CN111679164B - 一种多角度可视的超导带材冲击架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多角度可视的超导带材冲击架，属于电阻型超导限流器技术领域。包括底座和活动设置于底座上的圆盘支架，圆盘支架上设有用于安装超导带材的连接机构，超导带材上设有梯形骨架；连接机构包括设置在超导带材两端的圆柱形导电夹具和套接在圆柱形导电夹具外的绝缘套筒，绝缘套筒连接至所述圆盘支架上；圆柱形导电夹具可在绝缘套筒内转动以改变超导带材的角度；圆柱形导电夹具连接有导线。通过圆柱形导电夹具的转动改变超导带材的旋转角度，实现带材沿宽度方向的角度变化。通过圆盘支架的旋转，可以实现带材沿长度方向的角度变化，可在圆盘支架上设置多个超导带材，由此实现空间多角度、多层超导带材同时冲击，并提供清晰安全的观测条件。

Description

一种多角度可视的超导带材冲击架

技术领域

本发明涉及电阻型超导限流器技术领域，具体地说，涉及一种多角度可视的超导带材冲击架。

背景技术

随着人们对电力需求的扩大，电网容量也日益增大，伴随着电网的短路故障水平也迅速增加，短路电流超标问题日渐严重，故在电网中引入限流器设备在保障电网安全运行方面有着重要作用。

其中电阻型超导限流器以其结构简单、自动触发、限流效果明显、技术上相对容易实现等独特的优势，在110kV以上的高电压等级的输电网应用广泛。电网发生故障时，短路电流流经超导体，超导体瞬间自触发地从超导态转变为高阻抗状态，将短路电流限制在一定水平从而保障电路的安全，故障切除后，超导体又随着降温自动恢复至超导态。这种限流器的核心结构是高温超导带绕制形成的线圈，如图1所示，将单根高温超导带材01在用于匝间绝缘的梯形骨架02的支撑下，双向并绕形成单个盘式线圈，再在两侧均需加装大型毂轮03固定。而基于以上结构的电阻型超导限流器目前主要存在两个不足之处：一是超导限流器失超复温时间过长，无法满足电网重合闸要求，使得断电时间延长；二是失超时短路电流经过的超导材料，会在短时间内产生大量焦耳热，热量累积过高会削弱超导体的电力和应力特性，甚至使超导体烧坏。因此失超复温的速度是制约着超导限流器发展的主要瓶颈。失超过程的产生的热量主要是通过液氮的相变带走，失超复温过程本质上就是液氮暴沸产生大量气泡的沸腾换热过程，若从气泡特性的角度考虑加速超导带材的失超复温，气泡包裹于超导带材表面形成膜态沸腾，会使得热阻急剧增大恶化传热，其次气泡的滞留会改变超导线圈周围的电场分布，恶化线圈匝间绝缘环境。因此，气泡的耗散率也成为了超导限流器失超复温的重要判据，探究超导带材表面气泡生成与脱离特性、加快气泡的耗散也是确保限流器安全运行的必要重点。对超导带材失超复温过程的气泡生成的可视化研究也显得尤为重要

目前用于超导带材可视化研究的传统超导带材冲击架，如图2所示，分别将两片紫铜片04叠加在绝缘底盘05的两端，将附加了梯形骨架的单根超导带材两端均插入紫铜片之间的缝隙，再通过螺栓压紧并固定，位于上方的紫铜片焊接接入大电源的引线端，再通过四块方形紫铜片压接的方式，将设有梯形骨架02的单根高温超导带材01接入大电源。后续再将整个带材冲击架浸入装满液氮的杜瓦罐中，将其位置调整至匹配可视窗的合适高度，从而实现从可视窗观测超导带材失超复温过程的气泡的状态。

上述超导带材冲击架存在的主要问题是：(1)底盘距离实验段的超导带材太近，仅为单片紫铜片的厚度，会对气泡的逃逸路径产生干扰。(2)仅能实现超导带材空间水平布置时的可视化实验。目前实际使用过程超导带材是绕成线圈接入电网的，局部带材是以各种角度处于液氮环境中的，如图1所示，作为局部实验，应当贴近实际进行多角度观测。倘若直接把冲击架竖立以实现竖直角度的实验，通有大电流的紫铜片会与杜瓦瓶底部接触会造成漏电风险。

(3)仅能实现超导带材自身水平布置的可视化实验。受梯形骨架的阻隔，超导带与骨架形成的小孔成为了气泡横向逸出的唯一路径，目前实验表明小孔方向调整为重力方向(即将带材自身翻转至垂直地面)能加速气泡的耗散，加速失超复温，故超导带材自身垂直旋转布置的可视化实验同样需要且具有前瞻性。在传统带材冲击架上将带材翻转至垂直地面，底盘也会随之翻转，使得观测视线被阻挡。

(4)传统带材冲击架仅能实现单根带材的冲击及可视化实验。无法观测超导带材在多圈绕制下匝间气泡之间的联动影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种多角度可视的超导带材冲击架，用以解决上述技术问题，其结构简单，超导带材安装方便，可以同时实现超导带材的空间多加度布置以及超导带材自身的多角度旋转，且可随实验需要同时布置多层超导带材，满足多种冲击实验条件。

为了实现上述目的，本发明提供的多角度可视的超导带材冲击架包括底座和活动设置于所述底座上的圆盘支架，所述圆盘支架上设有用于安装超导带材的连接机构，所述超导带材上设有梯形骨架；

所述连接机构包括设置在超导带材两端的圆柱形导电夹具和套接在所述圆柱形导电夹具外的绝缘套筒，所述绝缘套筒连接至所述圆盘支架上；所述圆柱形导电夹具可在所述绝缘套筒内转动以改变超导带材的角度；所述圆柱形导电夹具连接有导线。

上述技术方案中，可以通过圆柱形导电夹具的转动改变超导带材的旋转角度，实现带材沿宽度方向的角度变化，主要为水平或垂直放置。同时，通过圆盘支架的旋转，可以实现带材沿长度方向的角度变化，此外，可以同时在圆盘支架上设置多个超导带材，由此实现空间多角度、多层超导带材同时冲击，并提供清晰安全的观测条件。与此同时，满足加速失超复温过程的气泡耗散，迎合超导限流器未来发展方向。

可选地，在一个实施例中，所述的圆柱形导电夹具包括对半开的两个半圆柱紫铜块，两半圆柱紫铜块夹住所述超导带材端部后穿过所述的绝缘套筒，进行初步扣紧。

为了提高夹具稳定性，可选地，在一个实施例中，两半圆柱紫铜块的端部设有锁紧抱箍，所述锁紧抱箍为导体，所述的导线连接在该锁紧抱箍上。

可选地，在一个实施例中，所述的锁紧抱箍包括相对的两个半环紫铜片，两半环紫铜片的一端通过转轴活动连接，另一端设有用于调节松紧度的螺栓。

为了进一步提高夹具的稳定性，可选地，在一个实施例中，所述的圆柱形导电夹具上设有用于定位的限位块，所述的绝缘套筒内壁设有与所述限位块配合的滑槽。

可选地，在一个实施例中，所述的绝缘套筒内壁设有用于定位所述超导带材水平放置和垂直放置的两个滑槽。。

可选地，在一个实施例中，所述的绝缘套筒上设有用于连接至所述圆盘支架上的绝缘螺钉。

可选地，在一个实施例中，所述的圆盘支架上设有平行的两个安装槽，分别用于安装位于所述超导带材两端的绝缘螺钉。

可选地，在一个实施例中，所述的圆盘支架上安装有一个或多个所述的超导带材。

可选地，在一个实施例中，所述的底座上设有与所述圆盘支架的边缘配合的凹槽。实现圆盘支架的旋转，从而改变超导带材沿长度方向旋转。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

本发明通过调整圆柱形导电夹具与绝缘套筒的配合实现超导带材自身的水平和垂直两个角度的观测(0°，90°)，通过圆盘支架在底座上的旋转实现超导带材空间角度无极变化(0°～90°)，其超导带材层数及角度均可根据需求自由布置，且适应不同长度超导带材。为超导带材冲击实验提供了多角度的冲击条件，同时解决了对失超复温过程中气泡观测的多角度可视化问题。

附图说明

图1为背景技术中的电阻型高温超导限流器的线圈结构及局部超导带材角度示意图；

图2为背景技术中的超导带材冲击架结构示意图；

图3为本发明实施例中的单根超导带材组合件结构示意图；

图4为本发明实施例中的导电夹具的结构示意图；

图5为本发明实施例中的单根超导带材组合件组装示意图；

图6为本发明实施例中的单层水平超导带材0°布置的整体结构示意图；

图7为本发明实施例中的三层垂直超导带材30°布置的整体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例

本实施例所用高温超导带材型号为双面封装YBCO超导带材，带材宽度为12mm，带材厚度为0.35mm。

参见图3～7，本实施例的多角度可视的超导带材冲击架包括底座10和圆盘支架9，圆盘支架9上设有用于安装高温超导带材1的连接机构，高温超导带材1上设有梯形支撑骨架2。

连接机构包括多组半圆柱状紫铜块3、抱箍组紫铜块3’和套在相对的两个半圆柱状紫铜块3外的绝缘套筒，绝缘套筒通过环氧树脂螺钉7和绝缘螺母8连接至圆盘支架9上，圆盘支架9上设有平行的两个安装槽，分别用于安装位于高温超导带材1两端的环氧树脂螺钉7。每相对设置的两个半圆柱状紫铜块3构成一个导电夹具，用于夹紧高温超导带材1的端部，同时，通过绝缘套筒及抱箍组紫铜块3’来实现锁紧。抱箍组紫铜块3’焊接有外接导线4。

导电夹具可在绝缘套筒内转动以改变超导带材的角度。导电夹具上设有用于定位的限位块，本实施例中限位块设置在两个半圆柱状紫铜块3的衔接处，绝缘套筒内壁设有用于定位高温超导带材1水平放置和垂直放置的两个滑槽。

安装时，先将梯形支撑骨架2绑在高温超导带材1上，其位置配合可根据超导带材在线圈中的实际绕制情况调整；半圆柱状紫铜块3两两配对组成圆柱状导电夹具，将带材两端分别插入导电夹具之间，形成紫铜块-带材-紫铜块的耦合结构，带材表面与紫铜块平面紧密接触，通过紫铜块表面的限位块实现后续在绝缘套筒内的定位，从而可以实现带材自身在水平和垂直两个方向的布置。环氧树脂螺钉7通过绝缘螺母8可以稳固的将其固定在圆盘支架9的安装槽上。抱箍组紫铜块3’的内弧度与半圆柱状紫铜块3外弧面相配合，既能保证紫铜块3与带材的紧密接触，又能实现外部电源的灵活接入。

由此，由高温超导带材1，梯形支撑骨架2，导电夹具及环氧树脂螺钉7组合形成单根超导带材组合件11。其组件配合如图3所示，高温超导带材1的一端夹在一组半圆柱状紫铜块3之间，根据紫铜块上的限位块选择插入绝缘套筒的滑槽中，再将导电夹具夹住半圆柱状紫铜块3，拧紧抱箍组紫铜块3’上的螺栓5即可，带材另一端安装方式同上。导线4用于连接外部电流源，电流依次通过导线4、抱箍组紫铜块3’、半圆柱状紫铜块3流入高温超导带材1。环氧树脂螺钉7以实现其在圆盘支架9上的固定。当需要进行多层带材的实验时，则以组合件为单位往上增加数目即可。

超导带材组合件11通过其两端环氧树脂螺钉7，可以将其固定在圆盘支架9的安装槽中，圆盘支架9竖直插入底座10内，由此形成多角度可视的超导带材冲击架的整体结构。超导带材的观测高度可随环氧树脂螺钉7在安装槽中的滑动来调整。两个安装槽的间距可根据超导带材的长度调整。安装槽可同时植入多根超导带材组合件，以实现多层超导带材的可视化实验。超导带材的自身角度可以通过调整紫铜块上的限位块与绝缘套筒内的滑槽的配合实现水平和垂直两个角度的观测(0°，90°)。超导带材空间角度可以通过圆盘支架9在底座10上的旋转实现角度无极变化(0°～90°)。故可根据实验条件，选择不同的超导带材自身角度、不同空间角度以及超导带材层数，形成多种实验条件。如：单层水平超导带材0°布置、四层水平超导带材90°布置、三层垂直超导带材30°布置等。

以“单层水平超导带材0°布置”为例：将半圆柱状紫铜块3上的限位块水平插入环氧树脂螺钉7的滑槽中，用四个绝缘螺母8将超导带材组合件11固定在圆盘支架9的安装槽中，后续将圆盘支架9插入底座10的凹槽中，底座10的凹槽形状依据圆盘的尺寸设计，后旋转调整圆盘支架9的角度为0°(即超导带材平行于地面)，再将底座10置于可视杜瓦瓶底部，导线4延伸至杜瓦瓶外部，外接电流源即可。如图6所示。

以“三层垂直超导带材30°布置”为例：将半圆柱状紫铜块3上的限位块垂直插入绝缘套筒的滑槽中，用十二个绝缘螺母8将三组超导带材组合件11按照一定距离固定在圆盘支架9的安装槽中，后续将圆盘支架9插入底座10的凹槽，旋转调整圆盘支架9的角度为30°(即超导带材于地表面夹角)，再将底座10置于可视杜瓦瓶底部，导线4延伸至杜瓦瓶外部，外接电流源即可。如图7所示，图中省略了导线4。

Claims (9)

1.一种多角度可视的超导带材冲击架，其特征在于，包括底座和活动设置于所述底座上的圆盘支架，所述圆盘支架上设有用于安装超导带材的连接机构，所述超导带材上设有梯形骨架；

所述连接机构包括设置在超导带材两端的圆柱形导电夹具和套接在所述圆柱形导电夹具外的绝缘套筒，所述绝缘套筒连接至所述圆盘支架上；所述圆柱形导电夹具可在所述绝缘套筒内转动以改变超导带材的角度；所述圆柱形导电夹具连接有导线；超导带材的空间角度通过圆盘支架在底座上的旋转实现角度无极变化；

所述的圆柱形导电夹具包括对半开的两个半圆柱紫铜块，两半圆柱紫铜块夹住所述超导带材端部后穿过所述的绝缘套筒，进行初步扣紧。

2.根据权利要求1所述的多角度可视的超导带材冲击架，其特征在于，两半圆柱紫铜块的端部设有锁紧抱箍，所述锁紧抱箍为导体，所述的导线连接在该锁紧抱箍上。

3.根据权利要求2所述的多角度可视的超导带材冲击架，其特征在于，所述的锁紧抱箍包括相对的两个半环紫铜片，两半环紫铜片的一端通过转轴活动连接，另一端设有用于调节松紧度的螺栓 。

4.根据权利要求1所述的多角度可视的超导带材冲击架，其特征在于，所述的圆柱形导电夹具上设有用于定位的限位块，所述的绝缘套筒内壁设有与所述限位块配合的滑槽。

5.根据权利要求4所述的多角度可视的超导带材冲击架，其特征在于，所述的绝缘套筒内壁设有用于定位所述超导带材水平放置和垂直放置的两个滑槽。

6.根据权利要求1所述的多角度可视的超导带材冲击架，其特征在于，所述的绝缘套筒上设有用于连接至所述圆盘支架上的绝缘螺钉。

7.根据权利要求6所述的多角度可视的超导带材冲击架，其特征在于，所述的圆盘支架上设有平行的两个安装槽，分别用于安装位于所述超导带材两端的绝缘螺钉。

8.根据权利要求7所述的多角度可视的超导带材冲击架，其特征在于，所述的圆盘支架上安装有一个或多个所述的超导带材。

9.根据权利要求1所述的多角度可视的超导带材冲击架，其特征在于，所述的底座上设有与所述圆盘支架的边缘配合的凹槽。

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