ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ (ВТСП) МАТЕРИАЛОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ (заключительный)

Предложен метод определения теплового состояния конструкций трёхфазных ВТСП кабелей с близкими геометрическими размерами при изменении массового расхода жидкого азота. Показано отсутствие влияния изменения конфигурации движения прямого/обратного потоков криоагента в кабеле одного типа на линейный теплоприток. Проведен сравнительный анализ термогидравлических характеристик кабелей, и показано, что минимальный суммарный теплоприток поступает к триаксиальному кабелю, а максимальный к кабелю с фазами в отдельных криостатах. Низкое значение гидравлического сопротивления и малый подъём температуры криоагента характерны для кабеля с фазами в одном криостате. Методом математического моделирования проведен сравнительный анализ зависимости величины электромагнитных потерь от вида используемых ВТСП-лент для 2 типов кабелей – триаксиальных и с экранированными фазами. Для каждого типа рассчитаны варианты конструкций, укомплектованных тремя видами лент ООО «С-Инновации» – стандартных, выпускавшихся ранее, с критическим током 125 А; с модифицированной конфигурацией, отличающихся от предыдущих переносом всего слоя омеднения со стороны сверхпроводящего покрытия на сторону подложки; и новых с критическим током 250 А и уменьшенной толщиной слоев несверхпроводящих материалов. Показано, что для обоих типов кабелей предпочтительно использование этих последних. Причем, замена лент 1-го вида на новые уменьшает потери в триаксиальных кабелях практически вдвое, а в кабелях с экранированными фазами – почти в 6 раз. Потери в триаксиальных кабелях с новыми лентами на 20% выше потерь в кабелях с экранированными фазами, укомплектованных ими же. Однако, у триаксиальных кабелей имеют значительно меньше расход лент и габариты. Экспериментально исследован эффект взрывного разрушения ВТСП ленты 2-го поколения электрическим током в режиме короткого замыкания. Совместно с ООО «С-Инновации» разработаны ВСТП ленты без медного покрытия, способные сгорать без образования дуги, создана модель взрывного токоограничителя из таких лент с номинальным током 400 А при напряжении 1 кВ, током короткого замыкания в 8,2 – 10 раз больше номинального и временем срабатывания 1,87 – 2,8 мс, при расчетной величине 5 мс. Показано, что образцы ВТСП ленты с медным покрытием в большинстве случаев сгорают с образованием дуги, что в свою очередь вызывает генерацию ударной волны в жидком азоте. Получен патент на полезную модель, изготовлены новые капсулы (держатели образцов) на более высокие напряжения, устойчивые к воздействию ударной волны, построен новый криостат больших размеров и увеличенной механической прочностью. Исследованы ВТСП ленты 2-го поколения на основе различных редкоземельных элементов, облученные ионами Au при различной интенсивности с целью образования искусственных центров пиннинга. Измерение сверхпроводящих свойств производилось в полях 0 – 9 Тл и температурах 77, 65, 50, 40 и 20К. Среди прочих получен образец стабилизированной 12 мм ленты, способный пропускать 70 А в магнитном поле 2 Тл. Произведен предварительный расчет и разработана конструкция охлаждаемого жидким азотом ВТСП соленоида с максимальным полем 2,08 Тл и апертурой 100 мм, предназначенного для исследования свойств ВТСП материалов при 77 К. Модернизирована установка для питания соленоида и образцов проводников, которая будет описана в последующих отчетах. Новое программное обеспечение в среде LabView для этой установки уже написано.