CN112467408B - 一种超导消磁电缆与电流引线的连接方法及接头结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超导消磁电缆与电流引线的连接方法及接头结构，所述的超导消磁电缆沿径向由内而外依次设有超导带材堆叠而成的通电导体、低温冷绝缘层、绕包保护层、液氮通道、低温杜瓦管、外护层，所述的连接方法包括以下步骤，(1)使通电导体从超导消磁电缆端部伸出；(2)通电导体的超导带材被分为多层，多层所述的超导带材分别与多个表面覆锡的铜板交叉层叠设置，形成覆锡铜板组块；(3)将覆锡铜板组块加热处理，完成对铜板与超导带材的焊接，形成连接接头。

Description

一种超导消磁电缆与电流引线的连接方法及接头结构

技术领域

本发明涉及超导消磁电缆技术领域，具体为一种超导消磁电缆与电流引线的连接方法及接头结构。

背景技术

超导材料零电阻效应具有无损耗运输电流的性质，应用超导技术将大大降低其不必要的能耗、提升能量传输转化效率，其所带来的重大经济战略意义使其成为当今各国在国防、公共基础建设、工业领域中重点投入研究应用的高新技术。高温超导消磁电缆是基于为舰船提供消磁、充分发挥超导高载流特性，利用超导在其临界温度下成为零电阻超导态、电流密度高、能承载大电流的特点而设计制造的。超导消磁电缆同常规电缆系统一样，在连接的时候需要通过对超导载流层和外部电源等动力设备连接。

现在高温超导消磁电缆作为替代普通铜质电缆提高舰船消磁系统的消磁能力，需要相应的连接装置进行配合实现其工作能力，基于新型REBCO超导材料的高温超导消磁电缆，急需解决以下几个问题：

1、在应用敷设时与外部连接，需考虑节约安装连接时间和操作的便捷性；

2、以往设计的高温超导消磁电缆导体设计为圆形绞绕结构，对于堆叠而成的导体结构需要开发新型的连接装置；

3、采用普通有阻焊接，会引入焦耳损耗，会大幅降低载流能力。

专利CN207925685U公开了一种超导电缆接头装置,包括主壳体、螺纹杆、旋转钮、滑动槽和系绳,所述主壳体上设置有固定装置,且主壳体内部设置有固定板,所述螺纹杆与挤压板相连接,所述滑动槽固定在主壳体的外侧,且滑动槽与滑动杆相连接,所述滑动杆与连接杆相连接,所述连接杆的顶端设置有推拉板,且连接杆的底端设置有弹性固定圈,所述系绳与主壳体相连接。该超导电缆接头装置,设置有螺纹杆和挤压板,当超导电缆接入到接头装置中,可以转动旋转钮,这样螺纹杆在旋转钮的内部进行上下移动,螺纹杆带动挤压板上下移动,挤压板可以挤压超导电缆从而将超导电缆牢牢固定住,挤压板的材质为橡胶,这样在固定超导电缆的同时不会破坏超导电缆的表面。专利CN108063320A公开了一种高温超导电缆端部连接结构及连接方法。该端部连接结构包括第一端部连接结构和第二端部连接结构。待连接超导带材层中,每根超导带材分别连接一根过渡铜带材；将端部连接结构穿过高温超导电缆,并通过端部连接结构将过渡铜带材夹紧固定；最后将电流引线连接在端部连接结构上。过渡铜带材避免了超导带材与电流引线直接焊接,且过渡铜带材与端部连接结构接触处无焊接,避免了在端部焊接过程中对其他超导层的影响。每根超导带材与过渡铜带材进行单独焊接,方便控制焊接长度。端部连接结构,以及电流引线的连接均采用螺栓连接,方便组装、拆卸与运输。

上述所公开的或现有的高温超导电缆的接头设计和连接方法多为针对超导电力传输用的超导带材圆形绞绕而成的通电导体结构，一般其设有铜芯或中空波纹管的骨架结构；而堆叠式高温超导电缆芯体结构省去了铜芯或者是中空波纹管的骨架结构，为进一步提高超导电缆芯体的电流密度，具有更小的重量及体积而且简化结构，采用易于生产超导带材堆叠成型作为通电导体。本专利这种连接工艺技术方法针对于采用堆叠式的特殊带材导体结构，采用铜板与超导带充分接触，结构设计保证足够的载流面积，并减少接触电阻，实现电流引线漏热小、超导带材得到最大电流利用，使用工装夹具保证机械连接处不受力，连接处薄弱段得到有效保护。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超导消磁电缆与电流引线的连接方法及接头结构，适用于超导-铜质电流引线连接，以解决上述背景技术提出的通电导体结构较为复杂、暂无合适成熟连接工艺的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超导消磁电缆与电流引线的连接方法，所述的超导消磁电缆沿径向由内而外依次设有超导带材堆叠而成的通电导体、低温冷绝缘层、绕包保护层、液氮通道、低温杜瓦管、外护层，所述的连接方法包括以下步骤，

(1)使通电导体从超导消磁电缆端部伸出；

(2)通电导体的超导带材被分为多层，多层所述的超导带材分别与多个表面覆锡的铜板交叉层叠设置，形成覆锡铜板组块；

(3)将覆锡铜板组块加热处理，完成对铜板与超导带材的焊接，形成连接接头。

优选地，在步骤(1)中，所述的超导带材表面做覆锡处理。

优选地，在步骤(2)中，所述的铜板表面开设有槽，所述的超导带材被设于所述的槽内。

优选地，在步骤(2)中，多层所述的超导带材分别与多个表面覆锡的铜板交叉层叠设置后，多个铜板使用螺栓组件相固定连接。

优选地，在步骤(3)中，使用分离式固定夹具对覆锡铜板组块进行加热，所述的分离式固定夹具包括加热底板和加热顶板，所述的覆锡铜板组块设于加热底板和加热顶板之间，所述的加热底板和加热顶板使用螺栓进行连接，然后进行热熔锡焊，经冷却成型后完成得到接头定型结构。

优选地，所述超导消磁电缆的端部设有连接法兰，所述的连接方法还包括步骤(4)，将所述的连接接头从箱体侧面预留的法兰孔置入终端液氮箱，然后将连接法兰与终端液氮箱侧面预留的法兰孔固定密封连接，完成超导消磁电缆和终端液氮箱的连接，在终端液氮箱内部将连接接头支撑固定，将电流引线与连接接头固定，完成超导消磁电缆与外部电流引线的连接。

优选地，所述的覆锡铜板组块上设置有空心轴孔，所述的螺栓穿过空心轴孔将多个铜板固定连接，所述的电流引线连接至所述的空心轴孔中。

本申请还提供一种超导消磁电缆与电流引线的接头结构，所述的接头结构使用的连接方法制作而成。

优选地，所述的接头结构包括多个叠层设置的铜板，两个相邻的铜板之间夹设有超导带材，所述的铜板与所述的超导带材加热焊接固定。

本发明的超导消磁电缆与电流引线的连接方法及接头结构，具有如下益效果：本发明通过针对堆叠式通电导体结构发明了适用的接头结构，为异形导体结构的通电导体电缆系统开发拓宽思路。集成后的通电导体与铜板连接可以置于终端液氮箱或其他杜瓦装置，避免了线芯暴露在外的问题，整体设计容易实现安装操作也更加安全。通电导体超导带材与铜板的焊接方式实现了可靠稳定，通过固化的加热冷却方式实现了超导带材与铜板的安全连接。本申请的焊接方式减少了连接部位的焊接电阻，减少出现焦耳损耗的情况；本发明所述超导消磁电缆与电流引线的连接方式，在实际应用敷设时与外部连接，节约安装连接时间且操作便捷。

附图说明

图1为本发明所述高温超导消磁电缆主体结构剖面示意图；

图2为本发明所述高温超导消磁电缆主体立体结构示意图；

图3为本发明所述高温超导消磁电缆与电流引线连接结构示意图；

图4为本发明所述连接超导带材用铜板结构示意图；

图5为本发明所述焊接加热夹具使用示意图；

图6为本发明所述实现超导与电流引线连接安装终端液氮箱结构示意图；

图中：1、超导带材；2、低温冷绝缘层；3、绕包保护层；4、液氮通道；5、低温杜瓦管；6、外护套；7、铜板组块；8、螺栓；9、连接法兰；10、加热固定夹具；11、夹具螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本申请所涉及的高温超导消磁电缆如图1、2所示，沿其径向由内而外依次设有超导带材1堆叠而成的通电导体、低温冷绝缘层2、绕包保护层3、液氮通道4、低温杜瓦管5、外护套6；如图3所示，所述超导消磁电缆的端部设有连接法兰9，所述连接法兰与超导消磁电缆的终端液氮箱之间通过螺丝拧紧连接；所述超导消磁电缆端部留出的通电导体设有层叠的覆锡铜板组块7、用于固定通电导体和覆锡铜板组块的紧固螺栓8，所述覆锡铜板组块7和紧固螺栓均套在所述超导消磁电缆外部，且通过对通电导体与铜板接头的连接安全置于所述终端液氮箱图6内固定，实现与电流引线的连接。

所述超导消磁电缆与电流引线的接头结构设计过程包括以下内容：

超导消磁电缆端头的通电导体的处理：超导消磁电缆端部外预留一定长度的通电导体，剥除端部的绕包保护层、超导带材的低温冷绝缘层，露出初始未处理超导带材，超导带材的长度为20cm，端部露出的超导带材表面经处理后对超导带材上下表面覆锡，得到接头中的超导带材1；

超导消磁电缆端头连接超导带材通电铜板的处理：以一定数量的相同尺寸紫铜材料板材矩形结构，长度l2为l1+10cm，其厚度和宽度根据电缆载流需要进行面积计算进行匹配，其中宽度推荐不小于5cm作为电流引线连接导体，同样经覆锡操作，其中对应铜板覆锡面纵向长度不小于20cm；需要说明的是，为带材方便固定，铜板单面可以根据排列的带材间距进行开槽处理参考开槽深度0.10～0.15mm，也可以不进行开槽，铜板另一方向的未覆锡面端部留出用于同外部连接螺栓固定的空心轴孔，得到接头中的组块7所需的各层覆锡铜板；

准备好加热分离式固定夹具10，将覆锡铜板的第一块覆锡铜板置于加热底板夹具固定槽中，露出带有轴孔的铜板一端，再将覆锡处理的每组超导带材依次平行错开置于覆锡铜板上，重复如上步骤后依次将各层超导带材材和铜板依次覆盖并调整好固定位置；要求各层叠覆锡铜板位置无参差不齐、带材外露的情况，得到接头中还未定型结构的覆锡铜板组块7；

四，将加热顶板夹具置于上述完成的层叠组块上，并对其夹具固定槽，最后用固定夹具的螺栓11连接，将连接好的夹具进行热熔锡焊，经冷却成型后完成得到接头定型结构，实际使用情况如图5所示，进一步地，所用的加热固定夹具为组合式夹具，用于将超导带材和铜板层叠固定、彼此连接，采用加热固定组合式夹具，上下结构，并且加热棒均匀置于加热板的内部，通过温度控制实现熔锡焊接。

五，冷却充分后拆分夹具和铜板连接，得到接头中最终需要的定型结构覆锡铜板组块7，相同的方法依次进行完成超导消磁电缆另一端的处理；图3即为高温超导消磁电缆与电流引线的连接接头；

六，将上述连接接头装置分别从箱体侧面预留的法兰孔置入两端的终端液氮箱，如图6所示，其中电缆法兰至铜板组块之间的带材距离应考虑侧面箱体的厚度，并保障整个过程带材避免弯折；最后将电缆端部法兰通过密封垫圈和螺栓固定连接密封，完成电缆和箱体的连接；内部将铜板接头支撑固定好，通过铜板轴孔将电流引线与铜板固定，至此完成超导消磁电缆与外部电流引线的连接，用于与超导消磁电缆连接的终端液氮箱侧面连接端口提供了特殊设计接口，即可以实现穿过矩形铜排接头组块，并能够保证密封连接功能，便于连接装置的安装操作。

以上所述实施例仅是为充分说是明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种超导消磁电缆与电流引线的连接方法，所述的超导消磁电缆沿径向由内而外依次设有超导带材堆叠而成的通电导体、低温冷绝缘层、绕包保护层、液氮通道、低温杜瓦管、外护层，其特征在于，所述的连接方法包括以下步骤，

（1）使通电导体从超导消磁电缆端部伸出；

（2）通电导体的超导带材被分为多层，多层所述的超导带材分别与多个表面覆锡的铜板交叉层叠设置，形成覆锡铜板组块；

（3）将覆锡铜板组块加热处理，完成对铜板与超导带材的焊接，形成连接接头；

所述超导消磁电缆的端部设有连接法兰，所述的连接方法还包括步骤（4），将所述的连接接头从箱体侧面预留的法兰孔置入终端液氮箱，然后将连接法兰与终端液氮箱侧面预留的法兰孔固定密封连接，完成超导消磁电缆和终端液氮箱的连接，在终端液氮箱内部将连接接头支撑固定，将电流引线与连接接头固定，完成超导消磁电缆与外部电流引线的连接。

2.如权利要求1所述的连接方法，其特征在于，在步骤（1）中，所述的超导带材表面做覆锡处理。

3.如权利要求1所述的连接方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述的铜板表面开设有槽，所述的超导带材被设于所述的槽内。

4.如权利要求3所述的连接方法，其特征在于，在步骤（2）中，多层所述的超导带材分别与多个表面覆锡的铜板交叉层叠设置后，多个铜板使用螺栓组件相固定连接。

5.如权利要求1所述的连接方法，其特征在于，在步骤（3）中，使用分离式固定夹具对覆锡铜板组块进行加热，所述的分离式固定夹具包括加热底板和加热顶板，所述的覆锡铜板组块设于加热底板和加热顶板之间，所述的加热底板和加热顶板使用螺栓进行连接，然后进行热熔锡焊，经冷却成型后完成得到接头定型结构。

6.如权利要求4所述的连接方法，其特征在于，所述的覆锡铜板组块上设置有空心轴孔，所述的螺栓组件穿过空心轴孔将多个铜板固定连接，所述的电流引线连接至所述的空心轴孔中。

7.一种超导消磁电缆与电流引线的接头结构，其特征在于，所述的接头结构使用权利要求1~6所述的连接方法制作而成。

8.如权利要求7所述的接头结构，其特征在于，所述的接头结构包括多个叠层设置的铜板，两个相邻的铜板之间夹设有超导带材，所述的铜板与所述的超导带材加热焊接固定。

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