CZ14396A3

CZ14396A3 - High-voltage cryogenic feeder line

Info

Publication number: CZ14396A3
Application number: CZ96143A
Authority: CZ
Inventors: Christian Ing Cottevieille; Peter Friedrich Ing Herrmann; Albert Ing Leriche; Michel Quemener
Original assignee: Gec Alsthom Electromec
Priority date: 1995-01-17
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 1996-08-14
Also published as: FI960175A0; NO960165L; CA2167364A1; FI960175A; EP0723278A1; NO960165D0; HUP9600087A2; FR2729501B1; PL312349A1; FR2729501A1; HU9600087D0

Description

Vynález se týká vysokonapěťového napáječe určeného k užití mezi supravodivým zařízením, které má nízkou kritickou teplotu a kabelovou koncovkou silového vysokonapěťového kabelu o okolní teplotě.

Vynález se zvláště týká vysokonapěťového napáječe mezi supravodivým zařízením a koncovkou silového kabelu o teplotě okolí. Napaječ obsahuje alespoň jeden supravodivý díl s vysokou kritickou teplotou, první elektrickou propojku mezi prvním koncem supravodivého dílu s vysolou kritickou teplotou a koncovkou o teplotě okolí a druhou elektrickou propojku mezi druhým koncem supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou a supravodivým zařízením.

Dosavadní stav techniky

Francouzská patentová přihláška č. .93/01213 popisuje napaječ tohoto typu. V tomto dokumentu je účelu dosaženo zařízením obsahujícím vodič spojující koncovku o teplotě okolí se supravodivým dílem s vysokou kritickou teplotou který je spojen se zařízením. Zařízení s nízkou kritickou teplotou je ponořeno v kapalném heliu. Vodič je ochlazován z teploty okolí na vysokou kritickou teplotu tím, že je ponořen v nádobě obsahující kapalný dusík. Supravodivý díl s vysokou kritickou teplotou je v utěsněném pouzdře; alespoň část tohoto pouzdra je ve styku s kapalným heliem z lázně zařízení. Supravodivý díl s vysokou kritickou teplotou je tímto způsobem vedením tepla chlazen na nízkou kritickou teplotu. Nádoba naplněná kapalným heliem v němž je ponořeno supravodivé zařízení s nízkou kritickou teplotou obsahuje také nádoby s kapalným dusíkem a utěsněná pouzdra se supravodivými díly s vysokou kritickou teplotou.

DE-A-4 223 145 se týká napáječe mezi supravodivým zařízením o nízké kritické teplotě (4,7 K) a koncovkou silového vysokonapěťového kabelu o teplotě okolí (300 K) . Napaječ obsahuje nejméně jeden supravodivý díl s vysokou kritickou teplotou (77 K) , propojovací vodič mezi prvním koncem supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou a koncovkou o teplotě okolí a elektrickou propojku mezi druhým koncem supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou a supravodivým zařízením s nízkou kritickou teplotou.

Propojovací vodič je dutý kovový útvar spojený prvním koncem s prvním koncem supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou a druhým koncem s koncovkou o teplotě okolí. Dutina obsahuje nádržku naplněnou kapalným dusíkem, přičemž část propojovacího vodiče tvořící dutinu a obsahující první konec této dutiny je důkladně spojena s nádržkou.

Supravodivé zařízení s nízkou kritickou teplotou je ponořeno v kapalném heliu.

Napaječ je vertikální, přičemž je supravodivé zařízení s nízkou kritickou teplotou pod napáječem a stoupající páry helia přispívají k jeho chlazení. Koeficient přestupu tepla mezi parami helia a supravodivým dílem s vysokou kritickou teplotou musí mít vhodnou velikost, aby měly páry při dosažení prvního konce supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou teplotu blízkou teplotě kapalného dusíku. Je-li teplota par helia nižší než 63 K, existuje nebezpečí mrznutí dusíku.

Je známo, že lze tuto obtíž zmírnit zvětšením délky supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou takovým způsobem, aby se zvětšila jeho’teplosměnná plocha s parami helia, čímž se zaručí, že budou mít páry helia při dosažení prvního konce supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou teplotu blízkou 77 K.

Při použití střídavého proudu generují dlouhé délky vodiče značné ztráty.

Zvětšení koeficientu přestupu tepla vyžaduje složitou a objemnou strukturu a uspořádání napáječe, zvláště při užití velkých proudů či vysokých napětí. Zvláště, tvoří-li nádoba plněná kapalným heliem kryt všech částí napáječe, nebo jsou-li vodiče příliš dlouhé, vznikají při průtoku střídavého proudu značné ztráty.¹

Podstata vynálezu

Prvním cílem tohoto vynálezu je vytvoření napáječe, který umožní, aby byly vodiče chlazeny toliko vedením tepla.

Dalším cílem tohoto vynálezu je návrnout napaječ, jehož struktura a uspořádání jsou zjednodušeny dokonce pro velmi vysoká napětí.

Za tím účelem tento vynález poskytuje napaječ určený k použití mezi supravodivým zařízením s nízkou kritickou teplotou a koncovkou silového vysokonapěťového kabelu o teplotě okolí. Napaječ obsahuje alespoň jeden supravodivý díl s vysokou kritickou teplotou, propojovací vodič mezi prvním koncem supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou a koncovkou o teplotě okolí, elektrickou propojku mezi druhým koncem supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou a supravodivým zařízením. Propojovací vodič tvoří kovový plášť jehož první konec je spojen s prvním koncem supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou a druhý konec s koncovkou o teplotě okolí. První konec tohoto pláště je v kontaktu s nádržkou naplněnou kryogenní tekutinou o teplotě ne vyšší než 77 K.

Podle tohoto vynálezu je tato nádržka utěsněna a tepelně izolována od zařízení s nízkou kritickou teplotou.

U provedení podle vynálezu je supravodivé zařízení umístěno v nádobě, která je kovová, utěsněná a naplněná kapalným heliem. Druhý konec supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou se dotýká alespoň části této nádoby.

Pro tento vynález je charakteristické, že utěsněná nádoba s kapalným heliem obsahující supravodivé zařízení, supravodivý díl s vysokou kritickou teplotou, nádržka s kryogenní tekutinou a kovový plášť jsou umístěny zcela uvnitř krytu, který je uzeměn a je v něm vysoké vakuum.

Druhý konec kovového pláště prochází tímto uzeměným kovovým krytem utěsněné a elektricky izolovaně; vně krytu je spojen koncovkou o teplotě okolí.

Uvnitř uzeměného kovového krytu obklopují uzeměné sálavé clony utěsněnou nádobu naplněnou kapalným heliem ve které je supravodivé zařízení, supravodivý díl s vysokou kritickou teplotou a kovový plášť.

Obdobně jsou umístěny izolační tepelné clony uvnitř kovového krytu okolo kovového pláště v blízkosti jeho druhého konce.

Uvnitř kovového krytu jsou nádržka s kryogenní tekutinou a kovová nádoba naplněná kapalným heliem spojeny napájecími propojkami s odpovídajícími napájecími nádržemi. Napájecí propojky elektricky izolují nádržku s kryogenní tekutinou a kovovou nádobu s kapalným heliem od odpovídajících napájecích nádrží.

První předností tohoto vynálezu je, že eliminuje přímý styk vodičů s kryogenní tekutinou pro jejich chlazení.

Druhou předností je vytvoření napáječe se zjednodušenou strukturou, jehož objem tudíž nevzrůstá příliš ani v případě velmi vysokých napětí.

Další výhody a charakteristické znaky jsou zřejmé z následujícího popisu přiložených výkresů.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení znázorněných na výkresech, na kterých představuje obr. 1 schéma vnitřního uspořádání napáječe podle tohoto vynálezu obr. 2 schematický řez podle rovniny II-II z obr. 1.

Příklady provedeni vynálezu

V tomto vynálezu je účelem napáječe vedení elektrického proudu o vysokém nebo velmi vysokém napětí mezi supravodivým zařízením 2 s nízkou kritickou teplotou (4.2 K) a koncovkou vysokonapěťového silového kabelu. Koncovka 3^ má teplotu okolí (300 K).

Napaječ obsahuje alespoň jeden supravodivý díl s vysokou kritickou teplotou (77 K) , propojovací vodič 5 mezi prvním koncem 6 supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou £ a koncovkou 3 o teplotě okolí. Napaječ dále obsahuje elektrickou propojku 7. mezi druhým koncem 8_ supravodivého dílu s vysokou kritičku teplotou 4 a supravodivým zařízením 2.

Podle tohoto vynálezu tvoří propojovací vodič 5 kovový plášť 9, jehož první konec 10 je spojen s prvním koncem 6 supravodivého dílu £ s vysokou kritickou teplotou a druhý konec 11 je spojen s koncovkou 3. o teplotě okolí.

První konec pláště 10 je v kontaktu s nádržkou 12 naplněnou kryogenní tekutinou o teplotě ne vyšší než 77 K.

První konec 6 supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou se s výhodou dotýká alespoň části nádržky 12.

První konec 6 supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou _4 a část propojovacího vodiče 5 tvořící kovový plášť 9 obsahující první konec 10 tohoto pláště jsou tímto způsobem chlazeny vedením tepla na teplotu blízkou teplotě kryogenní kapaliny obsažené v nádržce 12, tj . 77 K.

Nádržka 12 je s výhodou vyrobena z materiálu, který je dobrým vodičem tepla, jako je např. měď, přičemž se neomezujeme jen na tento příklad.

Jak je ukázáno na obrázcích, je v tomto vynálezu kovový plášť 9 dutý kovový válec tvořený množstvím vodičů 25 situovaných podél površek válce. Vodiče jsou takto optimalizovány z hlediska střídavých ztrát. Vodiče jsou pravoúhelníkového řezu a mohou být vyrobeny z několika jednotlivých vodičů.

Supravodivý díl _4 s vysokou kritickou teplotou je s výhodou tvořen supravodivou trubkou £ s vysokou kritickou teplotou.

Podle tohoto vynálezu je supravodivé zařízení 2 umístěno v kovové nádobě 13 naplněné kapalným heliem (4,2 K) , která je utěsněna a tepelně izolována od nádržky 12. Druhý konec _8 supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou _4 je spojen s kapalným heliem elektrickou propojkou

7.

Druhý konec 8. supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou £ je takto vedením tepla chlazen na teplotu blízkou teplotě kapalného helia v kovové nádobě 13, tj . 4,2 K.

Jak je příznačné pro tento vynález, utěsněná kovová nádoba 13 naplněná kapalným heliem obsahující supravodivé zařízení 2, supravodivý díl s vysokou kritickou teplotou 4 a , kovový plášť jsou umístěny uvnitř uzeměného krytu 14, v němž je udržováno vysoké vakuum (10^-6 Torr, t j . cca 1,3.10^-4 Pa).

Vysoké vakuum slouží jednak jako tepelná izolace a také jako elektrická izolace mezi uzeměným krytem 14 a napáječem v míře požadované v případě vysokého napětí. Kovový kryt 14 je s výhodou vyroben z nerezové oceli, např. z nerezové oceli 304L.

Druhý konec 11 kovového pláště 2 prochází utěsněné a izolovaně kovovým krytem 14 a je spojen s koncovkou 3 o teplotě okolí vně uzeměného krytu 14. Izolace a utěsnění mohou být provedeny (aniž bychom se omezovali na tento příklad) izolačním kusem 20 vyrobeným ze skla či keramiky upevněným na izolátoru 21 vyrobeném z plněné epoxy pryskyřice nebo speciálně tepelně zpracovaného skla.

Uvnitř uzeměného kovového krytu 14 obklopují uzeměné sálavé clony 30 utěsněnou kovovou nádobu 13 naplněnou j kapalným heliem obsahující supravodivé zařízení 2, supravodivý díl s vysokou kritickou teplotou 4_ a kovový plášť 9.

Obdobně jsou tepelné clony 31 umístěny uvnitř uzeměného I kovového krytu okolo kovového pláště 9 a obklopují druhý konec 11 tohoto kovového pláště 9.

Uvnitř kovového krytu je spojena nádržka 12 naplněná kapalným dusíkem napájecí propojkou 15 s napájecí nádrží 17 j a kovová nádoba 13 napájecí propojkou 16 s napájecí nádrží

18. Aniž bychom se omezovali na následující příklad, mohou být tyto izolační propojky vyrobeny z materiálů jako jsou kovová skla či kovové keramiky.

Tento vynález umožňuje vytvořit kompaktní vysokonapěťový napaječ vykazující minimum ztrát při průchodu velkých proudů o vysokém napětí.

Jak zde není ukázáno, supravodivý díl _4 s vysokou kritickou teplotou může být tvořen supravodivou elektrickou propojkou stejného typu jaký je popsán ve francouzské patentové přihlášce č. 94/09708.

Vynález se přirozeně neomezuje na uspořádání zde popsaná; mohou být vytvořeny mnohé varianty aniž bychom se odchýlili od tohoto vynálezu.

Zvláště je možmo aniž bychom překročili rozsah tohoto vynálezu nahradit libovolný díl dílem ekvivalentním.

Mílci ^0ωΡβλΗΛ2, Náitevas

*		TÍJ
O		73
XK	>		o
Γ~'	cn	2
•	—i	-<	Ts·
		cn 1	>
	CTV	O < rm ZE	σ
		o

Claims

Patentové nároky /

1. Vysokonapěťový j/ napaječ určený k použití mezi supravodivým zařízením (2) o nízké kritické teplotě (4,2 K) a koncovkou silového vysokonapěťového kabelu o teplotě okolí (300 K), obsahující alespoň jeden supravodivý díl (4) s vysokou kritickou teplotou (77K) , propojovací vodič (5) mezi prvním koncem (6) supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou (4) a koncovkou (3) o teplotě okolí, elektrickou propojku (7) mezi druhým koncem (8) supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou (4) a supravodivým zařízením s nízkou kritickou teplotou (2), propojovací vodič (5) má první konec (10) spojen s prvním koncem (6) supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou (4) a druhý konec (11) spojen s koncovkou (3) o teplotě okolí, nádržku (12) naplněnou kryogenní tekutinou o teplotě ne vyšší než 77 K, která se dotýká prvního konce (10) vodiče (5) a supravodivého článku s vysokou kritickou teplotou (4), vyznačující se tím, že nádržka' (12) je utěsněna a tepelně izolována vůči zařízení s nízkou kritickou teplotou.
2. Napaječ podle nároku 1, vyznačující se tím, že kovový plášť (13) je dutý válec tvořený množstvím vodičů (25), každý vodič tvoří površku válce, přičemž nádržka (12) je umístěna uvnitř válce.
3. Napaječ podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že supravodivé zařízení s nízkou kritickou teplotou (2) je umístěno uvnitř kovové nádoby (13), která je utěsněna a naplněna kapalným heliem a konec (8) supravodivého dílu s vysokou kritickou teplotou je spojen s kapalným heliem propojkou (7).
4. Napaječ podle nároku 3, vyznačující se tím, že kovová nádoba (13) naplněná kapalným heliem obsahující supravodivé zařízení (2) , supravodivý díl s vysokou kritickou teplotou (4) a kovový plášť (9) jsou umístěny v uzeměném kovovém krytu (14), uvnitř něhož je vysoké vakuum, a druhý konec (11) kovového pláště (9) prochází utěsněné a elektricky izolovaně ke koncovce (3), která je vně krytu (14) v prostředí o teplotě okolí.
5. Napa ječ podle nároku 4, vyznačující se tím, že obsahuje sálavé clony (30) uvnitř uzeměného kovového krytu (14) obklopující kovovou nádobu (13) naplněnou kapalnýn heliem obsahující supravodivé zařízení (2), supravodivý díl s vysokou kritickou teplotou (4) a kovový plášť (9).
6. Napaječ podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že obsahuje izolované tepelné clony (31) uvnitř uzeměného kovového krytu (14) umístěné okolo kovového pláště (9) v blízkosti jeho druhého konce (11).
7. Napaječ podle kteréhokoliv z nároků 2 až 6, vyznačující se tím, že uvnitř kovového krytu (14) je nádržka (12) naplněná kryogenní tekutinou o teplotě 77 K spojena napájecí propojkou (15) s napájecí nádrží (17) obsahující kryogenní tekutinu o teplotě 77 K a kovová nádoba (13) naplněná kapalným heliem je spojená napájecí propojkou (16) s napájecí nádrží 18 naplněnou kapalným heliem, přičemž napájecí propojky elektricky izolují nádržku (12) a kovovou nádobu (13) od s nimi spojených napájecích nádrží (17, 18) .