ВТСП КАБЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА CHUBU UNIVERSITY
2008, Tом 5, выпуск 4
Тематика: ВТСП провода и кабели
В отличие от ВТСП кабелей переменного тока, ВТСП кабели постоянного тока освещены в литературе в значительно меньшей степени, число патентов и публикаций по ВТСП кабелям постоянного тока почти на порядок меньше, чем по кабелям переменного тока. До сих пор не существует ни одного полупромышленного образца ВТСП кабеля постоянного тока, практически все публикации по данной тематике носят характер концептуальных проектов. На сегодня в мире существуют несколько лабораторных макетов ВТСП кабелей постоян-ного тока, самый представительный из них был создан в 2006 г. в Chubu University, Япония. Основные параметры ВТСП кабеля представлены в таблице, конструкция кабеля изображена на рис. 1.
Основные параметры ВТСП кабеля Chubu University
Разработанный Chubu University в ВТСП кабель постоянного тока по своей конструкции похож на ВТСП кабели переменного тока. В центре находится скрученный из медных проводов формер, воспринимающий механические нагрузки, которым кабель подвергается в ходе изготовления и прокладки. Поверх формера нанесен слой электрической изоляции, на которую намотан первый повив ВТСП лент. Во всех полупромышленных образцах ВТСП кабелей переменного тока формер и ВТСП проводники находятся в хорошем электрическом и тепловом контакте, что позволяет кабелю благополучно выдерживать токи короткого замыкания. В кабеле Chubu University электрического контакта между формером и ВТСП лентами не предусмотрено, так как его разработчики решили провести экспериментальное исследование распределения тока по отдельным ВТСП проводникам, что было бы невозможно при замыкании их на формер. Конструкция кабеля, его токовводов и криостата позволяла производить независимые измерения тока в каждой из ВТСП лент. Поверх первого повива ВТСП лент нанесен тонкий слой электрической изоляции, на которую намотан второй повив ВТСП лент. Тонкий слой электрической изоляции между повивами препятствует нежелательному перетеканию токов. В кабеле Chubu University использовались ВТСП проводники из Bi-2223 с критическим током 105 А (критерий 1 мкВ/см). Общее число ВТСП проводников в обоих повивах кабеля составило 39 лент.
Рис.1. Конструкция ВТСП кабеля Chubu University
Поверх обоих повивов из ВТСП лент нанесена изоляция, диэлектрическая прочность которой составляла 30 кВ. Поверх изоляции намотаны медный экран и защитная оплетка. Внешний диаметр ВТСП кабеля (без криостата) составляет 40 мм. Испытательный криостат и токовводы ВТСП кабеля изображены на рис. 2.
Рис. 2. Токовводы ВТСП кабеля постоянного тока.
Отличительной особенностью кабеля Chubu University является конструкция токовводов. Для того чтобы можно было измерить распределение токов в отдельных лентах, к каждой из них был подсоединен отдельный токоввод. Разумеется, такое техническое решение никогда не будет применено в промышленных и полупромышленных образцах ВТСП кабелей в силу своей чрезмерной сложности. Впервые в ВТСП кабеле были применены токовводы с дополни-тельным охлаждением от элементов Пельтье, что позволило существенно сократить теплоприток по токовводам. Из рис. 2 видно, что токовводы с элементами Пельтье, не подвержены обмерзанию. Эксперименты с макетом ВТСП кабеля показали хорошую однородность распределения тока по ВТСП лентам, был успешно достигнут рабочий ток в 2,2 кА.
По оценкам разработчиков ВТСП кабеля из Chubu University, использование ВТСП кабелей постоянного тока с номинальным напряжением 20-30 кВ сулит ощутимые выгоды, так как стоимость преобразовательных агрегатов данного класса напряжений существенно ниже, чем для высоковольтных устройств аналогичной мощности. По сравнению с ВТСП кабелями переменного тока в ВТСП кабелях постоянного тока принципиально отсутствуют потери на переменном токе, которые являются одним из основных источников теплопритоков в криогенный объем.