RU2687277C1 - Провод из высокотемпературного сверхпроводника с электрической изоляцией, монолитная обмотка и способ ее изготовления - Google Patents

Провод из высокотемпературного сверхпроводника с электрической изоляцией, монолитная обмотка и способ ее изготовления Download PDF

Info

Publication number
RU2687277C1
RU2687277C1 RU2018122674A RU2018122674A RU2687277C1 RU 2687277 C1 RU2687277 C1 RU 2687277C1 RU 2018122674 A RU2018122674 A RU 2018122674A RU 2018122674 A RU2018122674 A RU 2018122674A RU 2687277 C1 RU2687277 C1 RU 2687277C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wire
temperature
polylactide
winding
temperature superconductor
Prior art date
Application number
RU2018122674A
Other languages
English (en)
Inventor
Владислав Сергеевич Калитка
Артём Михайлович Макаревич
Сергей Владимирович Самойленков
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") filed Critical Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс")
Priority to RU2018122674A priority Critical patent/RU2687277C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2687277C1 publication Critical patent/RU2687277C1/ru

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/02Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к проводам из высокотемпературного проводника и монолитным обмоткам на их основе, а также к технологии их получения и может быть использовано в производстве составных частей магнитных систем различного назначения таких, как электродвигатели, генераторы, ускорительная техника, магнитные томографы, системы магнитного подвеса и др. Провод на основе высокотемпературного сверхпроводника включает высокотемпературный сверхпроводящий проводник второго поколения с нанесенным на него изоляционным слоем из полилактида. Монолитная сверхпроводящая обмотка на основе данного провода содержит множество витков сверхпроводящего провода в соответствии, адгезионно связанных между собой по изоляционному слою. Изобретение упрощает процесс изготовления монолитных обмоток из проводов на основе высокотемпературных сверхпроводников. 3 н. и 4 з.п. ф-лы.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ.
Изобретение относится к области электротехники, в частности, к проводам из высокотемпературного проводника и монолитным обмоткам на их основе, а также к технологии их получения и может быть использовано в производстве составных частей магнитных систем различного назначения таких, как электродвигатели, генераторы, ускорительная техника, магнитные томографы, системы магнитного подвеса и др.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ.
Из предшествующего уровня техники известен ряд технических решений, относящихся к получению сверхпроводящих проводов и изготовленных из них монолитных обмоток. Среди найденных технических решений можно выделить решения, относящиеся к «мокрой намотке» проводов с клеящими веществами, намотки проводов с последующим импрегнированием, а также к решениям, в которых осуществляется намотка сверхпроводящего провода с изолирующим покрытием на основе термопластичных полимеров, где скрепление между витками в обмотке осуществляется за счет нагрева полученной обмотки и пр.
Так, в RU 2254633 раскрывается способ изготовления сверхпроводящих обмоток («мокрая намотка»), в котором в процессе намотки витки сверхпроводника укладывают вплотную друг к другу и промазывают жидкой эпоксидной смолой с наполнителями, предотвращающими растрескивание последней при охлаждении, где в качестве наполнителя в эпоксидную смолу добавляют мелкодисперсный порошок редкоземельного интерметаллида с аномально высокой теплоемкостью, а промазанные витки покрывают слоем электрической изоляции.
Эпоксидный компаунд с мелкодисперсным порошком редкоземельных интерметаллидов значительно повышает устойчивость обмотки к механическим возмущениям.
Однако по данной технологии сложно контролировать пористость эпоксидного компаунда, процесс намотки лимитирован по времени скоростью полимеризации смолы, во время процесса эпоксидной смолой загрязняется стенд, и сама смола мешает визуальному контролю процесса намотки.
В патенте RU 2573645 обмотку получают путем намотки ВТСП оксидного провода в виде ленты, который обмотан встык полиимидной лентой с нанесенным на полиимидную ленту покрытием из фторкаучука. Затем осуществляют пропитку намотанного провода смолой. Данная пропитка обеспечивает механическую прочность получаемой обмотки, а в целом, данное решение обеспечивает структуру, в которой подавляется ухудшение сверхпроводимости.
Однако, данный способ требует сложной оснастки для вакуумной пропитки, не проникает между витков проводника в форме ленты, а также не позволяет осуществлять пропитку смолой с наполнителем.
Наиболее близким техническим решением к известному является способ по заявке JPH 0794318.
В данной заявкой раскрывается сверхпроводящий провод, представляющий собой сверхпроводник с изоляционным слоем, состоящем из слоя армированной волокном смолы и нанесенного на этот слой термопластичного адгезионного слоя.
Из данного сверхпроводника изготавливают монолитные обмотки путем навивки провода и последующей термической обработки полученных витков для термической связи витков друг с другом.
В заявке поясняется, что витки сцепляются друг с другом. Обмотка получается достаточно прочной и провод в обмотке не разрушается.
Технической проблемой при реализации данного технического решения может быть следующее. В качестве исходного проводника для обмотки уже используется сложное изделие, представляющее собой несколько сверхпроводящих проводов, заключенных в общую оболочку из смолы армированной волокном. На сами сверхпроводящие провода слой термопласта не наносится, что может не обеспечить надежной их фиксации от механических воздействий, вызванных в частности переменными магнитными полями и токами, по ним протекающими. Также использование достаточно толстого отдельного от проводников слоя изоляции из смолы армированной волокном снижает инженерную плотность тока в обмотке и повышает габариты изделия.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.
Задачей изобретения является устранение данной технической проблемы, а именно создание монолитной сверхпроводящей обмотки из лент ВТСП 2-го поколения с высокой плотностью тока, устойчивых к термоциклированию от комнатной температуры до температуры жидкого азота.
Данная техническая проблема устраняется проводом из высокотемпературного сверхпроводника с нанесенным на него электроизоляционным слоем из термопластичного полимерного материала, в котором в качестве высокотемпературного сверхпроводника он содержит высокотемпературный сверхпроводник второго поколения, а электроизоляционный слой выполнен из полилактида.
В частных воплощениях изобретения провод может содержать изоляционный слой с толщиной 1-100 мкм.
Техническая проблема также устраняется монолитной сверхпроводящей обмоткой, которая содержит множество витков провода из высокотемпературного сверхпроводника в соответствии с п.п. 1-2 формулы, адгезионно связанных между собой по электроизоляционному слою.
Техническая проблема также устраняется способом изготовления указанной монолитной сверхпроводящей обмотки, по которому сначала изготавливают провод из высокотемпературного сверхпроводника путем нанесения на высокотемпературный сверхпроводник второго поколения слоя полилактида, затем осуществляют процесс навивки упомянутого провода с получением витков обмотки с последующей термической обработкой витков при температуре выше температуры размягчения для получения адгезионной связи между витками.
В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается способом, по которому слой полилактида наносят путем протягивания высокотемпературного сверхпроводящего проводника второго поколения через раствор полилактида в приемлемом апротонном растворителе с концентрацией полилактида от 5-10 масс. % с последующим удалением растворителя.
В этом случае можно использовать в качестве апротонного растворителя смесь ацетона и диоксана.
В частных воплощениях изобретения термическую обработку осуществляют в вакууме.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.
Сущность изобретения состоит в следующем.
Предложенный провод выполнен из ВТСП проводника второго поколения с изолирующим слоем из полилактида.
Под полилактидом (ПЛА) в уровне техники понимают алифатический термопластичный полиэфир, мономером которого является молочная кислота.
Данный полимер относится к биоразлагаемым и биосовместимым, сырьем для его производства служат ежегодно возобновляемые ресурсы, такие как кукуруза и сахарный тростник.
Было установлено, что полилактид обладает приличной электрической прочностью, что, видимо и позволило сделать попытку использовать ПЛА 8 электротехнике для создания изоляции для силовых кабелей (Thoru Nakatsuka, Polylactic Acid-Coated Cable, Fujikura Technical Review, 2011, p. 39-46).
Изоляцию при этом получали путем экструзии ПЛА, однако, авторами статьи было признано, что использование ПЛА при температурах окружающей среды недолговечно, поскольку полимер постепенно разлагается под действием тепла, влаги и света. Наши исследования ПЛА показали, что ПЛА может стабильно эксплуатироваться в криогенных средах, что позволяет использовать ПЛА для изоляции сверхпроводящих проводников, в частности, ВТСП проводников второго поколения от криогенной среды. Под высокотемпературными сверхпроводниками второго поколения (ВТСП) понимаются тонкие пленки сложного оксида RBa2Cu3O7 (R - редкоземельный элемент), нанесенные на металлическую ленту-подложку. Они обладают набором уникальных свойств, что позволяет их использовать в качестве основы для токоограничителя: высокая критическая температура (88-92 К), высокая токонесущая способность (свыше 500 А/мм2), высокое сопротивление в несверхпроводящем состоянии (порядка 10-8-10-7 Ом*м).
ВТСП проводники второго поколения могут иметь и более сложную архитектуру с большим количеством слоев: буферных, защитных, электроизоляционных и пр.
Поскольку ПЛА относится к группе термопластичных полимеров, то при повышении температуры он переходит в высокоэластичное и далее - в вязкотекучее состояние, что обеспечивает возможность формования деталей из ПЛА различными методами.
В частности, слой ПЛА на ВТСП проводнике второго поколения может быть сформирован различными методами - экструзией, нанесением из раствора, печатью на принтере и т.д. Толщина нанесенного слоя зависит от многих факторов, например, чем толще ВТСП лента, тем толще должен быть слой ПЛА, и должна рассчитываться с учетом влияния различных факторов. Однако, имеются некоторые разумные ограничения: в нашем изобретении толщина слоя ПЛА опционально составляет от 1 до 100 мкм, что не приводит ни к каким проблемам технологического порядка.
Из заявленного ВТСП провода может быть сформирована монолитная обмотка, витки которой соединяются друг с другом с образованием адгезионной связи путем проведения термической обработки.
Для этого достаточно зафиксировать обмотку и нагреть ее витки до температуры выше температуры размягчения.
Наилучший результат достигается при температуре термической обработки 140-160°С. Слой изоляции из ПЛА, как уже сообщалось, может быть выполнен различными методами, но самым простым и недорогим путем является нанесение данного слоя из раствора ПЛА в апротонном приемлемом растворителе.
Термин «приемлемый» означает возможность использования растворителя, в котором ПЛА растворяется. Как правило, специалист понимает, какие растворители приемлемы для растворения ПЛА либо может выяснить это из справочной литературы. В примерах осуществления изобретения мы использовали в качестве апротонного растворителя смесь ацетона и диоксана.
Процесс нанесения изоляционного слоя в предпочтительном воплощении изобретения осуществлялся путем протягивания высокотемпературного сверхпроводящего проводника второго поколения через раствор полилактида в приемлемом апротонном растворителе с концентрацией полилактида от 5 до 10 масс. % с последующим удалением растворителя. Данные параметры хорошо подходят для тонких ВТСП лент. При увеличении толщины ленты или использования стопки лент возможны другие концентрации раствора ПЛА.
Термическую обработку можно проводить в вакууме, что приводит к уменьшению пористости получаемого слоя ПЛА.
Пример реализации изобретения.
ВТСП-провод поперечным сечением 4*0,1 мм2, представляющий собой подложку из сплава Hastelloy С-276 с нанесенными на нее покрытиями из Al3O3, Y2O3, MgO, LaMnO3, GdBa2Cu3O7, Ag, и с внешним покрытием из меди и полиимида покрыли слоем полилактида посредством протягивания его через раствор полилактида (6%) в смеси диоксан-ацетон (в соотношении 3:1) со скоростью 30 м/ч и последующим удалением растворителей в трубчатой печи при температуре 120°С. Толщина слоя составила 3 мкм. Из провода с покрытием из полилактида была изготовлена обмотка с использованием процесса намотки ленты с постоянным натяжением с усилием 1,5 кг. Изготовленная обмотка фиксировалась и подверглась термической обработке в сушильном шкафу при температуре 160°С в течение 10 минут. В результате получена монолитная ВТСП-обмотка, устойчивая к термоциклированию между комнатной температурой и температурой работы сверхпроводниковых устройств (температура кипения азота и ниже), что было подтверждено десятью циклами охлаждения-нагрева и измерением критического тока обмотки, который составил 82 А до и после термоциклирования.
Изобретение упрощает процесс изготовления монолитных обмоток из проводов на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), при этом значения тока остаются стабильными при термоциклировании.

Claims (7)

1. Провод из высокотемпературного сверхпроводника с нанесенным на него электроизоляционным слоем из термопластичного полимерного материала, отличающийся тем, что в качестве высокотемпературного сверхпроводника он содержит высокотемпературный сверхпроводник второго поколения, а электроизоляционный слой выполнен из полилактида.
2. Провод по п. 1, отличающийся тем, что он содержит электроизоляционный слой из полилактида с толщиной 1-100 мкм.
3. Монолитная сверхпроводящая обмотка, отличающаяся тем, что содержит множество витков провода из высокотемпературного сверхпроводника в соответствии с пп. 1 и 2 формулы, адгезионно связанных между собой по электроизоляционному слою.
4. Способ изготовления монолитной сверхпроводящей обмотки в соответствии с п. 3 формулы, отличающийся тем, что сначала изготавливают провод из высокотемпературного сверхпроводника путем нанесения на высокотемпературный сверхпроводник второго поколения слоя полилактида, затем осуществляют процесс навивки упомянутого провода с получением витков обмотки с последующей термической обработкой витков при температуре выше температуры размягчения для получения адгезионной связи между витками.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что слой полилактида наносят путем протягивания высокотемпературного сверхпроводника второго поколения через раствор полилактида в приемлемом апротонном растворителе с концентрацией полилактида от 5 до 10 мас.% с последующим удалением растворителя.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в качестве апротонного растворителя используют смесь ацетона и диоксана.
7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что термическую обработку осуществляют в вакууме.
RU2018122674A 2018-06-21 2018-06-21 Провод из высокотемпературного сверхпроводника с электрической изоляцией, монолитная обмотка и способ ее изготовления RU2687277C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122674A RU2687277C1 (ru) 2018-06-21 2018-06-21 Провод из высокотемпературного сверхпроводника с электрической изоляцией, монолитная обмотка и способ ее изготовления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122674A RU2687277C1 (ru) 2018-06-21 2018-06-21 Провод из высокотемпературного сверхпроводника с электрической изоляцией, монолитная обмотка и способ ее изготовления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2687277C1 true RU2687277C1 (ru) 2019-05-13

Family

ID=66578641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018122674A RU2687277C1 (ru) 2018-06-21 2018-06-21 Провод из высокотемпературного сверхпроводника с электрической изоляцией, монолитная обмотка и способ ее изготовления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2687277C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU228533U1 (ru) * 2024-06-24 2024-09-03 Михаил Леонидович Струпинский Жаростойкий кабель

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0794318A (ja) * 1993-09-24 1995-04-07 Toshiba Corp 超電導コイルおよび繊維強化樹脂絶縁体
WO2014185484A1 (ja) * 2013-05-17 2014-11-20 株式会社Adeka 成形品、これを用いた絶縁材料、およびポリエステル樹脂組成物の電気絶縁性の改善方法
RU2573645C1 (ru) * 2012-06-11 2016-01-27 Фуджикура Лтд. Провод на основе оксидного сверхпроводника и сверхпроводящая катушка
RU178606U1 (ru) * 2017-11-13 2018-04-11 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") Держатель для высокотемпературной сверхпроводящей ленты

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0794318A (ja) * 1993-09-24 1995-04-07 Toshiba Corp 超電導コイルおよび繊維強化樹脂絶縁体
RU2573645C1 (ru) * 2012-06-11 2016-01-27 Фуджикура Лтд. Провод на основе оксидного сверхпроводника и сверхпроводящая катушка
WO2014185484A1 (ja) * 2013-05-17 2014-11-20 株式会社Adeka 成形品、これを用いた絶縁材料、およびポリエステル樹脂組成物の電気絶縁性の改善方法
RU178606U1 (ru) * 2017-11-13 2018-04-11 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") Держатель для высокотемпературной сверхпроводящей ленты

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU228533U1 (ru) * 2024-06-24 2024-09-03 Михаил Леонидович Струпинский Жаростойкий кабель

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6344287B1 (en) High temperature compatible insulation for superconductors and method of applying insulation to superconductors
WO2017039299A1 (ko) 스마트 인슐레이션을 구비하는 고온 초전도 코일, 그에 사용되는 고온 초전도 선재 및 그 제조방법
JP3474602B2 (ja) 超電導導体
JP6853267B2 (ja) 第2世代超伝導フィラメント及びケーブル
Yin et al. Degradation of REBCO coated conductors due to a combination of epoxy impregnation, thermal cycles, and quench: Characteristics and a method of alleviation
JP3363948B2 (ja) 酸化物超電導電力ケーブル
RU2687277C1 (ru) Провод из высокотемпературного сверхпроводника с электрической изоляцией, монолитная обмотка и способ ее изготовления
WO2021107248A1 (ko) 확산접합을 이용한 고온초전도코일의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 고온초전도코일
US3440336A (en) Web-shaped superconductor
JP3283106B2 (ja) 酸化物超電導導体用電流供給端子の構造
CN114184399B (zh) 卷对卷超导带材转弯直径测试装置和方法
JP2012064495A (ja) 被覆超電導線材の製造方法、超電導線材被覆の電着方法、及び、被覆超電導線材
WO2018048022A1 (ko) 낮은 안정화 모재 비율을 갖는 저온 초전도 선재, 이를 포함하는 초전도 코일
RU2731750C1 (ru) Способ изготовления электрического контактного соединения
JP3144990B2 (ja) 酸化物系超電導電力ケーブルの導体構造
Kim et al. Fabrication of 6-superconducting layered HTS wire for high engineering critical current density
Michael et al. Insulation system for high temperature superconductor cables
CN115171974B (zh) 铜合金加强的超导带材、加强方法、超导线圈及超导线缆
JP2018186037A (ja) 超電導ケーブル線路
JPS5844608A (ja) 無機絶縁超電導導体の製造方法
Ohki Development of a RE-Ba-Cu-O superconducting strong magnet [News from Japan]
Waltman et al. Stability Measurements of Aluminum-Stabilized Nb-Ti and Bronze Matrix Nb3Sn Potted Superconducting Magnets
Miyoshi et al. Development of HTS coil with Bi-2223 transposed segment conductor
JPS63264818A (ja) アルミニウム又はアルミニウム合金の複数の細いストランドからなる導線を含む可撓性電気ケーブルの製造方法
JPH06349357A (ja) 超電導導体の製造方法