CN102468539A - 冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线的连接结构及装配方法 - Google Patents

Abstract

一种冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线连接结构及装配方法，包括有内套筒、导电锥管、导电锥母、第一固紧法兰盘和第二固紧法兰盘，其中，内套筒外壁呈锥度收缩三阶式结构；导电锥管为锥度管，其内侧壁的构型与内套筒对应段外壁相匹配，导电锥管内侧壁与内套筒的末端外壁间形成有焊接腔；导电锥母母体段内侧壁的长度及锥度与导电锥管对应段外侧壁的一致；所述用于与导电锥管螺接的第一固紧法兰盘及用于与导电锥母螺接的第二固紧法兰盘上分别开有一组紧固用螺丝孔和通孔，在第二固紧法兰盘上还开有拆卸用螺纹孔，还提供了上述连接结构的装配方法，以实现本发明连接结构各部件的连接。本发明的连接结构接触电阻低，通流能力强，方便拆卸，便于装配。

Description

冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线的连接结构及装配方法

技术领域

本发明属于超导电力技术应用领域，尤其涉及一种冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线的连接结构及装配方法。

背景技术

高温超导电缆是一种体积小、重量轻、损耗低和传输容量大的新型电力传输载体，是未来电能输送技术最重要的发展方向之一。高温超导电缆按照绝缘结构可以分为冷绝缘超导电缆和热绝缘超导电缆两种。其中，冷绝缘超导电缆由于具有电磁屏蔽效果好、传输容量大、热损耗小、输电损耗低等特点，因此备受电力行业及超导电力应用领域的关注。

冷绝缘超导电缆系统由电缆终端、电缆本体和制冷系统等部分组成。其中，电缆本体结构从内向外由支撑管、导体层、主绝缘层、屏蔽层和低温恒温器构成，导体层和屏蔽层均使用超导材料制作。超导电缆正常工作时，导体层和屏蔽层都处于超导态，屏蔽层中将感应产生与导体层中电流大小相当，方向相反的感生电流。因此，对于冷绝缘超导电缆，导体层和屏蔽层均需要设计专门的电流引线及其连接结构。

图1为冷绝缘超导电缆的终端结构示意图（其中，包括有：电缆本体3，液氮绝缘空间4，导电层引线11，导电层绝缘12，导电层连接件13，屏蔽层引线21，屏蔽层绝缘22，屏蔽层连接件23，）。由图可见，冷绝缘超导电缆的导电层与屏蔽层的电流引线及其连接结构是在电缆终端内实现的。电流引线的连接部件必须确保两方面的要求：1.接触电阻低，通流能力强；2.可拆卸，便于装配。此外，电流引线的连接结构还直接影响电缆终端的尺寸。终端恒温器3的内壁与连接结构之间除了需要保持足够的绝缘距离，还需要留有装配空间。装配空间越小，电缆终端的整体尺寸就可以越小，这有利于减少漏热，提高制冷效率，优化电缆的整体性能。可见，电流引线的连接部件既要保证良好的通流能力，又要能够方便地拆卸，还要尽量地减少装配空间。

专利CN2678155Y提出了一种超导电缆中导体层电流引线的连接结构。但由于屏蔽层在电缆外侧，且轴向长度小于导电层，因此其电流引线连接件需要在电缆缆身上直接固定、焊接，而不能借助支撑管进行固定。另外，从装配的角度看，屏蔽层连接件要需要在恒温器内完成装配或拆卸，比导电层连接件需要更大的装配空间，直接影响终端恒温器的结构及大小。因此，屏蔽层连接件是冷绝缘超导电缆中的一个关键部件，优化其结构及装配方式对整个电缆终端结构的优化有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种导电性能好且方便装配的冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线的连接结构。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线的连接结构，其包括有内套筒1、导电锥管2、导电锥母3和一组固紧法兰盘，其中，所述的内套筒1外壁呈锥度收缩三阶式结构，前第一、第二两阶外壁上分别有供导电锥母3、导电锥管2连接用外螺纹；所述的导电锥管2为锥度管，其内侧壁的构型与内套筒1后两阶外壁相匹配，导电锥管2前阶内侧壁上有用于与内套筒1螺接的内螺纹，导电锥管2内侧壁的后阶段与内套筒1的末端第三阶外壁间形成有焊接腔；导电锥管2外侧壁的末端加工有用于与第一固紧法兰盘4连接用的外螺纹；所述的导电锥母3为帽盖式构型，其母体段内侧壁的长度及锥度与导电锥管2对应段外侧壁的一致，导电锥母3外侧靠近锥面广口末端的位置有用于与第二固紧法兰盘5连接用的外螺纹，导电锥母3前端的帽盖内侧壁有用于与内套筒1外壁螺接的外螺纹；所述一组固紧法兰盘包括一用于与导电锥管2螺接的第一固紧法兰盘4及用于与导电锥母3螺接的第二固紧法兰盘5，在第一固紧法兰盘4上开有一组紧固用螺纹孔，在第二固紧法兰盘5上开有数量及位置与第一固紧法兰盘4上的一组螺纹孔相互对应的螺丝通孔。

所述的焊接腔的空间高度尺寸与所需焊接的超导线材层数成正比。焊接的超导线材每一层对应0.5mm高度的焊接空间。

第二固紧法兰盘5上开有的紧固螺丝孔和拆解螺纹孔孔径大于第一固紧法兰盘4上开有的紧固螺丝孔和拆解螺纹孔。

本发明的另一目的是提供一种上述冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线的连接结构的装配方法。

为实现该目的，本发明采取以下设计方案：

一种冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线连接结构的装配方法，用于实现冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线连接结构各部件的连接，其方法步骤如下：

a）按所需焊接的超导线材层数设计内套筒1及导电锥管2的管径尺寸并制作成品，制备匹配用的导电锥母3和第一、第二固紧法兰盘5；

b）将焊有超导线材的内套筒1套在电缆上，在电缆主绝缘层外侧包裹与主绝缘相同或类似的绝缘材料，直至将内套筒1卡紧在电缆上；

c）修整超导线材，并套上导电锥管2，通过锡焊将内套筒1、超导线材和导电锥管2焊接在一起；

d）将第一固紧法兰盘4旋紧于导电锥管2上；将第二固紧法兰盘5旋拧在与电流引线焊接的导电锥母3上，但无需固紧；

e）安装电缆终端时， 将电缆插入终端并套装到与电缆焊接的导电锥管2上；

f）使用加长工具调整套装在导电锥母3上的第二固紧法兰盘5的角度，直到该法兰盘上的紧固螺丝孔和拆解螺纹孔与导电锥管2上的固紧法兰盘的对应孔位置相吻合，然后再通过加长套管或加长内六角扳手附带螺丝将两个法兰盘固紧，完成装配。

拆卸导电锥母3和导电锥管2时，扭紧第二固紧法兰盘5拆解螺纹孔上的螺丝以对屏蔽层锥管锥母上法兰盘之间施加相反的推力，使导电锥管2和导电锥母3轻松分离。

本发明的优点是：

1. 本冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线的连接结构接触电阻低，通流能力强；

2.方便拆卸，便于装配；

3.较现有技术比，装配空间更小，电缆终端的整体尺寸小，减少了漏热，能提高制冷效率，优化了电缆的整体性能。

附图说明

图1　为冷绝缘超导电缆终端系统内部结构示意图。

图2　为本发明冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线的连接结构剖面图。

图3　为本发明连接结构局部锥管结构示意图。

图4　为本发明连接件局部锥母结构示意图。

图5　为本发明高载流电流引线连接件剖面图。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式

参阅图2所示，本发明冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线的连接结构其包括有内套筒1、导电锥管2、导电锥母3和一组固紧法兰盘4、5。

所述的内套筒1外壁呈锥度收缩三阶式结构，前第一、第二两阶（图2所示实施例中定义右向为前）外壁上分别有供导电锥母3、导电锥管连接用外螺纹。

所述的导电锥管2为锥度管，其内侧壁的构型与内套筒1后两阶外壁相匹配（参见图2中所示），导电锥管2内侧前端车有与内套筒1相同规格的内螺纹，导电锥管2内径尺寸需略大于内套筒1外径尺寸以形成焊接超导线材的焊接腔（尤其是在导电锥管2内侧壁的后阶段与内套筒1的末端第三阶外壁间）；导电锥管2外侧壁的末端加工有用于与第一固紧法兰盘4连接用的外螺纹。

所述的导电锥母3为帽盖式构型，其母体段（即轴向长直壁）内侧壁的长度及锥度与导电锥管2对应段外侧壁的一致（或相吻合），导电锥母3外侧靠近锥面广口末端的位置有用于与第二固紧法兰盘5连接用的外螺纹，导电锥母3前端的帽盖内侧壁有用于与内套筒1外壁螺接的外螺纹。

所述一组固紧法兰盘包括一用于与导电锥管2螺接的第一固紧法兰盘4及用于与导电锥母3螺接的第二固紧法兰盘5。第一固紧法兰盘4上等距等角度加工有3个或更多的固紧螺纹孔，参照第一固紧法兰盘4的固紧螺纹孔的位置在第二固紧法兰盘5上加工对应数量、尺寸略大的螺丝通孔，在螺丝通孔之间的空余位置等距、等角度加工2个以上的螺纹孔。

本发明冷绝缘超导电缆中电流引线与屏蔽层相连接的连接结构采用了锥面接触原理设计，锥面接触可以减小接头通流过程中的发热，为说明锥面接头增加接触压力的原理先作力学分析。设F ₁ 为螺钉压紧力，锥面的锥度为1:Z，对中心轴的夹角（即锥角）为?，（                                                

），锥面的中间直径为D，长度L，锥面之间的摩擦系数为f。根据力学平衡原理，锥面的正压强为：

                  

由上式可见，在拧紧力F ₁ 相同的情况下，减小锥角能提高接触压力。此外，锥面的粗糙度应尽可能降低，使摩擦系数减小，对增加接触压力也十分有效。铜的氧化层具有较高的电阻，为进一步降低高载流锥面接头的接触电阻，本发明的铜导电锥管2和导电锥母3表面（即相互的接触面上）可进行镀银处理，因为银具有良好的抗氧化性能和相当低的接触电阻。为使银镀层牢固，镀银后需进行钝化处理。锥面的加工精度对接头电阻影响很大，如果内外锥面的锥角不一致，两者是线接触。通常在内锥面精加工完成后，对外锥面进行精细配车，保证锥角一致。

冷绝缘超导电缆中电流引线与屏蔽层相连接的连接结构中的屏蔽层高载流锥面接头设计（即指导电锥管2和导电锥母3的接触）适合超导电缆与电流引线互相垂直连接的位形，此连接操作可以在空间狭小的恒温管内使用专用工具完成。装配方法如下：首先，根据工程的需要（按所需焊接的超导线材层数）设计内套筒1及导电锥管2的管径尺寸并制作成品，制备匹配用的导电锥母3和第一、第二固紧法兰盘5；然后将焊有超导线材的内套筒1套在电缆上，在电缆主绝缘层外侧包裹与主绝缘相同的绝缘材料，直至可以将内套筒1卡紧在电缆上为止，固定好内套筒1后修整超导线材，并套入导电锥管2，通过锡焊将内套筒1、超导线材、导电锥管2焊接在一起，将第一固紧法兰盘4通过旋紧于导电锥管2上（如图3所示），将第二固紧法兰盘5旋拧在与电流引线焊接的导电锥母3上(如图4所示)，但无需固紧，安装电缆终端时，将电缆插入终端并穿过屏蔽层电流引线导电锥母3，最终套装到与电缆本体焊接的屏蔽层锥管上。使用加长工具调整套装在屏蔽层电流引线导电锥母3上的第二固紧法兰盘5的角度，直到该法兰盘上的各螺丝通孔51与导电锥管2上第一固紧法兰盘4的固紧螺纹孔41一一对应，然后再通过加长套管或加长内六角扳手附带螺丝将两个固紧法兰盘固紧，通过两个法兰盘之间的固紧力保证足够大的正压力将屏蔽层锥母与锥管以足够小的接触电阻紧配合连接。当准备拆卸锥母、锥管时，通过扭紧第二固紧法兰盘5拆卸螺纹孔52上的螺丝可以对屏蔽层锥管锥母上法兰盘之间施加相反的推力，使导电锥管2和导电锥母3可以轻松分离，方便电缆在检修时拆解屏蔽层连接组件（总装结构如图5所示）。

上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线的连接结构，其特征在于：其包括有内套筒、导电锥管、导电锥母和一组固紧法兰盘，其中，

所述的内套筒外壁呈锥度收缩三阶式结构，前第一、第二两阶外壁上分别有供导电锥母、导电锥管连接用外螺纹；

所述的导电锥管为锥度管，其内侧壁的构型与内套筒后两阶外壁相匹配，导电锥管前阶内侧壁上有用于与内套筒螺接的内螺纹，导电锥管内侧壁的后阶段与内套筒的末端第三阶外壁间形成有焊接腔；导电锥管外侧壁的末端加工有用于与第一固紧法兰盘连接用的外螺纹；

所述的导电锥母为帽盖式构型，其母体段内侧壁的长度及锥度与导电锥管对应段外侧壁的一致，导电锥母外侧靠近锥面广口末端的位置有用于与第二固紧法兰盘连接用的外螺纹，导电锥母前端的帽盖内侧壁有用于与内套筒外壁螺接的外螺纹；

所述一组固紧法兰盘包括一件用于与导电锥管螺接的第一固紧法兰盘及一件用于与导电锥母螺接的第二固紧法兰盘，在第一固紧法兰盘上开有一组紧固用螺纹孔，在第二固紧法兰盘上开有数量及位置与第一固紧法兰盘上的一组螺纹孔相互对应的螺丝通孔。

2.根据权利要求1所述的冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线的连接结构，其特征在于：所述的焊接腔的腔体径向厚度与所需焊接的超导线材层数成正比。

3.根据权利要求1所述的冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线的连接结构，其特征在于：第二固紧法兰盘上开有的紧固螺丝通孔孔径大于第一固紧法兰盘上开有的紧固螺丝孔孔径。

4.根据权利要求1所述的冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线的连接结构，其特征在于：在第二固紧法兰盘上开有一组拆解螺纹孔，位于各螺丝通孔之间的空余位置上，等距等角度布设。

5.根据权利要求1所述的冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线的连接结构，其特征在于：所述在第一、第二固紧法兰盘上分别开有的螺纹孔和螺丝通孔均为等距等角度均匀布设。

6.根据权利要求1所述的冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线的连接结构，其特征在于：所述的一组紧固螺丝孔至少为两个；所述一组拆解螺纹孔至少为两个。

7.根据权利要求1所述的冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线的连接结构，其特征在于：所述导电锥管和导电锥母为铜材、铝材或铜铝合金等优良导电材料制作，在两者相互的接触面上镀有银层。

8.一种冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线连接结构的装配方法，用于实现冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线连接结构各部件的连接，其特征在于方法步骤如下：

a）按所需焊接的超导线材层数设计内套筒及导电锥管的管径尺寸并制作成品，制备匹配用的导电锥母和第一、第二固紧法兰盘；

b）将焊有超导线材的内套筒套在电缆上，在电缆主绝缘层外侧包裹与主绝缘相同或类似的绝缘材料，直至将内套筒卡紧在电缆上；

c）修整超导线材，并套上导电锥管，通过锡焊将内套筒、超导线材和导电锥管焊接在一起；

d）将第一固紧法兰盘旋紧于导电锥管上；将第二固紧法兰盘旋拧在与电流引线焊接的导电锥母上，但无需固紧；

e）安装电缆终端时，将电缆插入终端并套装到与电缆焊接的导电锥管上；

f）使用加长工具调整套装在导电锥母上的第二固紧法兰盘的角度，直到该法兰盘上的紧固螺丝孔和拆解螺纹孔与导电锥管上的固紧法兰盘的对应孔位置相吻合，然后再通过加长套管或加长内六角扳手附带螺丝将两个法兰盘固紧，完成装配。

9.根据权利要求8所述的冷绝缘超导电缆屏蔽层电流引线连接结构的装配方法，其特征在于：拆卸导电锥母和导电锥管时，扭紧第二固紧法兰盘拆解螺纹孔上的螺丝以对屏蔽层锥管锥母上法兰盘之间施加相反的推力，使导电锥管和导电锥母轻松分离。

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