CN109856571A - 一种超导电缆通流导体电磁特性的测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超导电缆通流导体电磁特性的测试装置，包括：超导带材绕制骨架以及螺旋缠绕在所述超导带材绕制骨架上的n层超导带材；对称嵌套在所述超导带材绕制骨架两端的n对测试模块；各层超导带材按照缠绕的层数自外向内分别与由内及外的各对测试模块相连。本发明的超导电缆通流导体电磁特性的测试装置以模块化设置，可适用于高温超导电缆导体通流实验，研究分析包括带材绕制半径、绕向角、缝隙宽度以及导体层数等的结构参数对电缆导体临界电流、交流损耗的作用规律，以对高温超导电缆的设计提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及超导电缆技术领域，尤其涉及一种超导电缆通流导体电磁特性的测试装置。
背景技术
随着我国经济飞速发展，许多大中城市中心区域的电力负荷激增，输配电容量大幅增加，减少电网损耗和提高电网运行稳定性等问题也随之提出。超导材料具有低损耗、高效率、传输电流密度高等优点，对于未来电力行业的发展具有重要意义。超导电缆也因其通流能力强，结构紧凑，无电磁辐射污染等优势受到广泛关注，目前世界范围内已经有多条超导电缆挂网运行。
超导电力电缆三相导体中的每一相都是由若干层超导带材缠绕而成。在绕制过程中，不同的带材绕制半径、绕向角、层数、带材间缝隙宽度，以及导体通流大小，都会对导体通流性能产生影响。导体通流时产生的电磁热发生累积，导体的温度上升，一旦超过超导材料的临界温度，会造成电力电缆的失超故障甚至烧毁。因此，开展针对螺旋缠绕导体通流性能的实验测试研究十分必要。
由于超导电缆单相导体的每一层中带材都是呈螺旋对称分布的，不同超导带材的感抗几乎相同；并且实际中的超导电缆长达数百米甚至几千米，带材与电流引线之间的接头电阻相对于带材感抗可以忽略不计，因此每根超导带材流过的电流大致相等。但在实验测试中电缆模型的长度有限，带材的接头电阻对带材分流情况影响较大。针对带材分流不均的问题，目前已有的研究主要是从控制带材接头电阻入手来达到均流的效果，但这对试验样品的焊接提出了更高的要求，实施难度极大，同时均流效果也较差；此外，传统的实验装置需要大通流能力的交、直流电源，带材数量越多、导体层数越多，对电源的要求就越高，随着电缆通流水平的提高，实验测试所需的电源容量也会水涨船高，通过购买更大容量的实验电源显然是不经济的。因此需要一种新的实验测试装置来对超导电缆导体的通流特性进行实验研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种实施简单、经济实用的超导电缆通流导体电磁特性的测试装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种超导电缆通流导体电磁特性的测试装置，包括：
超导带材绕制骨架以及螺旋缠绕在所述超导带材绕制骨架上的n层超导带材；
对称嵌套在所述超导带材绕制骨架两端的n对测试模块；
各层超导带材按照缠绕的层数自外向内分别与由内及外的各对测试模块相连。
其中，所述超导带材绕制骨架上缠绕内外两层的超导带材，所述超导带材绕制骨架两端嵌套内外两对测试模块，其中，第一测试模块位于外侧，第二测试模块位于内侧，第一超导带材位于内层，第二超导带材位于外层，所述第一超导带材与所述第一测试模块相连，所述第二超导带材与所述第二测试模块相连。
其中，所述测试模块包括基底圆盘以及多个安装在所述基底圆盘上的电流引线接头。
其中，所述基底圆盘呈圆台形，且具有一轴向的通孔，供所述超导带材绕制骨架穿过；所述基底圆盘的圆台侧面均匀间隔设置有多个收容部，与多个所述电流引线接头一一对应，用于分别容纳多个所述电流引线接头。
其中，所述电流引线接头呈L型，包括连接部和装配部，所述装配部固定在所述基底圆盘的收容部中，所述装配部远离所述基底圆盘的表面还用于焊接超导带材，所述连接部中央具有一连接孔，用于铰接通流电缆。
其中，成对嵌套在所述超导带材绕制骨架上的测试模块之间的相邻两根超导带材之间通过通流电缆连接，形成超导带材的串联接线。
其中，所述电流引线接头与所述基底圆盘通过螺母与螺丝固定，或通过环氧胶黏贴固定。
其中，所述装配部远离所述基底圆盘的表面与所述连接部形成钝角。
其中，所述超导带材绕制骨架具体为环氧树脂制成的圆棍。
所述测试模块的对数上与缠绕的超导带材层数一一对应。
本发明实施例的有益效果在于：
本实施例的超导电缆通流导体电磁特性的测试装置以模块化设置，可适用于高温超导电缆导体通流实验，研究分析包括带材绕制半径、绕向角、缝隙宽度以及导体层数等的结构参数对电缆导体临界电流、交流损耗的作用规律，以对高温超导电缆的设计提供参考；
测试模块成对设置，设置的对数与缠绕的超导带材层数一一对应，测试时仅通过增减测试模块对数就可以模拟具有不同层数超导带材的超导电缆导体，操作简单方便，提高了整个测试装置的灵活性；
超导带材的串联接线方式相对于传统通流导体实验装置中所采用的并联接线方式优势突出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一种超导电缆通流导体电磁特性的测试装置的结构示意图。
图2是本发明实施例中一对测试模块的结构示意图。
图3是本发明实施例中电流引线接头与基底圆盘的装配结构示意图。
图4是本发明实施例中超导带材与外部电缆的接线示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。
请参照图1所示，本发明实施例提供一种超导电缆通流导体电磁特性的测试装置，包括：
超导带材绕制骨架以及螺旋缠绕在所述超导带材绕制骨架上的n层超导带材；
对称嵌套在所述超导带材绕制骨架两端的n对测试模块；
各层超导带材按照缠绕的层数自外向内分别与由内及外的各对测试模块相连。
图1所示为本发明实施例中n=2时的超导电缆通流导体电磁特性的测试装置的结构，即超导带材绕制骨架3上缠绕内外两层的超导带材，超导带材绕制骨架3两端嵌套内外两对测试模块，其中，第一测试模块1位于外侧，第二测试模块2位于内侧，第一超导带材10位于内层，第二超导带材20位于外层，第一超导带材10与第一测试模块1相连，第二超导带材20与第二测试模块2相连。
超导带材绕制骨架3具体为环氧树脂制成的圆棍，供高温超导带材螺旋缠绕。第一测试模块1和第二测试模块2的结构相同，区别在于嵌套在超导带材绕制骨架3两端的位置不同，第一测试模块1位于外侧，第二测试模块2位于内侧。请同时结合图2、图3所示，第一测试模块1包括第一基底圆盘11以及多个安装在第一基底圆盘11上的第一电流引线接头12，第二测试模块2包括第二基底圆盘21以及多个安装在第二基底圆盘21上的第二电流引线接头22。为描述简便，以下以第一测试模块1为例介绍其结构。第一基底圆盘11呈圆台形，且具有一轴向的通孔111，供超导带材绕制骨架3穿过；第一基底圆盘11的圆台侧面均匀间隔设置有多个收容部112，与多个第一电流引线接头12一一对应，用于分别容纳多个第一电流引线接头12。第一电流引线接头12与第一基底圆盘11通过螺母与螺丝固定，或通过环氧胶黏贴固定。第一电流引线接头12呈L型，包括连接部121和装配部122，装配部122固定在第一基底圆盘11的收容部112中，装配部122远离第一基底圆盘11的表面与连接部121形成钝角，同时，该表面还用于焊接第一超导带材10，实现第一超导带材10与第一测试模块1的连接。连接部121中央具有一连接孔120，用于铰接通流电缆。
请再参照图4所示，以第一测试模块1与第一超导带材10的连接来说，位于成对嵌套在超导带材绕制骨架3上的第一测试模块1之间的相邻两根第一超导带材之间通过通流电缆4连接，从而形成超导带材的串联接线。串联接线方式相对于传统通流导体实验装置中所采用的并联接线方式优势突出：第一，实验装置采用串联接线方式可以保证流过每根带材的电流是相等的，这符合超导电缆的实际情况，能对超导电缆的运行实际进行最大限度的还原；第二，采用串联接线方式实现带材均流可以排除分流对实验结果的影响，能够更准确地分析电缆通流导体的不同结构参数对其电磁特性的影响，实验结果更加真实可信；第三，串联接线方式无须对带材的接头电阻进行精确控制，对超导带材焊接技术要求不高，操作简单方便；第四，由于超导带材通流能力极强，单根超导带材临界电流能达到100A甚至更高，采用并联的接线方式需要电流源通流幅值达到数百安培甚至几千安培，而超导带材串联供电，可以最大限度地降低实验用电流源的要求。
还需说明的是，本实施例中，测试模块是将通流导体的每一层超导带材单独作为一个测试对象，因此，测试模块总是成对设置，设置的对数实际上是和缠绕的超导带材层数一一对应的，测试时仅通过增减测试模块对数就可以模拟具有不同层数超导带材的超导电缆导体，操作简单方便，提高了整个测试装置的灵活性。
图1所示的具有2层螺旋缠绕超导带材的通流导体实验测试装置由两个测试模块插接嵌套而成。具体的嵌套插接步骤为：（1）在超导带材绕制骨架3上绕制第一超导带材10；（2）在超导带材绕制骨架3一端插接第一测试模块1中的一个（超导带材绕制骨架3穿过第一基底圆盘11），并将第一超导带材焊接在第一电流引线接头12上；（3）在绕有第一超导带材10的超导带材绕制骨架3上插接第二测试模块2（超导带材绕制骨架3依次穿过第二基底圆盘21），并在两个第二测试模块2之间绕制第二超导带材20，并将第二超导带材20焊接到第二电流引线接头22上；（4）在超导带材绕制骨架3的另一端插接第一测试模块2的另一个，并焊接第一超导带材与对应的第一电流引线接头12。对于具有多于2层超导带材的超导电缆通流导体，只需要按照上述做法依次嵌套插接测试模块即可。
通过上述说明可知，本发明实施例的有益效果在于：
本实施例的超导电缆通流导体电磁特性的测试装置以模块化设置，可适用于高温超导电缆导体通流实验，研究分析包括带材绕制半径、绕向角、缝隙宽度以及导体层数等的结构参数对电缆导体临界电流、交流损耗的作用规律，以对高温超导电缆的设计提供参考；
测试模块成对设置，设置的对数与缠绕的超导带材层数一一对应，测试时仅通过增减测试模块对数就可以模拟具有不同层数超导带材的超导电缆导体，操作简单方便，提高了整个测试装置的灵活性；
超导带材的串联接线方式相对于传统通流导体实验装置中所采用的并联接线方式优势突出。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种超导电缆通流导体电磁特性的测试装置，其特征在于，包括：
超导带材绕制骨架以及螺旋缠绕在所述超导带材绕制骨架上的n层超导带材；
对称嵌套在所述超导带材绕制骨架两端的n对测试模块；
各层超导带材按照缠绕的层数自外向内分别与由内及外的各对测试模块相连。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述超导带材绕制骨架上缠绕内外两层的超导带材，所述超导带材绕制骨架两端嵌套内外两对测试模块，其中，第一测试模块位于外侧，第二测试模块位于内侧，第一超导带材位于内层，第二超导带材位于外层，所述第一超导带材与所述第一测试模块相连，所述第二超导带材与所述第二测试模块相连。
3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述测试模块包括基底圆盘以及多个安装在所述基底圆盘上的电流引线接头。
4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述基底圆盘呈圆台形，且具有一轴向的通孔，供所述超导带材绕制骨架穿过；所述基底圆盘的圆台侧面均匀间隔设置有多个收容部，与多个所述电流引线接头一一对应，用于分别容纳多个所述电流引线接头。
5.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于，所述电流引线接头呈L型，包括连接部和装配部，所述装配部固定在所述基底圆盘的收容部中，所述装配部远离所述基底圆盘的表面还用于焊接超导带材，所述连接部中央具有一连接孔，用于铰接通流电缆。
6.根据权利要求5所述的测试装置，其特征在于，成对嵌套在所述超导带材绕制骨架上的测试模块之间的相邻两根超导带材之间通过通流电缆连接，形成超导带材的串联接线。
7.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述电流引线接头与所述基底圆盘通过螺母与螺丝固定，或通过环氧胶黏贴固定。
8.根据权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述装配部远离所述基底圆盘的表面与所述连接部形成钝角。
9.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述超导带材绕制骨架具体为环氧树脂制成的圆棍。
10.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测试模块的对数上与缠绕的超导带材层数一一对应。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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