ВТСП кабельная линия (ВНИИКП)
2010, Tом 7, выпуск 1
Тематика: ВТСП провода и кабели
Многообещающие перспективы практического применения высокотемпературной сверхпроводимости дали жизнь множеству интереснейших проектов, в том числе и в России. Один из них, призванный перевести силовую электроэнергетику на рельсы сверхпроводимости, - ВТСП кабельная линия длиной 200 метров. Год назад линия была собрана и испытана в условиях максимально приближенным к реальным. Начало этому проекту было положено в 2005 году. Началось все с изготовления и испытаний во «ВНИИКП» небольшого по длине 5-метрового ВТСП кабеля. Из возможных к применению ВТСП лент отбирались самые технологичные. Прорабатывалась конструкция, готовился испытательный стенд для тестирования кабеля, разрабатывались методики испытаний, отрабатывались технологии производства как самого кабеля, так и его сопряжений с внешними устройствами.
Рис. 1. Сверхпроводящий силовой кабель. (1, 2, 3- формер; 4- повивы ВТСП лент; 5- изоляция; 6-сверхпроводящий экран; 7- защитный медный экран; 8- гибкий криостат)
Следующим этапом проекта стал 30 метровый образец ВТСП кабеля. Три отрезка ВТСП кабеля длиной по 30 метров, каждый в своем гибком криостате, у каждого на конце находилась криогенная токовводная муфта. Для испытаний данной системы в Москве в НТЦ «Электроэнергетики» был создан испытательный стенд, позволяющий проводить испытания протяженных образцов ВТСП кабельных линий под нагрузкой. В работу над проектом включаются новые организации, расширяется и география проекта. Так для наложения высоковольтной изоляции и медного экрана кабель был доставлен в город Пермь на завод «Камкабель». Следует заметить, что 30-метровый ВТСП кабель изготавливался полностью в заводских условиях с использованием промышленных технологий, а все его элементы являются прототипами устройств для работы в реальных электросетях. Успешные испытания 30-метровой кабельной линии позволили перейти к следующему этапу – созданию высокотемпературной сверхпроводящей (ВТСП) кабельной линии длиной 200 м (рис. 1). Кабельная линия создавалась не как экспериментальный образец, а была адаптирована к реальной сети, разработана с учетом расположения в существующих кабельных коллекторах и была полностью готова к промышленной эксплуатации. После проведения дополнительных комплексных испытаний, предполагается установить кабельную линию на подстанции «Динамо» в Москве для опытной эксплуатации в 2011–2012 гг.
Рис. 2. Кабельная линия подсоединенная к электрической и криогенной системам полигона.
Ошибочно представлять ВТСП кабельную линию только как протяженный отрезок кабеля в криостате. Это сложная система, включающая криогенную установку, криогенные токовые муфты, системы управления и криообеспечения. Каждый из элементов этой системы – сложное наукоемкое устройство, создавать которые приходилось практически впервые, не опираясь на предшествующий опыт, часто не имея достаточных данных для анализа и возможности для эксперимента. В данной системе тесно переплелись такие отрасли как кабельная техника, криогеника, вакуумная техника, электротехника, диктующие часто противоречивые требования к элементам системы. Создание нетрадиционных видов электротехнического оборудования потребовало выполнения большого комплекса сопутствующих исследований и проведения большого объема электромагнитных, механических, теплофизических и гидродинамических расчетов с их экспериментальной верификацией на макетах и моделях. Успешно проведенные испытания показали правильность принятых решений и готовность ВТСП линии к промышленной эксплуатации.
На данный момент ВТСП кабельная линия находится на полигоне НТЦ «Электроэнергетики» (рис. 2) и проходит дополнительную серию испытаний, таких как испытания при перегрузке, ресурсные испытания, работа в несимметричных режимах и т.п. Для проведения испытаний кабеля током короткого замыкания создан специальный криостат, в котором был расположен 5-метровый образец - свидетель ВТСП кабельной линии. При проведении испытаний удалось достичь тока с максимальной амплитудой в 44 кА и определить термическую и механическую прочность сверхпроводящего кабеля (Рис. 3).
Рис. 3. При испытании током к.з. с максимальной амплитудой 44 кА перегрев не превысил 1,7 К.
В результате проведенных испытаний было подтверждено соответствие всех параметров кабельной линии, значениям, заданным в техническом задании на работу. Сверхпроводящая кабельная линия на основе высокотемпературных сверхпроводников успешно выдержала испытания и готова к установке для опытной эксплуатации в энергосеть г. Москвы.
Созданный опытный образец силовой ВТСП кабельной линии является по своим параметрам (длина и передаваемая мощность) крупнейшим силовым сверхпроводящим кабелем в Европе и третьим–четвертым в мире.
В результате выполнения НИОКР по разработкам силовых сверхпроводящих кабелей на основе высокотемпературных сверхпроводников Россия вышла на передовые позиции в мире. Накоплен многогранный опыт, создан и отработан ряд передовых технологий по изготовлению сверхпроводящих кабельных линий и сопутствующих криогенных устройств.