Numerical modeling of a HTS cable

Abstract

The finite element method has been employed in order to simulate the behavior of a HTS cable for transport current applications. The model includes an anisotropic dependence of the critical current density and power index on the local magnetic field, whose magnitude is nonnegligible and determines the effective critical current of the cable. The cable consists of four electrically insulated layers, each of them composed by 20 superconducting tapes, providing a total critical current of about 4 kA. In order to obtain a uniform repartition of the current among the layers, a sufficiently high contact resistance has been inserted in the electric circuit. The ac losses and the field distribution have been computed. A comparison is also made with a simple electric model of a HTS cable.

Computation of Losses in HTS Under the Action of Varying Magnetic Fields and Currents

“…The error of this approximation is negligible for singlelayer cables. Moreover, thanks to symmetry, the cross-section in the computations can be reduced to a single circular sector [142], [143], [144]. Simulations for tapes with a ferromagnetic substrate show that its presence always increases the ac losses [145], [146].…”

Prediction of resistive and hysteretic losses in a multi-layer high-Tcsuperconducting cable

“…If the same number of tapes is used for all the layers, as in this investigation, the outer layers have a lower effective critical current than the inner ones, where the effects of the magnetic field are less important. The effect of the magnetic field results in a decrease of the effective critical current of the cable (as much as a 25% smaller I c , see [16]) and in an increase of the AC loss, which cannot be neglected, especially at large currents.…”

“…The model of the hysteretic inductances ( 4)-( 6) requires a constant critical current I c , so in order to take into account the effect of the field dependence, we have computed the average magnetic field acting on the layers by means of 2D FEM simulations (details of the implementation can be found in [16]). The uniform current distribution across the layers has been obtained using four independent current sources for injecting the transport current.…”

High-Temperature Superconducting Materials with High Current-Carrying Characteristics and Methods of Their Fabrication

“…Хотя состояние технологии ВТСП-кабелей уже сейчас позволя-ет создавать экономически выгодные линии электропередач и другие сложные технические устройства, критический сверхпро-водящий ток токонесущих текстурированных ВТСП-элементов в 100 и более раз меньше величины j c для эпитаксиальных ВТСП-пленок А/см 2 [5,11]. Поэтому поиск технологий получения высоких токонесущих характеристик для случая традиционных поликристаллических ВТСП-материалов остается сейчас не менее актуальной задачей, чем и 10 лет назад.…”

“…традиционные методы получения ВТСП с применением различных способов твердофазного синтеза и термомеха-нической обработки, в том числе модифицированными ме-тодами порошковой металлургии [2,6,7]; 2. различные нетрадиционные методы получения ВТСП, по-зволившие создать эпитаксиальные сверхпроводящие пленки с высокими критическими параметрами (Т с и j c ) [3][4][5][8][9][10]. Традиционные методы изготовления ВТСП-лент позволяют по-лучать образцы с j c  (3-6)10 4 А/см 2 при Т  77 К и уже сейчас применяются для создания различных токонесущих ВТСП-кабелей, работающих при температуре жидкого азота (или азота под откачкой) [11,12]. Результаты, полученные к настоящему времени по ВТСП-кабелям, позволяют рассчитывать на их широ-кое практическое применение уже в ближайшем будущем: вели-чина критического тока таких кабелей достигает 6 кА (при Т  77 К, диаметр кабеля около 130 мм), получены и успешно испытаны образцы таких кабелей длиной 30-50 м, и в ближай-шие годы их длина достигнет 700-1000 м [13][14][15].…”