CN102610352A - 一种高温超导电阻型限流器用无感线圈 - Google Patents

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Abstract

一种高温超导电阻型限流器用无感线圈，其无感饼式线圈骨架由玻璃钢环(1)和紫铜连接片(5)组成。玻璃钢环(1)上有与紫铜连接片(5)外弧面有效长度l等长的弧形的卡槽(2)，紫铜连接片(5)嵌入卡槽(2)内，紫铜连接片(1)的外弧面与玻璃钢环(1)的外弧面在同一环面上。两个线圈夹板(19)通过沉头螺栓同心固定在无感饼式线圈骨架的两侧。两根等长的并绕超导带一端重叠对齐同时焊接在无感饼式线圈骨架的紫铜连接片(5)上。两根超导带同向并绕，每根超导带的内侧同向敷设间隔层。在下线圈夹板(19)的外缘线圈一侧固定两个引线端子，两根超导带分别锡焊在对应引线端子上。在无感饼式线圈的上侧通过沉头螺栓同心固定上线圈夹板。

Description

一种高温超导电阻型限流器用无感线圈
技术领域
本发明涉及一种用于电阻型故障限流器的线圈，特别涉及高温超导电阻型故障限流器用无感双绕饼式线圈。
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利用高温超导体的失超电阻限流，可以有效的解决上述问题，具有很好的应用与市场前景。这种限流器的核心结构是利用已经商业化生产的第二代高温超导带绕制的无感线圈，目前通用技术是利用单根超导带在中间位置回弯后双带并绕的无感饼式线圈，然后通过多个无感饼式线圈串并联组合而成。这种结构采用单根长带中间回弯，较多的采用“S”型或“U”型(IEEE Transactions on AppliedSuperconductivity，vol.19，no.3，2009，pp1950；EEE Transactions on Applied Superconductivity，vol.20，no.3，2010，pp1308；IEEE Transactions on Applied Superconductivity，vol.21，no.3，2011，pp1206)。首先，因为第二代高温超导带为脆性涂层陶瓷材料，必须大于一定的弯曲半径，上述结构决定了线圈结构复杂、机械加工难度大，易损坏高温超导带材，并且饼式线圈内直径大。其次，由于生产工艺的限制，单根超导带的长度越长售价越高，并且，生产商通常把短带有阻焊接为长带；这对电阻型限流器的应用危害非常大，该焊接点极容易在过电流情况下烧断。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的无感线圈结构复杂、内直径大、机械加工难度大、易损坏高温超导带材以及单根超导带长度大等缺陷，提出一种双带并绕的无感饼式线圈结构。
本发明主要包括由玻璃钢环和紫铜连接片组成的无感饼式线圈骨架、内外侧并绕超导带、间隔层、引线端子、线圈夹板以及多组沉头螺栓等部件。
所述的紫铜连接片与玻璃钢环组成本发明的核心部件无感饼式线圈骨架。紫铜连接片外弧面的有效长度l在5-8cm之间，玻璃钢环上有与紫铜连接片外弧面有效长度l等长的弧形卡槽，紫铜连接片嵌入所述的玻璃钢环的卡槽内。根据紫铜连接片在玻璃钢环上的固定方式不同给出了三种无感饼式线圈骨架结构。
结构一：紫铜连接片嵌入玻璃钢环的卡槽中，紫铜连接片外弧面上有两个沉头孔，玻璃钢环的卡槽内与紫铜连接片上所述的沉头孔对应的位置开有两个螺纹孔，通过两个沉头螺栓从玻璃钢环外侧把紫铜连接片和玻璃钢环紧固为一体，并使紫铜连接片的外弧面与玻璃钢环在同一环面上。
结构二：结构二的固定方式与结构一不同的是，在紫铜连接片内侧，即指向圆心的一侧开有两个不通透的螺纹孔，螺纹孔的深度为紫铜连接片厚度的2/3。玻璃钢环的卡槽内与紫铜连接片上所述的螺纹孔对应的位置开有两个通孔，通过两个沉头螺栓从玻璃钢环的内侧把紫铜连接片和玻璃钢环紧固为一体，并使紫铜连接片的外弧面与玻璃钢环在同一环面上。
结构三：结构三的固定方式与上两种不同，玻璃钢环的卡槽为“T”型(阴)，紫铜连接片两端为“T”型台阶(阳)，玻璃钢环的卡槽和紫铜连接片两端为“T”型槽和台阶，二者阴阳配合组合为一体，并使紫铜连接片的外弧面与玻璃钢环在同一环面上。
以上任意一种结构的无感饼式线圈骨架通过沉头螺栓在线圈骨架下侧同心固定下线圈夹板。两根规格相同的内侧高温超导带和外侧高温超导带一端重叠对齐，同时用普通焊锡焊接在紫铜连接片上，焊接长度与紫铜连接片的外弧面有效长度相等。两根等长的第二代高温超导带同向并绕，每根超导带的内侧同向敷设间隔层。在线圈夹板的外缘线圈一侧用沉头螺栓固定两个引线端子，两根并绕高温超导带分别锡焊在前、后引线端子上，焊接长度与紫铜连接片外弧面的有效长度l相等。在无感饼式线圈的上侧通过沉头螺栓同心固定上线圈夹板。这样，电流从一根第二代高温超导带流入，从另一根第二代高温超导带反向流出，由于两根第二代高温超导带的走向相同，电流反向，因此线圈电感为零。
以上任意一种结构的无感饼式线圈骨架上可以同时等角度固定n个相同的紫铜连接片，n为整数，并且紫铜连接片间的弧面距离不小于紫铜连接片的弧面长度。用上述方法绕制n组2n根高温超导带并绕的无感绕组。
本发明通过具有良好的导电性与导热性的紫铜连接片在无感线圈的骨架上焊接两根并绕超导带，使无感线圈的结构简化，加工难度大幅降低；同时由于紫铜的良好导电性与导热性，接头处散热能力强，保证了在故障过电流冲击下线圈的安全性与稳定性；双绕无感线圈对单根超导带长度的要求降低。
附图说明
图1无感饼式线圈骨架结构一，图1a组装前示意图，图1b组装后示意图，图中：1玻璃钢环，2卡槽，3连接片固定螺纹孔，4组装螺纹孔，5连接片，6沉头孔，7沉头螺栓；
图2无感饼式线圈骨架结构二，图2a组装前示意图，图2b组装后示意图，图中：8螺纹孔，9连接片固定孔，l连接片弧面长度；
图3无感饼式线圈骨架结构三，图3a组装前示意图，图3b组装后示意图，图中：10“T”型卡槽，11“T”型台阶；
图4双绕无感饼式线圈绕组示意图，图中：12内侧高温超导带，13外侧高温超导带，14间隔层；
图5双绕无感饼式线圈结构示意图，图5a引线端子意图，图5b双绕无感饼式线圈结构图，图中：15′前引线端子，15后引线端子16焊接弧面，17固定螺纹孔，18连接孔，19下线圈夹板，19′上线圈夹板，20沉头螺栓，21引线端子固定螺栓，22无感饼式线圈骨架。
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第二代高温超导带12、13的典型产品尺寸：厚度0.1～0.3mm，宽度4～12mm。在液氮温度、无外磁场条件下，高温超导带材12、13单位宽度的临界电流IC可以达到210A/cm。
本发明主要包括由玻璃钢环1和紫铜连接片5组成的无感饼式线圈骨架22、内侧高温超导带12、外侧高温超导带13、间隔层14、引线端子、线圈夹板以及多组沉头螺栓7、20、21等部件。
紫铜连接片5的宽度、玻璃钢环1的厚度与规格相同的高温超导带12和13的宽度相同，紫铜连接片5的外弧面直径与玻璃钢环1的外环面直径相等，紫铜连接片5和玻璃钢环1组成本发明的核心部件无感饼式线圈骨架22。紫铜连接片5外弧面的有效长度l在5-8cm之间，玻璃钢环1上有与紫铜连接片5等长的弧形卡槽2。根据紫铜连接片5在玻璃钢环上1的固定方式不同给出了三种无感饼式线圈骨架结构如图1、图2和图3所示。
结构一：如图1a所示，紫铜连接片5的外弧面上开有两个沉头孔6，在玻璃钢环1的卡槽2内与沉头孔6对应的位置开有两个螺纹孔3，通过两个沉头螺栓7把紫铜连接片5和玻璃钢环1二者紧固为一体，并使紫铜连接片5的外弧面与玻璃钢环1的外弧面在同一环面上，沉头螺栓7不高于紫铜连接片5的外弧面，如图1b所示。
结构二：如图2所示，紫铜连接片5与玻璃钢环1的固定方式与结构一不同，在紫铜连接片5的内侧，即指向圆心的一侧开有两个不通透的螺纹孔8，螺纹孔8的深度为紫铜连接1片厚度的2/3。在玻璃钢环1卡槽2内与螺纹孔8对应的位置有两个通孔9，通过两个沉头螺栓7从玻璃钢环1内侧把紫铜连接片5和玻璃钢环1二者紧固为一体，并使紫铜连接片5的外弧面与玻璃钢环1的外弧面在同一环面上，如图2c所示。
结构三：如图3所示，紫铜连接片5与玻璃钢环1的固定方式与结构一、结构二不同。玻璃钢环1的卡槽2为“T”型卡槽10，紫铜连接片5两端为“T”型台阶11，玻璃钢环1的卡槽2和紫铜连接片5两端为“T”型台阶二者配合组合为一体，并使紫铜连接片5的外弧面与玻璃钢环1的外弧面在同一环面上，如图3b所示。
以上任意一种结构的无感饼式线圈骨架22通过沉头螺栓20与下线圈夹板19同心固定。如图4所示，两根等长且规格相同的内侧高温超导带12、外侧高温超导带13的一端重叠对齐，同时用普通焊锡焊接在紫铜连接片5的外弧面上，焊接长度与紫铜连接片5的外弧面有效长度相等。在内侧高温超导带12及外侧高温超导带13的内侧同向敷设间隔层14，同向并绕内侧高温超导带12与外侧高温超导带13。如图5所示，在下线圈夹板19的外缘用沉头螺栓21固定前引线端子15′与后引线端子15，内侧高温超导带12与前引线端子15′、外侧高温超导带13与后引线端子15用锡焊焊接，焊接长度与紫铜连接片5外弧面的有效长度l相同。在上述的无感饼式线圈的上侧通过沉头螺栓20同心固定上线圈夹板19′。这样，如图4所示，电流i从超导带12流入，从超导带13反向流出，由于超导带12、13的走向相同，所以线圈电感为零。
以上任意一种结构无感饼式线圈骨架22上可以同时等角度固定n个相同的紫铜连接片5，n为整数，并且紫铜连接片5间的弧面距离不小于紫铜连接片5的弧面长度；用上述方法绕制n组，即n根高温超导带12、n根高温超导带13的并绕无感绕组。
本发明通过具有良好的导电性与导热性的紫铜连接片5在无感线圈的骨架22上焊接两根并绕超导带12和13，使无感线圈的结构简化，加工难度大幅降低；同时由于紫铜的良好导电性与导热性，接头处散热能力强，保证了在故障过电流冲击下线圈的安全性与稳定性；双绕无感线圈对单根超导带长度的要求降低。

Claims (6)

1.一种高温超导电阻型限流器用无感线圈，其特征在于，所述的无感线圈包括无感饼式线圈骨架(22)、内侧高温超导带(12)、外侧高温超导带(13)、间隔层(14)、引线端子(15′、15)、线圈夹板(19、19′)，以及多组沉头螺栓；所述的无感饼式线圈骨架(22)由玻璃钢环(1)和紫铜连接片(5)组成；所述的玻璃钢环(1)上有与紫铜连接片(5)外弧面长度l等长的弧形的卡槽(2)，所述的紫铜连接片(5)嵌入所述的卡槽(2)内，紫铜连接片(1)的外弧面与玻璃钢环(1)的外弧面在同一环面上；下线圈夹板(19)与上线圈夹板(19′)通过沉头螺栓(20)同心固定在无感饼式线圈骨架(22)的上、下两侧；在内侧高温超导带(12)及外侧高温超导带(13)的内侧同向敷设间隔层(14)，同向并绕内侧高温超导带(12)与外侧高温超导带(13)；在下线圈夹板(19)的外缘用沉头螺栓(21)固定前引线端子(15′)与后引线端子(15)，内侧高温超导带(12)与前引线端子(15′)用锡焊焊接，外侧高温超导带(13)与后引线端子(15)用锡焊焊接，内侧高温超导带(12)与前引线端子(15′)、外侧高温超导带(13)与后引线端子(15)的焊接长度与紫铜连接片(5)外弧面的有效长度l相等；在所述的无感饼式线圈的上侧通过沉头螺栓(20)同心固定上线圈夹板(19′)。
2.按照权利要求1所述的高温超导电阻型限流器用无感线圈，其特征在于，所述的紫铜连接片(5)的外弧面上开有两个沉头孔(6)，在玻璃钢环(1)的卡槽(2)内与沉头孔(6)对应的位置开有两个螺纹孔(3)；紫铜连接片(5)通过两个沉头螺栓(7)和玻璃钢环(1)紧固为一体，沉头螺栓(7)不高于紫铜连接片(5)的外弧面。
3.按照权利要求1所述的高温超导电阻型限流器用无感线圈，其特征在于，所述的紫铜连接片(5)的内侧，即指向圆心的一侧开有两个不通透的螺纹孔(8)，螺纹孔(8)的深度为紫铜连接片厚度的2/3；在玻璃钢环(1)的卡槽(2)内与螺纹孔(8)对应的位置有两个通孔(9)，通过两个沉头螺栓(7)从玻璃钢环(1)的内侧把紫铜连接片(5)和玻璃钢环(1)二者紧固为一体。
4.按照权利要求1所述的高温超导电阻型限流器用无感线圈，其特征在于，所述的卡槽(2)为“T”型(10)，所述的紫铜连接片(5)的两端为“T”型台阶(11)，所述的卡槽(2)和紫铜连接片(5)两端的T”型台阶配合组合为一体。
5.按照权利要求1所述的高温超导电阻型限流器用无感线圈，其特征在于，所述的无感饼式线圈骨架(22)上同时等角度固定n个相同的紫铜连接片(5)，n为整数，并且紫铜连接片(5)间的弧面距离不小于紫铜连接片(5)的弧面长度。
6.按照权利要求1所述的高温超导电阻型限流器用无感线圈，其特征在于，所述的紫铜连接片的外弧面的有效长度l在5-8cm之间。
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