CN107068324A - 6kA高温超导电流引线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种6kA高温超导电流引线，包括有铜换热器段、高温超导段、电绝缘及密封结构、铜换热器段与高温超导段之间的第一连接结构、高温超导段与磁体之间的第二连接结构；所述铜换热器段冷端通过第一连接结构与高温超导段连接，高温超导段另一端通过第二连接结构与磁体连接，铜换热器段温端与铜管连接，铜管的另一端连接电流引线端子，电流引线端子的另一端连接氦气出气管；所述电绝缘及密封结构包括有电流引线法兰、绝缘环、O型密封圈。本发明能够用于为工作于低温下的超导磁体提供电能。本发明具有漏热小、接头电阻小、冷却结构简单、绝缘安全可靠等优点。

Description

6kA高温超导电流引线
技术领域：
本发明涉及超导节能技术领域，具体涉及一种6kA高温超导电流引线。
背景技术：
高温超导电流引线用于为工作在低温环境下的超导磁体供电。与常规铜电流引线相比，高温超导电流引线的高温超导段没有欧姆热，且高温超导段的热导率比铜小很多，通过高温超导段的传导漏热很小。高温超导电流引线广泛应用于各种超导磁体中，采用高温超导电流引线明显减少了低温系统的造价及运行成本。
高温超导电流引线的设计要点包括：载流能力、铜引线优化、各段的结构形式及连接方式、低阻接头、电流引线绝缘密封结构等。
发明内容：
本发明提供了一种漏热小、接头电阻小、冷却结构简单、绝缘安全可靠的6kA高温超导电流引线。
本发明是通过以下技术方案实现的：
6kA高温超导电流引线，其特征在于：包括有铜换热器段、高温超导段、电绝缘及密封结构、铜换热器段与高温超导段之间的第一连接结构、高温超导段与磁体之间的第二连接结构；所述铜换热器段冷端通过第一连接结构与高温超导段连接，高温超导段另一端通过第二连接结构与磁体连接，铜换热器段温端与铜管连接，铜管的另一端连接电流引线端子，电流引线端子的另一端连接氦气出气管；所述电绝缘及密封结构包括有电流引线法兰、绝缘环、O型密封圈，铜管上位于电流引线端子下方自上至下依次套装有夹紧装置、杜瓦法兰，电流引线法兰固定在杜瓦法兰的上端面上，电流引线法兰与铜管之间设有绝缘环，用于实现铜管与杜瓦法兰之间的轴向绝缘，绝缘环的上端面与夹紧装置的下端面之间、绝缘环的下端面与杜瓦法兰的上端面之间分别设有O型密封圈，夹紧装置压紧在电流引线法兰上，保持铜管与杜瓦上电流引线孔同轴心，从而实现与杜瓦的径向绝缘。
所述的6kA高温超导电流引线，其特征在于：所述铜换热器段采用30根直径6mm的铜棒，铜换热器段长450mm，30根铜棒采用内层10根、外层20根的排布方式，铜换热器段中心有16mm冷却通道，整个铜换热器段能得到充分冷却。
所述的6kA高温超导电流引线，其特征在于：所述高温超导段的高温超导材料选择Bi-2223/AgAu(0.25×4mm)超导带，每6根超导带组成超导叠，超导带支撑管选择φ36×4mm的不锈钢管，在不锈钢管上沿圆周均匀开8个0.7mm宽、深1mm的凹槽用于焊接超导叠，不锈钢管沿长度方向均匀开有5个φ5mm的孔。
所述的6kA高温超导电流引线，其特征在于：所述超导带间及超导叠与不锈钢管凹槽间采用软钎焊。
所述的6kA高温超导电流引线，其特征在于：所述铜换热器段与高温超导段通过加工的台阶进行定位并采用银钎焊连接。
所述的6kA高温超导电流引线，其特征在于：所述高温超导段 与磁体通过TU1无氧铜连接，无氧铜一端加工出与高温超导段相对应的8个凹槽用于焊接超导叠，另一端加工出一个长70mm、宽10mm、深3mm的键槽用于连接磁体的超导电缆；超导叠及磁体的超导电缆与无氧铜采用软钎焊连接，不锈钢管与无氧铜采用银钎焊。
所述的6kA高温超导电流引线，其特征在于：所述电流引线法兰与杜瓦法兰通过氩弧点焊连接。
所述的6kA高温超导电流引线，其特征在于：所述铜管采用紫铜管，绝缘环采用G10绝缘环，紫铜管与杜瓦法兰通过多个G10绝缘环实现轴向绝缘，G10夹紧装置通过螺钉与电流引线法兰连接，紫铜管能通过G10夹紧装置保持与杜瓦上电流引线孔同轴心，从而实现与杜瓦的径向绝缘。
铜换热器段的工作温度范围为室温至截点温度（60K左右），通过优化结构尺寸及氦气冷却能够有效减少漏热，铜换热器段与高温超导段通过特定连接结构实现电连接；高温超导段的工作温度范围为截点温度至液氦温度（4.2K），高温超导段由于无欧姆热及很小的热导率，漏热很小，高温超导段与磁体通过特定连接结构实现有效电连接；整个电流引线采用自冷却的冷却形式，低温端的漏热使得液氦蒸发，蒸发的氦气冷却上面的电流引线，充分利用了氦气的显热；电绝缘结构能够保证电流引线与杜瓦法兰间绝缘，密封结构能够保证氦气从电流引线中间冷却通道流过，从而使电流引线得到充分冷却。
本发明最大运行电流为6kA，能够给运行电流小于6kA的各种超导磁体使用。使用时只需安装好电流引线，将超导磁体的超导电缆与TU1无氧铜上的键槽软钎焊，将电流引线端子与电源连接起来。
本发明的优点是：
本发明的铜换热器段具有较大的对流换热面积，电流引线采用自冷却的冷却方式，冷却结构简单；电流引线的绝缘密封结构独特新颖；具有漏热小、接头电阻小、冷却结构简单、绝缘安全可靠等优点。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为电绝缘密封结构。
图3(a)为铜换热器段截面示意图。
图3(b) 为不锈钢管的截面示意图。
图中：1-氦气出气管 2-电流引线端子 3-铜管 4-夹紧装置 5-O型密封圈 6-绝缘环 7-电流引线法兰 8-杜瓦法兰 9-铜换热器温端 10-铜换热器段11-铜换热器冷端 12-高温超导段13-TU1无氧铜段
具体实施方式：
参见附图1、2。6kA高温超导电流引线，包括有铜换热器段10、高温超导段12、电绝缘及密封结构、铜换热器段与高温超导段之间的第一连接结构、高温超导段与磁体之间的第二连接结构；所述铜换热器段10冷端通过第一连接结构与高温超导段12连接，高温超导段12另一端通过第二连接结构与磁体连接，铜换热器段10温端与铜管3连接，铜管3的另一端连接电流引线端子2，电流引线端子2的另一端连接氦气出气管1；所述电绝缘及密封结构包括有电流引线法兰7、绝缘环6、O型密封圈5，铜管3上位于电流引线端子2下方自上至下依次套装有夹紧装置4、杜瓦法兰8，电流引线法兰7固定在杜瓦法兰8的上端面上，电流引线法兰7与铜管3之间设有绝缘环6，用于实现铜管与杜瓦法兰之间的轴向绝缘，绝缘环6的上端面与夹紧装置4的下端面之间、绝缘环6的下端面与杜瓦法兰8的上端面之间分别设有O型密封圈5，夹紧装置4压紧在电流引线法兰7上，保持铜管与杜瓦上电流引线孔同轴心，从而实现与杜瓦的径向绝缘。
铜换热器段10采用30根直径6mm的铜棒代替单根粗铜棒，从而增加了对流换热面积。铜换热器段长450mm，30根铜棒采用内层10根+外层20根的排布方式，铜换热器段中心有16mm冷却通道，整个铜换热器段能得到充分冷却。
高温超导段10的高温超导材料选择Bi-2223/AgAu(0.25×4mm)带材，每6根超导带组成超导叠。超导带支撑管选择φ36×4mm的不锈钢管材，在不锈钢管上沿圆周均匀开8个0.7mm宽、深1mm的槽用于焊接超导叠。不锈钢管沿长度方向均匀开有5个φ5mm的孔用于出气。
电流引线法兰7与杜瓦法兰8通过氩弧点焊连接。电流引线与杜瓦法兰8通过多个G10绝缘环6实现轴向绝缘。G10夹紧装置4通过螺钉与电流引线法兰7连接，电流引线能通过G10夹紧装置4保持与杜瓦上电流引线孔同轴心，从而实现与杜瓦的径向绝缘。
电流引线密封采用“0”圈密封5，且能通过电流引线的端子2及G10夹紧装置4压紧。
超导带间及超导叠与不锈钢间采用软钎焊。
铜换热器段10与高温超导段12通过加工的台阶进行定位并采用银钎焊连接。
高温超导段12与磁体通过TU1无氧铜13连接，无氧铜13一端加工出与高温超导段相对应的8个凹槽用于焊接超导叠，另一端加工出一个长70mm、宽10mm，深3mm的键槽用于连接超导磁体的超导电缆。超导叠及磁体的超导电缆与无氧铜连接采用软钎焊，不锈钢管与无氧铜采用银钎焊。

Claims (8)

1.6kA高温超导电流引线，其特征在于：包括有铜换热器段、高温超导段、电绝缘及密封结构、铜换热器段与高温超导段之间的第一连接结构、高温超导段与磁体之间的第二连接结构；所述铜换热器段冷端通过第一连接结构与高温超导段连接，高温超导段另一端通过第二连接结构与磁体连接，铜换热器段温端与铜管连接，铜管的另一端连接电流引线端子，电流引线端子的另一端连接氦气出气管；所述电绝缘及密封结构包括有电流引线法兰、绝缘环、O型密封圈，铜管上位于电流引线端子下方自上至下依次套装有夹紧装置、杜瓦法兰，电流引线法兰固定在杜瓦法兰的上端面上，电流引线法兰与铜管之间设有绝缘环，用于实现铜管与杜瓦法兰之间的轴向绝缘，绝缘环的上端面与夹紧装置的下端面之间、绝缘环的下端面与杜瓦法兰的上端面之间分别设有O型密封圈，夹紧装置压紧在电流引线法兰上，保持铜管与杜瓦上电流引线孔同轴心，从而实现与杜瓦的径向绝缘。
2.根据权利要求1所述的6kA高温超导电流引线，其特征在于：所述铜换热器段采用30根直径6mm的铜棒，铜换热器段长450mm，30根铜棒采用内层10根、外层20根的排布方式，铜换热器段中心有16mm冷却通道，整个铜换热器段能得到充分冷却。
3.根据权利要求1所述的6kA高温超导电流引线，其特征在于：所述高温超导段的高温超导材料选择Bi-2223/AgAu(0.25×4mm)超导带，每6根超导带组成超导叠，超导带支撑管选择φ36×4mm的不锈钢管，在不锈钢管上沿圆周均匀开8个0.7mm宽、深1mm的凹槽用于焊接超导叠，不锈钢管沿长度方向均匀开有5个φ5mm的孔。
4.根据权利要求3所述的6kA高温超导电流引线，其特征在于：所述超导带间及超导叠与不锈钢管凹槽间采用软钎焊。
5.根据权利要求1所述的6kA高温超导电流引线，其特征在于：所述铜换热器段与高温超导段通过加工的台阶进行定位并采用银钎焊连接。
6.根据权利要求3所述的6kA高温超导电流引线，其特征在于：所述高温超导段与磁体通过TU1无氧铜连接，无氧铜一端加工出与高温超导段相对应的8个凹槽用于焊接超导叠，另一端加工出一个长70mm、宽10mm、深3mm的键槽用于连接磁体的超导电缆；超导叠及磁体的超导电缆与无氧铜采用软钎焊连接，不锈钢管与无氧铜采用银钎焊。
7.根据权利要求1所述的6kA高温超导电流引线，其特征在于：所述电流引线法兰与杜瓦法兰通过氩弧点焊连接。
8.根据权利要求1所述的6kA高温超导电流引线，其特征在于：所述铜管采用紫铜管，绝缘环采用G10绝缘环，紫铜管与杜瓦法兰通过多个G10绝缘环实现轴向绝缘，G10夹紧装置通过螺钉与电流引线法兰连接，紫铜管能通过G10夹紧装置保持与杜瓦上电流引线孔同轴心，从而实现与杜瓦的径向绝缘。
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