Содержание материала

Для изготовления обмоток сверхпроводящих трансформаторов, СП электрических машин, магнитов, соленоидов и т.д., особенно там, где требуется создать сильное магнитное поле или пропустить большие токи, применяются многожильные сверхпроводящие провода.
МЖСПП состоят из множества СП жил, диаметры которых, значительно меньше диаметров СП проводов.
Условия работы сверхпроводящей жилы в многожильном СП проводе существенно отличаются от условий работы СП жилы в одножильном СП проводе.
СП жила в многожильном СП проводе находится во внешнем магнитном поле других жил МЖСПП. Кроме этого, внешнее магнитное поле СП жилы создается также сверхпроводящими жилами, входящими в другие многожильные СП провода сверхпроводящих обмоток. Результирующее магнитное поле СП жилы В0 может иметь разное направление относительно ее оси и характеризоваться двумя составляющими магнитной индукции на поверхности СП жилы: поперечной составляющей магнитной индукции - В01 и параллельной составляющей В02.

Многожильные скрученные сверхпроводящие провода.

Для уменьшения потерь и увеличения токонесущей способности, СП многожильные провода закручивают вокруг своей продольной оси.
МЖСПП со скрученными жилами используются в обмотках возбуждения магнитного поля.
Каждая жила, такого многожильного СП провода, находится в собственном магнитном поле создаваемом током этой жилы и в магнитном поле, создаваемом токами остальных жил МЖСПП и гоками других витков сверхпроводящей обмотки.
Внешнее магнитное поле индуктирует токи в СП жилах, которые суммируются с током жил, создавая переменное магнитное поле и потери, как в самых СП жилах провода, так и в его матрице.
Индуктированная Э.Д.С. в многожильном сверхпроводящем проводе со скрученными жилами определяется согласно закону электромагнитной индукции в образованном с неоднородной структурой контуре, состоящем из матрицы нормального металла и сверхпроводящих нитей.
Для определения индуктированных токов применяется модель анизотропной среды, характеризуемой разными проводимостями и магнитными проницаемостями в направлениях, перпендикулярных и параллельных сверхпроводящим жилам.
В скрученных проводниках, напряжение между двумя СП жилами периодически меняет знак, что в сильной степени ограничивает токи поперек матрицы СП провода.
Зависимости токонесущей способности и потерь от шага скрутки в продольных и поперечных магнитных полях исследованы в работах[25-29].

5. Многожильные сверхпроводящие провода с локализированным магнитным полем.

ЛМЖСПП - сильноточные провода, в которых полностью использованы высокие качества сверхпроводящих материалов. В этих проводах высокая токонесущая способность сочетается с низким уровнем потерь. Локализированные многожильные сверхпроводящие провода предназначены для создания низкоиндуктивных высокоэффективных рабочих обмоток сверхпроводящих трансформаторов и электрических машин, сильноточных СП кабелей и линий электропередач, силовых обмоток электромашинных СП преобразователей и т.д.
В связи с тем, что в СП обмотках ставится задача снижения потерь и увеличения токонесущей способности, а также снижения индуктивности и внешних магнитных полей, то становится возможным доведение критического тока каждой отдельной СП жилы провода обмоток до максимальной величины, равной критическому току одной уединенной СП жилы при помощи выбора коэффициента заполнения СП провода.
В соответствии с уравнением (2.9) при условии:


В связи с тем, что СП жилы находятся в собственных локализированных магнитных полях, локализированные многожильные сверхпроводящие провода не нуждаются в скрутке и транспозиции.
Потери в локализированных многожильных сверхпроводящих проводах определяются суммарными потерями отдельных СП жил

Однослойный локализированный многожильный сверхпроводящий провод.

Общий вид поперечного сечения сверхпроводящего провода круглого сечения для переменного тока однослойной конструкции с локализированным магнитным полем СП жил показан на рис. 18 [30].
Сверхпроводящие жилы 1 расположены в один слой по среднему диаметру поперечного сечения цилиндрической трубки 2 из стабилизирующего материала. Центральный канал 3 сверхпроводящего провода предназначен для прокачки хладагента (в случае изготовления СП жил из НТСП - жидкий гелий, из ВТСП - жидкий азот).
Расстояние b между продольными осями соседних сверхпроводящих жил определяется из соотношения:

где: dж - диаметр СП жилы.
Количество СП жил в проводе:
Однослойный локализированный многожильный СП провод
Рис. 18. Однослойный локализированный многожильный СП провод

Количество СП жил в ЛМЖСПП в π раз меньше числа жил в обычном многожильном сверхпроводящем проводе с плотным заполнением его сечения СП жилами. При этом, токонесущая способность СП провода сохраняется. Количество СП материала снижается более чем в три раза, что существенно влияет на техно-экономические показатели систем, в которых применяются провода такого исполнения.

Многожильный сверхпроводящий провод с локализированным магнитным полем.

Многожильный сверхпроводящий провод круглого сечения для переменных токов [31] содержит СП жилы 1, установленные в матрице 2 по всему сечению провода на расстоянии b друг относительно друга. 3 - наружная изоляционная оболочка провода (рис.19)


где: - диаметр СП жилы
D - диаметр СП провода
t - шаг размещения СП жил в долях диаметра жилы.
Количество сверхпроводящих жил в проводе определяется по следующей формуле:

Рис. 19. Многожильный СП провод с локализированным магнитным полем
Величина магнитной индукции на поверхности такого ЛМЖСПП:

т.е. величина магнитной индукции на поверхности локализированного многожильного сверхпроводящего провода равна величине магнитной индукции уединенной сверхпроводящей жилы.
В таком СП проводе каждая отдельно взятая СП жила находится в собственном магнитном поле, созданном током жилы. Критический ток такой СП жилы равняется критическому току уединенной жилы.
Критический ток 1К ЛМЖСПП при коэффициенте заполнения

и количество сверхпроводящего материала в это же число раз и улучшает технико-экономические показатели таких СП проводов.