CN103207330A - 高温超导长带临界电流测试装置 - Google Patents

Abstract

一种高温超导长带临界电流测试装置，主要由圆筒（1）、高温超导带反向机构（2）和反向与引线机构（8）组成；圆筒（1）的一端装配有高温超导带反向机构（2），圆筒（1）的另一端装配有反向与引线机构（8）；所述的圆筒（1）的长度为L、内外半径分别为R1和R2；所述的高温超导带反向机构（2）和所述的反向与引线机构（8）均为一个外半径为R2的圆盘，圆盘的一侧为双层结构的反向偏心“八卦”——位于下层的第一反向偏心“八卦”与位于上层的第二反向偏心“八卦”；圆盘的另一侧是半径为R1的装配盘，所述的高温超导带反向机构（2）和所述的反向与引线机构（8）通过装配盘分别与圆筒的一端通过销钉或螺纹装配为一体。

Description

高温超导长带临界电流测试装置

技术领域

本发明涉及一种高温超导长带临界电流测试装置。

背景技术

超导电力技术是利用超导体的无阻高密度载流能力及超导体的超导态－正常态转变的物理特性发展起来的新型电力技术，具有改善电能的质量、提高电力系统运行的稳定性和可靠性、降低电压等级、提高电网安全性等优势。

临界电流是体现高温超导带性能的基本参数，精确的测试高温超导带材的临界电流值，是完成超导设备的计算与设计的根本依据。“四引线法”是带材临界电流测试最准确也是最常用的方法（ZL200420009984.1、）。但是目前的测试手段，只能测试短样，然后利用短样的临界电流，估算长带（商业化产品的标准长度为100米、200米、400米等）的临界电流值，这对高温超导设备的设计与研制带来很大的不安全隐患。

虽然已有长带的非接触测量技术（ZL03149775.6、申请号201010033688.5），但受测试原理和测试手段的限制，只能对长带临界电流的均匀性有一个大致的判断，无法获得长带准确的临界电流值。利用长带成螺线管型缠绕在桶装测试架上（ZL02282203.6），虽然可以把高温超导长带进行临界电流测试，但由于绕成螺线管状长带产生的磁场导致超导带的临界电流退化，无法测得长带的真实临界电流值。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提出一种高温超导长带临界电流的精确测试装置。本发明利用无感线圈结构，有效消除测试电流产生的磁场，可以准确测试高温超导长带的临界电流值，为高温超导设备的设计与研制提供最基本的依据与保障。

本发明高温超导长带临界电流测试装置主要由圆筒、高温超导带反向机构和反向与引线机构组成。圆筒的一端装配有高温超导带反向机构，圆筒的另一端装配有反向与引线机构。

所述的圆筒材质为玻璃钢或电木，长度为L、内外半径分别为R1、R2。长度L和外半径R2由被测试高温超导带的宽度和最大长度决定。所述的高温超导带反向机构为一个外半径为R2的圆盘，材质为玻璃钢或电木。圆盘的一侧为双层结构的反向偏心“八卦”——位于下层的第一反向偏心“八卦”与位于上层的第二反向偏心“八卦”，两层反向偏心“八卦”的轴向厚度均为15mm。圆盘的另一侧是半径为R1的装配盘，高温超导带反向机构通过装配盘与圆筒的一端通过销钉或螺纹装配为一体。下层的第一反向偏心“八卦”的大半径R6比上层第二反向偏心“八卦”的大半径R5大5mm，下层的第一反向偏心“八卦”的小半径R4比上层第二反向偏心“八卦”的大半径R3大5mm。

所述的反向与引线机构的结构与所述的高温超导带反向机构的结构相同：所述的反向与引线机构为一个材质为玻璃钢或电木、外半径为R2的圆盘；圆盘的一侧为双层结构的反向偏心“八卦”——位于下层的第一反向偏心“八卦”与位于上层的第二反向偏心“八卦”，两层反向偏心“八卦”的轴向厚度均为15mm；圆盘的另一侧是半径为R1的装配盘，高温超导带反向机构通过装配盘与圆筒的一端通过销钉或螺纹装配为一体；下层的第一反向偏心“八卦”的大半径R6比上层第二反向偏心“八卦”的大半径R5大5mm，下层的第一反向偏心“八卦”的小半径R4比上层第二反向偏心“八卦”的大半径R3大5mm。所不同的是在反向机构的圆盘外侧180°对称位置固定一对紫铜接线端子，且接线端子的外弧面与圆盘的外弧面重合。

所述的高温超导长带临界电流测试装置通过圆筒两端的高温超导带反向机构的中心孔、反向与引线机构的中心孔与绕线机同轴固定，并通过钳位孔与绕线机固定。

被测试高温超导带的一端焊接在任意一个接线端子上，并根据被测试高温超导带的带宽w、带长L′以一定螺距缠绕至圆筒的高温超导带反向机构的一端，并通过高温超导带反向机构的第一反向偏心“八卦”完成高温超导带的反向，完成第一层高温超导带的缠绕。然后在第一层高温超导带上绕包一层绝酰亚胺绝缘膜，绝缘膜的厚度20～100μm，宽50～100mm。在绝缘膜外面以与第一层高温超导带相同的螺距，缠绕第二层高温超导带。若高温超导带长度较短（如200米），且刚好缠绕两层，则把高温超导带的尾端与另一个接线端子焊接。若高温超导带长度较长（如400米），则以相同的方法，高温超导带经过反向与引线机构反向后，再缠绕两层，然后把高温超导带的尾端与另一个接线端子焊接。这样，相邻两层高温超导带中的测试电流大小相等、方向相反，虽是长带，无感且产生的磁场相互抵消，对高温超导带的临界电流不产生影响。然后用现有的“四引线法”测试整根高温超导带的临界电流值。

若螺距为t，则缠绕两层高温超导带的最大长度L′满足如下关系式（单位均为mm）：

$L^{\′}=2\·\frac{L}{t}\·2\mathrm{\π}\·R2+2L+\mathrm{\π}(R4+R6)---\left(1\right)$

缠绕四层高温超导带的最大长度L″满足如下关系式：

$L^{\′\′}=4\·\frac{L}{t}\·2\mathrm{\π}\·R2+4L+2\mathrm{\π}(R4+R6)+\mathrm{\π}(R3+R5)---\left(2\right)$

为保证匝间不能短路，t-w≥3，即匝间距最小保证3mm。

目前第二代高温超导带商业化产品的标准宽度w分为4mm、10mm和12mm三种规格，长度一般为100米、200米和400米三种规格，将来可能达到800米。根据式（1）和（2），高温超导长带临界电流测试装置的基本参数如下：圆筒外半径R2=200mm，长L=1180mm，R1=190mm，R3=75mm，R4=80mm，R5=230mm，R6=235mm。目前最长400米、宽12mm的第二代高温超导带商业化产品缠绕2层，最长800米的缠绕四层。小于400米的长带可以调整螺距t缠绕两层，400～800米的长带可以调整螺距t缠绕四层。

本发明通无感线圈结构，有效消除测试电流产生的磁场对临界电流的影响，有效解决了准确测量高温超导长带临界电流的技术问题。本发明可以广泛应用于第一代、第二代高温超导的长带临界电流的准确测试，为高温超导设备的设计与研制提供最基本的依据与保障。

附图说明

图1圆筒示意图，图中：1圆筒；

图2高温超导带端部反向机构，其中图2a为正视图，图2b为三维示意图；图中：2高温超导带反向机构，3中心孔，4钳位孔，5第一反向偏心“八卦”，6第二反向偏心“八卦”，7装配盘；

图3反向与引线机构三维示意图，图中：8反向与引线机构，9、10引线端子，11固定螺栓，16中心孔，17钳位孔；

图4高温超导长带临界电流测试装置装配图；

图5第一层高温超导带缠绕示意图，图中：12高温超导带，13焊接端，14反向端；

图6绝缘层及第二层高温超导带缠绕示意图，图中：15绝缘带，i测试电流。

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。

本发明高温超导长带临界电流测试装置主要由圆筒1、高温超导带反向机构2、反向与引线机构8组成。圆筒1的一端装配有高温超导带反向机构2，圆筒1的另一端装配有反向与引线机构8。

圆筒1的材质为玻璃钢或电木，长度为L、内外半径分别为R1、R2。圆筒1的长度L和外半径R2由被测试高温超导带12的宽度w和最大长度决定。

如图2所示，所述的高温超导带反向机构2为外半径为R2的圆盘，材质为玻璃钢或电木。高温超导带反向机构2的一侧为双层结构的反向偏心“八卦”——位于下层的第一反向偏心八卦5与位于上层的第二反向偏心八卦6，两层反向偏心“八卦”的轴向厚度均为15mm。高温超导带反向机构2的另一侧是半径为R2的装配盘7。高温超导带反向机构2与圆筒1一端通过销钉或螺纹装配为一体。下层的第一反向偏心“八卦”5的大半径R6比上层第二反向偏心“八卦”6的大半径R5大5mm，下层的第一反向偏心“八卦”5的小半径R4比上层第二反向偏心“八卦”6的大半径R3大5mm。如图2a所示，中心孔3在高温超导带反向机构2的中心轴上，钳位孔4与高温超导带反向机构2中心孔4的孔距为100mm。

如图3所示，所述的反向与引线机构8为圆盘状。所述的反向与引线机构8与圆筒1的一端通过销钉或螺纹装配为一体。反向与引线机构8中的反向机构与所述的高温超导带反向机构2的结构、材质相同。在反向与引线机构8圆盘外侧呈180°对称位置用螺栓11固定一对紫铜接线端子9与10，且紫铜接线端子9、10的外弧面与反向与引线机构圆盘的外弧面重合。中心孔16在高温超导带反向与引线机构8的中心轴上，钳位孔17与高温超导带反向与引线机构8中心孔16的孔距为100mm。

如图4所示，本发明高温超导长带临界电流测试装置通过圆筒1两端的高温超导带反向机构2的中心孔3、反向与引线机构8的中心孔16与绕线机同轴固定，并通过高温超导带反向机构2的钳位孔4和反向与引线机构8的钳位孔17与绕线机固定。

如图5所示，被测试高温超导带12的一端13焊接在接线端子9上，并根据高温超导带12的宽w、长L′以一定螺距t缠绕至圆筒1的另一端，并通过高温超导带反向机构2的第一反向偏心“八卦”5完成高温超导带12的反向，从而完成第一层高温超导带12的缠绕。如图6所示，在第一层高温超导带12外绕包一层绝酰亚胺绝缘膜15，绝缘膜15的厚度20～100μm，宽50～100mm。在绝缘层15外面以与第一层相同的螺距t，缠绕第二层高温超导带12。若高温超导带12长度较短（如200米），且刚好缠绕两层，则把高温超导带的尾端14与接线端子10焊接。若高温超导带12长度较长（如400米），则以相同的方法，高温超导带12经过反向与引线机构8反向后，再缠绕两层，然后把高温超导带12的尾端14与接线端子10焊接。这样，相邻两层高温超导带12中的测试电流i大小相等、方向相反，虽是长带，无感且产生的磁场相互抵消，对高温超导带12的临界电流不产生影响。然后用现有的“四引线法”测试整根高温超导带12的临界电流值。

缠绕两层高温超导带12的最大长度L′可根据式（1）计算确定。缠绕四层高温超导带12的最大长度L″根据式(2)计算确定。为保证匝间不能短路，t-w≥3，即匝间距最小保证3mm。

实施例1：

目前第二代高温超导带12商业化产品的标准宽度w分为4mm、10mm和12mm三种规格，长度100米、200米和400米三种规格，将来可能达到800米。根据式（1）和（2），高温超导长带临界电流测试装置的基本参数如下：圆筒1外半径R2=200mm，长L=1180mm，R1=190mm，R3=75mm，R4=80mm，R5=230mm，R6=235mm。长400米、宽12mm的第二代高温超导带12缠绕2层，长800米的缠绕四层。小于400米的长高温超导带12可以调整螺距t缠绕两层，400～800米的长高温超导带12可以调整螺距t缠绕四层。

Claims (5)

1.一种高温超导长带临界电流测试装置，其特征在于，所述的高温超导长带临界电流测试装置主要由圆筒（1）、高温超导带反向机构（2）和反向与引线机构（8）组成；圆筒（1）的一端装配有高温超导带反向机构（2），圆筒（1）的另一端装配有反向与引线机构（8）；所述的圆筒（1）的长度为L、内外半径分别为R1和R2；所述的高温超导带反向机构（2）和所述的反向与引线机构（8）均为一个外半径为R2的圆盘。

2.按照权利要求1所述的高温超导长带临界电流测试装置，其特征在于，所述的高温超导带反向机构（2）和所述的反向与引线机构（8）的结构相同，圆盘的一侧为双层结构的反向偏心“八卦”——位于下层的第一反向偏心“八卦”与位于上层的第二反向偏心“八卦”；下层的第一反向偏心“八卦”的大半径R6比上层第二反向偏心“八卦”的大半径R5大5mm，下层的第一反向偏心“八卦”的小半径R4比上层第二反向偏心“八卦”的大半径R3大5mm；圆盘的另一侧是半径为R1的装配盘，所述的高温超导带反向机构（2）和所述的反向与引线机构（8）通过装配盘分别与圆筒的一端通过销钉或螺纹装配为一体。

3.按照权利要求2所述的高温超导长带临界电流测试装置，其特征在于，所述的两层反向偏心“八卦”的轴向厚度均为15mm。

4.按照权利要求1所述的高温超导长带临界电流测试装置，其特征在于，所述的反向与引线机构（8）圆盘外侧呈180°对称位置固定有一对紫铜接线端子（9、10），且紫铜接线端子（9、10）的外弧面与所述的反向与引线机构的外弧面重合。

5.按照权利要求1所述的高温超导长带临界电流测试装置，其特征在于，所述的圆筒（1）、所述的高温超导带反向机构（2）和所述的反向与引线机构（8）的材质为玻璃钢或电木。

Images