CN108320858B - 一种高温超导均流缆线及实现均流的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于超导磁体技术领域的一种高温超导均流缆线及实现均流的方法。该缆线是将高温超导带绕制在圆柱形金属骨架之上，其圆柱形骨架采用一体成型的柔性金属管状结构，或采用多芯金属线经过捆束、扭绞之后成为圆柱形骨架，并在骨架外围以螺旋方式密绕薄铜带作为过渡层，用以平滑局部凹凸；将多层超导带采用螺旋方式缠绕在金属骨架之上，多层超导带起始点同焊接在一个起始铜电极之上；多层超导带的终结点同焊接在一个终结铜电极之上，形成多层超导电流层；金属骨架除了起到内部支撑作用外，还能在超导层发生故障时起到分流作用；多层超导电流层采用平衡电感设计，实现不同超导带之间电流的平均分配，充分利用每一根超导带的电流传输能力。
Description
技术领域
本发明属于超导磁体技术领域，特别涉及一种高温超导均流缆线及实现均流的方法。
背景技术
高温超导磁体缆线是绕制大型磁体的基本单元。利用单根超导导线绕制磁体有很多问题，最主要的问题是匝数多，电感大，安全性低，所以将多根导线经过组合形式形成缆线，利用缆线绕制高温超导磁体，磁体匝数会大大降低，随之电感也会大幅度降低。这种缆线结构已经在大型低温超导磁体领域得到广泛应用。
随着高温超导材料的迅猛发展，各种高温超导缆线形式也不断涌现。比如带材简单并联，终端焊接就形成了一种最简单的缆线形式，除此之外还有针对高温超导扁平状结构带材结构设计的Roebel cable也已经得到应用。
但不论何种缆线面临一个关键技术问题就是均流问题，虽然缆线是多根带材并联，但是电流并没有平均分配在每根带材上，造成缆线某些带材电流过大，某些带材没有电流，没有起到缆线应有的分流功能。这种电流不均匀现象在超导缆线中出现的尤为严重。这是因为在多根超导导线并联条件下，超导体没有电阻，按照欧姆定律模型，每根导线上的电流取决于每根带材终端接触电阻的大小，而接触电阻影响因素比较多，在工艺上很难精确控制接触电阻，造成分流不均。
因此本发明提供了一种高温超导均流缆线的设计和实现均流的方法。该种缆线主要应用场合是交流或者需要瞬态励磁的场合，在交流应用场合下，缆线主要阻抗由感抗提供，因此该缆线利用平衡电感的方式实现电流在不同层超导线之间的均流。
发明内容
本发明的目的是提供了一种高温超导均流缆线及实现均流的方法；其特征在于，所述高温超导均流缆线是将高温超导带绕制在圆柱形金属骨架之上，其圆柱形骨架采用一体成型的柔性金属管状结构，或采用多芯金属线经过捆束、扭绞之后成为圆柱形骨架，并在骨架外围以螺旋方式密绕薄铜带作为过渡层，用以平滑局部凹凸；将多层超导带采用螺旋方式缠绕在金属骨架之上，多层超导带起始点同焊接在一个起始铜电极之上；多层超导带的终结点同焊接在一个终结铜电极之上；
所述金属骨架除了起到内部支撑作用外，还能在超导层发生故障时起到分流作用；
一种高温超导均流缆线实现均流的方法，其特征在于，具体实现方法如下：
第一层超导带采用顺时针螺旋方式缠绕至骨架上，缠绕螺距可调；第二层超导带采用逆时针螺旋方式缠绕至第一层超导之上，缠绕螺距可调，第三层超导带采用顺时针螺旋方式缠绕至第二层超导带之上，以此类推即层与层之间以互为相反的方向进行螺旋缠绕；如果每层超导带视为一个缠绕在骨架上的小线圈，那么，线圈终端相连，那么两终端之间的电压由以下公式求解：
其中V是电极两端电压，Φi是第i层线圈的磁通，Li是第i层线圈的自感，Min是第i层与第n层线圈之间的互感；因此采用仿真优化设计线圈的自感值与线圈之间的互感值；通过调整电感平衡，进而实现电流均流。
所述调整电感平衡，采用在单位缆线长度内，自内而外，各层超导带的螺距采用动态调整方式逐渐减小或各层超导带的宽度逐渐减小来调整电感平衡，实现电流在不同层超导线之间的均流。
所述各层超导带的螺距采用动态调整方式逐渐减小来调整电感平衡，在每根超导带末端表面处但还未与铜块搭接之处粘贴一霍尔探头12；霍尔探头是一种磁场测量元件，通过测量带材表面磁场就可以准确得到每根带材相应的电流，通过测试电流大小，不断动态调整内外层超导带的螺距，获得最佳的平衡电感，实现层与层之间的均流。
所述采用动态调整方式逐渐减小各层超导带的宽度来调整电感平衡是在每根超导带末端表面处但还未与铜块搭接之处利用罗氏线圈电流探头13，罗氏线圈是一种直接测量电流的元件，通过测试电流大小，不断动态调整内外层之间带材宽度，获得最佳的平衡电感实现层与层之间的均流。
本发明的有益效果是该缆线利用平衡电感的方式实现电流在不同层超导线之间的均流。
附图说明
图1为本发明超导缆线整体结构示意图。
图2实施例1缆线结构示意图。
图3终端Hall片安装示意图。
图4实施例2缆线结构示意图。
图5终端罗氏线圈安装示意图。
主要元件符号说明，1-铜线，2-集束骨架，3-薄铜带，4-第一层超导带，5-第一层超导带绕制螺距，6-第二层超导带，7-第二层超导带绕制螺距，8-第三层超导带，9-第三层超导带绕制螺距，10-第四层超导带，11-第四层超导带绕制螺距，12-霍尔探头，13罗氏线圈。
具体实施方式
本发明提供了一种高温超导均流缆线及实现均流的方法；下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明进一步详细表述。
实施例1
如图1所示的超导缆线结构示意图，其中最内层用集束多芯铜线1构成集束骨架2，其多芯铜线1是采用多根0.85mm直径的铜制漆包线，集束骨架2的外直径15mm，在骨架外围以螺旋方式缠绕薄铜带3作为过渡层用以平滑局部凹凸；薄铜带过渡层之外缠绕第一层超导带4，超导带4为0.15mm厚4mm宽的YBCO带材；
如图2所示，第一层超导带4是根据以右手定则，以顺时针方式缠绕，第一层超导带螺距5为14mm，起始层采用顺时针还是逆时针并无严格规定；第二层超导带6以逆时针方式缠绕，第二层螺距7为12mm；第三层超导带8以顺时针方式缠绕，第三层螺距9为10mm；第四层超导带10以逆时针方式缠绕，第四层螺距11为8mm；然后自内而外，各层螺距采用动态调整方式逐渐减小，此处螺距的确定是改变缠绕角度调节的，螺距有可能会不同，需要通过仿真或者计算得知，但最终目的都是为了平衡各层之间的电感；可以有效平衡各层之间的电感，实现在交流通流方式下的电流均流。
在实际使用过程中，实际螺距的选择采用动态调整方式，如图3所示，在每根超导带末端表面处但还未与铜块搭接之处粘贴一霍尔探头12。霍尔探头是一种磁场测量元件，通过测量带材表面磁场就可以准确得到每根带材相应的电流，通过测试电流大小，不断动态调整内外层之间的螺距，获得最佳的平衡电感，实现层与层之间的均流。
实施例2
在实施例1中，采用同等宽度的带材通过改变螺距的方式平衡不同层之间的电感实现电流均流；在实施例2中，采用不同宽度的带材实现电感平衡，如图4所示，第一层超导带4采用0.15mm厚12mm宽的YBCO带材顺时针方式缠绕，起始层采用顺时针还是逆时针并无严格规定，绕制螺距采用紧密排列方式；第二层超导带6采用0.15mm厚10mm宽的YBCO带材逆时针方式缠绕，绕制螺距采用紧密方式排列；第三层超导带8采用0.15mm厚8mm宽的YBCO带材顺时针方式绕制，绕制螺距采用紧密方式排列；第四层超导带8采用0.15mm 6mm宽的YBCO带材逆时针方式绕制，绕制螺距采用紧密方式排列，紧密排布时其螺距为0。
在实际使用过程中，实际超导带螺距的搭配采用动态调整方式，如图5所示，在每根超导带末端表面处但还未与铜电极搭接之处利用罗氏线圈电流探头13，罗氏线圈是一种直接测量电流的元件。通过测试电流大小，不断动态调整内外层之间带材宽度，获得最佳的平衡电感实现层与层之间的均流。
以上列举两种四层超导缆线结构，通过改变超导带绕组螺距或者通过改变超导带带材宽度实现电感平衡，进而实现不同超导带层之间电流均流。其基本特征自内而外，在相同的缆线长度方向上，内层导流层绕制的匝数较少，而外层绕制的匝数较多。实际电流层数可根据需要灵活调整。
同时基于上述基本的思路，还可以提出各类衍生体，采用先将两层超导带并联之后再按照实施例1中方法绕制，第一层超导带采用12mm宽的带材绕制，第二层超导带采用两根6mm带材先并联之后再绕制的方法，第二层超导带层通过调整螺距实现电感匹配；这相当于把实施例1中的方法与实施例2中的方法结合起来使用；基于这种思路产生的缆线结构均应该包含在本专利保护范围。
作为实际应用的缆线在超导层之外还会有绝缘层，如果在特殊使用条件下还需要在缆线外围加装铠装层，这些常规设计不再赘述。
Claims (4)
1.一种高温超导均流缆线；所述高温超导均流缆线是将高温超导带绕制在圆柱形金属骨架之上，其特征在于，其圆柱形骨架采用一体成型的柔性金属管状结构，或采用多芯金属线经过捆束、扭绞之后成为圆柱形骨架，并在骨架外围以螺旋方式密绕薄铜带作为过渡层，用以平滑局部凹凸；将多层超导带采用螺旋方式缠绕在金属骨架之上，多层超导带起始点同焊接在一个起始铜电极之上；多层超导带的终结点同焊接在一个终结铜电极之上；在每根超导带末端表面处但还未与铜块搭接之处粘贴一霍尔探头；其金属骨架除了起到内部支撑作用外，还能在超导层发生故障时起到分流作用。
2.一种权利要求1所述高温超导均流缆线实现均流的方法，其特征在于，具体实现均流方法如下：
第一层超导带采用顺时针螺旋方式缠绕至骨架上，缠绕螺距可调；第二层超导带采用逆时针螺旋方式缠绕至第一层超导之上，缠绕螺距可调，第三层超导带采用顺时针螺旋方式缠绕至第二层超导带之上，以此类推即层与层之间以互为相反的方向进行螺旋缠绕；如果每层超导带视为一个缠绕在骨架上的小线圈，那么，线圈终端相连，两终端之间的电压由以下公式求解：
其中V是电极两端电压，Φi是第i层线圈的磁通，Li是第i层线圈的自感，Min是第i层与第n层线圈之间的互感；因此采用仿真优化设计线圈的自感值与线圈之间的互感值；通过调整电感平衡，进而实现电流均流；所述调整电感平衡，采用在单位缆线长度内，自内而外，各层超导带的螺距采用动态调整方式逐渐减小或各层超导带的宽度逐渐减小来调整电感平衡，实现电流在不同层超导线之间的均流。
3.根据权利要求2所述一种高温超导均流缆线实现均流的方法，其特征在于，所述各层超导带的螺距采用动态调整方式逐渐减小来调整电感平衡，在每根超导带末端表面处但还未与铜块搭接之处粘贴一霍尔探头；霍尔探头是一种磁场测量元件，通过测量带材表面磁场就可以准确得到每根带材相应的电流，通过测试电流大小，不断动态调整内外层超导带的螺距，获得最佳的平衡电感，实现层与层之间的均流。
4.根据权利要求2所述一种高温超导均流缆线的实现方法，其特征在于，所述采用动态调整方式逐渐减小各层超导带的宽度来调整电感平衡是在每根超导带末端表面处但还未与铜块搭接之处利用罗氏线圈电流探头13，罗氏线圈是一种直接测量电流的元件，通过测试电流大小，不断动态调整内外层之间带材宽度，获得最佳的平衡电感实现层与层之间的均流。
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|---|---|---|---|---|
| CN108899157B (zh) * | 2018-08-17 | 2024-02-13 | 广东电网有限责任公司 | 一种螺旋结构的限流器超导线圈 |
| CN109065257A (zh) * | 2018-08-27 | 2018-12-21 | 广东电网有限责任公司 | 一种双层电磁屏蔽高温超导电缆 |
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| CN113470887A (zh) * | 2021-08-03 | 2021-10-01 | 广东电网有限责任公司 | 一种超导电缆结构 |
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| CN117289189A (zh) * | 2022-06-16 | 2023-12-26 | 上海交通大学 | 新型高温超导扭绞缆线临界电流测量系统及测量方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1333913A (zh) * | 1998-12-24 | 2002-01-30 | 皮雷利·卡维系统有限公司 | 超导电缆 |
| CN103493152A (zh) * | 2011-02-18 | 2014-01-01 | 科罗拉多州立大学董事会（法人团体） | 超导电缆及其制造方法 |
| CN103578741A (zh) * | 2013-10-31 | 2014-02-12 | 华北电力大学 | 一种并联两根超导带材螺管线圈绕制的换位方法 |
| CN105489314A (zh) * | 2015-11-23 | 2016-04-13 | 上海交通大学 | 一种高温超导扭绕导线绕制方法 |
| CN106253199A (zh) * | 2016-08-08 | 2016-12-21 | 华北电力大学 | 一种冷绝缘高温超导电缆屏蔽层端部结构及连接方法 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1333913A (zh) * | 1998-12-24 | 2002-01-30 | 皮雷利·卡维系统有限公司 | 超导电缆 |
| CN103493152A (zh) * | 2011-02-18 | 2014-01-01 | 科罗拉多州立大学董事会（法人团体） | 超导电缆及其制造方法 |
| CN103578741A (zh) * | 2013-10-31 | 2014-02-12 | 华北电力大学 | 一种并联两根超导带材螺管线圈绕制的换位方法 |
| CN105489314A (zh) * | 2015-11-23 | 2016-04-13 | 上海交通大学 | 一种高温超导扭绕导线绕制方法 |
| CN106253199A (zh) * | 2016-08-08 | 2016-12-21 | 华北电力大学 | 一种冷绝缘高温超导电缆屏蔽层端部结构及连接方法 |
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