CN116525237A - 一种用于储能磁体的高载流低热阻电流传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超导磁体技术领域，具体的说是一种用于储能磁体的高载流低热阻电流传输系统，包括超导接头，安装于储能磁体的一端，所述超导接头上安装有铜连接结构；支撑结构，通过螺杆连接固定在储能磁体上，用于固定铜连接结构；所述铜连接结构包括第一铜转接块，铜编织带以及第二铜转接块；铜连接结构的一端连接有电流引线；通过铜连接结构与超导接头铟封接及铜编织带与铜转接块的连接相结合的方式，解决储能磁体整体结构设计存在不足，传统导电带在使用过程中易发热、能耗高且导体连接处稳定性差，易受周围环境震动位移而造成事故的问题。
Description
技术领域
本发明属于超导磁体技术领域，具体的说是一种用于储能磁体的高载流低热阻电流传输系统。
背景技术
通过使用超导材料制备的超导磁体线圈具有高效率、低损耗、传输电流密度高以及不可逆场大等优点。同时超导储能装置可以把输电网络中用电低峰时多余的电力储存起来，在用电高峰时释放出来，解决用电不平衡的矛盾，还可以直接与电力网相连接，根据电力供应和用电负荷情况从线圈内输出，不必经过能量转换过程。故其在电力领域具有巨大的应用前景。
超导导线可代替铜导线绕制出高电感、大电流的磁体线圈，其储能磁体本体的运行损耗几乎为0。在这种新型的超导储能系统中，超导磁体以电磁能的形式存储电力，通过受控充放电电路及变流器系统与外部的新能源电力系统进行双向能量交互，以实现对电网电压和功率的平滑调控。超导磁储能装置通过励磁产生磁场储存能量，相对于其他的储能方式，高温超导储能技术储能功率大、响应速度快、能量转换效率高、使用寿命长、环境污染小等优势。
就目前情况来看，为提高储能超导磁体线圈所产生的磁场用来储存能量，所采取的主要方式就是提高电流传输系统输送电流的能力；因此，在储能磁体整体结构设计过程中对电流传输系统的优化具有重要意义。
目前储能磁体整体结构设计存在不足，传统导电带在使用过程中易发热、能耗高且导体连接处稳定性差，易受周围环境震动位移而造成事故。
为此，本发明提供一种用于储能磁体的高载流低热阻电流传输系统。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种用于储能磁体的高载流低热阻电流传输系统，包括超导接头，安装于储能磁体的一端，所述超导接头上安装有铜连接结构；所述铜连接结构通过支撑结构固定在储能磁体上，所述铜连接结构包括第一铜转接块，铜编织带以及第二铜转接块；其中，所述第一铜转接块的一端与超导接头之间通过铟片封接，所述第一铜转接块的另一端与铜编织带连接；所述第二铜转接块的一端与铜编织带连接，所述第二铜转接块的另一端通过铟片封接有电流引线；通过铟片能够增加转接铜块与低温超导段、铜编织带、超导接头之间搭接处的连接面积，增加散热能力，更好的减小接触电阻产生的热量，以实现采用低而稳定的接触电阻来保证接触区温升在材料允许的温度范围内。
进一步地，所述储能磁体由数根高温超导电缆缠绕在中心骨架上组成，所述中心骨架的两端分别设置有法兰，并通过数根拉杆将法兰两端固定；当高温超导电缆缠绕在中心骨架上后，通过两个法兰之间拉杆，在提升结构稳定性的同时，对缠绕的高温超导电缆起到保护作用。
进一步地，所述超导接头固定于储能磁体的法兰结构上，所述超导接头的一端穿过法兰孔与高温超导电缆终端连接，通过超导接头能够将铜连接结构与储能磁体电性连接，实现电路流通。
进一步地，所述电流引线包括低温超导段，所述低温超导段的外侧包裹有铟片，且所述低温超导段能够装配到第二铜转接块上开设的孔位中，所述低温超导段远离第二铜转接块的一端依次连接有高温超导段、换热器段以及室温铜块段；在电流引线的低温超导段上包裹铟丝或铟片，将其装配到第二铜转接块的孔位中，第二铜转接块端部带有螺栓孔，用扭矩扳手不断拧紧螺栓，铟片受到压力会产生变形，填充掉连接处的空隙。而铟片的填充情况直接决定了高载流、低热阻接头的性能表现，其变形的程度需要根据塞尺来进行判断，在拧紧螺栓的过程中，使用塞尺不断的插入铟丝缝隙中，塞尺无法伸入时表明铟丝已完全填充。
进一步地，所述支撑结构为U型，所述支撑结构固定连接在储能磁体的中心骨架上，所述铜编织带贯穿支撑结构与中心骨架组成的闭合空间；将支撑结构固定在中心骨架上后，铜编织带穿过支撑结构与中心骨架组成的闭合空间，能够对铜编织带起到限位支撑作用。
进一步地，所述第一铜转接块和第二铜转接块上铟片的压接面均经过打磨处理，清除掉铜表面的氧化层。
进一步地，所述第一铜转接块和第二铜转接块的一端均为圆柱形结构，第一铜转接块的圆柱形结构内侧留有与超导接头进行连接的圆形孔，第二铜转接块的圆柱形结构内侧留有与低温超导段进行连接的圆形孔，所述第一铜转接块和第二铜转接块另一端均为块状结构，块状结构中部留有安装铜编织带的空隙，块状结构一侧设置有安装孔，利用螺栓对铜编织带固定，在固定的同时，将铜连接结构与超导接头和电流引线进行锁紧，保证结构的整体稳定性。
进一步地，所述铜编织带由铜排组成，其材质上多采用优质圆铜或镀锡软圆铜线，以多股经单层或多层交叉编织而成一条扁平的铜编织带。由于其形状扁平，在连接过程中的装配角度更加灵巧，同时具有散热快的优点。通过将铜编织带作为导体，所述铜排两端均设置有铜块，铜块上留有安装孔位，分别通过螺栓与第一铜转接块和第二铜转接块进行连接。
本发明的有益效果如下：
1、本发明所述的一种用于超导储能磁体的高载流低热阻电流传输系统，由于其连接采用为铜块与超导接头铟封接及铜编织带与铜转接块的连接相结合的方式，因此该传输系统可以传输更高电流，更好的发挥超导磁体储存能量的作用；本发明采用铟封接方式，这种密封方式属于机械性密封，仅需施压，无需加热，即可进行密封，具有密封性能好、低电阻、抗腐蚀性等优点，同时在低温下，铟仍能保持柔韧性，不会发生开裂现象。
2、本发明所述的一种用于超导储能磁体的高载流低热阻电流传输系统，通过使用铜编织带的连接方式很好的解决了传统导电带在使用过程中易发热、高能耗等缺点，具有节能降耗、导电性能好、免维护、安装方便、可避免因周围环境震动位移造成的事故等特点；通过铜块和铜编织带连接，铜编织带可弯曲，连接状态能够适应性改变，在保证结构紧凑的同时，使其仍有高载流、低电阻损耗的能力，同时能够改善导体连接中的柔韧度及增强导体冷却能力，从而提高储能磁体线圈的稳定性裕度和运行可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例一的整体结构示意图；
图2是本发明中心骨架的结构示意图；
图3是本发明支撑结构的结构示意图；
图4是本发明铜连接结构的结构示意图；
图5是图4的爆炸视图；
图中：1、储能磁体；2、超导接头；3、铜连接结构；4、支撑结构；5、高温超导电流引线；6、第一铜转接块；7、铜编织带；8、第二铜转接块；9、铟片；10、低温超导段；11、高温超导段；12、换热器段；13、室温铜块段。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例一
如图1至图3所示，一种用于储能磁体的高载流低热阻电流传输系统，储能磁体1由数根高温超导电缆缠绕在中心骨架上组成，所述中心骨架的两端分别设置有法兰结构，并通过数根拉杆将法兰两端固定；数根拉杆环绕设置在高温超导电缆外侧能够对高温超导电缆进行保护，避免受到外界因素挤压导致高温超导电缆变形，影响使用；超导接头2安装于储能磁体1的一端，所述超导接头2固定于储能磁体1的法兰结构上，所述超导接头2的一端穿过法兰孔与高温超导电缆终端连接，通过超导接头2能够将铜连接结构3与储能磁体1电性连接，实现电路流通。所述超导接头2上安装有铜连接结构3；所述铜连接结构3包括第一铜转接块6，铜编织带7以及第二铜转接块8；其中，所述第一铜转接块6的一端与超导接头2之间通过铟片9封接，所述第一铜转接块6的另一端通过螺栓与铜编织带7连接；所述第二铜转接块8的一端与铜编织带7连接，所述第二铜转接块8的另一端通过铟片9封接有用于向储能磁体1输送电流的电流引线5；当高温超导电流引线5及超导接头2与铜转接块安装完成后，在进行铜编制带结构7的安装时，需要对铜转接块进行适当的调整，旋转一定的角度，保持第一铜转接块6与第二铜转接块8连接面所处与同一平面，使铜编织带7的安装面与两铜转接块的安装面相贴合，铜编织带安装通孔与对应的铜转接块的通孔相匹配，将螺栓依次通过两者的安装通孔，使用螺母对其进行固定。
所述电流引线5包括低温超导段10，所述低温超导段10的外侧包裹有铟片9，且所述低温超导段10能够装配到第二铜转接块8上开设的孔位中，所述低温超导段10远离第二铜转接块8的一端依次连接有高温超导段11、换热器段12以及室温铜块段13。其具体方式为在电流引线5的低温超导段10上包裹铟丝或铟片9，将其装配到第二铜转接块8的孔位中，第二铜转接块8端部带有螺栓孔，用扭矩扳手不断拧紧螺栓，铟片9受到压力会产生变形，填充掉连接处的空隙。而铟片9的填充情况直接决定了高载流、低热阻接头的性能表现，其变形的程度需要根据塞尺来进行判断，在拧紧螺栓的过程中，使用塞尺不断的插入铟丝缝隙中，塞尺无法伸入时表明铟丝已完全填充。
低温超导段10，由低温超导铜头、超导带材、盖板等组成，其铜头的一端截面为圆形，其圆周面上分布有卡槽，卡槽中分别卡装有低温超导线，通过高温超导叠压装，其铜头的另一端截面为方形，其两侧面设有凹槽，所述低温超导线的延伸段分别卡装在凹槽内，且通过不锈钢盖板压紧固定构成低温超导段10。通过铜连接结构3与低温超导段10进行连接，完成电流引线与超导储能磁体1的电路传输。
高温超导段11，主要由高温超导叠和分流器支撑筒组成，通过使用真空钎焊的方式将冷端与低温超导段10进行焊接而形成整体，其热端与换热器冷端相连接，冷却方式采取传导冷却，通过冷却介质的流动带走内部热负荷，避免磁体或引线发生失超状态，高温超导段11被烧毁现象的发生。
换热器段12，其结构是实心铜棒用于制成带有凹口的多个翅片结构，中间铜棒是电流通道，通过层层翅片来改变冷却气体的流动方向，在每层翅片的一端车掉小口用于气体在翅片之间的相互流动，在其外部由多层不锈钢或者不锈钢圆筒包围，以约束内部冷却气体通过切口进入下一个翅片。其作用主要是加强导体与冷却气体之间的热交换，带走通电所产生的热量。
室温铜块段13，主要由室温段绝缘电极、室温法兰和连接在室温段绝缘电极前端的室温铜接头构成，其室温铜接头一端与外部电流传输段进行连接，另一端与换热器段12之间通过加工的台阶进行定位并采用钎焊进行连接，从而实现外部电流的引入。
为减小超导接头2与第一铜转接块6以及电流引线5的低温超导段10与第二铜转接块8部位所承受的应力，在铜编织带7的下端安装有支撑结构4；支撑结构4通过螺杆连接固定在储能磁体1上，用于固定铜连接结构3；所述支撑结构4为U型，所述支撑结构4固定连接在储能磁体1的中心骨架上，所述铜编织带7贯穿支撑结构4与中心骨架组成的闭合空间；将支撑结构4固定在中心骨架上后，铜编织带7穿过支撑结构4与中心骨架组成的闭合空间，能够对铜编织带7起到限位支撑作用，能够减小连接处的应力集中。
使用时，电流自外部电源经引线端流入储能磁体1的路径依次为电流引线5、第二铜转接块8、铜编织带7、第一铜转接块6、超导接头2。在连接方式上电流引线5与第二铜转接块8、超导接头2与第一铜转接块6之间通过铟压工艺进行连接，因此该传输系统可以传输更高电流，更好的发挥超导磁体储存能量的作用。
如图4和图5所示，所述铜连接结构3主要由第一铜转接块6，铜编织带7，第二铜转接块8及用于密封连接的铟片9组成，其中两铜转接块之间通过铜编织带7进行连接。所述第一铜转接块6和第二铜转接块8的一端均为圆柱形结构，第一铜转接块6的圆柱形结构内侧留有与超导接头2进行连接的圆形孔，第二铜转接块8的圆柱形结构内侧留有与低温超导段进行连接的圆形孔，所述第一铜转接块6和第二铜转接块8另一端均为块状结构，块状结构中部留有安装铜编织带7的空隙，块状结构一侧设置有安装孔，利用螺栓对铜编织带7固定，在固定的同时，将铜连接结构3与超导接头2和电流引线5进行锁紧，保证结构的整体稳定性；所述铜编织带7由铜排组成，其材质上多采用优质圆铜或镀锡软圆铜线，以多股经单层或多层交叉编织而成一条扁平的铜编织带。通过将铜编织带作为导体，所述铜排两端均设置有铜块，铜块上留有安装孔位，分别通过螺栓与第一铜转接块6和第二铜转接块8进行连接。由于其形状扁平，在连接过程中的装配角度更加灵巧，同时具有散热快的优点。
实施例二，对比实施例一，其中本发明的另一种实施方式为：
如图1至图2所述，所述第一铜转接块6和第二铜转接块8上铟片9的压接面均经过打磨处理，当第一铜转接块6和第二铜转接块8直接通过线圈的运行电流达到千安培级，这就要求电流路径上的无氧铜截面必须达到标准，以电流路径上的最低温度为标准，核算无氧铜的电导率与载流能力，考虑到铜块的载流会受到趋肤效应影响，需要适当增加截面积裕度来承载线圈的运行电流。同时，为满足接头连接处高载流、低热阻的性能要求，铟压处的截面积需要在载流核算截面积的基础上适当增加，为了保证铟压效果，需要提前对铟片9的压接面进行打磨处理，清除掉铜表面的氧化层。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种用于储能磁体的高载流低热阻电流传输系统，其特征在于：包括超导接头(2)，安装于储能磁体(1)的一端，所述超导接头(2)上安装有铜连接结构(3)；
所述铜连接结构(3)通过支撑结构(4)固定在储能磁体(1)上，所述铜连接结构(3)包括第一铜转接块(6)，铜编织带(7)以及第二铜转接块(8)；
其中，所述第一铜转接块(6)的一端与超导接头(2)之间通过铟片(9)封接，所述第一铜转接块(6)的另一端与铜编织带(7)连接；所述第二铜转接块(8)的一端与铜编织带(7)连接，所述第二铜转接块(8)的另一端通过铟片(9)封接有电流引线(5)。
2.根据权利要求1所述的一种用于储能磁体的高载流低热阻电流传输系统，其特征在于：所述储能磁体(1)由数根高温超导电缆缠绕在中心骨架上组成，所述中心骨架的两端分别设置有法兰，并通过数根拉杆将法兰两端固定。
3.根据权利要求2所述的一种用于储能磁体的高载流低热阻电流传输系统，其特征在于：所述超导接头(2)固定于储能磁体(1)的法兰结构上，所述超导接头(2)的一端穿过法兰孔与高温超导电缆终端连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于储能磁体的高载流低热阻电流传输系统，其特征在于：所述电流引线(5)包括低温超导段(10)，所述低温超导段(10)的外侧包裹有铟片(9)，且所述低温超导段(10)能够装配到第二铜转接块(8)上开设的孔位中，所述低温超导段(10)远离第二铜转接块(8)的一端依次连接有高温超导段(11)、换热器段(12)以及室温铜块段(13)。
5.根据权利要求2所述的一种用于储能磁体的高载流低热阻电流传输系统，其特征在于：所述支撑结构(4)为U型，所述支撑结构(4)固定连接在储能磁体(1)的中心骨架上，所述铜编织带(7)贯穿支撑结构(4)与中心骨架组成的闭合空间。
6.根据权利要求1所述的一种用于储能磁体的高载流低热阻电流传输系统，其特征在于：所述第一铜转接块(6)和第二铜转接块(8)上铟片9的压接面均经过打磨处理。
7.根据权利要求1所述的一种用于储能磁体的高载流低热阻电流传输系统，其特征在于：所述第一铜转接块(6)和第二铜转接块(8)的一端均为圆柱形结构，第一铜转接块(6)的圆柱形结构内侧留有与超导接头(2)进行连接的圆形孔，第二铜转接块(8)的圆柱形结构内侧留有与低温超导段进行连接的圆形孔，所述第一铜转接块(6)和第二铜转接块(8)另一端均为块状结构，块状结构中部留有安装铜编织带(7)的空隙，块状结构一侧设置有安装孔，利用螺栓对铜编织带(7)固定。
8.根据权利要求1所述的一种用于储能磁体的高载流低热阻电流传输系统，其特征在于：所述铜编织带(7)由铜排组成，所述铜排两端均设置有铜块，铜块上留有安装孔位，所述铜编织带(7)分别通过螺栓与第一铜转接块(6)和第二铜转接块(8)进行连接。
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