CN101540442A - 用于超导元件的电连接结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于超导元件(30)的高压电连接结构，所述超导元件由低温保持器(33)中的低温流体(31)冷却并连接到电气衬套(39)，该电气衬套穿过至少一个位于环境温度中的机壳(48)，所述衬套(39)包括中央导体(40)，该中央导体顶端借助连接布置连接到连接部件(58)，所述连接部件延伸到处于环境温度中的机壳(48)外侧并穿过所述机壳的顶壁(50)，所述中央导体(40)的主要长度部分被电绝缘护套(41)包围，该电绝缘护套刚性紧固到处于环境温度中的所述机壳的底壁(46)。根据本发明，所述连接布置(1)包括导电部件(2)，该导电部件安装在所述中央导体处于环境温度中的顶端上；和多个连接到所述导电部件(2)和所述连接部件(58)的可变形导电元件(3)，所述导电部件(2)具有包围所述导电元件(3)并针对电场形成屏蔽的柱状壁(2A)。

Description

用于超导元件的电连接结构
技术领域
本发明涉及用于超导元件的电连接结构，超导元件诸如在中高压下传输电力的线缆。该结构用于将处于低温下的超导元件端部连接到通常处于空气中的环境温度下的设备。
背景技术
由于超导元件和与其连接的设备之间存在较大的温度差，即在约为-200℃的低温与环境温度之间的温度差，所以需要在超导元件和所述设备之间插置连接结构，以便以尽可能小的热损失进行温度过渡，并且同时遵循电气约束，例如元件为线缆时的高压约束。则该结构包括主要由被绝缘护套包围、用于从超导线缆向环境温度下的输出连接部传输电力的中央导体构成的电气衬套。该结构需要具有合理的长度，并且必须在确保热传导损失较小的同时实现温度过渡，从而避免冷却线缆的低温液体沸腾和/或避免增加冷却线缆的成本。
在专利文件EP1703610中说明了这样的一种结构，其在图1中以纵截面示出。
该结构包括由低温流体31，例如容纳在低温保持器33中的液氮冷却的超导线缆30。由附图标记36指代的区域处于低温，对于所谓的“高温”超导体来说，大约为-200℃。
超导线缆的顶端连接到电气衬套39的底端38。衬套主要由铜制或铝合金制中央导体40构成，具有围绕该导体模制的电绝缘护套41，例如以环氧制成的护套。绝缘护套外表面由一层导电材料例如金属镀层覆盖。
低温保持器内壁和外壁垂直延伸，形成中间机壳45的侧壁。中间机壳以导热系数低的固体材料填充。该材料优选呈泡沫形式，诸如聚酰亚胺泡沫或海绵玻璃泡沫。区域47的温度介于低温和环境温度之间。
在中间机壳45之上，处于环境温度下的机壳48固紧到板件46。电气衬套38在紧固密封法兰的协助下以防漏方式穿过顶壁46，并通过处于环境温度中的所述机壳的顶壁50到达机壳49外侧。所述机壳的侧壁由电绝缘件51构成，例如以玻璃纤维增强的环氧树脂。处于环境温度中的机壳48以液体54填充到水平54，该液体是良好的电绝缘体，诸如硅油。除了为电气衬套39提供良好的电绝缘之外，液体54使得处于环境温度中的机壳更容易形成热稳定。区域55因此处于接近环境温度的温度。
电绝缘护套41借助法兰以刚性防漏方式紧固到低温保持器43和中间机壳45之间的水平壁。电绝缘护套41也密封到处于中间机壳45和环境温度中的机壳48之间的水平顶壁46。
中央导体40顶端并不具有任何电绝缘护套41，且在处于环境温度中的机壳48外侧连接到连接端子58，从而在中高压下向超导线缆提供电力，或者在来自超导线缆30的中高压下向处于环境温度中的设备馈电。
本发明涉及中央导体顶端的连接部。
该导体可以在低温流体上方具有超过2.5米的长度，如果给定各个组装部件上的制造误差并且借助法兰对电绝缘护套进行刚性紧固，发现难于实现衬套39穿过各个组装元件45、46、48和50精确对准，以使导体40端部在连接端子58上处于该结构纵轴线上的位置。
而且向衬套施加力以使其就位是有害的，因为衬套可能损坏。此外，由于衬套39主要长度部分被电绝缘护套包围，所以该导体及其护套的组件刚性很大，能弯曲的程度很小。
此外，如果导体在所述结构中受到相对低温的影响，尤其是底部区域36和47受到相对低温的影响，则该导体可能垂直收缩。其顶端因此可能向下平移，发生断裂。
从其他地方可以获知，将低温流体冷却的超导元件的导体细分成大量任意扭绞在一起的相邻导电绳股，可以解决这个问题，正如专利文件WO02/29930所述的那样。
发明内容
更准确地说，通过提出一种用于导体和连接端子之间、处于环境温度中的顶端的连接布置，本发明解决的是机械组装问题，该布置允许所述端部的位置在三个维度上自由移动。
为此，本发明提出了一种用于超导元件的高压电连接结构，超导元件由低温保持器中的低温流体冷却并连接到电气衬套，电气衬套穿过至少一个位于环境温度中的机壳，所述衬套包括中央导体，该导体顶端借助连接布置连接到连接部件，连接部件延伸到处于环境温度中的机壳外侧并穿过所述机壳的顶壁，所述中央导体的主要长度部分被电绝缘护套包围，电绝缘护套刚性紧固到处于环境温度中的所述机壳的底壁，所述结构的特征在于，所述连接布置包括导电部件，该导电部件安装在所述中央导体处于环境温度中的顶部上；和多个连接到所述导电部件和所述连接部件的可变形导电元件，所述导电部件具有包围所述导电元件并针对电场形成屏蔽的柱状壁。
因此，通过让导电元件变形，可以将它们两者连接到导电部件和连接部件，即使这两个部件相对于彼此偏心也行，而且即使导体垂直收缩，收缩的程度也会更小。
在优选实施方式中，所述导电元件为金属编织件。
优选，所述编织件规则分布与所述导体纵轴线周围。
具有优势的是，所述编织件啮合并钎焊到所述导电部件内。
具有优势的是，所述编织件啮合并钎焊到所述连接部件内。
所述导电部件可以用铜制成。
所述导电元件可以用铜制成。
优选所述连接部件是具有环状法兰的导电杆，所述导电元件连接到所述法兰。
优选中间机壳插置在所述低温保持器和处于环境温度中的所述机壳之间，且所述电绝缘护套刚性紧固到所述中间护套的底壁。
附图说明
以下借助附图说明本发明，附图仅示出了本发明的优选实施方式。
图1正如上述，为已知超导结构的纵截面图；
图2是根据本发明的超导结构的断裂纵截面图；
图3是根据本发明的超导结构的连接布置的透视图；
图4是根据本发明的超导结构的连接布置沿着IV-IV截面的透视截面图。
具体实施方式
图2示出了上述这种连接结构的顶部。
中央导体40因此在其顶端并不具有电绝缘护套41，且该导体在处于环境温度下的机壳48外部连接到穿过机壳顶壁40的连接端子58。因此在中高电压下向超导线缆馈电，或者在来自超导线缆的中高电压下向处于环境温度中的设备馈电。
为了制作中央导体40和连接端子58之间的连接部，该导体顶端借助于连接布置1连接到端子58，该端子更一般地称为连接部件，且通过机壳的顶壁50到达处于环境温度中的机壳48外侧，并借助例如螺钉58B固定到顶壁50，插置密封垫片58C来相对于外部环境密封机壳。
该连接布置1包括导电部件2，导电部件优选以铜制成，安装在导体40顶端，两者之间插置多触点环2B和多个可变形导电元件3，该导电元件经由其底端连接到导电部件2，而经由其顶端连接到连接部件58，导电部件2具有包围导电元件3的柱状壁2A。
图3和4更为详细地示出了该连接元件。
导电元件为柱状金属编织件，优选由铜制成，并且截面相对较大，数量级为每编织件250平方毫米(mm2)，且它们规则地分布在导体纵轴线周围。在所示例子中，存在8个编织件。它们的底端啮合在导电部件2内，顶端啮合在连接部件58内，且利用银钎焊连接。更准确地说，连接部件58是具有环状法兰58A的导电杆，编织件的顶端啮合在该法兰上。
导电部件2由两个部分构成，底部分2C用来连接到导体40，和顶盖形成钎焊到第一底部件2C的柱状壁2A。顶盖2A保护编织件3，如果没有顶盖，则编织件可能发生高压崩溃。
由于编织件具有巨大的变形能力，所以连接布置1能让导体40电连接到连接部件58，而不必承受向两个元件施加应力的风险。即使导体40相对于结构的纵轴线A偏心的情况下，诸如偏心距离如图2所示为L时，和/或导体40在结构底部分受到温度相对较低的影响而垂直收缩的情况下，这种布置也能起作用。根据本发明的这种布置因此确保了导体40在三个维度上移动时连接良好。

Claims (9)

1.一种用于超导元件(30)的高压电连接结构，所述超导元件由低温保持器(33)中的低温流体(31)冷却并连接到电气衬套(39)，该电气衬套穿过至少一个位于环境温度中的机壳(48)，所述衬套(39)包括中央导体(40)，该中央导体顶端借助连接布置连接到连接部件(58)，所述连接部件延伸到处于环境温度中的机壳(48)外侧并穿过所述机壳的顶壁(50)，所述中央导体(40)的主要长度部分被电绝缘护套(41)包围，该电绝缘护套刚性紧固到处于环境温度中的所述机壳的底壁(46)，所述结构的特征在于，所述连接布置(1)包括导电部件(2)，该导电部件安装在所述中央导体处于环境温度中的顶端上；和多个连接到所述导电部件(2)和所述连接部件(58)的可变形导电元件(3)，所述导电部件(2)具有包围所述导电元件(3)并针对电场形成屏蔽的柱状壁(2A)。
2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述导电元件(3)为金属编织件。
3.如权利要求2所述的结构，其特征在于，所述编织件(3)规则地分布在所述导体纵轴线周围。
4.如权利要求2或3所述的结构，其特征在于，所述编织件(3)啮合并钎焊到所述导电部件(2)内。
5.如权利要求2至4任一项所述的结构，其特征在于，所述编织件(3)啮合并钎焊到所述连接部件(58)内。
6.如前述权利要求任一项所述的结构，其特征在于，所述导电部件(2)由铜制成。
7.如前述权利要求任一项所述的结构，其特征在于，所述导电元件(3)由铜制成。
8.如前述权利要求任一项所述的结构，其特征在于，所述连接部件(58)为具有环状法兰(58A)的导电杆，所述导电元件(3)连接到该法兰内。
9.如前述权利要求任一项所述的结构，其特征在于，中间机壳(45)插置在所述低温保持器(33)和处于环境温度中的所述机壳(48)之间，且所述电绝缘护套(41)刚性紧固到所述中间机壳(45)的底壁。
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