Разработка методик и исследование электрофизических и теплофизических процессов в перспективных электротехнических изделиях на основе высокотемпературных сверхпроводников

• Автор: Фетисов, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.09.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
содержание
Введение

1. Использование высокотемпературных сверхпроводников в электроэнергетике

1.1. Исходные ВТСП-проводники и их характеристики

1.2. Силовые кабели на основе высокотемпературных сверхпроводников.

1.3. Потери в ВТСП-кабелях

1.4. Поведение ВТСП при перегрузках током и модели определения тока теплового перехода

1.5. Выводы и постановка задачи исследования

2. Экспериментальные исследования Ю ВТСП-кабелей

2.1. Описание установки для испытаний ВТСП-кабелей и методики измерений

2.1.1. Испытательный стенд
2.1.2. Криогенное обеспечение
2.1.3. Источники постоянного и переменного тока
2.1.4. Измерительный комплекс
2.2. Методика изготовления моделей кабеля и особенности двухслойных 2-0 ВТСП-кабелей
2.3. Результаты измерений на постоянном токе
2.4. Результаты измерений ВТСП-кабеля на переменном токе
2.4.1. Исследование распределения токов по повивам ВТСП-кабеля
2.4.2. Методика экспериментального исследования потерь в двухслойных 2-0 ВТСП-кабелях
2.4.3. Измерения потерь в 20 ВТСП-кабеле с подложками лент из не
магнитного материала
2.4.4. Измерения потерь в 20 ВТСП-кабеле с подложками лент из
магнитного материала

2.5. Выводы к главе
3. Математическое моделирование потерь в двухслойных 2-С ВТСП-кабелях
3.1. Особенности потерь в двухслойных Ю ВТСП-кабелях
3.2. Модели для расчета гистерезисных потерь в Ю ВТСП-слоях кабеля
3.2.1. Численное моделирование потерь в 2в ВТСП-слоях кабеля методом конечных элементов
3.2.2. 1 О модель для расчета потерь в 20 ВТСП-слое ленты
3.2.3. Сравнение численных расчетов с экспериментом для кабеля с ВТСП-лентами без магнитной подложки
3.3. Модель для расчета потерь в подложках ВТСП-лент кабеля
изготовленных из магнитного материала
3.4. Расчетный анализ потерь в подложках ВТСП-лент кабеля
3.5. Выводы к главе
4. Экспериментальное исследование тепловых процессов в ВТСП-проводниках, охлаждаемых жидким азотом при токах выше критического
4.2. Описание установки для экспериментального исследования ВТСП-
проводников при перегрузках током
4.3. Результаты измерений ВТСП лент, охлаждаемых жидким азотом при
перегрузках током
4.4. Выводы к главе
5. Моделирование тепловых процессов в ВТСП-проводниках, охлаждаемых жидким азотом при токах выше критического
5.1. Численная модель для расчета перехода ВТСП-лент в нормальное
состояние
5.2. Определение коэффициента теплоотдачи от поверхности ВТСП-ленты
к азоту в стационарном режиме
5.3. Сравнение численных расчетов с экспериментом при нестационарной
теплоотдаче к азоту

5.4. Расчетный анализ перегрева на образцах, изготовленных из 01 ВТСП-лент
5.5. Расчетный анализ перегрева на образцах, изготовленных из 20 ВТСП-лент
5.6. Выводы к главе
6. Заключение
7. Список литературы

токах выше критического. Максимальный ток, при котором работает ВТСП-проводник, обозначен как ток теплового перехода 1Ч.
Условие теплового равновесия может быть записано в виде 0,=У (1.1)
где QJ =1 ■ Е- тепловыделение (У - ток, Е - электрическое поле), Ж = а-Р(Т-Т0) - теплоотвод (» - коэффициент теплоотдачи, Р- охлаждаемый периметр). В данных работах показано, что существует два стабильных состояния равновесия Т = Г, и Т = Т3 > Тс, и одно нестабильное Т = Т2>Т,
Условия для тока и температуры перехода имеют вид
&ад) = ^<г,),^=|^ (1.2)
При условиях |у - У, |«У,, т-тч«тс-т0 (у; - критическая температура, Т
рабочая температура), т.е. в условиях близких к условиям температурного перехода, система (1.2) может быть упрощена и аналитически решена. В предположении независимости эффективной теплоёмкости образца и коэффициента теплопроводности от температуры, а также аппроксимации вольтамперных характеристик образца в виде (1.3).
,1'СП = (. 1~) (1.3)

решение (1.2) примет вид
т _т = Тс ~То 1±_ = М
4 0 „+1 ’ 1С(Т) п +
а-Р-(Тс-Т0)
. п-Ео.1Лто)

(1.4)
В случае / > I появляется понятие времени развития термического
перехода / который определяется как —- = (ап где /, = 1Ь ■ 1Т
!/ у |У“У,|(И +1)
11: = (С - теплоемкость, Л - сечение сверхпроводника, Р - периметр Ра
охлаждения).