Кабель будущего. Сверхпроводник. Уникальный проект УНКОМТЕХ 360

Сверхпроводник  –  это одна из наиболее интересных отечественных разработок в кабельной промышленности. «Иркутсккабель» выполнил первые заказы по производству такого устройства еще в 2014-м году. Спустя много лет Игорь Юдаков, инженер, стоящий у истоков этой разработки, рассказал о тонкостях технологии и ее дальнейших перспективах.

* В материале используются панорамные фотографии, которые можно вращать мышкой или мобильным устройством

Самое интересное для нас сегодня  –  это сверхпроводник. До этого я видел такое только во ВНИИКП. Почему-то я думал, что только там занимаются подобной темой. Это ведь совсем не коммерческая история. Когда мы приехали на Иркутсккабель, я узнал, что здесь он был разработан еще в 2014 году, и что самый большой по длине сверхпроводник в России. И, главное, что это коммерческий продукт под заказ. Получается, ты стоял у истоков этой разработки. Можешь вспомнить, с чего все начиналось? Расскажи историю этого образца. Что его ждет в будущем, какие перспективы?

На самом деле проект по производству сверхпроводника имел государственный характер. На тот момент это была совместная работа с ФСК и Курчатовским институтом. К нам обратились с вопросом о наших производственных возможностях. «УНКОМТЕХ» и тогда был на слуху. И хотя с такими конструкциями мы еще не сталкивались, последовательность слоев на нашем оборудовании могли повторить. Особых сложностей мы не увидели, и решили ввязаться в это.

Игорь Юдаков с образцами кабеля на заводе «Иркутсккабель». Фото из журнала RusCable Insider

А кем ты работал здесь на тот момент?

Тогда я начинал работать инженером-технологом на предприятии. Я пришел сюда летом 2013-го года, когда все только зарождалось. Мы как раз изучали технологическую цепочку, заказывали материалы для производства, вели технические переговоры с ФСК. 

Конструктив уже был разработан для этого кабеля, или вы его разрабатывали конкретно под какие-то требования?

На самом деле, конструкция по сути была уже разработана, уже была документация от ФСК. По этой документации мы и работали, повторяли прототип. Тем не менее, в процессе работы какие-то нюансы всплывали, приходилось вносить изменения, дорабатывать систему.

Пройдемся по слоям конструкции, начиная с токопроводящей жилы.

На самом деле в этой конструкции она носит название «формер». Это сталь плюс медная проволока. Вся концевая часть является формером. Вокруг стальной проволоки идет медь. Он необходим для обеспечения жесткости конструкции. Чтобы она не «играла», не было перегибов. Далее опять идет конструкция из медной проволоки, медной ленты. Потом  –  сам сверхпроводник, сверхпроводниковая лента, изоляция из бумаги и обратный проводник, опять же, из сверхпроводника. Далее опять медная лента, медь, опять бумага. Для защиты  –  стальная нержавеющая лента. 

Конструкция кабеля и информация о проекте линии ВТСП в Санкт-Петербурге. Источник: журнал RusCable Insider

С точки зрения конструктива понятно, как изготовить формер. Пять медных проволок, посередине одна стальная проволока. Сердечник тоже из стальной проволоки с определенным шагом скрутки. А следующий слой после формера? 

Следующий шаг  –  то же самое. Это медь, которая накладывается поверх самого формера и скрепляется обмоткой из медной ленты. Потом уже с определенным шагом накладываются ленты сверхпроводника. Основная сложность  –  наложить эти ленты ровно, с определенным шагом, чтобы они распределились по всей поверхности, и при наложении не были ни изгибов, ни вмятин. Они этого не терпят. Лента должна накладываться с постоянным натяжением и с определенным шагом. Каждый слой накладывается отдельно, это отдельная технологическая операция. 

В каком виде приходит сама лента от поставщика? Это просто бобина, как для других видов лент? Или есть какая-то другая упаковка?

Лента приходит в виде кассеты. Она состоит из двух плоскостей, а между ними в один слой намотана ленточка. Мы брали ее под наши строительные длины, по 450 метров.С учетом запаса на отходы длина ленты была около 500 метров. Нужно было число кассет, равное числу лент.

Обмотка бумажными лентами при производстве кабеля ВТСП

Получается, сверху накладывается лента сверхпроводника. Как мы видим, здесь три слоя, и поверх каждого отдельно накладывается медная лента? 

Да, чтобы ленты сверхпроводника не раздвигались и не накладывались друг на друга, их скрепляют. Далее идет электропроводящая бумага, потом изоляционная и опять проводящая. 

Сама бумага, электропроводящая и изоляционная,  –  это какие-то стандартные варианты для производства кабелей, или есть какие-то особенности?

Нет, просто высоковольтная бумага. Такая же применяется при производстве кабеля БГИ.

Далее, как я вижу, идет слой сверхпроводника с правильным расстоянием между лентами. Лента по ощущениям достаточно жесткая, не очень простой материал. Затем идет еще один слой?

Да, это стабилизатор, и опять поверх него лента.

Как сверхпроводник работает с точки зрения физики процесса? Энергия передается по лентам, или по всей плоскости кабеля. Условно говоря, будет ли напряжение на стальном сердечнике? 

По большей части энергия проводится по сверхпроводящим лентам. 

Фото некоторых этапов производства кабеля ВТСП. Источник: АО «Иркутсккабель»

Вроде бы ведь ничего сложного. Да, с лентами непонятно, но все остальное, скрутка, обмотка  –  это достаточно привычные для кабельщиков операции, ничего такого. Но, если подумать, как это все скомпоновать, у вас возникали трудности в процессе работы? 

Естественно, пришлось дорабатывать обмотчики под ленты сверхпроводника. Там принципиально другая конструкция узла, который будет заниматься отдачей этих лент с кассет. Плюс доработка текущего оборудования. Лентообмотчики под бумагу пришлось дорабатывать, потому что требовалась большая натяжка.

Вы не задавались вопросом, почему именно бумага? Достаточно странно в передовых разработках применять ее. Почему не слой из сшитого полиэтилена, например?

Думаю, бумага гораздо лучше. Кабель работает при больших минусах, и бумага более терпима к таким условиям, чем пластикат.

Участок по производству кабеля с БПИ на заводе «Иркутсккабель»

Кабель, как мы поняли, целиком изготовлен здесь. Поверх конструкции наложен криостат, который представляет собой металлическую трубу, верно?

Да, труба металлическая, на которую наложена безгалогенная оболочка большой толщины, плюс изоляционный слой и трубка для отвода влаги. 

Какие образом кабель возможно засунуть в трубу, еще и в условиях завода? Его ведь еще нужно центровать.

Центровать его в условиях затяжки не нужно. Криостат уже приходит с внутренним слоем, и в него просто необходимо затянуть готовое изделие. Длина завода от одной секции до другой составляет около шестисот метров, длина криостата  –  примерно 450. Мы просто раскатывали криостат, и с помощью тянущей лебедки затягивали кабель. Он был выложен, выровнен, чтобы при протяжке нигде не было зацепок, потому что внутренняя поверхность криостата ребристая. Приходилось изловчаться, но, тем не менее, мы это сделали. Было шесть барабанов, три по 450 метров, два по 440 метров, один на 200 метров.

Для того, чтобы изготовить кабель необходимой длины нужно иметь большие производственные площади. Вид на завод «Иркутсккабель»

Как долго шла работа? В 2013 году ты пришел работать на завод, а когда кабель сдали? 

Исполнение проходило несколькими циклами. Сначала барабан одной длины, потом три барабана другой длины. Его дробили, мы делали это несколько раз. В 2014 году мы закончили полностью, его увезли в Москву, он прошел ресурсные испытания там. Сейчас монтируется.

Насколько я знаю, был еще один заказ, порядка сорока метров для Росатома. Можешь рассказать про этот заказ? Это был такой же кабель?

По конструкции, по габаритам  –  то же самое. Только в криостат мы его у себя не загоняли. В самом начале, в 2013 году, мы делали два образца по тридцать метров для опытной линии, чтобы провести испытания всей разработанной системы. Испытывали не только кабель, но и муфты. Система состояла из двух концевых муфт, одной соединительной, собственно кабеля и криогенной установки. Фактически система отработала на токе 3500 А. Больше не смогли подать. Кабель подтвердил надежность конструкции. После этого мы приступили к производству промышленных длин. 

Кому-то потребовалось дополнительное обучение и особый контроль, или все сотрудники остались на своих местах?

У нас была своя команда операторов, которых мы специально выбрали. В команду входили технологи, рабочие, специалисты, которые осуществляли производство и контроль. 

Как осуществлялись испытания для сверхпроводника? Как вы понимали, что материал качественный?

Приходилось ориентироваться исключительно на паспорта качества, которые поставлялись вместе с материалами, и надеяться, что партнеры нас не обманули. Системы входного контроля на самом деле нет. 

Намотка сверхпроводящих лент с кассет на заготовку кабеля

Достижения завода в работе над сверхпроводником дают какие-то ноу-хау преимущества, или для вас главным было формально соблюсти конструкцию? Вам важно было понимать, как он работает, или нужно было только соблюсти технологию? В чем технологическая сложность и смысловая нагрузка в производстве сверхпроводника?

Технологическая сложность  –  в повторении слоев друг за другом с заданными параметрами. Это очень сложно сделать, если ты не обладаешь специальными компетенциями и соответствующим оборудованием и даже длиной, чтобы была возможность протянуть готовое изделие через криостат. 

Насколько он гибкий? На какой барабан вы это наматывали?

Деревянные 36-е барабаны, мы специально их заказывали, а потом везли в Москву спецтранспортом. 

Вы сделали его еще в 2014 году, прошло очень много времени. Что-то еще запомнилось? Может, были какие-то забавные случаи?

Все веселые моменты были связаны с затяжкой в криостат. Это действительно было очень сложно и требовало колоссальных усилий не только физических, но и умственных. За судьбой кабеля мы все равно следим, остаемся на связи, ждем линию. Может быть, будут еще такие знаковые проекты. 

Участок по работе с бумагой завода «Иркутсккабель».

Те вещи, которые были освоены в процессе производства этого проводника, использовались еще где-то?

Определенные знания по наложению лент бумаги с определенной натяжкой. Компоновка слоев. Наложение плоской проволочной брони. Эти знания остались, они применяются.

Если прямо сейчас вам дать такой же заказ, ваша команда специалистов сможет это воссоздать?

Учитывая, что недавно мы делали 40 метров того же кабеля, все знания остались. Специалисты на заводе есть. Мы готовы взяться, если будут заказы.

Смотрите проект УНКОМТЕХ 360. Кабель будущего. Сверхпроводник.