нужную форму обмотки. Образующему элементу 1 задается поступательное и вращательное движение - для равномерной укладки лент 2. Скорость движения образующего элемента и скорость его вращения согласованы, чтобы обеспечить заданный шаг обмотки ВТСП трансформатора и рабочие зазоры между лентами 2. Промежуток между первой лентой и последней выполняется с необходимой межвитковой изоляцией 4. Для создания заданного количества витков обмотки формируется необходимое количество слоев с наложением одного слоя на другой и с межслойной изоляцией. Переходы между слоями выполняются либо перегибом лент на следующий слой обмотки, либо созданием паяного, сварного или др. контакта. К концам обмотки подсоединяются токонесущие элементы, обеспечивающие ввод тока в обмотку.

Работает обмотка ВТСП трансформатора следующим образом. С помощью системы криогенного обеспечения через обмотки ВТСП трансформатора прокачивается криоагент, например жидкий азот (осуществляется его циркуляция либо поддерживается необходимый уровень). Далее обмотки ВТСП трансформатора подключаются через криогенные токовводные муфты к сети, как и обычный электрический трансформатор.

Похожие патенты RU2653693C2

название год авторы номер документа
ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИЛАКТИДА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОДУКТА, ЭКСПЛУАТИРУЕМОГО В КРИОГЕННЫХ СРЕДАХ, И ПРОДУКТ 2017
  • Мойзых Михаил Евгеньевич
  • Сотников Дмитрий Викторович
  • Горбунова Дарья Александровна
  • Самойленков Сергей Владимирович
  • Калитка Владислав Сергеевич
RU2667900C1
ПРОВОД ИЗ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СВЕРХПРОВОДНИКА С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ, МОНОЛИТНАЯ ОБМОТКА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2018
  • Калитка Владислав Сергеевич
  • Макаревич Артём Михайлович
  • Самойленков Сергей Владимирович
RU2687277C1
СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ ТОКОВВОД 2017
  • Сотников Дмитрий Викторович
  • Горбунова Дарья Александровна
  • Мойзых Михаил Евгеньевич
  • Самойленков Сергей Владимирович
RU2654538C1
МОДУЛЬ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ОГРАНИЧИТЕЛЯ ТОКА И ОГРАНИЧИТЕЛЬ ТОКА 2017
  • Мойзых Михаил Евгеньевич
  • Горбунова Дарья Александровна
  • Сотников Дмитрий Викторович
  • Устюжанин Пётр Андреевич
RU2664683C1
БЫСТРЫЙ СБРОС ЧАСТИЧНО ИЗОЛИРОВАННОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО МАГНИТА 2019
  • Слэйд, Роберт
  • Ван Нюгтерен, Бас
RU2799587C2
Каркас для сверхпроводящего соленоида 2021
  • Новиков Михаил Станиславович
  • Ходжибагиян Гамлет Георгиевич
  • Заславский Максим Евгеньевич
RU2758712C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ ЛЕНТ ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ 2020
  • Манкевич Алексей Сергеевич
  • Молодык Александр Александрович
RU2738466C1
СВЯЗАННАЯ С ВТСП ЧАСТИЧНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ ДЛЯ ВТСП-КАТУШЕК ВОЗБУЖДЕНИЯ 2020
  • Бриттлс, Грег
RU2818160C1
ОБМОТКА ТОРОИДАЛЬНОГО ПОЛЯ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ТЕРМОЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ 2014
  • Сайкс Ален
  • Грязневич Михаил
  • Кингэм Дэвид
  • Хоксуорт Дэвид
  • Мелхем Зиад
  • Бол Стивен
RU2643797C2
СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР 2015
  • Волков Эдуард Петрович
  • Джафаров Эльдар Атамович
  • Флейшман Леонид Самуилович
  • Джафаров Заур Эльдарович
RU2604056C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 653 693 C2

Реферат патента 2018 года СВЕРХПРОВОДЯЩАЯ ОБМОТКА

Изобретение относится к электротехнике, к конструкциям сверхпроводящих силовых трансформаторов, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии при переменном напряжении 0,1-200 кВ и мощностью свыше 500 кВА. А также к сильноточным обмоткам накопителей энергии, магнитов, дросселей и т.д., работающим в переменных магнитных полях. Сверхпроводящая обмотка формируется на образующем элементе 1, например цилиндре, навивкой высокотемпературных сверхпроводящих лент 2 токонесущего элемента с межленточным зазором 3 и с использованием межвитковой изоляции 4. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 653 693 C2

1. Сверхпроводящая обмотка, содержащая сверхпроводящие ленты, навитые на поверхность несущего элемента с межвитковой изоляцией между крайними лентами витков.

2. Обмотка по п.1, отличающаяся тем, что сверхпроводящие ленты расположены эквидистантно.

3. Обмотка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что выполнена по крайней мере из двух слоев.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2653693C2

Сверхпроводящая обмотка 1984
  • Кейлин Виктор Ефимович
  • Ковалев Иван Алексеевич
  • Павин Дмитрий Борисович
SU1229827A1
Многоходовая винтовая обмотка трансформатора 1975
  • Павлов Владимир Васильевич
  • Пестряева Людмила Михайловна
  • Шуняков Владимир Степанович
SU580592A1
ТРАНСФОРМАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА С СВЕРХПРОВОДЯЩИМИ КАТУШКАМИ 1999
  • Коттевьей Кристиан
  • Вераж Тьерри
RU2219607C2
US 7227438 B2, 10.06.2008
JPS6236369 B2, 06.08.1987.

RU 2 653 693 C2

Авторы

Свалов Георгий Геннадьевич

Высоцкий Виталий Сергеевич

Фетисов Сергей Сергеевич

Носов Александр Анатольевич

Быковский Николай Викторович

Даты

2018-05-14Публикация

2013-02-18Подача