CN102243908A - 一种气冷引线的低温绝缘结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于低温与超导应用技术领域，具体涉及一种气冷引线的低温绝缘结构。该结构包括真空法兰盘和设在气冷引线外表面的三层绝缘结构，所述三层绝缘结构为由内向外依次设置的引线内护层、低温绝缘层和外护层，所述真空法兰盘通过螺栓与位于三层绝缘结构内芯处的气冷引线相连接。本发明不仅可经受35kV电压等级以上的5min工频电压试验、雷电冲击电压试验、局部放电试验、15min交流耐压试验、直流耐压试验等，而且还具有优良的电气性能参数、合理的电场磁场分布、低漏热及与不锈钢液氮容器的一体化真空密闭耐压性能，增加了系统的稳定性，而且能大大减少投资成本。

Description

一种气冷引线的低温绝缘结构
技术领域
本发明属于低温与超导应用技术领域，具体涉及一种气冷引线的低温绝缘结构。
背景技术
电流引线是许多低温超导系统中的一个重要组成部分。它负责连接室温端的电源和低温端的超导器件，保证超导器件的正常供电。在许多超导系统中，电流引线的漏热是低温环境最重要的热源之一。为了减少电流引线对低温的漏热，通常将引线自身向低温漏热蒸发的氮气流经引线，通过这些冷却气体来带走引线产生的焦耳热及外界向引线的漏热。国际上许多学者在气冷引线方面的研究形成了一套气冷引线设计理论。尽管电流引线在如何减少向低温环境的漏热方面做了很多的研究工作，但在如何提高电压绝缘等级方面，还需要进一步的设计和优化。常规的中压绝缘结构无法适应低温环境，在低温环境下的气冷引线已有的绝缘设计有：
1、选择导热绝缘性能好的陶瓷材料，加工为垫片形状，实现低温环境下的电绝缘。
2、将陶瓷材料加工为陶瓷管形状，陶瓷管的上下端用镍层与电流引线及不锈钢液氮容器的上端板焊接固定，形成一体化结构，能够保持在低温环境下良好的密闭和绝缘性能。
3、选择环氧和玻璃纤维复合材料作为绝缘材料，设计为绝缘管结构，根据复合材料的机械性能，在绝缘管上施加一定的紧固力，实现绝缘和截流作用。
4、选择低温注射环氧材料，加工为电气绝缘棒、电气绝缘桶及环氧法兰盘结构，采用一体化成型技术，可以用于低温环境下的电气绝缘及真空密闭。
由于中压电绝缘的特殊性，低温环境下的气冷引线绝缘结构需要经受5min工频电压试验、雷电冲击电压试验、局部放电试验、15min交流耐压试验、直流耐压试验等。以上所列出的在低温环境下气冷引线已有的绝缘设计只是用于常规的电气隔离和绝缘，并未考虑中压环境下对电绝缘材料和结构的特殊要求。如果需要应用在35kV以上电压等级的环境中，要求气冷引线的绝缘结构要求具有优良的电气性能参数、具有合理的电场磁场分布、低漏热及与不锈钢液氮容器的一体化真空密闭耐压性能。基于此，迫切的需要本领域的技术人员开发出一款可以使气冷引线满足35kv以上电压等级条件下的新型绝缘结构。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提出一种满足耐压等级在35kv以上的气冷引线的低温绝缘结构，该结构简单紧凑，不仅实现了绝缘结构在低温环境下的耐压性能，而且兼顾实现了电场均匀性和真空密闭功能。
为实现发明目的，本发明通过下述技术方案实现：
一种气冷引线的低温绝缘结构，其包括真空法兰盘和设在气冷引线外表面的三层绝缘结构，其特征在于：所述三层绝缘结构为由内向外依次设置的引线内护层、低温绝缘层和外护层，所述真空法兰盘通过螺栓与位于三层绝缘结构内芯处的气冷引线相连接。
其中，所述引线内护层采用玻璃丝布和聚四氟乙烯层制成，所述玻璃丝布位于内层，所述聚四氟乙烯层位于外层。
其中，所述引线内护层的制备方法为：自气冷引线的底端起，将玻璃丝布按照固定绕向角和拉力均匀缠绕，在玻璃丝布外侧自其底端起，将聚四氟乙烯层按照固定绕向角和拉力均匀缠绕，最后利用聚四氟乙烯的自粘结性进行固定，得到引线内护层。
其中，所述低温绝缘层采用玻璃丝布制成，为了更好的对玻璃丝布进行固定，最好在玻璃丝布的外面涂抹有低温绝缘胶。
其中，所述低温绝缘层的制备方法为：在引线内护层的外侧自其底端起，将玻璃丝布按照固定绕向角和拉力均匀缠绕，缠绕玻璃丝布的同时将低温绝缘胶均匀的刷在玻璃丝布上，全部绕制好后，经过高温或常温固化，得到低温绝缘层。
其中，所述外护层采用低温环氧树脂制成的低温环氧树脂桶。
其中，所述外护层的制备方法为：将低温环氧树脂桶置于低温绝缘层的外侧，在低温绝缘层与低温环氧树脂桶之间浇注低温绝缘胶，待低温绝缘胶固化后，得到外护层。
其中，所述真空法兰盘采用不锈钢材料加工而成。
其中，所述真空法兰盘的下端中心处设有一连接件，该连接件上设有用于连接气冷引线的螺孔I，所述真空法兰盘的上端中心处设有用于连接常温导电杆的螺孔II，所述真空法拉盘的下端盘面上设有用于连接杜瓦的真空密封圈和螺孔III。
其中，所述低温绝缘层与外护层之间通过低温绝缘胶固定，所述引线内护层、低温绝缘层和外护层与气冷引线进行同轴设置。
本发明的有益效果在于：本发明主要用于室温电源与低温状态下超导器件的连接件的中压绝缘，气冷引线的三层绝缘结构通过密闭绝缘的真空法兰盘分别与不锈钢杜瓦和室温电源相连，接入电网系统。本发明不仅可经受35kV电压等级以上的5min工频电压试验、雷电冲击电压试验、局部放电试验、15min交流耐压试验、直流耐压试验等，而且还具有优良的电气性能参数、合理的电场磁场分布、低漏热及与不锈钢液氮容器的一体化真空密闭耐压性能，增加了系统的稳定性，而且能大大减少投资成本。
附图说明
图1是本发明气冷引线低温绝缘结构的整体结构示意图；
图2是三层绝缘结构的横截面示意图；
图3是图1中所示真空法兰盘的仰视图；
图4是图1中所示真空法兰盘的俯视图；
其中，1-气冷引线，2-引线内护层，3-低温绝缘层，4-低温绝缘胶，5-外护层，6-真空法兰盘，7-连接件，8-螺孔I，9-螺孔II，10-真空密封圈，11-螺孔III。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的气冷引线低温绝缘结构做进一步详细的说明。
如图1-2所示，本发明包括真空法兰盘6和由引线内护层2、低温绝缘层3及外护层5组成三层绝缘结构。引线内护层2、低温绝缘层3和外护层5与气冷引线1进行同轴设置，引线外护层2位于气冷引线1的外表面，低温绝缘层3位于中间层，外护层5位于最外层，三层由内向外依次排列，低温绝缘层3与外护层5之间通过低温绝缘胶4粘结固定，真空法兰盘6位于气冷引线1和三层绝缘结构的上部且通过真空法兰盘下端中心处的连接件7与气冷引线1相连接。
引线内护层2是由玻璃丝布和聚四氟乙烯层构成。玻璃丝布在内层、聚四氟乙烯在外层，两层依序排列。其加工工艺为：自气冷引线1的底端起，利用绕线机将玻璃丝布按照固定绕向角(该绕向角为与水平面成5-20度的夹角)及拉力均匀缠绕。至顶端后折回，共缠绕四层；在玻璃丝布外侧自其底端起，利用绕线机将聚四氟乙烯层按照固定绕向角(该绕向角为与水平面成5-20度的夹角)及拉力均匀缠绕，至顶端后折回，如此往复共缠绕四层，利用聚四氟乙烯的自粘结性固定，得到引线内护层2。
低温绝缘层3的主体材料为浸渍有低温绝缘胶的玻璃丝布。其加工工艺为：在引线内护层2外侧自其底端起，利用绕线机将玻璃丝布依照固定绕向角(该绕向角为与水平面成5-20度的夹角)及拉力均匀缠绕，一边缠绕玻璃丝布一边用刷子将低温绝缘胶均匀的刷在玻璃丝布上，缠绕至顶端后再折回，如此往复共缠绕四层，全部绕制好后，将玻璃丝布置于真空干燥箱内在高温或常温条件下进行固化，固化后得到低温绝缘层3。
外护层5采用由低温环氧树脂材料制成的低温环氧树脂桶，低温环氧树脂材料即为处于低温环境下的环氧树脂材料。其加工工艺为，取一定厚度、长度与气冷引线1等长的低温环氧树脂桶一只，将其置于低温绝缘层3外侧，在低温绝缘层3与低温环氧树脂桶之间浇注低温绝缘胶4，待胶体固化后，得到外护层5。
如图3-4所示，真空法兰盘6是由不锈钢材料加工而成的，真空法兰盘6的下端中心处设有一连接件7，连接件7上开设有多个用于连接气冷引线1的螺孔I 8，采用螺栓通过连接件7上的螺孔I 8与具有三层绝缘结构的气冷引线1相连；真空法拉盘6的下端盘面上设有用于连接杜瓦的真空密封圈10和螺孔III 11，螺孔III均匀分布在真空密封圈的外围；真空法兰盘6的上端中心处设有用于连接常温导电杆的螺孔II 9，常温导电杆的绝缘可按照常温绝缘结构设计。真空法兰盘6和真空密封圈10即为处于真空状态下的法兰盘和密封圈。
引线内护层2、低温绝缘层3、环氧外护层5的厚度由35kV电压耐受强度及材料的单位绝缘强度所决定。
本发明的装配方法为：将按照上述制备方法加工完毕的具有三层绝缘结构的气冷引线与位于真空法兰盘6下端中心处的连接件7相连接，再将真空法兰盘6通过真空密封圈与真空杜瓦固定，保持杜瓦内的真空低温环境，最后通过螺栓将常温导电杆连接于真空法兰盘6的上端。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种气冷引线的低温绝缘结构，其包括真空法兰盘(6)和设在气冷引线(1)外表面的三层绝缘结构，其特征在于：所述三层绝缘结构为由内向外依次设置的引线内护层(2)、低温绝缘层(3)和外护层(5)，所述真空法兰盘(6)通过螺栓与位于三层绝缘结构内芯处的气冷引线(1)相连接。
2.如权利要求1所述的气冷引线的低温绝缘结构，其特征在于：所述引线内护层(2)采用玻璃丝布和聚四氟乙烯层制成，所述玻璃丝布位于内层，所述聚四氟乙烯层位于外层。
3.如权利要求2所述的气冷引线的低温绝缘结构，其特征在于：所述引线内护层(2)的制备方法为：自气冷引线(1)的底端起，将玻璃丝布按照固定绕向角和拉力均匀缠绕，在玻璃丝布外侧自其底端起，将聚四氟乙烯层按照固定绕向角和拉力均匀缠绕，最后利用聚四氟乙烯的自粘结性进行固定，得到引线内护层。
4.如权利要求1所述的气冷引线的低温绝缘结构，其特征在于：所述低温绝缘层(3)采用涂抹有低温绝缘胶的玻璃丝布。
5.如权利要求4所述的气冷引线的低温绝缘结构，其特征在于：所述低温绝缘层(3)的制备方法为：在引线内护层(2)的外侧自其底端起，将玻璃丝布按照固定绕向角和拉力均匀缠绕，缠绕玻璃丝布的同时将低温绝缘胶均匀的刷在玻璃丝布上，全部绕制好后，经过高温或常温固化，得到低温绝缘层。
6.如权利要求1所述的气冷引线的低温绝缘结构，其特征在于：所述外护层(5)采用低温环氧树脂制成的低温环氧树脂桶。
7.如权利要求6所述的气冷引线的低温绝缘结构，其特征在于：所述外护层(5)的制备方法为：将低温环氧树脂桶置于低温绝缘层(3)的外侧，在低温绝缘层与低温环氧树脂桶之间浇注低温绝缘胶(4)，待低温绝缘胶固化后，得到外护层(5)。
8.如权利要求1所述的气冷引线的低温绝缘结构，其特征在于：所述真空法兰盘(6)采用不锈钢材料加工而成。
9.如权利要求1或8所述的气冷引线的低温绝缘结构，其特征在于：所述真空法兰盘(6)的下端中心处设有一连接件(7)，该连接件上设有用于连接气冷引线(1)的螺孔I(8)，所述真空法兰盘(6)的上端中心处设有用于连接常温导电杆的螺孔II(9)，所述真空法拉盘(6)的下端盘面上设有用于连接杜瓦的真空密封圈(10)和螺孔III(11)。
10.如权利要求1所述的气冷引线的低温绝缘结构，其特征在于：所述低温绝缘层(3)与外护层(5)之间通过低温绝缘胶(4)固定，所述引线内护层(2)、低温绝缘层(3)和外护层(5)与气冷引线(1)进行同轴设置。
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