The Effect of the Substage Twist Pitch Ratio on the Ac Loss and Coupling Currents in Superconducting Cables

Abstract

Предлагается уточнённая методика расчёта наведённых токов и связанных с ними кооперативных потерь энергии в многоста-дийных кабельных скрутках сверхпроводников, учитывающая дискретный характер контактов между стрендами.Ключевые слова: сверхпроводящие кабели, многостадийные кабельные скрутки, сверхкооперативные токи, потери энергии. ВВЕДЕНИЕРасчёт вихревых токов и потерь энергии в многостадийных кабельных скрутках сверхпроводников под воздействием нестационарных магнитных полей является важным компонентом проектирования сверхпроводящих обмоток термоядерных реакторов и индуктивных накопителей. Расчёты с использова-нием двумерных моделей многостадийных кабелей [1], основанные на предположении о равномерно рас-пределённом по длине поперечном межстрендовом сопротивлении, приводят к оценке мощности потерь 2 s p , где p s -шаг скрутки кабеля на s-стадии. Этот результат, однако, не всегда удовлетворительно согла-суется с экспериментальными данными. Появление дополнительных компонентов в структуре потерь энергии в ряде работ [2, 3] связывают с наличием нерегулярностей в структуре кабеля вследствие дефор-мации последнего на стадии компактирования либо под воздействием электромагнитных нагрузок.Предлагаемая модель дискретных точечных контактов между отдельными стрендами в кабеле показы-вает, что даже при идеально периодической структуре кабеля, в случае «неудачных» соотношений шагов скрутки на различных стадиях, вихревые токи могут протекать преимущественно по замкнутым контурам с длиной, превышающей шаг скрутки последней стадии. Это может приводить как к появлению дополнитель-ного компонента потерь энергии, так и к локальным повышениям плотности тока в кабеле. Применяемый подход близок к методике расчёта сверхкооперативных токов [4], дополненной соотношениями для учёта дискретности контактов между стрендами в многостадийном кабеле. В данной работе приводятся описание особенностей дискретной структуры контактов между стрендами в многостадийных кабелях и пример при-менения предлагаемой методики для расчёта наведённых токов в кабеле трёхстадийной скрутки. МОДЕЛЬ ТОЧЕЧНЫХ КОНТАКТОВКонтактные линии и контактный период. Модель точечных контактов предполагает, что субка-бели соприкасаются друг с другом в отдельных точках и электрически изолированы друг от друга в промежутках между ними. Полное количество контактов между субкабелями (как и общая контактная площадь) на единицу длины кабеля зависит от формулы кабельной скрутки, номера рассматриваемой стадии, степени компактирования кабеля, шагов скрутки субкабелей и продольного (или фазового) сдвига субкабелей по отношению друг к другу. В регулярном кабеле контактные точки располагаются вдоль некоторой линии (линия C на рис. 1). Траектории наиболее выступающих точек смежных субка-белей изображены пунктиром, их пересечения с контактной линией определяют местоположение точеч-ных контактов. Система этих точек может быть характеризована контактным периодом p cs , который яв-ляется функцией шагов скрутки, их соотношения  s = p s /p s-1 и коэффициента удлинения  s (см. уравне-ние (4))...