CN102592774B - 一种高温超导无感线圈间隔层 - Google Patents

一种高温超导无感线圈间隔层 Download PDF

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Abstract

一种高温超导无感线圈间隔层，所述的间隔层(1)为双绕无感饼式线圈匝间的间隔层，呈带状，置于双带并绕无感饼式线圈的匝间，即并绕双带间以及相邻带间的间隔内其特征在于，所述的间隔层(1)的宽度w比较高温超导带(3)的宽度宽约1-2mm；所述的间隔层(1)上有朝左右两侧开口的矩形冷却通道(2)，间隔层(1)去除冷却通道(2)后的支撑宽度k为间隔层(1)宽度w的1/3；冷却通道(2)的宽度l取5-6mm，冷却通道(2)长度h为间隔层(1)宽度w的2/3，间隔层(1)的厚度t满足下式：t＝2+2.8·L×10-3其中L为“S”型或“U”双绕高温超导带的长度。

Description

一种高温超导无感线圈间隔层
技术领域
本发明涉及一种电阻型故障限流器用高温超导无感线圈，特别涉及一种高温超导饼式无感线圈的间隔层。
背景技术
当前，为了与国民经济快速发展、电网规模不断增大和互联程度不断提高相适应，我国电网正向超大规模方向发展。然而，我国电网的稳定性问题却变得日益严重，电网的安全性和可靠性正在承受巨大的压力，短路故障是危及电力系统安全、导致巨大经济损失的严重故障之一。基于第二代高温超导带材的电阻型高温超导限流器串接在电网中，在正常运行时，限流器呈现无阻抗状态，对电网没有任何影响，在故障发生时，高温超导体失超而呈现高电阻状态进行限流，可以有效的解决上述问题，具有很好的应用与市场前景。这种限流器的核心技术是利用已经商业化生产的第二代高温超导带绕制的无感双绕饼式线圈，目前通用技术是利用单根或多根超导带制作成无感饼式线圈，然后通过多个无感饼式线圈串并联组合而成限流线圈。
这种双绕无感饼式线圈的关键技术是匝间的间隔层。因为在故障发生后通过第二代高温超导带材的失超电阻进行限流，该过程伴随有大量的焦耳热瞬间产生，同时在限流线圈的两端长生较大的电压降，使匝间，尤其是并绕双带的端部产生高电压。所以，匝间间隔层起到高电压绝缘与良好的冷却通道的双重作用。匝间间隔层的结构，目前的通用技术是采用绝缘材料制作的波纹形窄带，波纹带宽度比高温超导带稍宽，可以起到良好的冷却与高电压绝缘效果(http://www.superconductivityiea.org/whats-new-in-fault-current-limiters/notable-recent-accomplishments；专利：US 2011/0116198A1)。由于第二代高温超导带为陶瓷涂层材料，具有脆性、易碎等不可避免的缺陷，在线圈制作与使用过程中，极易损坏导致超导电性能退化。上述波纹带状间隔层的“浪尖”与高温超导带为线状接触，在线圈绕制过程的预应力会使超导带与线状接触处局部受力而弯折、损坏；在限流线圈由室温到液氮温度的预冷过程中，热收缩应力也会使超导带与线状接触处局部受力而弯折、损坏；在故障限流过程中，巨大的过电流冲击下的瞬间电磁作用，也会使超导带与线状接触处局部受力而弯折、损坏。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的在线圈的绕制、冷热循环与过电流冲击过程中极易损坏脆性陶瓷高温超导带的缺陷，提出一种双带并绕的无感饼式线圈的间隔层结构，本发明可以有效克服以上现有技术存在的问题与缺陷，在液氮浸泡的运行条件下具有良好的冷却和高电压绝缘效果。
本发明无感线圈间隔层为双绕无感饼式线圈匝间的间隔层。
所述的双绕无感饼式线圈匝间的间隔层为带状，置于双带并绕无感饼式线圈的匝间，即并绕双带间以及相邻带间的间隔内。所述间隔层的材料采用低温下具有良好电绝缘与机械性能、在室温下兼具柔性与塑性的聚四氟乙烯。间隔层的宽度w比较高温超导带的宽度宽约1-2mm；兼顾低温下的高电压绝缘性能和冷却效果，间隔层上有朝左右两侧开口的矩形冷却通道，冷却通道的宽度l取5-6mm、长度h＝2w/3，w为间隔层的宽度。间隔层去除冷却通道后支撑体形似“方波”，支撑体宽度k为间隔层的宽度w的1/3，间隔层的厚度t，即冷却通道的深度满足下式：
t＝2+2.8·L×10-3(1)
其中t单位为mm；L为“S”型或“U”双绕高温超导带的长度，单位为mm。
本发明间隔层为电阻型高温超导限流器的核心部件——双绕无感饼式线圈的关键技术，可以广泛应用于“S”型或“U”型等所有双带并绕无感饼式线圈的匝间(并绕双带间以及相邻带间)间隔，在液氮浸泡条件下，不仅具有良好的冷却和高电压绝缘效果，还可以有效的避免线圈绕制过程中，尤其是机械化绕制过程中的预应力、高温超导限流线圈预冷过程中的热收缩应力以及故障限流过程中巨大的过电流冲击下瞬间电磁作用等对高温超导的破坏作用。
双带一端焊接并绕的饼式无感线圈，通过焊接点实现电流的反向。本发明间隔层置于一端焊接并绕的无感饼式线圈的匝间，即并绕双带间以及相邻带间的间隔内。通过间隔层的支撑体可以使脆性超导带有平滑支撑，有效的避免线圈绕制过程中，尤其是机械化绕制过程中的预应力、高温超导限流线圈预冷过程中的热收缩应力以及故障限流过程中巨大的过电流冲击下瞬间电磁作用等对高温超导的破坏作用；本发明间隔层上的冷却通道还可以使超导带充分冷却，同时实现匝间高电压绝缘。
单根超导带“S”型回弯并绕方式的饼式线圈，是单根超导通过中间的“S”型回弯实现电流反向。本发明间隔层置于单根超导带“S”型回弯并绕的无感饼式线圈的匝间，即并绕双带间以及相邻带间的间隔内。本发明间隔层在单根超导带“S”型回弯并绕饼式线圈的作用与间隔层在双带一端焊接并绕的饼式无感线圈的作用相同。
单根超导带“U”型回弯并绕方式的饼式线圈，是单根超导通过中间的“U”型回弯实现电流反向。本发明间隔层置于单根超导带“U”型回弯并绕的无感饼式线圈的匝间，即并绕双带间以及相邻带间的间隔内。本发明间隔层在单根超导带“U”型回弯并绕饼式线圈的作用与间隔层在双带一端焊接并绕的饼式无感线圈的作用相同。
附图说明
图1为双带并绕无感饼式线圈间隔层，图中：1间隔层，2冷却通道，w间隔层1的宽度，t间隔层1的厚度，l冷却通道宽度，h冷却通道长度，k间隔层1支撑体宽度；
图2为单组无感饼式线圈的间隔层实施例，其中图2a为两根超导带中间短接后并绕方式，图2b为单根超导带“S”型回弯并绕方式，图中：3与4并绕超导带，i无感线圈电流；5超导带，i′无感线圈电流；
图3为多组无感饼式线圈的间隔层实施例3，图中：6与6′、7与7′、8与8′为三组并绕超导带，i1、i2与i3为三组并绕超导带的电流。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
本发明采用商业化生产的二代高温超导带的典型产品尺寸可选范围：厚度0.1～0.3mm，宽度4～12mm。在液氮温度、无外磁场条件下，单位宽度的临界电流IC可以达到210A/cm。本发明采用的所有高温超导带3、4、5、6、7、8选用相同的外形尺寸，例如厚0.2mm、宽12mm。本发明主要包括双绕无感饼式线圈的间隔层1等部件。
如图1所示，双绕无感饼式线圈的间隔层1的材料采用低温下具有良好电绝缘与机械性能、在室温下兼具柔性与塑性的聚四氟乙烯。间隔层1的宽度w比较高温超导带3的宽度宽约1-2mm；兼顾低温下的高电压绝缘性能和冷却效果，间隔层1上有朝左右两侧开口的矩形冷却通道2，间隔层1去除冷却通道后的支撑体宽度k取间隔层1宽度w的1/3，冷却通道2的宽度l取5-6mm，长度h为间隔层1宽度w的2/3，间隔层1的厚度t，即冷却通道的深度，满足式(1)。
本发明匝间间隔层为电阻型高温超导限流器的核心部件——双绕无感饼式线圈的关键技术，可以广泛应用于“S”型或“U”型等所有双带并绕无感饼式线圈的匝间，即并绕双带间以及相邻带间间隔。在液氮浸泡条件下，不仅具有良好的冷却和高电压绝缘效果，还可以有效的避免线圈绕制过程中，尤其是机械化绕制过程中的预应力、高温超导限流线圈预冷过程中的热收缩应力以及故障限流过程中巨大的过电流冲击下瞬间电磁作用等对高温超导带3的破坏作用。
图2为实施例1的示意图，其中图2a为两根超导带中间短接后并绕方式，图2b为单根超导带“S”型回弯并绕方式。如图2a所示，高温超导带3、4一端焊接并绕，间隔层1同向绕在并绕双带间以及相邻带间，双绕饼式线圈的电流i反向从而没有电感；如图2b所示，单根高温超导带5通过中间的“S”型回弯，从而使双绕的高温超导带5中的电流i′反向，间隔层1在双绕高温超导带5间以及相邻高温超导带间。
图3为间隔层1的实施例3的示意图：三根高温超导带6与6′、7与7′、8与8′通过中间的“U”型回弯，从而使高温超导带6与6′、7与7′、8与8′中的电流i1、i2、i3反向，间隔层1在双绕高温超导带6与6′、7与7′、8与8′以及相邻高温超导带间。
在以上实施例中，间隔层1的支撑体可以使脆性超导带有平滑支撑，有效的避免线圈绕制过程中，尤其是机械化绕制过程中的预应力、高温超导限流线圈预冷过程中的热收缩应力以及故障限流过程中巨大的过电流冲击下瞬间电磁作用等对高温超导的破坏作用；本发明间隔层上的冷却通道还可以使超导带充分冷却，同时实现匝间高电压绝缘。

Claims (1)

1.一种高温超导无感线圈间隔层，所述的间隔层（1）为双绕无感饼式线圈匝间的间隔层，呈带状，置于双带并绕无感饼式线圈的匝间，即并绕双带间以及相邻带间的间隔内，其特征在于，所述的间隔层（1）的宽度w比高温超导带（3）的宽度宽约1-2mm；所述的间隔层（1）上有朝左右两侧开口的矩形冷却通道（2），所述的间隔层（1）去除冷却通道（2）后的支撑体的宽度k为间隔层（1）宽度w的1/3；冷却通道（2）的宽度l取5-6mm，冷却通道（2）长度h为间隔层（1）宽度w的2/3，间隔层（1）的厚度t满足下式：
t＝2+2.8·L×10－3
式中：L为“S”型或“U”双绕高温超导带的长度；其中t的单位为mm；L的单位为mm；
所述的间隔层（1）的材料为聚四氟乙烯。
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