RU95428U1

RU95428U1 - SUPERCONDUCTING POWER CABLE

Info

Publication number: RU95428U1
Application number: RU2010110647/22U
Authority: RU
Inventors: Виктор Евгеньевич Сытников; Виталий Сергеевич Высоцкий; Александр Васильевич Рычагов; Сергей Сергеевич Фетисов; Александр Анатольевич Носов; Кирилл Алексеевич Шутов; Ольга Николаевна Бородкина
Priority date: 2010-03-22
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2010-06-27

Abstract

1. Сверхпроводящий силовой кабель, содержащий центральный несущий элемент, выполненный в виде образующей центральный канал для охлаждения спирали из немагнитного материала, поверх которой расположены скрутки из стренг медной проволоки и обмотка из медной фольги, наложенная без зазора, сверхпроводящий токонесущий элемент, выполненный в виде четного числа повивов лент из высокотемпературного сверхпроводящего материала, с обмоткой каждого повива лентой из нержавеющей стали, при этом внутренняя и наружная половина повивов скручены во взаимопротивоположных направлениях, изоляцию в виде последовательной обмотки слоями полупроводящей кабельной бумаги, изоляционной бумаги и полупроводящей кабельной бумаги, сверхпроводящий электрический экран и криогенную оболочку, отличающийся тем, что в стренги медной проволоки для центрального несущего элемента дополнительно введены проволоки из нержавеющей стали и поверх сверхпроводящего экрана расположен защитный медный экран. ! 2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что медный экран выполнен из уплотненной плоско-прямоугольной сборки медных проводов. 1. A superconducting power cable containing a central supporting element made in the form of a non-magnetic material spiral forming a central channel for cooling, on top of which are strands of copper wire and a copper foil winding applied without a gap, a superconducting current-carrying element made in the form of an even the number of strands of high-temperature superconducting material, with each strand wrapped with a stainless steel tape, while the inner and outer half of the strands are twisted in opposite directions, insulation in the form of sequential winding with layers of semiconducting cable paper, insulating paper and semiconducting cable paper, superconducting electric screen and a cryogenic shell, characterized in that stainless steel wires are additionally introduced into the strands of copper wire for the central support element and a protective copper screen is located over the superconducting screen. ! 2. Cable according to claim 1, characterized in that the copper shield is made of a compacted flat-rectangular assembly of copper wires.

Description

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям сверхпроводящих силовых кабелей, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии при переменном напряжении 1-100 кВ.The utility model relates to cable technology, namely, to the designs of superconducting power cables intended for transmission and distribution of electrical energy at an alternating voltage of 1-100 kV.

Известен сверхпроводящий силовой кабель, содержащий центральный несущий элемент (формер), выполненный в виде образующей центральный канал для охлаждения спирали из немагнитного материала, поверх которой расположены скрутки из стренг медной проволоки и обмотка из медной фольги, наложенная без зазора, сверхпроводящий токонесущий элемент, выполненный в виде четного числа повивов лент из высокотемпературного сверхпроводящего материала, с обмоткой каждого повива лентой из нержавеющей стали, при этом внутренняя и наружная половина повивов скручены во взаимопротивоположных направлениях, изоляцию в виде последовательной обмотки слоями полупроводящей кабельной бумаги, изоляционной бумаги и полупроводящей кабельной бумаги, сверхпроводящий электрический экран и криогенную оболочку. (патент РФ на полезную модель №68763, 2007 г.)Known is a superconducting power cable containing a central load-bearing element (former) made in the form of a central channel for cooling a spiral of non-magnetic material, over which there are twisted strands of copper wire and a copper foil winding superimposed without a gap, a superconducting current-carrying element made in in the form of an even number of windings of tapes made of high-temperature superconducting material, with each winding being wrapped with stainless steel tape, with the inner and outer half of the winding twisted in mutually antithetical directions insulation in the form of successive winding layers of semi-conductive cable paper insulation paper and semi-conductive cable paper, the superconducting electric screen and cryogenic envelope. (RF patent for utility model No. 68763, 2007)

Данное техническое решение является наиболее близким к предлагаемому из числа известных по совокупности признаков.This technical solution is the closest to the proposed among the known by the combination of features.

Недостатком известного кабеля является его недостаточная прочность, и отсутствие защиты сверхпроводящего экрана при токах короткого замыкания.A disadvantage of the known cable is its lack of strength, and the lack of protection of the superconducting screen at short circuit currents.

Поставленная задача состояла в разработке конструкции сверхпроводящего силового кабеля, имеющего повышенную защиту в режимах короткого замыкания, обладающего повышенной прочностью и низким уровнем потерь на переменном токе.The task was to develop a design of a superconducting power cable that has increased protection in short circuit modes, which has increased strength and low level of AC losses.

Технический результат достигается тем, что в сверхпроводящем силовом кабеле, содержащем центральный несущий элемент, выполненный в виде образующей центральный канал для охлаждения спирали из немагнитного материала, поверх которой расположены скрутки из стренг медной проволоки и обмотка из медной фольги, наложенная без зазора, сверхпроводящий токонесущий элемент, выполненный в виде четного числа повивов лент из высокотемпературного сверхпроводящего материала, с обмоткой каждого повива лентой из нержавеющей стали, при этом внутренняя и наружная половина повивов скручены во взаимопротивоположных направлениях, изоляцию в виде последовательной обмотки слоями полупроводящей кабельной бумаги, изоляционной бумаги и полупроводящей кабельной бумаги, сверхпроводящий электрический экран и криогенную оболочку, в стренги медной проволоки для центрального несущего элемента добавлены проволоки из нержавеющей стали и поверх сверхпроводящего экрана расположен защитный медный экран.The technical result is achieved in that in a superconducting power cable containing a Central bearing element, made in the form of forming a Central channel for cooling a spiral of non-magnetic material, on top of which are twisted strands of copper wire and a copper foil winding superimposed without a gap, a superconducting current-carrying element made in the form of an even number of windings of tapes made of high-temperature superconducting material, with each winding being wrapped with stainless steel tape, while the inner and the outer half of the coils are twisted in opposite directions, insulation in the form of a sequential winding with layers of semiconducting cable paper, insulating paper and semiconducting cable paper, a superconducting electric screen and a cryogenic sheath, stainless steel wires are added to the strands of the copper wire for the central carrier element and over the superconducting screen a protective copper screen is located.

Предпочтительно выполнение медного экрана из уплотненной плоскопрямоугольной сборки медных проводов.Preferably, the copper shield is made from a sealed plane-rectangular assembly of copper wires.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображен кабель в аксонометрии с послойной разделкой.The utility model is illustrated in the drawing, which shows a cable in perspective view with layered cutting.

Сверхпроводящий силовой кабель содержит формер, включающий спираль 1 из немагнитного материала, скрутки 2 из стренг медной и нержавеющей проволоки, обмотку 3 из медной фольги, сверхпроводящий токонесущий слой 4, включающий два повива из лент высокотемпературного сверхпроводника с послойной обмоткой, многослойную бумажную изоляцию 5, сверхпроводящий электрический экран 6, защитный медный экран 7 и криогенную оболочку 8.The superconducting power cable contains a former, including a spiral 1 of non-magnetic material, twisting 2 of strands of copper and stainless wire, a winding 3 of copper foil, a superconducting current-carrying layer 4, including two coils of tapes of a high-temperature superconductor with a layered winding, multi-layer paper insulation 5, superconducting paper an electric screen 6, a protective copper screen 7 and a cryogenic shell 8.

При изготовлении кабеля применяются промышленно выпускаемые материалы.In the manufacture of cables, industrially produced materials are used.

Высокотемпературные сверхпроводящие материалы широко используются в производстве данного типа кабелей. 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.High temperature superconducting materials are widely used in the production of this type of cable. They are, in particular, fibers from a bismuth-based compound in a matrix of silver or its alloys or a long film material coated with a high-temperature superconductor.

Криогенная оболочка, предназначенная для криостатирования кабеля при рабочей температуре, является типовой для кабелей такого типа, и, в частности, выполняется в виде двух гофрированных труб из нержавеющей стали с экранно-вакуумной изоляцией между ними.A cryogenic sheath designed to cryostat the cable at operating temperature is typical for this type of cable, and, in particular, is made in the form of two corrugated stainless steel pipes with screen-vacuum insulation between them.

Технология изготовления кабеля сводится к следующему.Cable manufacturing technology is as follows.

Несущая спираль 1 изготавливается намоткой на навивочной машине. Кассета с исходным материалом - лентой крутится вокруг оправки, задающей нужный диаметр спирали. Спирали задается поступательное движение - для схода с формирующей оправки. Скорость схода спирали и скорость вращения отдатчика ленты согласованны, чтобы обеспечить заданный шаг спирали.The supporting spiral 1 is made by winding on a winding machine. The cassette with the source material - the tape rotates around the mandrel, which sets the desired diameter of the spiral. The spiral is set to translational movement - for the descent from the forming mandrel. The spiral descent speed and the rotation speed of the ribbon pick-up are matched to provide a given spiral pitch.

Скрутки 2 из медных и нержавеющих проволок состоят из нескольких стренгов, изготовленных путем многократной скрутки исходных проволок (например, 7×7 проволок). Затем готовые стренги (например, 24 штуки) укладываются на центральную спираль на кабельной машине (например, CORTINOVIS 6×600) в несколько слоев. В результате на спирали формируется пучок проводов нужного сечения, который еще может быть обжат протаскиванием через волоки.Twisting 2 of copper and stainless wires consists of several strands made by repeatedly twisting the original wires (for example, 7 × 7 wires). Then, the finished strands (for example, 24 pieces) are stacked on a central spiral on a cable machine (for example, CORTINOVIS 6 × 600) in several layers. As a result, a bundle of wires of the desired cross section is formed on the spiral, which can still be squeezed by pulling through the dies.

Обмотка пучка стренг тонкой медной фольгой 4 без зазора производится для формирования гладкой поверхности формера. Делается с помощью специального обмотчика на крутильной машине. Обмотчик крутится вокруг движущегося формера, движения формера и скорость вращения обмотчика согласованы для задания нужного шага обмотки.The bundle of strands is wound with a thin copper foil 4 without a gap to form a smooth surface of the die. It is done using a special wrapper on a torsion machine. The wrapper revolves around a moving die, the movement of the die and the rotation speed of the wrapper are matched to specify the desired pitch of the winding.

Сверхпроводящие повивы 4 укладываются на формер с шагами и направлениями скрутки, рассчитанными так, чтобы обеспечить равномерное распределение тока по повивам при работе на переменном токе. Заданное число кассет с нужным количеством сверхпроводящей ленты на них, размещаются на «фонаре» крутильной машины. Готовый формер протягивается через центральную часть крутильной машины, фонарь крутится вокруг формера, сверхпроводящие ленты подаются через направляющие на формер. Скорость движения формера и скорость вращения фонаря согласованны так, чтобы обеспечить заданный расчетом угол и направление скрутки. Каждый повив обматывается тонкой лентой из нержавеющей стали обмотчиком на крутильной машине.Superconducting coils 4 are laid on the former with steps and twisting directions, calculated so as to ensure uniform distribution of current over the coils during operation on alternating current. A predetermined number of cassettes with the desired amount of superconducting tape on them are placed on the “lantern” of the twisting machine. The finished former is pulled through the central part of the twisting machine, the lamp rotates around the former, superconducting tapes are fed through the guides to the former. The speed of movement of the mold and the speed of rotation of the lamp are coordinated so as to provide the angle and direction of twisting specified by the calculation. Each winding is wrapped with a thin stainless steel tape wrapper on a twisting machine.

Изоляция 5 накладывается на стандартных машинах для укладки бумажной изоляции.Insulation 5 is applied to standard paper insulation machines.

Сверхпроводящий экран 6 накладывается аналогично укладке повивов.The superconducting screen 6 is superimposed similarly to laying the midwives.

Защитный экран 7 накладывается подобно укладке сверхпроводящих повивов с использованием лент из заданного материала вместо сверхпроводящих лент.The protective shield 7 is superimposed like laying superconducting coils using tapes of a given material instead of superconducting tapes.

Наложение криогенной оболочки 8 осуществляется методом затянивания кабеля внутрь готовой оболочки с помощью специальных приспособлений.The cryogenic sheath 8 is applied by tightening the cable inside the finished sheath using special devices.

Работает кабель следующим образом.The cable works as follows.

С помощью системы криогенного обеспечения через криоенные кабельные муфты через кабель прокачивается криоагент, например жидкий азот, (осуществляется его циркуляция). Далее кабель подключается через криогенные муфры к сети, как и обычный электрический кабель.Using a cryogenic supply system, a cryoagent, for example liquid nitrogen, is pumped through a cryogenic cable sleeve (it is circulated). Next, the cable is connected through the cryogenic muffs to the network, like a regular electric cable.

Claims

1. A superconducting power cable containing a Central bearing element, made in the form of forming a Central channel for cooling a spiral of non-magnetic material, on top of which are twisted strands of copper wire and a copper foil winding superimposed without a gap, a superconducting current-carrying element made in the form of an even the number of coils of tapes made of high-temperature superconducting material, with each coil wrapped with stainless steel tape, while the inner and outer half of the coils are twisted in opposite directions, insulation in the form of a sequential winding with layers of semiconducting cable paper, insulating paper and semiconducting cable paper, a superconducting electric shield and a cryogenic sheath, characterized in that stainless steel wires are additionally introduced into the strands of the copper wire for the central carrier element and on top of the superconducting screen is located protective copper screen.

2. The cable according to claim 1, characterized in that the copper screen is made of a sealed flat-rectangular assembly of copper wires.