CN105070404A - 低局放冷绝缘高温超导电缆操作工艺流程及其方法 - Google Patents

Abstract

低局放冷绝缘高温超导电缆操作工艺流程及其方法，其步骤为：a.原材料选择，b.零部件加工，c.零部件干燥，d.本体制作，e.终端制作，f.干燥，g.冷却，h.抽真空，i.注液氮，j.静放。经过上述一系列步骤并进行严格控制后，局部放电量可控制在较低水平。使电缆本体绝缘在工作电压下不发生局部放电或不超过一定量的局部放电，降低绝缘的老化速率，能够保证绝缘的长期工作可靠性，延长电缆的使用寿命。

Description

低局放冷绝缘高温超导电缆操作工艺流程及其方法

技术领域

本发明涉及一种冷绝缘高温超导电缆的制作流程，主要解决冷绝缘超导电缆局部放电量大的问题，导体与绝缘的厚度较大，绕制时又必须保证紧度，严格控制制作质量，才能保证其电气性能。

背景技术

在冷绝缘高温超导电缆的研制过程中，局部放电量大是普遍存在而又难于控制的一项性能指标。产品达不到要求的主要原因是对制作工艺控制不合理、环节控制不严格造成的。对于常规电缆来说，绝缘材料和工艺比较成熟，其局部放电量要小的多。影响局放的三个主要因素为杂质、水分和气泡，其中杂质和气泡的排除与常规电缆基本相同，而对于冷绝缘超导电缆来说，主绝缘较厚，且浸渍在液氮中，能够很好控制绝缘材料的含水量和保证液氮的充分浸渍是控制局部放电量的两个关键环节，对于冷绝缘超导电缆所采用的绝缘材料一般耐高温性能较差，在制作过程中，水分的排除可通过高真空条件实现水分子在较低温度下汽化，利用常规电缆制作流程已不完全适用于冷绝缘超导电缆，本发明提供一种全新的制作流程，以满足冷绝缘超导电缆的电气性能指标要求。

目前超导电缆仍处于研发阶段，基础性能研究较为注重，局部放电量较大是普遍存在的问题，本发明专利应从超导电缆的低局放标准入手，按照规范工艺流程进行操作。超导电缆局部放电量的大小受诸多因素影响，任何一个环节出现问题，都将增加局部放电量。应从绝缘材料选择开始，经过零部件加工、电缆本体绕制、干燥、抽真空和注液氮和静放等环节才能进入最后的试验程序。每个环节应严格控制、不打折扣，这样才能有效降低局部放电量。与常规电缆工艺不同的是真空干燥和注入绝缘介质两个环节，常规电缆干燥在真空干燥炉内进行，其内真空度最高为40Pa，有利于水分的蒸发。而对于冷绝缘超导电缆来说，主绝缘厚度较大，而结构又与导体紧密绕制，若要使电缆绝缘内部水分完全去掉，则需要很长的时间进行干燥，基于冷绝缘超导电缆具有真空度较高的恒温器，真空度可高达10^-3Pa，我们可利用电缆本身的恒温器和电缆终端或电缆封头形成一个密封容器，将其内部抽真空，导体内外高真空的实现可加速绝缘的干燥。另外，液氮纯度和注液氮操作也是影响局部放电量的重要因素。

发明内容

冷绝缘高温超导电缆操作流程见图1，从绝缘材料选择到整体组装注液氮的全过程控制，才能有效将局部放电量控制在较低水平。

低局放冷绝缘高温超导电缆操作工艺方法，本发明特征在于：

a.原材料选择包括超导带材、半导体材料和绝缘层材料，所有材料均无边角、毛刺、凹坑、缺陷等以及绝缘材料应为低局放材质；

b.零部件加工绝缘件表面无尘土和汗渍污染；零部件加工应倒圆角；

c.零部件干燥绝缘件应干燥，去除其内水分；

d.本体制作主要包括超导带材绕制工艺、主绝缘绕制工艺；主要控制目标为超导带材绕制不应出现尖角和空隙；主绝缘绕制保证绕制紧度，不允许出现松包或较大空隙；

e.终端制作终端出线端应加装均压环；对电缆端部应力集中的部位采用应力锥、应力管或电容锥等措施来缓解电场集中问题，其中应力锥的缠绕应控制形状和表面棱角；

f.干燥先将恒温器真空层按照产品真空度要求抽好真空，再将本体空间抽真空，真空度要求为10^-1Pa及以下，然后导体通电，加热过程中持续抽真空，同时检测本体空间真空度；干燥完成判断方法：真空度可维持在10^-1Pa及以下保持2小时变化小于0.1，则可判定干燥完成；

g.冷却自然冷却时间会持续较长时间，采取换热冷却方式；方法：从电缆一端向本体空间充入干燥冷氮气，同时从电缆另一端将置换的热氮气用真空泵抽，如此循环可很快将电缆本体冷却至液氮温度，此时停止注入冷氮气；

h.抽真空完成步骤g后，用真空泵继续将本体空间抽至真空度为10^-1Pa，保持4～12小时；

i.注液氮在真空下注入液氮；

j.静放静放时间至少为4小时，具体可根据电缆长度、电流大小和电压等级不同而有所不同。

由于恒温器和本体空间都处于真空状态，步骤6干燥加热过程使导体温度较高，自然冷却时间会持续较长时间，因此采取换热冷却方式，从电缆一端向本体空间充入干燥冷氮气，同时从电缆另一端将置换的热氮气用真空泵抽，如此循环可很快将电缆本体冷却至液氮温度，此时停止注入冷氮气。8.抽真空。完成步骤7后，用真空泵继续将本体空间抽至真空度为10^-1Pa，并且真空保持4～12小时，根据电缆长度、电流大小和电压等级不同而有所不同。9.注液氮。在真空下注入液氮，这样可使液氮快速浸渍电缆绝缘及导体，并可避免空气进入。10.静放。静放是必不可少的环节，使电缆完全浸渍在液氮中，时间可根据电缆长度、电流大小和电压等级不同而有所不同。

经过上述一系列步骤并进行严格控制后，局部放电量可控制在较低水平。使电缆本体绝缘在工作电压下不发生局部放电或不超过一定量的局部放电，降低绝缘的老化速率，能够保证绝缘的长期工作可靠性，延长电缆的使用寿命。

附图说明

图1为冷绝缘高温超导电缆操作工艺流程图，它列出了冷绝缘超导电缆在制作过程中影响局部放电的主要几道工序。

具体实施方式

低局放冷绝缘高温超导电缆操作工艺方法，本发明特征在于：

a.原材料选择包括超导带材、半导体材料和绝缘层材料，所有材料均无边角、毛刺、凹坑、缺陷等以及绝缘材料应为低局放材质；

b.零部件加工绝缘件表面无尘土和汗渍污染；零部件加工应倒圆角；

c.零部件干燥绝缘件应干燥，去除其内水分；

d.本体制作主要包括超导带材绕制工艺、主绝缘绕制工艺；主要控制目标为超导带材绕制不应出现尖角和空隙；主绝缘绕制保证绕制紧度，不允许出现松包或较大空隙；

e.终端制作终端出线端应加装均压环；对电缆端部应力集中的部位采用应力锥、应力管或电容锥等措施来缓解电场集中问题，其中应力锥的缠绕应控制形状和表面棱角；

f.干燥先将恒温器真空层按照产品真空度要求抽好真空，再将本体空间抽真空，真空度要求为10^-1Pa及以下，然后导体通电，加热过程中持续抽真空，同时检测本体空间真空度；干燥完成判断方法：真空度可维持在10^-1Pa及以下保持2小时变化小于0.1，则可判定干燥完成；

g.冷却自然冷却时间会持续较长时间，采取换热冷却方式；方法：从电缆一端向本体空间充入干燥冷氮气，同时从电缆另一端将置换的热氮气用真空泵抽，如此循环可很快将电缆本体冷却至液氮温度，此时停止注入冷氮气；

h.抽真空完成步骤g后，用真空泵继续将本体空间抽至真空度为10^-1Pa，保持4～12小时；

i.注液氮在真空下注入液氮；

j.静放静放时间至少为4小时，具体可根据电缆长度、电流大小和电压等级不同而有所不同。

实施例

制作了1m长10kV/1.5kA冷绝缘高温超导电缆短样，分别用PPLP和聚脂薄膜作为主绝缘分别对两根电缆短样做了局部放电试验，试验条件是在敞口液氮容器内进行的。第一根短样未进行材料和电缆干燥和抽真空试验，试验结果局部放电量达到了5000pC，接下来对电缆进行干燥处理后，再次进行了局放试验，结果为400pC，但仍为达到标准要求的10pC，经第二次用终端和恒温器对其进行密闭处理，按照本发明流程进行操作后，再次对其进行局放试验，试验结果达到了10pC以下。在制作第二根短样时，严格按照本发明流程进行操作，只是把主绝缘材料由PPLP更换为聚脂薄膜，试验结果为400pC。以上实例充分说明了绝缘材料和超导电缆操作流程直流影响局部放电的大小，因此，严格按照冷绝缘超导电缆制作流程进行操作，局部放电量可以被控制在较低水平。

Claims (1)

1.低局放冷绝缘高温超导电缆操作工艺流程及其方法，其特征在于：

a.原材料选择。包括超导带材、半导体材料和绝缘层材料，所有材料均无边角、毛刺、凹坑、缺陷等以及绝缘材料应为低局放材质。

b.零部件加工。绝缘件表面无尘土和汗渍污染；零部件加工应倒圆角。

c.零部件干燥。绝缘件应干燥，去除其内水分。

d.本体制作。主要包括超导带材绕制工艺、主绝缘绕制工艺。主要控制目标为超导带材绕制不应出现尖角和空隙；主绝缘绕制保证绕制紧度，不允许出现松包或较大空隙。

e.终端制作。终端出线端应加装均压环；对电缆端部应力比较集中的部位采用应力锥、应力管或电容锥等措施来缓解电场集中问题，其中应力锥的缠绕应严格控制形状和表面棱角。

f.干燥。先将恒温器真空层按照产品真空度要求抽好真空，再将本体空间抽真空，真空度要求为10^-1Pa及以下，然后导体通电，加热过程中持续抽真空，同时检测本体空间真空度。干燥完成判断方法：真空度可维持在10^-1Pa及以下保持2小时变化小于0.1，则可判定干燥完成。

g.冷却。自然冷却时间会持续较长时间，采取换热冷却方式。方法：从电缆一端向本体空间充入干燥冷氮气，同时从电缆另一端将置换的热氮气用真空泵抽，如此循环可很快将电缆本体冷却至液氮温度，此时停止注入冷氮气。

h.抽真空。完成步骤g后，用真空泵继续将本体空间抽至真空度为10^-1Pa，保持4～12小时。

i.注液氮。在真空下注入液氮。

j.静放。静放时间至少为4小时，具体可根据电缆长度、电流大小和电压等级不同而有所不同。