CN105190787B - 电气衬套 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种应用于低温与高电压的电气衬套。衬套包括第一衬套部、第二衬套部及于第一衬套部与第二衬套部中沿着纵向配置的电性导体。电性导体包括由第一衬套部延伸的第一终端部，及由第二衬套部延伸的第二终端部。第一终端部被配置以耦接在环境温度下的第一电子构件，且第二终端部被配置以耦接在低温温度下的第二电子构件。第一衬套部与第二衬套部包括底绝缘部，且第一衬套部可更包括仅配置在底绝缘部上的环境保护层。此电气衬套能适应环境温度与低温环境之间因过大的温度变化所引起的热应力。

Description

电气衬套

技术领域

本发明是有关于电气衬套，且特别是有关于涉及应用于高电压且低温下的超导装置的电气衬套。

背景技术

超导故障电流限制器(Superconducting Fault Current Limiteds；SCFCL)是一种在低温(cryogenic temperature)下操作的装置类型，且通常应用在受限于高压与高电流下的电子传输与分配。超导故障电流限制器通常被用来在电流骤增(current surges)的情况下提供保护机制，例如电力传输互联网。

由于超导故障电流限制器于低温下操作，巨大的温差常存在于超导故障电流限制器的超导组件与连接在其上的外部设备之间。举例来说，低温环境可约为-200℃，而外部设备通常处在环境温度(ambient temperature)。有鉴于此，须在超导组件与外部设备之间提供连接结构，以适应温度的转换且将热量损失降至最小。

传统高压衬套会在低温环境下使用时失效。失效机制起因在环境温度与低温环境之间因过大的温度变化所引起的热应力(thermal stress)。拥有可靠的高压衬垫对于具有超导故障电流限制器，变压器，马达，能量储存装置或其他类似组件的超导体装置的运作成功是重要的。因此，高压衬套在低温环境使用下的改良是必要的。

发明内容

本内容于详述实施方式中的简化形式中用来提供并导入概念的选择。本内容并不用来识别申请专利范围中专利标的的主特征或必要特征，更不是用来协助决定申请专利范围中专利标的范围。

揭示一种电气衬套。此电气衬套可包括第一衬套部、第二衬套部及电性导体。电性导体在第一衬套部与第二衬套部中沿着纵向配置。电性导体可包括由第一衬套部延伸的第一终端部及由第二衬套部延伸的第二终端部。第一终端部可用来耦接在环境温度下的第一电子构件，且第二终端部可用来耦接在低温温度下的第二电子构件。第一衬套部与第二衬套部可包括底绝缘部。第一衬套部可更包括仅配置在底绝缘部上的环境保护层。

揭示一种电气衬套，其包括第一衬套部与第二衬套部，及配置在第一衬套部与第二衬套部内的电性导体。电性导体可包括由第一衬套部延伸的第一终端部以耦接于环境温度下的电子构件。电性导体可包括由第二衬套部延伸的第二终端部以耦接于低温温度下的超导组件。第一衬套部与第二衬套部可包括底绝缘部。第一衬套部更可包括配置在底绝缘部上的环境保护层。

揭示一种电气衬套，其包括第一衬套部与第二衬套部，及配置在其中的电性导体。电性导体可包括邻近于第一衬套部的第一终端部以耦接于第一电子构件，及由第二衬套部延伸的第二终端部以耦接于第二电子构件。第一电子构件可处于环境温度而第二电子构件可以是处于低温温度下的超导故障电流限制器。第一衬套部与第二衬套部以为一个整体件的方式组成底绝缘部。第一衬套部更可包括配置在底绝缘部上的环境保护层。

附图说明

图1为电流限制系统结合一实施例中所揭示的电气衬套的示意图。

图2为一示例中超导故障电流限制器采用已揭示的多个电气衬套的示意图。

图3为图2中超导故障电流限制器沿着线3-3方向的剖面图。

图4A至图4C示出一实施例已揭示的电气衬套的一系列步骤。

具体实施方式

本发明将搭配相关的图示进行详细的描述，其显示本发明的实施例。然而，本发明可以多种不同的形式被执行，且不应被理解为限制在如下所列出的实施例中。再者，这些实施例的提供使本发明是彻底且完整的，且对本领域技术人员完整传递本发明的范围。在以下图式中，图式的相似参考标号完全是指相似的构件。

为解决前述所提及衬套的缺陷，故揭示了高电压衬套，其中一端在低温环境下运作而另一端处于环境温度下运作。此衬套能适应环境温度与低温环境之间因过大的温度变化所引起的热应力。此衬套也在环境温度或应用于室外时能够经受因天气变化所引起的环境压力，如雨、雪、沙尘或其他自然与人为的环境伤害而能够可靠地被操作。

请参照图1，示例中采用已揭示实施例的使用电气衬套2的超导故障电流限制器系统1的一般架构，如图1所示。虽然电气衬套2将以与示例中的超导故障电流限制器有关的应用而被描述，但已认可其使用不被限制于此。再者，已被揭示的电气衬套2将可应用于载流部件(current carrying components)间经历高温差的多种用途的任一中找到其应用。

所示出的超导故障电流限制器系统1包括超导故障电流限制器4、并联电抗器(shunt reactor)6及绝缘系统8，其中并联电抗器6可以为传统并联电抗器。在运作过程中，超导故障电流限制器系统1借着限制流经起始点12与退出点14之间的负载电流而提供故障电流保护。在正常运作情况下，负载电流可以为周期性地(periodically)，偶发地(occasionally)或连续地(continuously)流经超导故障电流限制器系统1。负载电流在正常运作模式下显示出负载电流准位使超导组件16保持在超导状态，因此，当负载电流行经超导故障电流限制器4时，负载电流经由具有零阻抗的超导组件16而被传递。在过多负载电流可立即被产生的故障情况下，超导组件16通过超导状态转换至有限电阻状态而对过多的负载电流产生反应，其对于过多负载电流发生大型总阻抗，因而于故障情况下限制负载电流。随后，超导组件16于之后的故障事件通过限制电流可回复至超导状态以调整电流负载。

显而易见地，超导故障电流限制器系统1形成两平行电路径18、20，其分支在起始点12与退出点14之间。因此，超导故障电流限制器4与并联电抗器6以电性并联的方式在超导故障电流限制器系统1中沿着个别电路径18、20的方式排列。在正常运作情况下，超导故障电流限制器系统1是用来汲取流经超导故障电流限制器4近乎百分之百的负载电流与流经并联电抗器6近乎于零的负载电流。然而，当故障情况或事件发生时，并联电抗器6是用来汲取大多数的负载电流，借此以限制流经超导故障电流限制器4的电流。

由于超导故障电流限制器4的超导组件16通常被潜浸(submerge)于低温媒介(cryogenic medium)中，邻近于超导组件16的至少部份的电气衬套2将受制于约200℃，其温度低于超导故障电流限制器4所连接的外部电气设备。图2示出图1中具有多个电气衬套2的超导故障电流限制器的部份，其多个电气衬套2包括设置在低温恒温器壳体(cryostatenclosure)22外的第一衬套部2a及设置在低温恒温器壳体22内的第二衬套部2b。

在一实施例中，低温恒温器壳体22的温度及压力受到控制，特别是低温地冷却以维持对超导组件16适合的温度。可以理解的是，此温度能通过液态氮或其他适合的液态致冷剂而维持。一般而言，电气衬套2电性耦接至外部发电，电力输送与分配装置，而位于低温恒温器壳体22内的电气衬套2电性耦合至超导组件16。各电气衬套2包围住电性导体24以将位于低温温度下的超导故障电流限制器4的超导组件16耦接至位于环境温度下的外部设备，如图1所描述。电性导体24可以是铜，铝或其他适合的材料。低温恒温器壳体22包括顶凸缘26，其将壳体内部低温部分与外部环境分隔，使在操作过程中第一衬套部2a暴露在环境温度而第二衬套部2b受制于低温温度。在确保热传导所损失的热量很少时，电气衬套2应被用来适应如上所述的温度转换，以便防止用于冷却超导组件16的低温液体的沸腾，及/或防止冷却组件时成本的增加。

图3显示图2中具有低温媒介28的低温恒温器壳体22内电气衬套2的内部结构，其低温媒介如液态氮。需注意的是，电气衬套2的第一衬套部2a暴露在环境温度，即外部；而电气衬套2的至少部份第二衬套部2b潜浸在低温媒介28中。电气衬套2包围贯穿电气衬套2整体长度的电性导体24，以将超导故障电流限制器4的超导组件16耦接至外部设备，如前述所讨论。

显而易见地，电气衬套2包括底绝缘部30，其与填充于低温恒温器壳体22内部的低温媒介28兼容。在一实施例中，底绝缘部30可以是低温陶瓷材料。非限制性示例中列出用于底绝缘部30的其他合适材料，包括纤维玻璃(fiber glass)，铁氟龙(Teflon)，缩醛树脂(Delrin)或其他兼容于低温温度与低温媒介的介电材料。电气衬套2的第一衬套部2a可提供环境保护层32。环境保护层32能保护电气衬套2免于残酷的外界环境所带来的影响，包括下雨、下雪、阳光或其他类似的环境。在一实施例中，环境保护层32包括硅橡胶复合物(silicon rubber compound)。非限制性示例中列出用于环境保护层32的其他合适材料，包括瓷(procelain)，玻璃(glass)，橡胶(rubber)或一般用于电气衬套2的其他材料。电气衬套2的第二衬套部2b不包括环境保护层32，使底绝缘部30直接暴露在低温恒温器壳体22中的低温媒介28。

电气衬套2耦接在低温恒温器壳体22的顶凸缘26的中央点或靠近中央点处，使第一衬套部2a暴露在壳体外，且第二衬套部2b放置在壳体内。电气衬套2通过密封凸缘34以防漏的方式耦接于顶凸缘26，密封凸缘34焊接或固定于顶凸缘26。密封凸缘34具有让电气衬套2的肩部38抵靠的顶表面36。第一密封件40可被设置在顶表面36与肩部38之间以用来密封两表面。第二密封件42可被设置在密封凸缘34的内周围表面44与电气衬套2的相对外表面46之间。第一密封件40与第二密封件42可以是O形环(O-ring)或密封垫(gasket)，其设置在形成在密封凸缘34及/或电气衬套2的合适凹陷处。一个或多个锁定板48可被设置对应于电气衬套2的径向沟槽50内。锁定板48可经由如头帽螺钉的锁固件52而被固定在密封凸缘34上。如此的排列，密封凸缘34被夹挤在电气衬套2的肩部38与锁定板48之间，以将电气衬套2固定且密封在低温恒温器壳体22的顶凸缘26上。

如前述所指出的，电性导体24将超导故障电流限制器4的超导组件16耦接至如图1所示的外部设备。因此，电性导体24可包括由电气衬套2的第一衬套部2a延伸的第一终端部24a，及由电气衬套2的第二衬套部2b延伸的第二终端部24b。在所示出的实施例中，第二终端部24b设置在低温恒温器壳体22内，且耦接至超导故障电流限制器4的超导组件16。电性导体24邻近于第一终端部24a的一部份可被固定且密封至电气衬套2的第一衬套部2a。在一实施例中，压盖密封54可将电气衬套2的第一衬套部2a固定且密封至电性导体24上。压盖密封54可包括压盖螺帽56及封胶58，如密封垫或O形环。压盖螺帽56可贯穿地容纳于电气衬套2的末端凹陷60处，使得当压盖螺帽56拴紧时，封胶58将电性导体24固定且密封至电气衬套2。如此的配置允许电性导体24与电气衬套2间膨胀与收缩的差异，以减少传递至系统组件的应力。

图4A至图4C显示已揭示的电气衬套2的制作步骤。首先，底绝缘材料30通过射出成型(molding)、机械加工(machining)或其他适合的技术制作，如图4A所示。如前述所指出的，底绝缘材料30的材料可以是能抵抗低温温度且兼容于低温流体的低温陶瓷材料。第一衬套部2a与第二衬套部2b可以为一个整体件(unitary piece)的方式形成。又或者，第一衬套部2a与第二衬套部2b可由相异的组件(separate pieces)接合而成。电气衬套2的第一衬套部2a，即暴露于环境温度下的部份，可受制于化学表面处理(chemical surfacepreparation)以将外表面62粗糙化(roughen)，如图4B所示。环境保护层32可适用于第一衬套部2a的预备表面。在一实施例中，环境保护层32为可以经由铸件，模制或其他可应用于电气衬套2的第一衬套部2a中已蚀刻的外表面62的硅橡胶材料。在一实施例中，当电气衬套2被用来在4万5千伏特(45KV)下操作，则完成的第一衬套部2a的外径约为8英寸，而完成的第二衬套部2b的外径约为6英寸。可以理解的是，然而，完成的尺寸、比例与材料则视电气衬套2的特殊制程而定。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种电气衬套，其特征在于所述电气衬套包括：

第一衬套部与第二衬套部；

电性导体，配置在所述第一衬套部与所述第二衬套部，所述电性导体包括由所述第一衬套部延伸的第一终端部以耦接在环境温度下的电子构件，所述电性导体包括由所述第二衬套部延伸的第二终端部以耦接在低温温度下的超导组件，其中所述第一衬套部与所述第二衬套部包括底绝缘部，且所述第一衬套部更包括仅设置在所述底绝缘部上的环境保护层；

压盖密封，嵌合于所述第一衬套部，所述压盖密封包括压盖螺帽及封胶，所述压盖螺帽可贯穿地容纳于所述第一衬套部的末端凹陷处，使得当所述压盖螺帽拴紧时，所述封胶将所述电性导体固定且密封至所述第一衬套部；

密封凸缘，用以将所述第二衬套部耦接在低温恒温器壳体内，所述密封凸缘包括顶表面；以及

锁定板，所述顶表面接触所述第二衬套部的肩部，所述锁定板设置在所述第二衬套部的径向沟槽内，所述锁定板通过锁固件可安装于所述密封凸缘。

2.根据权利要求1所述的电气衬套，其特征在于所述密封凸缘被夹挤在所述第二衬套部的所述肩部与所述锁定板之间，以将所述第二衬套部固定在所述密封凸缘上。

3.根据权利要求2所述的电气衬套，其特征在于还包括第一密封件及第二密封件，所述第一密封件设置在所述密封凸缘的所述顶表面及所述第二衬套部的所述肩部之间，且所述第二密封件设置在所述密封凸缘的内周围表面及所述第二衬套部的相对外表面之间。

4.根据权利要求3所述的电气衬套，其特征在于所述第一密封件及所述第二密封件设置在对应所述密封凸缘及所述第二衬套部的至少其中一个的凹陷内。

5.根据权利要求1所述的电气衬套，其特征在于所述第一衬套部与所述第二衬套部以相异件的方式组成所述底绝缘部。

6.根据权利要求1所述的电气衬套，其特征在于所述第一衬套部与所述第二衬套部以为一个整体件的方式组成所述底绝缘部。

7.一种电气衬套，其特征在于所述电气衬套包括：

第一衬套部与第二衬套部及设置在所述第一衬套部与所述第二衬套部内的电性导体，

其中所述电性导体包括第一终端部及第二终端部，所述第一终端部相邻于所述第一衬套部以耦接于第一电子构件，所述第二终端部由所述第二衬套部延伸以耦接于第二电子构件，

压盖密封，嵌合于所述第一衬套部，所述压盖密封包括压盖螺帽及封胶，所述压盖螺帽可贯穿地容纳于所述第一衬套部的末端凹陷处，使得当所述压盖螺帽拴紧时，所述封胶将所述电性导体固定且密封至所述第一衬套部；

其中所述第一电子构件位于环境温度下且所述第二电子构件是处于低温温度下的超导故障电流限制器，

其中所述第一衬套部与所述第二衬套部包括为一个整体件的底绝缘部，且所述第一衬套部还包括仅设置在所述底绝缘部上的环境保护层；

密封凸缘，将所述第二衬套部耦接在低温恒温器壳体内，所述密封凸缘包括顶表面，所述顶表面接触所述第二衬套部的肩部；以及

锁定板，所述锁定板设置在所述第二衬套部的径向沟槽内，所述锁定板通过锁固件可安装于所述密封凸缘。

8.根据权利要求7所述的电气衬套，其特征在于所述密封凸缘被夹挤在所述第二衬套部的所述肩部与所述锁定板之间，以将所述第二衬套部固定在所述密封凸缘上。

9.根据权利要求8所述的电气衬套，其特征在于还包括第一密封件及第二密封件，所述第一密封件设置在所述密封凸缘的所述顶表面及所述第二衬套部的所述肩部之间，且所述第二密封件设置在所述密封凸缘的内周围表面及所述第二衬套部的相对外表面之间。

10.根据权利要求9所述的电气衬套，其特征在于所述第一密封件与所述第二密封件为O形环。