Исследования в области сильноточной сверхпроводимости применительно для электроэнергетики

Проведена разработка и определены основные требования к стенду для криогенных электромагнитных измерений. Предварительно исследованы прессованные образцы, состоящие из полиметаллических частиц размером 6 - 100 нм. Показано, что образцы имеют нестабильность проводимости во времени, особенно при температуре жидкого азота. Электрические, механические и температурные воздействия на образцы вызывают изменение проводимости с длительной релаксацией в близкое к исходному состоянию.Предложен аналитический метод решения и получены математические зависимости, определяющие изменение температуры в неохлаждаемых с боковой поверхности ВТСП-токовводах. Рассмотрено изменение теплового состояния ВТСП-токовводов с изменением плотности тока при охлаждении нижнего конца токоввода жидким азотом и гелием. Проведена работа по расширению возможностей экспериментального измерительного стенда для исследования ВТСП. Реализовано подавление высокочастотных помех и получен на виртуальном экране осциллографа в среде LabView сигнал с нагрузки именно той частоты и формы, которая задается источником питания CI 1251RP. Система способна генерировать переменный ток до 200 А с частотами от 5 до 100 Гц. ВТСП-силовые кабели и устройства на их основе подвергаются термомеханическим напряжениям, существенным механическим нагрузкам за счет силы Лоренца в различных переходных режимах, а также вибрации от внешних источников. Предложено и реализовано электрохимическое меднение жилы для транспонированного кабеля (Ребеля) после, а не до вырубки нужного профиля, что эффективно защищает торец ленты и значительно увеличивает устойчивость провода, критический ток не уменьшается при многократном термоциклировании, что расширяет область применения сильноточных ВТСП-кабелей. Установлены предельно допустимые усилия сжатия, не приводящие к деградации критического тока ВТСП-2 в процессе создания спаев. Исследованы вольтамперные характеристики спаев коммерческих ВТСП-2, созданных при разном усилии сжатия до предельного значения, рассчитанного на основе калибровки при помощи установки Instron. У образцов ВТСП-2 производства компаний SuperPower и Sunam деградации критического тока нет вплоть до 32 МПа, а у образцов компании SuperOx происходит снижение критического тока на 30% при давлении сжатия 27 МПа. В нестабилизированных ВТСП при переходе в нормальное состояние необходимо обеспечивать допустимый тепловой режим работы в течение сотен миллисекунд. Для оптимальной работы в режиме перехода, при выделении большой мощности в токонесущих элементах, необходимо увеличение теплоемкости устройства и теплоотвода с поверхности. Использование в качестве стабилизирующего покрытия ВТСП-провода керамики с высокой теплопроводностью на основе оксида алюминия решает обе эти задачи одновременно. Предложена конструкция сверхпроводящего токоограничителя трансформаторного типа (127 кВ, 2 кА), и рассчитаны его характеристики. Показано, что по сравнению с несверхпроводящим аналогом вес обмоток меньше в 24 раза, а потери энергии – в 5,7 раз. Исследована зависимость гистерезисных и матричных потерь в ВТСП-кабелях постоянного тока от характеристик используемых преобразователей напряжения. Показано, что с экономической точки зрения для кабелей оптимизированной конструкции достаточно применение выпрямителей, основанных на 12-пульсной схеме Ларионова, в этом случае электромагнитные потери в кабеле составляют 20% тепловых потерь криостата.