RU2219607C2 - Трансформатор электрического тока с сверхпроводящими катушками - Google Patents
Трансформатор электрического тока с сверхпроводящими катушками Download PDFInfo
- Publication number
- RU2219607C2 RU2219607C2 RU99119733/09A RU99119733A RU2219607C2 RU 2219607 C2 RU2219607 C2 RU 2219607C2 RU 99119733/09 A RU99119733/09 A RU 99119733/09A RU 99119733 A RU99119733 A RU 99119733A RU 2219607 C2 RU2219607 C2 RU 2219607C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coil
- transformer
- superconducting
- winding
- current
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F36/00—Transformers with superconductive windings or with windings operating at cryogenic temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/02—Quenching; Protection arrangements during quenching
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Transformers For Measuring Instruments (AREA)
Abstract
Изобретение относится к трансформаторам электрического тока, а также к ограничителям электрического тока. Трансформатор электрического тока включает в себя первичную обмотку и вторичную обмотку. Каждая из обмоток состоит по меньшей мере из одной первой катушки, образованной путем наматывания одного или нескольких сверхпроводящих сверхпроводников на металлической основе. Катушка первичной обмотки или вторичной обмотки последовательно соединена по меньшей мере с одной второй катушкой, образованной сплошной сверхпроводящей трубкой, выполненной в виде соленоида. Указанная вторая катушка расположена коаксиально по отношению к указанной первой катушке. Технический результат заключается в обеспечении защиты трансформатора путем обеспечения функции ограничителя тока. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.
Description
Настоящее изобретение касается трансформатора электрического тока, включающего в себя сверхпроводящие катушки в первичной обмотке и/или вторичной обмотке.
Известно применение сверхпроводящих проводников на металлической основе для изготовления электрических трансформаторов с большой удельной весовой мощностью и повышенным кпд. В самом деле, применение сверхпроводящих проводников на металлической основе позволяет достичь более высокой плотности тока и намного уменьшить потери, чем при применении сплошных сверхпроводников или несверхпроводящих проводников.
Тем не менее, низкое электрическое сопротивление металлической матрицы (например, из серебра или сплава серебра) не позволяет эффективно ограничивать токи короткого замыкания, и поэтому трансформатор, а также другие электрические приборы, присутствующие в линии, необходимо определять так, чтобы они могли выдерживать повышенные токи короткого замыкания, если только не соединять их последовательно с устройством ограничения тока. Известны такие устройства, изготовленные с применением сплошных сверхпроводников, обладающих высоким электрическим сопротивлением при значениях тока, превышающих их нормальные характеристики.
Задачей настоящего изобретения является совмещение в одном приборе функций трансформатора и ограничителя тока при сохранении его оптимальных габаритов.
Основополагающая идея настоящего изобретения заключается в использовании такого количества сплошного сверхпроводника, которого как раз достаточно для ограничения тока и для создания ампер-витков, и в размещении его на участках трансформатора с наименьшим магнитным полем для достижения благодаря такому размещению значительного сокращения потерь в сплошном сверхпроводнике.
Более конкретно, задачей настоящего изобретения является создание трансформатора электрического тока, включающего в себя первичную обмотку и вторичную обмотку, каждая из которых состоит по меньшей мере из первой катушки, образованной путем наматывания одного или нескольких сверхпроводящих проводников на металлической основе, отличающегося тем, что катушка первичной обмотки или вторичной обмотки последовательно соединена по меньшей мере со второй катушкой, образованной сплошной сверхпроводящей трубкой, выполненной в виде соленоида, при этом указанная вторая катушка размещена коаксиально по отношению к первой катушке и имеет функцию ограничителя тока.
При выполнении трансформатора в соответствии с настоящим изобретением объем сверхпроводящих трубок сокращен до минимума, необходимого для эффективного ограничения токов короткого замыкания, а сверхпроводящие проводники на металлической основе использованы для выполнения остальных катушек.
Первое преимущество настоящего изобретения заключается в том, что сверхпроводящая трубка или сверхпроводящие трубки могут быть помещены в первичную обмотку для повышающего трансформатора или во вторичную - для понижающего трансформатора. Таким образом, они работают под током высокого и низкого напряжения, то есть при большом сечении и малом количестве витков, сокращая диэлектрические проблемы при ограничении тока.
В соответствии с конкретным вариантом осуществления трансформатора согласно настоящему изобретению сверхпроводящую трубку или сверхпроводящие трубки размещены на участках трансформатора, где магнитное поле самое низкое, за счет чего в них достигается значительное сокращение потерь и увеличение плотности тока, которую они могут выдержать.
В предпочтительном варианте каждая сверхпроводящая трубка находится в механическом и электрическом контакте с трубкой из металлического сплава, обладающего высоким сопротивлением, при этом соединение выполнено в виде соленоида;
кроме выполнения задачи механического усиления, трубка из металлического сплава способствует распространению перехода и сокращает нагревание сверхпроводящей трубки при ограничении тока.
кроме выполнения задачи механического усиления, трубка из металлического сплава способствует распространению перехода и сокращает нагревание сверхпроводящей трубки при ограничении тока.
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения очевидны из описания двух вариантов выполнения, иллюстрируемых чертежами.
Фиг. 1 - вид в полуразрезе по оси D трансформатора в соответствии с настоящим изобретением, включающего в себя первичную обмотку высокого напряжения, выполненную из сверхпроводящих проводников на металлической основе и, во вторичной обмотке катушку из сверхпроводящих проводников на металлической основе, последовательно соединенную с узлом, выполненным из сверхпроводящей трубки и трубки из металлического сплава.
Фиг. 2 - вид в продольном разрезе детали узла, выполненного из сверхпроводящей трубки и трубки из металлического сплава.
Фиг.3 - вид в полуразрезе по оси D другого варианта трансформатора в соответствии с настоящим изобретением.
Трансформатор в соответствии с настоящим изобретением, показанный на фиг.1, включает в себя, в частности, магнитную цепь 1, первичную катушку 2 и две вторичные катушки 3 и 4, соединенные последовательно. Катушки 2, 3 и 4 являются коаксиальными, при этом катушка 3 расположена между катушками 2 и 4.
Катушки 2 и 3 выполнены в виде многослойных соленоидов путем наматывания одного или нескольких сверхпроводящих проводников на металлической основе, например, из серебряных лент, содержащих множество сверхпроводящих керамических нитей из Bi2Sr2CaCu2O7. Данные ленты выдерживают плотности тока порядка 30 А/мм2, сравнительно высокие по сравнению со эначениями 5-10 А/мм2 для сплошных трубок из Bi2Sr2CaCu2O7. Они отличаются весьма незначительной толщиной (обычно 0,2 мм), что позволяет значительно снизить потери по сравнению со сплошными трубками, имеющими толщину порядка нескольких миллиметров.
Бобина 4 выполнена из сплошной трубки 5 из Bi2Sr2CaCu2O7 и из трубки 6 из металлического сплава (например, из нержавеющей стали, мельхиора или инконеля), соединенных в виде соленоида, как показано на фиг.2. Трубку 5 насаживают на трубку 6, например, путем расширения одной из трубок или сужения другой трубки для обеспечения механического и электрического контактов между каждым витком после обработки таким образом, чтобы при выполнении трубкой 5 функции ограничителя тока ток частично проходил по трубке 6. Сплошной проводник Bi2Sr2CaCu2O7 при потере сверхпроводимости имеет большое удельное сопротивление (порядка 10 Ом•м), которое предопределяет его функцию ограничения тока. Такое ограничение может достигаться при условии, что достаточная часть обмоток (обычно 10%) выполнена из сплошного Bi2Sr2CaCu2O7. Присутствие коаксиальной трубки, параллельно соединенной с трубкой 5 из металлического сплава, находящейся с первой в механическом и электрическом контактах, позволяет избежать ухудшения свойств сверхпроводника при перегреве вследствие локальной потери сверхпроводимости, снижая эффект Джоуля, увеличивая термическую инерцию и способствуя распространению перехода.
Учитывая, что для ограничения тока необходимо использование только части сплошного сверхпроводника, в соответствии с первым преимуществом настоящего изобретения можно размещать сверхпроводящие трубки в первичной обмотке в случае повышающего трансформатора или во вторичной обмотке в случае понижающего трансформатора, как показано для трансформатора по фиг.1. Таким образом, они работают при токе высокого и низкого напряжений, то есть при большом сечении и малом количестве витков, что в наибольшей степени соответствует такому типу обмотки, снижая диэлектрические проблемы при ограничении тока.
Предпочтительно размещать сверхпроводящие трубки на участках трансформатора с наиболее слабым магнитным полем, в результате чего достигается преимущество, заключающееся в значительном сокращении потерь и в значительном увеличении выдерживаемой ими плотности тока. Профиль магнитного поля внутри обмоток известен из уровня техники; на фиг.1 он представлен линией 10 в произвольных единицах. Магнитное поле является максимальным между катушками 2 и 3 и практически нулевым на внешней и внутренней границах участка обмоток. Вследствие своего крайнего положения сверхпроводящая трубка подвергается очень незначительному воздействию магнитного поля и поэтому отличается небольшими потерями.
Само собой разумеется, что настоящее изобретение не ограничено геометрической формой, показанной в качестве примера на фиг.1. В принципе специалисту не составит труда определить участки трансформатора с нулевым значением магнитного поля, чтобы разместить там сверхпроводящие трубки. Один из возможных вариантов трансформатора, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, показан на фиг.3.
На фиг. 3 показан понижающий трансформатор электрического тока, включающий в себя последовательно в направлении от оси D к внешней стороне девять коаксиальных катушек, обозначенных позициями 11-19. Катушки 11, 15 и 19 образуют первичную обмотку, катушки 12-14, 16-18 образуют вторичную обмотку. Катушки 12-14 соединены последовательно, катушки 16-18 также соединены последовательно. Катушки 13-17 представляют собой сверхпроводящие трубки, выполненные в виде соленоида, дублированные трубками из металлического сплава, также выполненные в виде соленоида; другие катушки выполнены из сверхпроводящих сверхпроводников на металлической основе. Профиль магнитного поля показан линией 20 в произвольных единицах; его значение становится нулевым на середине толщины двух сверхпроводящих трубок 13 и 17, которые поэтому отличаются очень незначительными потерями.
Выполнение трансформатора в соответствии с настоящим изобретением отличается многими преимуществами по сравнению с простым соединением трансформатора со сверхпроводящими катушками и ограничителями тока. Действительно, защита трансформатора от токов короткого замыкания при помощи сплошных сверхпроводящих трубок, формирующих ампер-витки, приводит к значительному сокращению себестоимости по сравнению с трансформатором, соединенным внешним образом с ограничителем тока. С другой стороны, конструкция трансформатора, соответствующая настоящему изобретению, позволяет помещать сплошные сверхпроводящие трубки, необходимые для ограничения тока, на участках со слабым магнитным полем, где они максимально проявляют свои лучшие характеристики. И, наконец, снижаются активные и реактивные потери, а также потребности в использовании криогенных охладителей.
Claims (3)
1. Трансформатор электрического тока, включающий в себя первичную и вторичную обмотки, каждая из которых состоит по меньшей мере из одной первой катушки (2, 3, 11, 12, 14-16, 18, 19), образованной путем наматывания одного или нескольких сверхпроводящих сверхпроводников на металлической основе, отличающийся тем, что катушка первичной обмотки или вторичной обмотки последовательно соединена по меньшей мере с одной второй катушкой, образованной сплошной сверхпроводящей трубкой, выполненной в виде соленоида (5, 13, 17), при этом указанная вторая катушка расположена коаксиально по отношению к указанной первой катушке и выполняет функцию ограничителя тока.
2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что вторую катушку располагают в участке трансформатора с наиболее слабым магнитным полем.
3. Трансформатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что трубка (6) из металлического сплава с большим удельным сопротивлением расположена коаксиально по отношению к сплошной сверхпроводящей трубке, образующей указанную вторую катушку, и находится в механическом и электрическом контакте с последней, при этом обе трубки выполнены в виде соленоида.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9811677 | 1998-09-18 | ||
FR9811677A FR2783632B1 (fr) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | Transformateurs de courant electrique a bobinages supraconducteurs |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99119733A RU99119733A (ru) | 2001-08-27 |
RU2219607C2 true RU2219607C2 (ru) | 2003-12-20 |
Family
ID=9530587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99119733/09A RU2219607C2 (ru) | 1998-09-18 | 1999-09-15 | Трансформатор электрического тока с сверхпроводящими катушками |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6292080B1 (ru) |
EP (1) | EP0987723B1 (ru) |
AT (1) | ATE264542T1 (ru) |
AU (1) | AU757354B2 (ru) |
CA (1) | CA2282869C (ru) |
DE (1) | DE69916388T2 (ru) |
FR (1) | FR2783632B1 (ru) |
NO (1) | NO321614B1 (ru) |
RU (1) | RU2219607C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2581598C2 (ru) * | 2012-10-05 | 2016-04-20 | Брукер Хтс Гмбх | Индуктивный ограничитель тока утечки с разделенной системой вторичной катушки |
RU2653693C2 (ru) * | 2013-02-18 | 2018-05-14 | Открытое акционерное общество Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности (ВНИИ КП) | Сверхпроводящая обмотка |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU3901901A (en) * | 2000-03-21 | 2001-10-03 | Metal Manufactures Ltd | A superconducting transformer |
AUPQ637600A0 (en) | 2000-03-21 | 2000-04-15 | Metal Manufactures Limited | A superconducting transformer |
US7019608B2 (en) * | 2000-03-21 | 2006-03-28 | Metal Manufactures Limited | Superconducting transformer |
DE10035634A1 (de) * | 2000-07-21 | 2002-02-07 | Siemens Ag | Supraleitungseinrichtung mit induktiver Strombegrenzereinheit unter Verwendung von Hoch-Tc-Supraleitermaterial |
EP1622210B1 (en) * | 2004-07-30 | 2009-11-04 | Nexans | Superconducting resistive current limiter with a shunt |
EP1681731A1 (en) * | 2005-01-12 | 2006-07-19 | Nexans | Compact superconducting current limiting component in coil configuration with low inductance |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4470090A (en) * | 1979-05-07 | 1984-09-04 | Westinghouse Electric Corp. | Superconducting induction apparatus |
JPS58104343A (ja) | 1981-12-15 | 1983-06-21 | Yamaha Motor Co Ltd | 2サイクルエンジン |
DE3405310A1 (de) * | 1984-02-15 | 1985-08-22 | BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden, Aargau | Supraleitendes magnetsystem fuer den betrieb bei 13k |
US5379020A (en) * | 1993-06-04 | 1995-01-03 | Abb Research Ltd. | High-temperature superconductor and its use |
GB2321137B (en) * | 1997-01-11 | 2000-11-15 | Gec Alsthom Ltd | Electric power transfer means |
US5912607A (en) * | 1997-09-12 | 1999-06-15 | American Superconductor Corporation | Fault current limiting superconducting coil |
-
1998
- 1998-09-18 FR FR9811677A patent/FR2783632B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-09-14 AU AU47583/99A patent/AU757354B2/en not_active Ceased
- 1999-09-15 DE DE69916388T patent/DE69916388T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-09-15 EP EP99402254A patent/EP0987723B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1999-09-15 RU RU99119733/09A patent/RU2219607C2/ru not_active IP Right Cessation
- 1999-09-15 AT AT99402254T patent/ATE264542T1/de active
- 1999-09-16 NO NO19994484A patent/NO321614B1/no not_active IP Right Cessation
- 1999-09-17 CA CA002282869A patent/CA2282869C/fr not_active Expired - Fee Related
- 1999-09-17 US US09/398,763 patent/US6292080B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2581598C2 (ru) * | 2012-10-05 | 2016-04-20 | Брукер Хтс Гмбх | Индуктивный ограничитель тока утечки с разделенной системой вторичной катушки |
RU2653693C2 (ru) * | 2013-02-18 | 2018-05-14 | Открытое акционерное общество Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности (ВНИИ КП) | Сверхпроводящая обмотка |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2282869A1 (fr) | 2000-03-18 |
NO994484L (no) | 2000-03-20 |
CA2282869C (fr) | 2008-03-25 |
EP0987723A1 (fr) | 2000-03-22 |
FR2783632B1 (fr) | 2000-10-13 |
FR2783632A1 (fr) | 2000-03-24 |
ATE264542T1 (de) | 2004-04-15 |
AU4758399A (en) | 2000-03-23 |
EP0987723B1 (fr) | 2004-04-14 |
NO321614B1 (no) | 2006-06-12 |
DE69916388D1 (de) | 2004-05-19 |
DE69916388T2 (de) | 2005-03-24 |
NO994484D0 (no) | 1999-09-16 |
AU757354B2 (en) | 2003-02-20 |
US6292080B1 (en) | 2001-09-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5506790B2 (ja) | 超電導導体から成る少なくとも2つの複合導体を備えた抵抗性開閉素子のための導体装置 | |
US5235309A (en) | Resistive current limiter | |
US5912607A (en) | Fault current limiting superconducting coil | |
JP4300517B2 (ja) | 超電導ケーブル | |
US5952614A (en) | A.C. cable with stranded electrical conductors | |
RU2397589C2 (ru) | Электротехническое устройство ограничения тока | |
US7589941B2 (en) | Fault current limiter having superconducting bypass reactor for simultaneous quenching | |
US6795282B2 (en) | Superconducting device with inductive current limiter using a high-tc superconducting material | |
RU2219607C2 (ru) | Трансформатор электрического тока с сверхпроводящими катушками | |
US3394330A (en) | Superconductive magnet construction | |
US5929385A (en) | AC oxide superconductor wire and cable | |
US20110034337A1 (en) | Superconductive current limiter with magnetic field triggering | |
JP4947434B2 (ja) | 超電導導体 | |
RU99119733A (ru) | Трансформатор электрического тока с сверхпроводящими катушками | |
JP4135184B2 (ja) | 超電導導体 | |
US3559127A (en) | Superconductive magnet construction | |
JP2001093755A (ja) | 超伝導コイルを有する電気変圧器 | |
US20230368946A1 (en) | Superconducting wire material and superconducting cable | |
JP3363164B2 (ja) | 超電導導体 | |
JPH05109323A (ja) | 超電導集合導体 | |
Okazaki et al. | A fault current limiter in toroidal form to maximise effective Jc | |
MXPA00002588A (en) | Fault current limiting superconducting coil | |
JPH0779020A (ja) | 超電導限流器 | |
JPH04314311A (ja) | 超電導電流リード | |
JPH07272958A (ja) | 超電導限流器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20060216 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20130926 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140916 |