Компактный ВТСП кабель – доступная альтернатива Рёбель ?
2011, Tом 8, выпуск 1
Тематика: ВТСП провода и кабели
Не секрет, что для ВТСП электроэнергетики задача объединения отдельных ВТСП проводников в сильноточный токонесущий элемент практически также важна, как задача создания дешевых и практичных ВТСП материалов с высокой плотностью тока. ВТСП токонесущие элементы с критическим током в 1-5 кА и малыми потерями на переменном токе необходимы для ВТСП трансформаторов, различных электрических машин и целого ряда специальных приложений. До последнего времени в мире разрабатывался практически единственный тип токонесущего элемента на основе ВТСП лент 2-го поколения: плоские транспонированные проводники типа Рёбель . Несмотря на хорошие результаты, полученные немецкими и новозеландскими исследователями, изготовление таких токонесущих элементов остается весьма сложным в технологическом плане, а значительное количество исходного ВТСП проводника уходит в отходы. Исследователи из университета Колорадо и Национального Института Стандартов и Технологии (NIST, США) разработали компактный транспонированный ВТСП токонесущий элемент, представляющий собой медный формер диаметром 5,5 мм, вокруг которого навито несколько повивов ВТСП лент 2-го поколения шириной 4 мм (см. Рис. 1).
Рис. 1. Сечение ВТСП токонесущего элемента NIST (технологический макет).
Технология каблирования сравнительно проста (по сравнению с Рёбель проводниками) и уже хорошо освоена на ВТСП кабелях. Создание такого токонесущего элемента стало возможно по причине значительного улучшения механических свойств ВТСП лент, производимых компанией SuperPower. После перехода от YBCO сверхпроводящего слоя к GdBCO допустимая деформация проводника, изготовленного по IBAD/MOCVD технологии, превысила 1%, что позволило изгибать его в процессе намотки на радиус в несколько миллиметров без деградации критического тока (см. Рис. 2).
Рис. 2. Деградация критического тока в зависимости от деформации проводника.
Рис. 3. ВТСП токонесущий элемент и опыт по его изгибу.
В университете Колорадо было изготовлено два коротких образца ВТСП токонесущих элементов с критическим током 1232 А (4 слоя, 12 ВТСП лент, внешний диаметр 6,5 мм) и 2796 А (8 слоев, 24 ВТСП ленты, внешний диаметр 7,5 мм) при 77 К. В ходе исследований готовые токонесущие элементы изгибались с различным радиусом, после чего измерялся критический ток. Эксперименты не показали деградации критического тока при изгибе токонесущих элементов на радиус до 125 мм (Рис. 3). К сожалению, авторы пока не приводят данных по потерям на переменном токе. Вне всякого сомнения, данная работа станет важной вехой на пути сверхпроводимости в электроэнергетику.
1. Science Technology 24, 042001 (2011)