Снижение потерь на переменном токе в ВТСП проводах 1-го и 2-го поколения
2008, Tом 5, выпуск 5
Тематика: ВТСП провода и кабели
Технология промышленного производства ВТСП проводов на основе Bi-2223 в серебряной матрице хорошо отлажена, однако, основной проблемой использования таких проводников в ВТСП кабелях и трансформаторах является неприемлемо высокий уровень потерь в переменных магнитных полях. Уменьшение размера сверхпроводящих волокон позволяет снизить гистерезисные потери, но из-за электромагнитных связей структура из большого числа параллельных волокон ведет себя в плане кооперативных потерь практически как один массивный сверхпроводник. В Toyohashi University of Technology (Япония) разработали метод транспони-рования ВТСП волокон в проводах на основе Bi-2223 в серебряной матрице для подавления электромагнитной связи между отдельными волокнами (рис. 1).
Рис. 1. Транспонированные волокна и резистивные барьеры в ВТСП проводе 1-го поколения.
Предложенный метод оказался эффективен в полях с амплитудой выше 10 мТл. Величина потерь в образце ВТСП проводника с шагом скрутки 9 мм оказалась почти в два раза ниже, чем для образца без скрутки. Вторым направлением работ Toyohashi University of Technology является снижение гистерезисных и кооперативных потерь за счет увеличения поперечного сопротивления ВТСП проводов на основе Bi-2223 при помощи высокорезистивных барьеров на основе Ca2CuO3 и SrZrO3 с добавлением порошка Bi-2212. В процессе производства перед протяжкой провода на поверхность одиночных ВСТП прутков наносились оксидные порошки. Сечение готового ВТСП проводника показано на рис. 1. Ухудшение критического тока, вызванное введением резистивного барьера, составило около 10%. Несмотря на то, что провода с резистивным барьером обладают меньшим числом ВТСП волокон и большим шагом скрутки, величина потерь в переменном магнитном поле была существенно снижена. Сравнение величины потерь в переменных магнитных полях для различных ВТСП проводов приведено на рис. 2. В настоящее время в Toyohashi University of Technology продолжаются работы по улучшению однородности резистивных барьеров, оптимизации размера и числа сверхпроводящих волокон, а также увеличению шага скрутки проводов.
Рис. 2. Потери на переменном токе в различных ВТСП проводниках 1-го поколения.
Группа компаний Kyushu Electric Power (Япония) в сотрудничестве с Kyushu University (Япония) долгое время занимается разработкой ВТСП трансформаторов, а также ищет пути снижения потерь на переменном токе в ВТСП проводах 2-го поколения. Был предложен следующий метод снижения потерь: сверхпроводящий слой в ВТСП ленте 2-го поколения шириной 5 мм, разделяется на 5 параллельных волокон шириной 1 мм. Затем из модифи-цированной ВТСП ленты была намотана модельная катушка. В качестве электрической изоляции использовалась полиимидная лента. Для сравнения величины потерь на переменном токе была изготовлена аналогичная катушка из 70 м обычной ВТСП ленты 2-го поколения. На рис. 3. приведено сравнение потерь в обеих катушках. Потери измерялись как 4-х контактным методом, так и по количеству испарившегося азота. Результаты, полученные обоими методами, практически идентичны. Проведенные эксперименты показали, что разбиение сверхпроводящего слоя на параллельные волокна уменьшает потери на переменном токе приблизительно в 5 раз. В Kyushu Electric Power полагают, что эта технология будет особенно полезна в производстве сверхпроводящих трансформаторов.
Рис. 3. Потери на переменном токе в ВТСП проводе