RU208602U1 - Superconducting current limiting device for voltage class up to 1000 V - Google Patents
Superconducting current limiting device for voltage class up to 1000 V Download PDFInfo
- Publication number
- RU208602U1 RU208602U1 RU2021118106U RU2021118106U RU208602U1 RU 208602 U1 RU208602 U1 RU 208602U1 RU 2021118106 U RU2021118106 U RU 2021118106U RU 2021118106 U RU2021118106 U RU 2021118106U RU 208602 U1 RU208602 U1 RU 208602U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- superconducting
- limiting
- superconducting current
- limiting device
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
- H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
- H02H9/023—Current limitation using superconducting elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области электротехники, в частности к токоограничивающим устройствам. Технический результат заключается в уменьшении массогабаритных показателей криостата токоограничивающего устройства и в возможности работы в условиях вибрации, качки и смены ориентации в пространстве. Достигается тем, что сверхпроводниковое токоограничивающее устройство резистивного типа для транспортного средства содержит вертикальный цилиндрический криостат с внешним и внутренним резервуарами, разделенными вакуумной полостью, внутренний резервуар содержит вертикально соосно размещенные сверхпроводящие токоограничивающие модули, последовательно соединенные токопроводящими шинами и расположенные один над другим с минимальным зазором; сверхпроводящие токоограничивающие модули соединены с подводящим и отводящим токовводами, отличающееся тем, что подводящий и отводящий токовводы, связаны с внутренним резервуаром через вакуумную полость по тепловым развязкам, которые выполнены из тонкостенной нержавеющей трубки. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.The utility model relates to the field of electrical engineering, in particular to current-limiting devices. The technical result is to reduce the weight and size parameters of the cryostat of the current-limiting device and the ability to work in conditions of vibration, pitching and change of orientation in space. It is achieved by the fact that the resistive-type superconducting current-limiting device for a vehicle contains a vertical cylindrical cryostat with external and internal reservoirs separated by a vacuum cavity, the inner reservoir contains vertically coaxially placed superconducting current-limiting modules connected in series by current-carrying tires and located one above the other with a minimum gap; superconducting current-limiting modules are connected to the inlet and outlet current leads, characterized in that the inlet and outlet current leads are connected to the internal reservoir through a vacuum cavity along thermal decouplings, which are made of a thin-walled stainless tube. 5 z.p. f-ly, 4 ill.
Description
Область техники.The field of technology.
Предлагаемое сверхпроводниковое токоограничивающее устройство резистивного типа для транспортного средства относится к приборам с использованием сверхпроводимости, в частности к приборам с переключением из сверхпроводящего состояния в нормальное состояние, также его можно отнести к таким устройствам, как сверхпроводниковое токоограничивающее устройство на класс напряжения до 1000 В (1 кВ), то есть к низковольтному оборудованию.The proposed superconducting current-limiting device of the resistive type for a vehicle belongs to devices using superconductivity, in particular to devices with switching from a superconducting state to a normal state, it can also be attributed to such devices as a superconducting current-limiting device for a voltage class up to 1000 V (1 kV ), that is, to low-voltage equipment.
Уровень техники.State of the art.
Токоограничивающее устройство с использованием высокотемпературных сверхпроводников (далее - ВТСП-ТОУ) защищает электрическую цепь от повышенных токов, которые могут возникнуть в результате перегрузок, при повышенном напряжении сети, коротких замыканиях и других неисправностях.A current-limiting device using high-temperature superconductors (hereinafter referred to as HTSC-TOU) protects the electrical circuit from increased currents that may arise as a result of overloads, with increased network voltage, short circuits and other malfunctions.
Повышенные токи, в том числе, возникают в системах электропитания транспортных средств, которые работают на полностью электрических или гибридных силовых установках. Например, в цепи силовой установки транспортного средства, токи выше номинального, например, токи 2000 А и более, могут возникнуть в результате короткого замыкания в цепи, запитанной от аккумуляторной батареи.Increased currents, among other things, arise in the power supply systems of vehicles that operate on fully electric or hybrid power plants. For example, in the power plant circuit of a vehicle, currents higher than rated, for example, currents of 2000 A or more, may result from a short circuit in a circuit powered by a battery.
ВТСП-ТОУ, как правило, выполнены в виде криостата, наполняемого охлаждающим компонентом, с установленными в нем токоограничивающими модулями на базе высокотемпературных сверхпроводниковых проводов (далее ВТСП-проводов), соединенных последовательно или параллельно.HTSC-TOU, as a rule, are made in the form of a cryostat filled with a cooling component, with current-limiting modules installed in it based on high-temperature superconducting wires (hereinafter HTSC wires) connected in series or in parallel.
В связи со спецификой реализации ВТСП-ТОУ и рассматриваемого назначения, а именно использование криогенного охлаждения для ВТСП-модулей и применение ВТСП-ТОУ в транспортных средствах, возникает проблема компоновки элементов, которые находятся под напряжением, за счет большой напряженности электрических полей внутри криостата, что увеличивает габариты устройства. Возможность воздействия вибраций, качки, смены ориентации в пространстве, что может происходить во время движения транспортного средства, требует применения ограниченного списка возможных материалов, которые позволяют сохранить необходимые прочностные характеристики криостата (сталь, композиционные материалы), как при комнатной температуре, так и при температурах жидкого азота (-196°С), в случае, если жидким азотом будет омываться вся полость криостата, в которой располагается ВТСП-ТОУ. Также в случае, если ВТСП-ТОУ используется в составе силовой установки с единой системой криогенного обеспечения, требуется его охлаждение посредством подключения к проточной магистрали подачи хладагента из общей криогенной системы.In connection with the specifics of the implementation of HTSC-TOU and the intended purpose, namely the use of cryogenic cooling for HTSC-modules and the use of HTSC-TOU in vehicles, there is a problem of arrangement of elements that are energized due to the high intensity of electric fields inside the cryostat, which increases the dimensions of the device. The possibility of exposure to vibrations, rolling, change of orientation in space, which can occur while the vehicle is in motion, requires the use of a limited list of possible materials that allow maintaining the required strength characteristics of the cryostat (steel, composite materials), both at room temperature and at temperatures liquid nitrogen (-196 ° С), if the entire cavity of the cryostat, in which the HTSC-TOU is located, is washed with liquid nitrogen. Also, if HTSP-TOU is used as part of a power plant with a unified cryogenic supply system, it needs to be cooled by connecting it to the flow line for supplying refrigerant from a common cryogenic system.
В уровне техники большинство решений ВТСП-ТОУ рассматривают установку токоограничивающих устройств в сети на класс напряжения от среднего до ультравысокого, т.е. на напряжение более 1000 В (1 кВ).In the prior art, most HTSC-TOU solutions consider the installation of current-limiting devices in the network for a voltage class from medium to ultra-high, i.e. for voltages over 1000 V (1 kV).
Так в патенте JP 4000084 (H01L 39/04, 31.10.2007) раскрыто устройство сверхпроводникового ограничителя тока среднего напряжения - 6,6 кВ. Устройство состоит из последовательно соединенных прямоугольных сверхпроводниковых модулей, расположенных в криостате с жидким азотом. Охлаждение производится при помощи криорефрижератора, охлаждающего разделительную пластину. Заявлено, что описанное устройство позволяет создать компактный ограничитель тока с низким уровнем газообразования при переходе модулей из сверхпроводникового в нормальное состояние.Thus, JP 4000084 (H01L 39/04, 31.10.2007) discloses a device for a superconducting medium voltage current limiter - 6.6 kV. The device consists of series-connected rectangular superconducting modules located in a cryostat with liquid nitrogen. Cooling is carried out using a cryo-refrigerator that cools the separating plate. It is stated that the described device makes it possible to create a compact current limiter with a low level of gassing during the transition of modules from a superconducting state to a normal state.
К недостаткам технического решения по патенту JP 4000084 можно отнести способ криогенного охлаждения, который требует криорефрижератора - достаточно тяжелого устройства, увеличивающего массогабаритные параметры всего изделия. Также для работы изделия требуется наличие газового слоя под крышкой, поскольку крышка не является утепленной. Такое исполнение исключает подключение токоограничивающего устройства к магистрали снабжения хладагентом от единой криогенной системы силовой установки транспортного средства, а также требует стационарного размещений устройства, исключающего качку или изменения ориентации в пространстве.The disadvantages of the technical solution according to JP 4000084 can be attributed to the cryogenic cooling method, which requires a cryorefrigerator - a rather heavy device that increases the weight and size parameters of the entire product. Also, the product requires a gas layer under the lid for operation, since the lid is not insulated. This design excludes the connection of the current-limiting device to the refrigerant supply line from the unified cryogenic system of the vehicle's power plant, and also requires stationary placement of the device, which excludes rolling or changes in orientation in space.
Подобное решение представлено в патенте JP 5060064 (H01F 6/04, 31.10.2012), в котором описывается сверхпроводниковый ограничитель токов короткого замыкания резистивного типа, состоящего из криостата с хладагентом (жидкий азот), с вмонтированными в нем сверхпроводникового токоограничивающего устройства и криорефрижератора. Описанное расположение головы криорефрижератора, погруженной в хладагент, и наличие газовой прослойки между поверхностью хладагента и крышкой криостата, обеспечивает стабильную конвекцию жидкого азота, а также создает повышенное давление внутри криостата за счет нагрева верхнего слоя газа. Таким образом, по мнению авторов, во время срабатывания токоограничивающего устройства и, следовательно, кипения хладагента повышается электрическая прочность за счет повышенного давления.A similar solution is presented in patent JP 5060064 (
Это решение имеет существенный недостаток с точки зрения применения устройства в авиации, а именно - необходимость вертикального расположения криостата со строгой фиксацией к основанию (например, к полу), что является невозможным в воздушных судах при маневрах. В случае эксплуатации под наклоном будет либо оголяться голова криорефрижератора и, следовательно, будет конденсация паров газа и снижение давления, либо сверхпроводящая часть будет находиться в газовом пространстве при повышенной температуре и с пониженной электрической изоляцией, что приведет к невозвратному повреждению устройства.This solution has a significant drawback from the point of view of using the device in aviation, namely, the need for a vertical arrangement of the cryostat with strict fixation to the base (for example, to the floor), which is impossible in aircraft during maneuvers. In the case of oblique operation, either the head of the cryorefrigerator will be exposed and, therefore, there will be condensation of gas vapors and a decrease in pressure, or the superconducting part will be in the gas space at an elevated temperature and with reduced electrical insulation, which will lead to irreversible damage to the device.
Наиболее близким решением сверхпроводникового токоограничивающего устройства к предложенному является сверхпроводниковый ограничитель тока резистивного типа по патенту RU 2639316 (Н02Н 9/02, 21.12.2017).The closest solution of a superconducting current-limiting device to the proposed one is a resistive-type superconducting current limiter according to patent RU 2639316 (Н02Н 9/02, 21.12.2017).
В патенте RU 2639316 конструкция сверхпроводникового ограничителя тока короткого замыкания, включает в себя криостат с расположенным внутри него набором круглых сверхпроводящих модулей ограничителя тока, упомянутые модули размещаются между подводящей и отводящей шинами с образованием как механического соединения, так и электрического параллельного соединения, в котором подвод тока осуществляется к контактным выводам, расположенным на противоположных концах отводящей и подводящей шин.In the patent RU 2639316, the design of a superconducting short-circuit current limiter includes a cryostat with a set of round superconducting current limiter modules located inside it, said modules are placed between the supply and output buses to form both a mechanical connection and an electrical parallel connection, in which the current supply is carried out to the contact terminals located at opposite ends of the outlet and inlet busbars.
Техническое решение по патенту RU 2639316 не имеет преимуществ для случая, когда значение критического тока сверхпроводникового провода больше либо равно номинальному току электрической цепи, как в предлагаемом устройстве, а значит, не требуется использовать несколько токоограничивающих модулей в параллельном соединении, как в случае, рассмотренном в RU 2639316, где номинальный ток составляет единицы килоампер и превышает критический ток одного модуля. Кроме того, техническое решение по патенту RU 2639316 не рассматривает иного компактного расположения ВТСП-провода, кроме как увеличение размеров самого токоограничивающего модуля, что повлечет за собой увеличение криостата в диаметре, увеличит механические напряжения в стенках криостата, что, в свою очередь, потребует увеличения толщины стенки и массы всего устройства.The technical solution according to the patent RU 2639316 has no advantages for the case when the value of the critical current of the superconducting wire is greater than or equal to the rated current of the electric circuit, as in the proposed device, which means that it is not required to use several current-limiting modules in parallel connection, as in the case considered in RU 2639316, where the rated current is several kiloamperes and exceeds the critical current of one module. In addition, the technical solution under the patent RU 2639316 does not consider any other compact arrangement of the HTSC wire, except for an increase in the size of the current-limiting module itself, which will entail an increase in the diameter of the cryostat, increase the mechanical stresses in the walls of the cryostat, which, in turn, will require an increase in wall thickness and mass of the entire device.
Также в сверхпроводниковом ограничителе тока короткого замыкания по патенту RU 2639316 используется криорефрижератор, увеличивающий массу устройства, и отсутствует возможность подключения устройства в магистраль снабжения хладагентом от единой криогенной системы силовой установки. Исходя из конструкции устройства, оно также требует стационарного размещения, исключающего качку и изменение пространственной ориентации.Also, in the superconducting short-circuit current limiter according to the patent RU 2639316, a cryo-refrigerator is used, which increases the mass of the device, and there is no possibility of connecting the device to the refrigerant supply line from a single cryogenic system of the power plant. Based on the design of the device, it also requires a stationary placement, which excludes rolling and changes in spatial orientation.
Вышеперечисленные недостатки известных технических решений являются технической проблемой при реализации низковольтных ВТСП-ТОУ.The above disadvantages of the known technical solutions are a technical problem in the implementation of low-voltage HTSC-TOU.
Раскрытие сущности полезной модели.Disclosure of the essence of the utility model.
Заявленная полезная модель позволяет устранить данную техническую проблему, а именно, позволяет собрать ВТСП-ТОУ для напряжений до 1 кВ с охлаждением циркуляцией хладагента от внешней криогенной системы, а также оптимизировать конструкцию токоограничивающего устройства с минимальными массогабаритными характеристиками, что позволяет использовать ВТСП-ТОУ в транспортных средствах, в частности, на воздушном транспорте.The declared utility model eliminates this technical problem, namely, it allows assembling HTSC-TOU for voltages up to 1 kV with cooling by the circulation of a refrigerant from an external cryogenic system, as well as to optimize the design of a current-limiting device with minimum weight and size characteristics, which allows the use of HTSC-TOU in transport means, in particular, in air transport.
Технический результат полезной модели заключается в уменьшении массогабаритных показателей криостата токоограничивающего устройства и в возможности работы в условиях вибрации, качки и смены ориентации в пространстве.The technical result of the utility model is to reduce the mass and size parameters of the cryostat of the current-limiting device and the ability to work in conditions of vibration, rolling and change of orientation in space.
Указанный технический результат достигается за счет ВТСП-ТОУ резистивного типа для транспортного средства, содержащего вертикальный цилиндрический криостат с внешним и внутренним резервуарами, разделенными вакуумной полостью, при этом внутренний резервуар содержит вертикально соосно размещенные сверхпроводниковые токоограничивающие модули, последовательно соединенные токопроводящими шинами, при этом сверхпроводниковые токоограничивающие модули соединены с подводящим и отводящим токовводами, в свою очередь, эти токовводы и, по меньшей мере, один полый патрубок заполнения криогенной средой, связанный с внутренним резервуаром через вакуумную полость по тепловым развязкам.The specified technical result is achieved due to a resistive-type HTSC-TOU for a vehicle containing a vertical cylindrical cryostat with external and internal reservoirs separated by a vacuum cavity, while the internal reservoir contains vertically coaxially placed superconducting current-limiting modules, connected in series by conductive buses, while superconducting current-limiting the modules are connected to the input and output current leads, in turn, these current leads and at least one hollow pipe for filling with a cryogenic medium connected to the inner reservoir through the vacuum cavity by thermal decoupling.
В частных воплощениях полезной модели сверхпроводниковые токоограничивающие модули ВТСП-ТОУ выполнены в виде катушки токоограничивающего модуля с намотанным ВТСП-проводом второго поколения.In particular embodiments of the utility model, superconducting current-limiting modules of the HTSC-TOU are made in the form of a coil of a current-limiting module with a wound HTSC wire of the second generation.
Кроме того, сверхпроводниковые токоограничивающие модули могут быть размещены соосно в горизонтальной плоскости.In addition, superconducting current-limiting modules can be positioned coaxially in the horizontal plane.
В частных воплощениях криостат ВТСП-ТОУ может быть выполнен из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т.In private embodiments, the HTSP-TOU cryostat can be made of 12X18H10T stainless steel.
При этом токовводы ВТСП-ТОУ представляют собой медные шины, вклеенные в тепловые развязки через стеклопластиковый изолятор.In this case, the HTSP-TOU current leads are copper buses glued into thermal decouples through a fiberglass insulator.
При этом соединение каждого полого патрубка заполнения криогенной средой с внешним и внутренним резервуарами выполнено герметичным для заполнения криогенной средой внутреннего резервуара.At the same time, the connection of each hollow pipe for filling with a cryogenic medium with the external and internal reservoirs is made hermetically sealed for filling the internal reservoir with the cryogenic medium.
Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение ВТСП-ТОУ в сечении.FIG. 1 shows a schematic sectional view of an HTSC-TOU.
На фиг. 2 представлено ВТСП-ТОУ в изометрической проекции.FIG. 2 shows the HTSC-TOU in isometric projection.
На фиг. 3 представлен сверхпроводниковый токоограничивающий модуль.FIG. 3 shows a superconducting current-limiting module.
На фиг. 4 представлена схема применения ВТСП-ТОУ в электрической и криогенной цепи летательного аппарата.FIG. 4 shows a diagram of the use of HTSC-TOU in the electrical and cryogenic circuit of an aircraft.
На фиг. 1-3 обозначены:FIG. 1-3 are indicated:
1. Цилиндрический криостат.1. Cylindrical cryostat.
2. Внешний резервуар.2. External tank.
3. Внутренний резервуар.3. Internal reservoir.
4. Вакуумная полость.4. Vacuum cavity.
5. Тепловая развязка полого патрубка заполнения криогенной средой.5. Thermal decoupling of the hollow pipe for filling with a cryogenic medium.
6. Сверхпроводниковый токоограничивающий модуль.6. Superconducting current-limiting module.
7. Токопроводящая шина.7. Conductive bus.
8. Подводящий токоввод.8. Lead current lead.
9. Отводящий токоввод.9. Outlet current lead.
10. Тепловая развязка токоввода.10. Thermal decoupling of the current lead.
11. Подводящая шина.11. Supply tire.
12. Отводящая шина.12. Outgoing bus.
13. ВТСП-провод.13. HTSC wire.
14. Катушка токоограничивающего модуля.14. Coil of the current-limiting module.
15. Полый патрубок заполнения криогенной средой.15. Hollow pipe for filling with cryogenic medium.
ВТСП-ТОУ (фиг. 1) содержит цилиндрический криостат (1) с внешним (2) и внутренним (3) резервуарами, разделенными вакуумной полостью (4). Во внутреннем резервуаре (3) вертикально соосно размещены сверхпроводниковые токоограничивающие модули (6), выполненные в виде катушек токоограничивающего модуля (14) (фиг. 3) с намотанным ВТСП-проводом (13).HTSC-TOU (Fig. 1) contains a cylindrical cryostat (1) with external (2) and internal (3) reservoirs, separated by a vacuum cavity (4). Superconducting current-limiting modules (6) made in the form of coils of a current-limiting module (14) (Fig. 3) with a wound HTSC wire (13) are vertically coaxially located in the inner reservoir (3).
Сверхпроводниковые токоограничивающие модули (6) последовательно соединены токопроводящими шинами (7).Superconducting current-limiting modules (6) are connected in series by conductive buses (7).
При малом напряжении (до 1000 В включительно) последовательное соединение сверхпроводниковых токоограничивающих модулей позволяет расположить эти модули один над другим с минимальным зазором, поскольку при срабатывании ВТСП-ТОУ напряжение между сверхпроводниковыми токоограничивающими модулями не будет превышать 200 В, что меньше минимального напряжения электрического пробоя в жидком азоте, используемом в качестве криогенной среды. Представленное в заявленной полезной модели последовательное расположение сверхпроводниковых токоограничивающих модулей (6) является наиболее компактным. При этом внутренний резервуар (3) по форме повторяет сборку сверхпроводниковых токоограничивающих модулей (6) с расстоянием от сборки до стенок резервуара в 10 мм для обеспечения электрической изоляции.At low voltage (up to 1000 V inclusive), the serial connection of superconducting current-limiting modules allows these modules to be placed one above the other with a minimum gap, since when the HTSC-TOU is triggered, the voltage between the superconducting current-limiting modules will not exceed 200 V, which is less than the minimum voltage of electric breakdown in liquid nitrogen used as a cryogenic medium. The sequential arrangement of superconducting current-limiting modules (6) presented in the claimed utility model is the most compact. In this case, the inner reservoir (3) repeats in shape the assembly of superconducting current-limiting modules (6) with a distance from the assembly to the walls of the reservoir of 10 mm to ensure electrical insulation.
Сверхпроводниковые токоограничивающие модули (6) соединены с подводящим и отводящим токовводами (8, 9) через соответствующие подводящую (11) и отводящую (12) шины.Superconducting current-limiting modules (6) are connected to the input and output current leads (8, 9) through the corresponding input (11) and output (12) buses.
Токопроводящие шины (7), соединяющие сверхпроводниковые токоограничивающие модули (6) могут быть выполнены из токопроводящего материала, например, из меди.The conductive buses (7) connecting the superconducting current-limiting modules (6) can be made of a conductive material, for example, copper.
Подводящий и отводящий токовводы (8, 9) выполнены из меди или латуни в изоляционном кожухе из стеклопластика и монтируются к внутреннему резервуару через тепловые развязки токовводов (10).The input and output current leads (8, 9) are made of copper or brass in a fiberglass insulating casing and are mounted to the inner tank through thermal decoupling of the current leads (10).
Внутренний резервуар (3) выполнен с возможностью заполнения криогенной средой из внешней криосистемы транспортного средства за счет, по меньшей мере, одного полого патрубка заполнения криогенной средой (15), который связан с внутренним резервуаром от внешнего резервуара через вакуумную полость (4) через тепловую развязку полого патрубка заполнения криогенной средой (5) (на фиг. 2 в изометрической проекции показано расположение тепловых развязок полых патрубков заполнения криогенной средой в том случае, когда их две).The inner tank (3) is configured to be filled with a cryogenic medium from the external cryosystem of the vehicle due to at least one hollow pipe for filling with a cryogenic medium (15), which is connected to the inner tank from the external tank through a vacuum cavity (4) through a thermal decoupling a hollow branch pipe for filling with a cryogenic medium (5) (Fig. 2 in isometric projection shows the location of thermal junctions of hollow pipes for filling with a cryogenic medium in the case when there are two of them).
Каждая тепловая развязка выполнена из тонкостенной нержавеющей трубки, в результате чего внутренний резервуар (3) весь находится при температуре жидкого азота, без газового разделительного кармана в верхней части, а внешний резервуар (2) не охлаждается до криогенных температур. Вследствие этого внутренний резервуар (3) имеет минимально возможные размеры, и устройство может стабильно работать даже при смене ориентации в пространстве.Each thermal decoupling is made of a thin-walled stainless tube, as a result of which the inner tank (3) is entirely at the temperature of liquid nitrogen, without a gas separation pocket in the upper part, and the outer tank (2) is not cooled to cryogenic temperatures. As a result, the inner reservoir (3) has the smallest possible dimensions, and the device can work stably even when the orientation in space is changed.
Уменьшение внутреннего резервуара (3) позволяет уменьшить и внешние размеры криостата (1) в целом (высоту криостата и площади верхней и нижней поверхности), а вместе с ними, и напряжения в стенках криостата, а, следовательно, и толщину стенки, и суммарную массу ВТСП-ТОУ.A decrease in the internal reservoir (3) makes it possible to reduce the external dimensions of the cryostat (1) as a whole (the height of the cryostat and the areas of the upper and lower surfaces), and with them, the stresses in the walls of the cryostat, and, consequently, the wall thickness, and the total mass HTSC-TOU.
Внутренний резервуар (3) полностью выполнен из совместимых с криогенной средой (например, жидкий азот) материалов (например, нержавеющая сталь), и допускает полное заполнение криогенной средой без образования газовой подушки.The inner reservoir (3) is completely made of materials compatible with the cryogenic medium (eg liquid nitrogen) (eg stainless steel), and allows complete filling with the cryogenic medium without forming a gas blanket.
Полное заполнение криогенной средой внутреннего резервуара (3) становится возможным, за счет тепловых развязок (5, 10) и изготовления внутреннего резервуара (3) с применением материалов и технологий, устойчивых к воздействию криогенного охлаждения (например, нержавеющая сталь и аргонодуговая сварка).The complete filling of the inner tank (3) with a cryogenic medium becomes possible due to thermal decoupling (5, 10) and the manufacture of the inner tank (3) using materials and technologies that are resistant to the effects of cryogenic cooling (for example, stainless steel and argon-arc welding).
Осуществление изобретения.Implementation of the invention.
Реализованная конструкция ВТСП-ТОУ на класс напряжения до 1000 В, включает криостат, выполненный из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, с расположенными в нем сверхпроводниковыми токоограничивающими модулями последовательно соединенными при помощи медных токопроводящих шин.The implemented design of HTSC-TOU for voltage class up to 1000 V includes a cryostat made of stainless steel 12X18H10T, with superconducting current-limiting modules located in it, connected in series using copper conductive buses.
В данном воплощении каждый сверхпроводниковый токоограничивающий модуль из набора модулей выполнен для минимизации паразитной индуктивности в виде бифилярной катушки намотанной из ВТСП-провода, изготовленного в виде ленты, а в качестве материала катушки в модуле используется стеклотекстолит и вставки из нержавеющей стали (фиг.3).In this embodiment, each superconducting current-limiting module from the set of modules is made to minimize parasitic inductance in the form of a bifilar coil wound from an HTSC wire made in the form of a tape, and fiberglass and stainless steel inserts are used as the coil material in the module (Fig. 3).
Сверхпроводниковые токоограничивающие модули через подводящую и отводящую шины жестким соединением подсоединяются к подводящему и отводящему токовводам, осуществляющим подвод тока из электрической цепи.Superconducting current-limiting modules are rigidly connected through the supply and output busbars to the supply and output current leads that supply current from the electrical circuit.
ВТСП-ТОУ подводящим и отводящим токовводами подключено (фиг. 4) между батарейным блоком и распределительным устройством электрической силовой установки летательного аппарата.The HTSC-TOU is connected by the input and output current leads (Fig. 4) between the battery pack and the switchgear of the electric power plant of the aircraft.
В данном воплощении ВТСП-ТОУ имеет два полых патрубка заполнения криогенной средой, имеющих тепловую развязку внутреннего резервуара от внешнего резервуара. Внутренний резервуар ВТСП-ТОУ подсоединен через эти патрубки для ввода криогенной жидкости к трубопроводам криосистемы летательного аппарата.In this embodiment, the HTSC-TOU has two hollow nozzles for filling with a cryogenic medium, with thermal decoupling of the inner reservoir from the external reservoir. The internal reservoir of the HTSP-TOU is connected through these branch pipes for introducing the cryogenic liquid to the pipelines of the cryosystem of the aircraft.
Необходимая температура, обеспечивающая стабильную работу сверхпроводниковых токоограничивающих модулей и нахождение всех сверхпроводников в сверхпроводящем состоянии, обеспечивается путем подачи криогенной среды (жидкого азота) через полые патрубки заполнения криогенной средой.The required temperature, which ensures the stable operation of the superconducting current-limiting modules and the finding of all superconductors in the superconducting state, is provided by supplying a cryogenic medium (liquid nitrogen) through hollow nozzles for filling with a cryogenic medium.
Представленное решение может быть использовано для установки токоограничивающего устройства на борту летательного аппарата для повышения его надежности без значительного увеличения рабочей массы летательного аппарата, например, после аккумуляторной батареи летательного аппарата. Установка ВТСП-ТОУ, так как это показано на схеме, представленной на фиг.4, предохраняет от попадания повышенных токов в двигатель, возникающих, например, в момент коммутации аккумуляторной батареи к электродвигателю.The presented solution can be used to install a current-limiting device on board an aircraft to improve its reliability without significantly increasing the operating mass of the aircraft, for example, after the aircraft battery. Installation HTSC-TOU, as shown in the diagram shown in figure 4, protects against the ingress of increased currents in the engine, arising, for example, at the time of commutation of the battery to the electric motor.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021118106U RU208602U1 (en) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | Superconducting current limiting device for voltage class up to 1000 V |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021118106U RU208602U1 (en) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | Superconducting current limiting device for voltage class up to 1000 V |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU208602U1 true RU208602U1 (en) | 2021-12-27 |
Family
ID=80039714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021118106U RU208602U1 (en) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | Superconducting current limiting device for voltage class up to 1000 V |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU208602U1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100514791C (en) * | 2005-12-02 | 2009-07-15 | Ls产电株式会社 | Resistive superconducting fault current limiter |
| US8948830B2 (en) * | 2010-07-29 | 2015-02-03 | The Ohio State University | Fast-cycling, conduction-cooled, quasi-isothermal, superconducting fault current limiter |
| RU2587680C1 (en) * | 2015-04-07 | 2016-06-20 | Открытое Акционерное Общество "Федеральная Сетевая Компания Единой Энергетической Системы" (Оао "Фск Еэс") | Superconducting current limiter |
| RU2639316C1 (en) * | 2017-03-23 | 2017-12-21 | Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") | Superconducting fault current limiter |
-
2021
- 2021-06-22 RU RU2021118106U patent/RU208602U1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100514791C (en) * | 2005-12-02 | 2009-07-15 | Ls产电株式会社 | Resistive superconducting fault current limiter |
| US8948830B2 (en) * | 2010-07-29 | 2015-02-03 | The Ohio State University | Fast-cycling, conduction-cooled, quasi-isothermal, superconducting fault current limiter |
| RU2587680C1 (en) * | 2015-04-07 | 2016-06-20 | Открытое Акционерное Общество "Федеральная Сетевая Компания Единой Энергетической Системы" (Оао "Фск Еэс") | Superconducting current limiter |
| RU2639316C1 (en) * | 2017-03-23 | 2017-12-21 | Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") | Superconducting fault current limiter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2212980B1 (en) | High voltage fault current limiter having immersed phase coils | |
| KR101685994B1 (en) | Technique for limiting transmission of fault current | |
| US20100309590A1 (en) | High Voltage Saturated Core Fault Current Limiter | |
| KR102033032B1 (en) | Arrangement with a superconducting direct-current electric cable system | |
| Saha et al. | Clean: Cryogenic link for electric aircraft propulsion | |
| RU208602U1 (en) | Superconducting current limiting device for voltage class up to 1000 V | |
| KR101400312B1 (en) | Electric fault current limiter having superconducting elements inside a cryogenic vessel and bushings for connecting an external circuit | |
| JP4703545B2 (en) | Superconducting devices and current leads | |
| CN110365000B (en) | Superconducting fault current limiter | |
| RU187625U1 (en) | HIGH VOLTAGE CURRENT LIMITING DEVICE BASED ON HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTIVITY | |
| JP2012146821A (en) | Superconductive coil device | |
| KR100572363B1 (en) | DC reactor with thermal link | |
| RU187770U1 (en) | HIGH VOLTAGE CURRENT LIMITING DEVICE BASED ON HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTIVITY WITH REMOVABLE WELL | |
| KR20080042273A (en) | Insulation design method of 600kj class conduction cooled high-temperature superconducting magnetic energy storage | |
| CA2150137C (en) | Division of current between different strands of a superconducting winding | |
| Ohtani et al. | Cryostat for 66 kV/750 A high-T/sub c/superconducting fault current limiter magnet | |
| JPS63299217A (en) | Gas cooling type current lead for superconducting machinery and apparatus | |
| JPH04369875A (en) | Superconductive device current lead | |
| JPH01206827A (en) | Superconducting current limiter | |
| JPH01198221A (en) | Superconducting current limiter | |
| JPH01289025A (en) | Gas insulation bushing | |
| JPH01160322A (en) | Superconducting current limit device | |
| JPH01122509A (en) | Superconducting bus bar | |
| JPH01149310A (en) | Gas insulated conductor |