WO2014003606A2 - Сверхпроводящий кабель (варианты) - Google Patents

Сверхпроводящий кабель (варианты) Download PDF

Info

Publication number
WO2014003606A2
WO2014003606A2 PCT/RU2013/000555 RU2013000555W WO2014003606A2 WO 2014003606 A2 WO2014003606 A2 WO 2014003606A2 RU 2013000555 W RU2013000555 W RU 2013000555W WO 2014003606 A2 WO2014003606 A2 WO 2014003606A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cable
conductors
core material
value
core
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000555
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2014003606A3 (ru
Inventor
Владимир Валентинович ЖЕЛТОВ
Сергей Игоревич КОПЫЛОВ
Игорь Владимирович КРИВЕЦКИЙ
Виктор Евгеньевич СЫТНИКОВ
Юрий Гевондович ШАКАРЯН
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы"
Открытое акционерное общество "Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы"
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 Открытое акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы", Открытое акционерное общество "Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы" filed Critical Открытое акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы"
Publication of WO2014003606A2 publication Critical patent/WO2014003606A2/ru
Publication of WO2014003606A3 publication Critical patent/WO2014003606A3/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • H01B9/04—Concentric cables
    • 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

Definitions

  • the invention relates to the field of superconducting technology and electric power and can be applied to create superconducting cables.
  • a superconducting cable consisting of coaxially arranged cores made of the same type of superconducting material [1].
  • the first three conductors, counting from the axis of the cable, are designed for current in one direction, and the second three conductors - for current in the opposite direction.
  • the inductance of the conductors of the superconducting cable decreases with distance from the cable axis, due to which the steady-state current of each direction is distributed unevenly across the cable cores: it is larger in the cores remote from the cable axis.
  • the average critical current density j c over the cross section of the cable which determines the current carrying capacity of the cable, is underestimated.
  • the design of the prototype is such that the maximum (over the cross-section of the cable) value of the induction B max of the magnetic field in the cable is determined by the current flowing in one direction through three adjacent cores of the cable.
  • the high maximum value of magnetic induction further reduces the critical current density and current carrying capacity of the prototype and, in addition, is environmentally hazardous.
  • the technical result of the invention is to increase the current carrying capacity of the cable without compromising environmental safety.
  • the invention can be performed in three versions, in each of which the above technical result is achieved.
  • the subject of the invention according to the second embodiment is a three-core superconducting cable designed for the flow of opposing currents in neighboring conductors and containing the same type of material based on a high-temperature superconductor (HTSC) and coaxially located outer, central and inner conductors with ring sections, the outer radii of which satisfy the ratios:
  • HTSC high-temperature superconductor
  • ⁇ is specified in the range from 0 to 1 by the electromagnetic properties of the core material.
  • the subject of the invention according to the third embodiment is a four-wire superconducting cable, made of the same type of superconducting material and coaxially located outer, central, first, closest to the central, and second inner conductors with circular sections, the outer radii R ⁇ R ⁇ R ⁇ HR ⁇ of which satisfy the relations :
  • the adjacent cable conductors are designed for the flow of oncoming currents, the values of which in each inner core are twice as large as in the central core and the outer core, and ⁇ is set in the range from 0 to 1 by the electromagnetic properties of the core material.
  • Each variant of the invention has a development that provides that the value of ⁇ can be clarified by approximating the characteristics j c (B) of the core material by the dependence
  • c is the average critical current density in the core material
  • B is the magnetic field induction
  • Fig. 1 shows a cross-section of a cable according to a first embodiment
  • FIG. 3 shows a cross section of a cable according to a second embodiment
  • FIG. 1 shows the outer 1 and central 2 core wires of the first embodiment.
  • FIG. 3 shows the outer 1, central 2 and inner 3 cable cores of the second embodiment.
  • FIG. 5 shows the outer 1, central 2, the first inner 3 and the second inner 4 cable conductors according to the third embodiment.
  • the cable conductors are made of the same conductive material based on a high-temperature superconductor and are coaxially located relative to each other.
  • the core material contains HTSC filaments, a stabilizing matrix of a conventional conductor (copper, silver) and has external insulation.
  • Cables are connected between the current source and the consumer so that the currents in adjacent cores are directed in the opposite direction.
  • the cable according to the first embodiment of strands 1 and 2 occur currents Ii and 1 2 opposite direction
  • the cable according to the second embodiment of strands 1 and 2 flow currents I] and 1, 2 in one direction, and on the conductor 3 current 1h reverse direction, for the cable according to the third variant, currents 1 ⁇ and 1 3 of the same direction flow through conductors 1 and 3, and currents 1 2 and 1 4 of the opposite direction flow through conductors 2 and 4.
  • the external radii R H , cores 1 and 2 satisfy the ratio:
  • ⁇ is set in the range from 0 to 1, based on the electromagnetic properties of the core materials.
  • ⁇ is set in the range from 0 to 1, based on the electromagnetic properties of the core materials.
  • Clarification of the value of ⁇ for any cable option can be made by approximating the characteristic j c (B) of the core material by the dependence
  • ⁇ c is the average critical current density in the core material
  • B is the magnetic field induction
  • the empirical dependence (7) is a critical state model for a superconductor [2].
  • ⁇ in expression (7) is selected so that the corresponding curve is as close as possible (for example, in the mean-square sense) to the real dependence j c (B) given in the passport data of the core material or taken experimentally.
  • the dimensions of the remaining cores are determined by the corresponding relations (1) - (6).

Landscapes

  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

Группа полезных моделей относится к области сверхпроводнйковой техники и электроэнергетики и может быть применена при создании сверхпроводящих кабелей. Технический результат группы полезных моделей - повышение токонесущей способности кабеля без снижения экологической безопасности. Варианты сверхпроводящего кабеля, содержат выполненные из однотипного сверхпроводящего материала и коаксиально расположенные две, три или четыре жилы с кольцевыми сечениями, внешние радиусы которых связаны соотношениями, приведенными в описании, которые включают параметр γ, который задается в пределах от 0 до 1, исходя из электромагнитных свойств материала жил. При этом соседние жилы кабеля предназначены для протекания встречных токов, величины которых устанавливаются такими, что значение индукции на внешней границе сечения кабеля близко к нулю. Для всех вариантов кабеля уточнение значения может быть произведено путем аппроксимации характеристики j c (B) материала жил (приведенной заводом-изготовителем в паспорте этого материала или снятой экспериментально) зависимостью (I) где j с - средняя плотность критического тока в материале жил, В - индукция магнитного поля, а α - приведенный в паспорте материала жилы критерий лоренцевой силы высокотемпературного сверхпроводника, на основе которого выполнен материал жил.

Description

СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ КАБЕЛЬ (ВАРИАНТЫ)
Область техники
Изобретение относится к области сверхпроводниковой техники и электроэнергетики и может быть применено при создании сверхпроводящих кабелей.
Уровень техники
Известен, принятый в качестве прототипа, сверхпроводящий кабель, состоящий из коаксиально расположенных жил, выполненных из однотипного сверхпроводящего материала [1]. Первые три жилы, считая от оси кабеля, предназначены для тока одного направления, а вторые три жилы - для тока встречного направления. В известной конструкции индуктивность жил сверхпроводникового кабеля уменьшается по мере удаления от оси кабеля, из-за чего установившийся ток каждого направления распределен по жилам кабеля неравномерно: он больше в жилах, удаленных от оси кабеля. В результате средняя по сечению кабеля критическая плотность тока jc, определяющая токонесущую способность кабеля, оказывается заниженной.
Кроме того, конструкция прототипа такова, что максимальное (по сечению кабеля) значение индукции Вмакс магнитного поля в кабеле определяется током, протекающим в одном направлении через три соседние жилы кабеля. Высокое максимальное значение магнитной индукции дополнительно снижает критическую плотность тока и токонесущую способность прототипа и, кроме того, является экологически опасным.
Сущность изобретения
Технический результат изобретения - повышение токонесущей способности кабеля без снижения экологической безопасности. Изобретение может быть выполнено в трех вариантах, в каждом из которых достигается вышеуказанный технический результат.
Предметом изобретения по первому варианту является двухжильный сверхпроводящий кабель, содержащий выполненные из однотипного высокотемпературного сверхпроводящего материала и коаксиально расположенные наружную и центральную жилы с кольцевыми сечениями, внешние радиусы которых удовлетворяют соотношению:
RH/R.^ 1,4- 0,15γ,
при этом жилы кабеля предназначены для протекания встречных токов, а γ задается в пределах от 0 до 1 электромагнитными свойствами материала жил.
Предметом изобретения по второму варианту является трехжильный сверхпроводящий кабель, предназначенный для протекания встречных токов в соседних жилах и содержащий выполненные из однотипного материала на основе высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП) и коаксиально расположенные наружную, центральную и внутреннюю жилы с кольцевыми сечениями, внешние радиусы которых удовлетворяют соотношениям:
Rap/RueHTp = 2,0- 0,4γ;
Figure imgf000004_0001
где γ задается в пределах от 0 до 1 электромагнитными свойствами материала жил.
Предметом изобретения по третьему варианту является четырехжильный сверхпроводящий кабель, содержащий выполненные из однотипного сверхпроводящего материала и коаксиально расположенные наружную, центральную, первую, ближнюю к центральной, и вторую внутренние жилы с кольцевыми сечениями, внешние радиусы R^ R^ R^ H R^ которых удовлетворяют соотношениям:
^ / 1^= 2,3 - 0,6 γ; 1 / ^ = 2,2 - 0,55 7;
Figure imgf000005_0001
при этом соседние жилы кабеля предназначены для протекания встречных токов, величины которых в каждой внутренней жиле вдвое больше, чем в центральной жиле и наружной жиле, а γ задается в пределах от 0 до 1 электромагнитными свойствами материала жил.
Каждый вариант изобретения имеет развитие, которое предусматривает, что значение γ может быть уточнено путем аппроксимации характеристики jc(B) материала жил зависимостью
а
]с = ΒΫ '
где с - средняя плотность критического тока в материале жил, В - индукция магнитного поля, а - критерий лоренцевой силы высокотемпературного сверхпроводника, на основе которого выполнен материал жил.
Краткое описание фигур чертежей
На фиг.1 представлено сечение кабеля по первому варианту, на фиг. 2
- распределение магнитного поля по сечению этого кабеля.
На фиг. 3 представлено сечение кабеля по второму варианту, на фиг. 4
- распределение магнитного поля по сечению этого кабеля.
На фиг.5 представлено сечение кабеля по третьему варианту, на фиг. 6
- распределение магнитного поля по сечению этого кабеля.
Осуществление вариантов изобретения с учетом развитий На фиг. 1 показаны наружная 1 и центральная 2 жилы кабеля по первому варианту.
На фиг. 3 показаны наружная 1, центральная 2 и внутренняя 3 жилы кабеля по второму варианту.
На фиг. 5 показаны наружная 1, центральная 2, первая внутренняя 3 и вторая внутренняя 4 жилы кабеля по третьему варианту. Во всех вариантах жилы кабеля выполнены из однотипного проводящего материала на основе высокотемпературного сверхпроводника и коаксиально расположены относительно друг друга. Материал жил содержит нити ВТСП, стабилизирующую матрицу из обычного проводника (меди, серебра) и имеет наружную изоляцию.
Кабели подключаются между источником тока и потребителем так, чтобы токи в соседних жилах были направлены встречно. При этом для кабеля по первому варианту по жилам 1 и 2 протекают токи Ii и 12 встречного направления, для кабеля по второму варианту по жилам 1 и 2 протекают токи I] и 12 одного направления, а по жиле 3 ток 1з обратного направления, для кабеля по третьему варианту по жилам 1 и 3 протекают токи 1\ и 13 одного направления, а по жилам 2 и 4 токи 12 и 14 обратного направления.
Для кабеля по первому варианту внешние радиусы RH, жил 1 и 2 удовлетворяют соотношению:
10^ = 1,4- 0,157 , (1)
где γ задается в пределах от 0 до 1 , исходя из электромагнитных свойств материалов жил.
Для кабеля по второму варианту внешние радиусы
Figure imgf000006_0001
Явн тр жил 1 , 2 и 3 удовлетворяют соотношениям:
КнаР центр = 2,0 - 0,4у; (2)
Figure imgf000006_0002
где γ задается в пределах от 0 до 1 , исходя из электромагнитных свойств материалов жил.
Для кабеля по третьему варианту внешние радиусы Ru, и R„2 удовлетворяют соотношениям:
1^ 1^= 2,3 - 0,6 γ; (4)
/ R« = 2,2 - 0,55 γ; (5)
R., / 1^ = 1,7-0,3 7, (6) где γ задается в пределах от 0 до 1 , исходя из электромагнитных свойств материала жил.
Как показали расчеты, проведенные на математической модели сверхпроводящего кабеля, при выполнении указанного соотношения в сверхпроводящем состоянии устанавливается (с допустимой на практике погрешностью) определенное соотношение индуктивностей жил и соответственно уменьшается максимальная величина индукции магнитного поля (ограничивающая величину критической плотности тока). При этом также достигается практически нулевое значение магнитного поля на внешних границах сечения кабеля, что обеспечивает экологическую безопасность на трассе прокладки кабеля.
Следствием установившегося соотношения индуктивностей жил является установившееся соотношение токов в жилах кабелей: для второго варианта I^h' = 1 : 1 :2, для третьего варианта I^ ^ = 1 : 1 -2:2.
Это, в свою очередь, позволяет во всех вариантах изобретения за счет взаимной компенсации магнитных полей отдельных жил уменьшить максимальную величину индукции магнитного поля Втах (ограничивающую величину критической плотности тока), а также получить практически нулевое значение магнитного поля на внешних границах сечения кабеля, обеспечив экологическую безопасность на трассе прокладки кабеля.
Уточнение значения γ для любого варианта кабеля может быть произведено путем аппроксимации характеристики jc(B) материала жил зависимостью
h = -Y , (7)
где }с - средняя плотность критического тока в материале жил, В - индукция магнитного поля, а - критерий лоренцевой силы высокотемпературного сверхпроводника, на основе которого выполнен материал жил, определяемый химической формулой используемого сверхпроводника (как правило, приводится в паспорте на материал жил).
Эмпирическая зависимость (7) представляет собой модель критического состояния для сверхпроводника [2].
Величина γ в выражении (7) подбирается такой, чтобы соответствующая кривая максимально приближалась (например, в среднеквадратичном смысле) к реальной зависимости jc(B), приведенной в паспортных данных материала жил или снятой экспериментально.
При конструировании и изготовлении кабеля площадь (и, следовательно, радиус R^) сечения центральной жилы определяется требуемой величиной тока 12.
Размеры остальных жил определяются соответствующими соотношениями (1)- (6).
Распределения магнитного поля по сечению кабеля предлагаемой конструкции, приведенные на фиг. 2, 4 и 6, показывают, что значение индукции на внешней границе сечения кабеля близко к нулю.
Источники информации
[1] Yinshun Wang and other "Development of a high-temperature superconducting bus conductor with large current capacity", Superconductor Science and Technology, april, 2009, p.22.
[2] И.А. Глебов, Ч. Лаверик, B.H. Шахтарин. «Электрофизические проблемы использования сверхпроводимости». Наука, 1980 г.

Claims

Формула изобретения
1. Сверхпроводящий кабель, содержащий выполненные из однотипного высокотемпературного сверхпроводящего материала и коаксиально расположенные наружную и центральную жилы с кольцевыми сечениями, внешние радиусы которых удовлетворяют соотношению:
RH/R.^ 1,4- 0,15γ,
при этом жилы кабеля предназначены для протекания встречных токов, а γ задается в пределах от 0 до 1 электромагнитными свойствами материала жил.
2. Кабель по п. 1 , отличающийся тем, что значение γ уточнено путем аппроксимации характеристики jc(B) материала жил зависимостью:
. _ а где ^с - средняя плотность критического тока в материале жил, В - индукция магнитного поля, а - критерий лоренцевой силы высокотемпературного сверхпроводника, на основе которого выполнен материал жил.
3. Сверхпроводящий кабель, предназначенный для протекания встречных токов в соседних жилах и содержащий выполненные из однотипного материала на основе высокотемпературного сверхпроводника и коаксиально расположенные наружную, центральную и внутреннюю жилы с кольцевыми сечениями, внешние радиусы которых удовлетворяют соотношениям:
Rmp/RueHTp = 2,0- 0,4γ;
Figure imgf000009_0001
где γ задается в пределах от 0 до 1 электромагнитными свойствами материала жил.
4. Кабель по п. 3, отличающийся тем, что значение γ уточнено путем аппроксимации характеристики jc(B) материала жил зависимостью: • _ a где ^c - средняя плотность критического тока в материале жил, В - индукция магнитного поля, а - критерий лоренцевой силы высокотемпературного сверхпроводника, на основе которого выполнен материал жил.
5. Сверхпроводящий кабель, содержащий выполненные из однотипного сверхпроводящего материала и коаксиально расположенные наружную, центральную, первую, ближнюю к центральной, и вторую внутренние жилы с кольцевыми сечениями, внешние радиусы RH,; R^, RBI и которых удовлетворяют соотношениям:
R„/ 1^= 2,3 - 0,6 7;
1^ / 1^ = 2,2 - 0,55 7;
Rex R^ - 1,7-0,3 7,
при этом соседние жилы кабеля предназначены для протекания встречных токов, величины которых в каждой внутренней жиле вдвое больше, чем в центральной жиле и наружной жиле, а 7 задается в пределах от 0 до 1 электромагнитными свойствами материала жил.
6. Кабель по п. 5, отличающийся тем, что значение 7 уточнено путем аппроксимации характеристики jc(B) материала жил зависимостью
. _ где ^с - средняя плотность критического тока в материале жил, В - индукция магнитного поля, а - критерий лоренцевой силы высокотемпературного сверхпроводника, на основе которого выполнен материал жил.
PCT/RU2013/000555 2012-06-28 2013-06-28 Сверхпроводящий кабель (варианты) WO2014003606A2 (ru)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012127111 2012-06-28
RU2012127109 2012-06-28
RU2012127111 2012-06-28
RU2012127109 2012-06-28
RU2012127110 2012-06-28
RU2012127110 2012-06-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2014003606A2 true WO2014003606A2 (ru) 2014-01-03
WO2014003606A3 WO2014003606A3 (ru) 2014-03-06

Family

ID=49783972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000555 WO2014003606A2 (ru) 2012-06-28 2013-06-28 Сверхпроводящий кабель (варианты)

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2014003606A2 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU714510A1 (ru) * 1975-04-18 1980-02-07 Государственный Научно-Исследовательский Энергетический Институт Им. Г.М. Кржижановского Секционированный сверхпровод щий кабель переменного тока
US20050173149A1 (en) * 2002-08-01 2005-08-11 Gouge Michael J. Triaxial superconducting cable and termination therefor
EP1818944A1 (en) * 2004-12-01 2007-08-15 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Power cable line
RU2387036C2 (ru) * 2005-04-21 2010-04-20 Нкт Кейблз Ультера А/С Сверхпроводящая многофазная кабельная система, способ ее изготовления и ее применение

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU714510A1 (ru) * 1975-04-18 1980-02-07 Государственный Научно-Исследовательский Энергетический Институт Им. Г.М. Кржижановского Секционированный сверхпровод щий кабель переменного тока
US20050173149A1 (en) * 2002-08-01 2005-08-11 Gouge Michael J. Triaxial superconducting cable and termination therefor
EP1818944A1 (en) * 2004-12-01 2007-08-15 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Power cable line
RU2387036C2 (ru) * 2005-04-21 2010-04-20 Нкт Кейблз Ультера А/С Сверхпроводящая многофазная кабельная система, способ ее изготовления и ее применение

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014003606A3 (ru) 2014-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20070029104A1 (en) Superconductor cable
EP1667171A1 (en) Super-conductive cable
CN108447614B (zh) 一种准各向同性高工程电流密度高温超导导体
WO2014204560A2 (en) Superconducting power cable
WO2000049626A1 (en) A cable, a method of constructing a cable, and use of a cable
CN109327094A (zh) 一种72槽6层以上扁铜线叠绕组结构以及应用该绕组结构的新能源汽车
CN104716840A (zh) 磁耦合电感器以及多端口转换器
JP5240008B2 (ja) 直流超電導ケーブル
WO2014003606A2 (ru) Сверхпроводящий кабель (варианты)
CN202839233U (zh) 一种准理想铁芯及采用这种铁芯的电磁转换装置
RU123213U1 (ru) Многожильный сверхпроводящий кабель
RU123211U1 (ru) Трехжильный сверхпроводящий кабель
CN108492958B (zh) 一种串联式多相交错耦合电感结构及其控制方法
RU123212U1 (ru) Сверхпроводящий кабель
CN112185662B (zh) 八路完全对称的分布式片上变压器
RU123210U1 (ru) Двухжильный сверхпроводящий кабель
JP5008112B2 (ja) 放射状集合導体
RU2334293C1 (ru) Сверхпроводящий многожильный ленточный провод для переменных и постоянных токов
CN206789376U (zh) 一种用于超导磁体的超导线圈
JP2008124042A (ja) 超電導導体
CN108110917B (zh) 定子
CN204966093U (zh) 微细型扁形换位铝导线
CN217983022U (zh) 耦合电感器和电压转换电路
CN216212389U (zh) 一种交通十字路口智慧杆用电缆
CN214705557U (zh) 超导电缆

Legal Events

Date Code Title Description
122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13809236

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2