Разработка элементов ВТСП 2-го поколения и исследование сильноточных ВТСП устройств и их применения в электроэнергетике и транспорте

Отчёт: 62 с., 31 рис., 3 табл., 32 источн. ВТСП ТОКОВВОДЫ, ВТСП ЛЕНТЫ, КОНЦЕВЫЕ УСТРОЙСТВА, КРИОАГЕНТЫ, ВТСП КАБЕЛИ, ИСКУССТВЕННЫЕ ЦЕНТРЫ ПИННИНГА, КРИТИЧЕСКИЙ ТОК, ФЛЮЭНС, ВТСП ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ, ТОКООГРАНИЧИТЕЛЬ, ВТСП МАГНИТ, ОДНОРОДНОСТЬ ПОЛЯ, ФЕРРОМАГНИТНЫЙ СЕРДЕЧНИК Проведён анализ характеристик концевых устройств (токовводов) ВТСП кабелей, указывающий на возможность раздельного охлаждения токовводов и кабелей. Сопоставление теплового состояния токовводов с оптимальным током, охлаждаемых в одинаковом температурном диапазоне газообразными гелием или азотом, показывает 2.5-кратное уменьшение удельного теплопритока к источнику холода по токовводам, охлаждаемым гелием. При этом, соотношение между удельными теплоёмкостями охлаждающих газов определяет разницу в изменении распределения температуры и теплового потока вдоль токовводов. Исследования ВТСП лент 2-го поколения после облучения ионами Ni энергиями до 12 МэВ показывают, что даже при малых энергиях ионов токонесущая способность этих лент при температурах 4,2-77К и диапазоне полей от 1 до 9 Тл существенно увеличивается, а критическая температура при облучении либо вообще не изменяется, либо снижается очень незначительно. Для всех типов образцов наблюдается рост критической плотности тока после облучения ионами Ni при максимальном флюенсе – 5x1011 см-2. Этот метод будет использован для создания ВТСП лент с радиационно созданными искусственными центрами пиннинга (ИЦП) и, следовательно, с повышенной токонесущей способностью. Методом математического моделирования исследована эффективность ограничения токов короткого замыкания (КЗ) с помощью подключения ВТСП предохранителя к электрической сети, содержащей сверхпроводящую линию электропередач. Показано, что эффективность защиты сети, включая и защиту ВТСП кабеля, не уступает таковой у известных токоограничителей. При этом, оценочная стоимость предохранителя, как минимум, на порядок ниже стоимости любых иных токоограничивающих устройств, а единственный недостаток - необходимость замены разрушенной ВТСП вставки после ликвидации короткого замыкания примерно за 10 минут времени, которое, однако, может быть сокращено путем подключения запасной вставки непосредственно после ликвидации КЗ. Предварительными экспериментами при напряжении 1 кВ подтверждена принципиальную возможность использования ВСТП лент в качестве предохранителей в силовых схемах. Изготовлены новые держатели образцов и усиленный криостат, в которых будут произведены и описаны в последующих отчётах эксперименты уже при 6 – 35 кВ. Произведен предварительный расчет двух различных конструкций магнитов из ВТСП ленты 2-го поколения с ИЦП, работающих при 77 К Использование секционированного магнита позволяет добиться наилучших значений однородности, .однако, требует большего расхода сверхпроводника, а вот магнит с ферромагнитным сердечником обеспечивает снижение расхода материала обмотки (примерно в 6 раз) и получить максимальное поле в 2,04 Тл, при этом, по предварительным оценкам для захолаживания потребуется 40 литров жидкого азота, что может обеспечить указанный выше новый криостат. Разработанная конструкция магнита в первом приближении оптимальна по количеству ВТСП материала, величине и однородности магнитного поля, и, по получении от производителя необходимого количества проводника, может быть изготовлена и испытана, с описанием в последующих отчётах.