Розділ 7. Надпровідність та перспективи її застосування в трансформаторобудуванні

7.1 Загальні відомості

Створення надпровідних трансформаторів для практичного широкого застосування є дуже важливою проблемою. Суттєвим є те, що в них відсутні теплові втрати. Надпровідні трансформатори великої потужності (до 1 млн.кВт) значно компактніші у порівнянні зі звичайними трансформаторами. Компактність таких трансформаторів забезпечується ще й тим, що в них можливо взагалі не використовувати сталь як магнітний матеріал. Створювані надпровідниками магнітні поля значно перевищують за індукцією та напруженістю ті, які реалізуються в сталевих матеріалах.

Специфічні особливості надпровідної обмотки й кріостата, який став невід’ємною частиною електричної машини, значно ускладнили її конструкцію й технологію виготовлення. В наш час, не дивлячись на труднощі, великі електротехнічні фірми у світі не послаблюють своїх зусиль для вирішення складної, але перспективної технічної задачі.

За величиною робочої температури обмотки поділяють на кріопровідні та надпровідні. Дія кріопровідної обмотки ґрунтується на властивості металу (наприклад, алюмінію високої чистоти) зменшувати свій опір на 2÷3 порядка при водневих температурах (Т=20÷25 К). Тепловиділення в кріопровідних обмотках викликає великі втрати холодоагенту, тому їхнє застосування обмежене. В надпровідних обмотках з температурою 4,2÷10 К при протіканні постійного струму опір практично дорівнює нулеві.

Змінний струм викликає втрати, які залежать від конструкції надпровідного дроту та величини індукції. Проблеми створення такої конструкції обмоткового дроту, застосування якої на змінному струмі було б доцільне, знаходиться у стадії вирішення.

Звичайно кріостатом називають пристрій, у внутрішньому об’ємі якого підтримується кріогенна температура, необхідна для фізичних дослідів, або для забезпечення роботи різних приладів та конструкцій (наприклад, надпровідних магнітів). В залежності від призначення кріостати мають індивідуальні особливості, але існують загальні принципи, якими користуються, розробляючи кріостати. Ці принципи охоплюють питання конструкції, теплоізоляції і теплопередачі.

Одна з найпростіших конструктивних схем дослідницького кріостата, призначеного для роботи з гелієм, наведена на рис.7.1 [24].

Рис. 7.1. Конструктивна схема кріостата

Робоча камера 1 з розміщеним у ній об’єктом дослідження 2 розташовується в корпусі кріостата 3. В зазорі між робочою камерою й корпусом розташований тепловий екран 4. Простір між корпусом і тепловим екраном вакуумовано. Тиск у вакуумній порожнині знаходиться в межах 0,01÷0,001 Па. Робоча порожнина кріостата закрита герметичною кришкою 5, до якої закріплюється об’єкт дослідження і в якій є герметичні рознімання для струмовводів, вимірювальних перетворювачів, проходи для заливання робочої порожнини рідким гелієм та для виходу пари.

Робоча порожнина такого кріостату називається також гелієвою порожниною, а зона, заповнена рідким гелієм, – зоною кріостатування.

Тепловий екран, необхідний для захисту від теплоприливу випромінюванням, може заповнюватись рідким азотом або рідким воднем. У верхній частині гелієвої порожнини може встановлюватись ще один захисний тепловий екран.

У якості кріогенної рідини, крім гелію, водню та азоту, може використовуватись кисень.