RU2702616C1 - Способ изготовления электрического контактного соединения - Google Patents
Способ изготовления электрического контактного соединения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2702616C1 RU2702616C1 RU2018142075A RU2018142075A RU2702616C1 RU 2702616 C1 RU2702616 C1 RU 2702616C1 RU 2018142075 A RU2018142075 A RU 2018142075A RU 2018142075 A RU2018142075 A RU 2018142075A RU 2702616 C1 RU2702616 C1 RU 2702616C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conductor
- copper
- htsc
- contact
- connection
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
- H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
- H01B12/06—Films or wires on bases or cores
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Abstract
Изобретение относится к способам получения электрических контактных соединений ВТСП проводников второго поколения с другими электрическими контактными элементами, в том числе и со сверхпроводниками, и может быть использовано для получения электрических устройств, обеспечивающих такие соединения, например, для изготовления токоограничивающих устройств, двигателей на основе сверхпроводников, трансмиссий и пр. Способ изготовления электрического контактного соединения ВТСП проводника второго поколения с контактным элементом предусматривает последовательное подсоединение ВТСП проводника к медной шине и подсоединение медной шины к контактному элементу, в котором перед подсоединением ВТСП проводника к шине на упомянутый ВТСП проводник в месте контакта наносят электрохимическим осаждением слой меди, а подсоединение ВТСП проводника к медной шине в месте контакта проводят путем их механического соединения через слой фольги из индия. Предложенный способ позволяет получить компактное электрическое контактное соединение с уменьшенными габаритами и увеличенной длиной ВТСП проводника. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Область техники.
Изобретение относится к способам получения электрических контактных соединений ВТСП проводников второго поколения с другими электрическими контактными элементами, в том числе, и со сверхпроводниками, и может быть использовано для получения электрических устройств, обеспечивающих такие соединения, например, для изготовления токоограничивающих устройств, двигателей на основе сверхпроводников, трансмиссий и пр.
Предшествующий уровень техники.
Для создания лент 2-го поколения обычно применяют ленты-подложки на основе сплавов никеля и/или железа, на которые наносят буферные слои, ВТСП слой и защитные слои, предохраняющие от механических повреждений и от прямого контакта ВТСП с другими материалами.
В качестве ВТСП слоя распространение получили два высокотемпературных сверхпроводника -YВа2Сu3O7-х (YBCO, Y123) и Вi2Sr2Са2Сu3О10+х (BSCCO, Bi-2223). Также применяются схожие с YBCO материалы, в которых иттрий заменен иным редкоземельным элементом, например, гадолинием, их общее обозначение - ReBCO.
В качестве защитных слоев (покрытий) могут быть использованы такие, как цинковые, латунные, серебряные или медные покрытия или защитный слой может быть получен путем лужения ВТСП проводника припоем.
Основное преимущество лент 2-го поколения заключается в их высокой токонесущей способности при температуре жидкого азота.
Соединение ВТСП проводников второго поколения, выполненных в виде тонких лент, между собой, а также подключение их к внешним источникам тока через токовводы из несверхпроводящих материалов, требует создания новых технических решений в данной области.
Например, в заявке JP2018055990 (А) раскрывается способ изготовления электрического контактного соединения, который осуществляется следующим образом.
ВТСП проводник второго поколения присоединяется непосредственно к клеммам токов-вода. На ВТСП проводник в месте его контакта с клеммой токоввода пайкой наносят дополнительный защитный слой из серебра, а клемму изготавливают с выемкой, в которую впаивают ВТСП проводник.
Как сообщается в данной заявке, выполнение электрического контактного соединения таким образом позволяет избежать выделения тепла в месте контакта и проблем, связанных с этим: проводник не подвержен изгибам, возникающим из-за разницы коэффициента теплового расширения, а также происходит ухудшение токонесущих характеристик с появлением изгиба.
Частично эти проблемы устраняются применением для изготовления контактных соединений ВТСП проводников с контактными элементами переходного проводника в виде медной шины.
Так, из патента RU2639316 на сверхпроводящий ограничитель тока короткого замыкания следует, что способ изготовления электрического контактного соединения ВТСП проводника с контактным элементом включает подсоединение ВТСП проводника сначала к медной шине и последующее подсоединение медной шины к контактному элементу.
Однако, данный способ также не является идеальным для получения контактных электрических соединений, поскольку высокий ток, протекающий по ВТСП проводнику и достигающий 3000А, требует установки большой медной шины, через которую заводится электрический ток.
Увеличение размеров шин приводит к увеличению габаритов сверхпроводящих устройств. Так, например, при монтаже токоограничивающих устройств негибкие медные шины сильно бы выступали за пределы корпуса и требовали сложных технологических решений для сборки, что, соответственно, приводит к увеличению затрат на монтаж и транспортировку устройств к месту эксплуатации. Все вышеизложенное создает определенные технические проблемы.
Раскрытие сущности изобретения.
Предложенное изобретение направлено на устранение всех перечисленных технических проблем.
Способ изготовления электрического контактного соединения ВТСП проводника второго поколения с контактным элементом, включает последовательное подсоединение ВТСП проводника к медной шине и подсоединение медной шины к контактному элементу, в соответствии с которым перед подсоединением ВТСП проводника к шине на упомянутый ВТСП проводник в месте контакта наносят электрохимическим осаждением слой меди, а подсоединение ВТСП проводника к медной шине в месте контакта проводят путем их механического соединения через слой фольги из индия.
В частных воплощениях изобретения слой электрохимически осажденной меди наносят с двух сторон ВТСП проводника.
В других частных воплощениях изобретения механическое соединение осуществляют путем резьбового соединения с использованием прижимного элемента.
Контактным элементом может быть ВТСП проводник второго поколения с нанесенным на него слоем электрохимически осажденной меди в месте контакта с шиной.
В иных воплощениях изобретения контактным элементом может быть токоподводящий несверхпроводящий кабель.
Либо контактным элементом может быть токоподводящий стержень
Сущность изобретения состоит в следующем.
Высокий ток, протекающий по ВТСП проводнику, требует установки большой медной шины, через которую заводится электрический ток. Необходимость установки медной шины столь большого размера определяется большой величиной тока - величина тока может достигать 3000 А.
Размеры соединяющих шин, как указывалось выше, могут оказывать существенное влияние на габариты сверхпроводящих устройств. Кроме того, проблемы могут возникнуть при соединении ВТСП проводников, у которых толщина не превышает 0,5 мм с относительно массивными шинами, которые могут вызвать механические повреждения. Решение этой проблемы заключается в нанесении на ВТСП проводник в месте его контакта с медной шиной слоя меди в виде тонкой пленки методом электрохимического осаждения, а подсоединение ВТСП проводника к медной шине в месте контакта проводят путем их механического соединения через слой фольги из индия.
Данная технология применима к ВТСП проводнику с любым защитным покрытием: цинковым, латунным, серебряным, медным или припоем.
Наносимый медный слой на ВТСП проводник стабилизирует распределение тока по сверхпроводнику и несколько увеличивает толщину проводника в месте контакта, что позволяет избежать механических напряжений и повышает прочность и износостойкость изделия в месте контакта.
Особенность предлагаемой технологии состоит также в том, что для нанесения слоя меди мы используем метод электрохимического осаждения из электролита. Процесс электро- химического осаждения меди, в отличие от других технологий получения покрытий, позволяет получить сплошные покрытия в диапазоне от 0,5 до 100 мкм в виде тонкой и очень гладкой пленки.
Покрытие из меди, полученное электрохимическим осаждением, способствует стабилизации распределения тока, как мы полагаем, из-за высокого качества поверхности получаемого слоя без пор, полостей и включений всякого рода, что улучшает электрический контакт.
Существенным является также следующее.
В известной технологии ВТСП медная шина, зачастую большой длины, припаивается к ВТСП проводнику, то есть электрический контакт осуществляется через дополнительный слой материала со своим сопротивлением, к тому же в подобном процессе важную роль играют качество поверхности (чистота, шероховатость), что делает процесс припаивания медной шины трудоемким и в большой степени зависящим от оператора.
В способе в соответствии с изобретением шина соединяется с ВТСП проводником с шиной механическим путем через слой фольги из индия, что делает процесс менее трудоемким и более надежным. Фольга из индия, с одной стороны, не препятствует стабилизации распределения тока в месте в электрическом контактном соединении, а с другой стороны, надежно скрепляет ВТСП проводник с шиной. Фольга из индия является мягким материалом, что позволяет более плотно прижимать контакт к ВТСП проводнику, а также индий является проводником, что уменьшает контактное сопротивление и приводит к меньшему нагреву ВТСП проводника.
Фольга из индия в данном случае соприкасается с одной своей стороны с медной шиной, а с другой - с гладким слоем меди, нанесенным электрохимическим осаждением. При поджатии ВТСП проводника к шине получается достаточно прочное механическое соединение.
Такое механическое соединение может быть получено путем резьбового соединения с использованием прижимного элемента. Иными словами, в качестве прижимного элемента может быть использована пластинка, например, из меди или нержавеющей стали, которая устанавливается с противоположной стороны ВТСП проводника и поджимает проводник к шине. Само резьбовое соединение может быть получено, например, при поджатии пластины к ВТСП проводнику и шине с помощью болтов.
Самый простой способ электрохимического осаждения меди предусматривает погружение конца ленты в месте контакта в электролит, например, раствор медного купороса с заданным значением тока. В этом случае медное покрытие наносится на обе стороны ВТСП проводника, что дополнительно улучшает его прочность.
Необходимо отметить универсальность предложенной технологии - способ пригоден для образования электрического контакта ВТСП проводника с разными контактными изделиями, как сверхпроводящими, так и например, со вторым ВТСП проводником или с токовводом.
В случае соединения двух ВТСП проводников в месте контакта обоих ВТСП проводников с шиной наносят покрытие из меди и соединяют концы с медью шиной.
Так в токоограничивающих устройствах ВТСП проводники могут быть уложены с образованием монофиляра, бифиляра, меандра или в виде комбинации этих типов с использованием одного или нескольких отдельных ВСТП проводников, соединенных между собой с применением данной технологии.
Контактным элементом может быть токоподводящий несверхпроводящий кабель или стержень. Подсоединение к несверхпроводящему кабелю или стержню (например, в токовводе) осуществляется также через медную шину, а к медной шине -через индиевую фольгу.
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
В качестве ВТСП проводника использовалась лента с шириной 12 мм. Лента включала подложку из сплава Hastelloy С276, последовательно расположенные буферные слои Al203, Y2O3, IBAD-MgO, LaMnO3, СеO2, сверхпроводящий слой GdBCO и защитные слои с обеих сторон из серебра, меди, которые были дополнительно покрыты слоем припоя на основе олова.
Экспериментально была установлена длина места контакта ВТСП проводника, составляющая 14,5 см и толщина медного покрытия 45 мкм.
Закрепленный конец ВТСП проводника данной длины при помощи линейного привода погружался в раствор электролита, пропускался ток 1,6 А.
Для нанесения на ВТСП проводник медного покрытия использовался электролит следующего состава: медный купорос пятиводный CuSO4 * 5 Н2О (180-240 г/л), серная кислота (60-75 г/л) и хлорид ионы (70-150 мг/л).
Процесс электрохимического осаждения меди проводился при постоянно погруженном в электролит проводнике и продолжался 27 мин. Толщина медного покрытия составила 45 мкм. После извлечения ВТСП проводника из электролита поверхность промывалась дистиллированной водой и обрабатывалась спиртом.
Далее ВТСП проводник присоединяли к медной шине.
Схема соединения ВТСП проводника второго поколения приведена на фиг. 1.
Как следует из данной схемы, конец ВТСП проводника (1) с нанесенным на него медным слоем (2) укладывали на прижимную пластину (3). Сверху в месте контакта укладывали индиевую фольгу (4), а на нее - медную шину (5). Затем полученный пакет стягивали болтами (6).
Второй конец медной шины (5) скрепляли в соответствии с вышеописанным со вторым ВТСП проводником (не показан).
При равномерном распределении плотности тока и сонаправленности ее с нормалью к поверхности, через которую протекает ток, для величины вектора плотности тока выполняется:
где I - сила тока через поперечное сечение проводника площадью 5.
Имея данные о геометрических параметрах медного электрохимически осажденного слоя и плотности тока, протекаемой через 1 мм2 медной шины, можно рассчитать, что длина медного осажденного слоя в 38 раз меньше длины медной шины, которая, в свою очередь, будет достигать почти - 6 метров.
Так, в нашем примере длина меднения места контакта составляла 14,5 см, а толщина - 45 мкм. Площадь сечения медного контактного слоя: S1=145* 0,045=- 6,52 мм2. В свою очередь, пользуясь формулой (1) для медной шины получим: где 2500А - среднее значение тока, протекающего по ВТСП проводнику.
Таким образом, зная геометрические параметры медного слоя и ширину ВТСП проводника, получим объем меди, необходимый для покрытия 14,5 см провода. Vмедного слоя =145*-12*-0,045=-78,3 мм3.
Тогда масса электрохимически осажденного слоя меди: mмедногослоя=0,00892*-78,3=0,7 г. Приняв толщину электрохимически осажденного медного слоя за константу, через формулу объема получим: Vшины=250*-12=3000-м3.
Тогда mшины=0,00892*3000=26,76 - г.
Взяв соотношение m2/m1 получим - 38.
Пользуясь формулой объема найдем длину медной шины: Lшины=V/h*a=-5,6 м. Отношение длины медной шины к длине электрохимически осажденного слоя меди. L2/L1=38. Получилось, что медная шина в 38 раз больше длины электрохимически осажденного слоя меди.
Таким образом, предложенный способ позволяет получить компактное электрическое контактное соединение с уменьшенными габаритами. А, поскольку, медь в виде тонко нанесенного электрохимическим осаждением слоя обладает высокой гибкостью и достаточно высокой механической прочностью, то это свойство позволяет увеличить длину ленты, например, в модуле токоограничивающего устройства, при тех же типоразмерах, что и при традиционной технологии изготовления контактов.
Claims (6)
1. Способ изготовления электрического контактного соединения ВТСП проводника второго поколения с контактным элементом, включающий последовательное подсоединение ВТСП проводника к медной шине и подсоединение медной шины к контактному элементу, отличающийся тем, что перед подсоединением ВТСП проводника к шине на упомянутый ВТСП проводник в месте контакта наносят электрохимическим осаждением слой меди, а подсоединение ВТСП проводника к медной шине в месте контакта проводят путем их механического соединения через слой фольги из индия.
2. Способ по п. 1, в котором слой электрохимически осажденной меди наносят с двух сторон ВТСП проводника.
3. Способ по п. 1, в котором механическое соединение осуществляют путем резьбового соединения с использованием прижимного элемента.
4. Способ по п. 1, в котором контактным элементом является ВТСП проводник второго поколения с нанесенным на него слоем электрохимически осажденной меди в месте контакта с шиной.
5. Способ по п. 1, в котором контактным элементом является токоподводящий несверхпроводящий кабель.
6. Способ по п. 1, в котором контактным элементом является токоподводящий стержень.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018142075A RU2702616C1 (ru) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | Способ изготовления электрического контактного соединения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018142075A RU2702616C1 (ru) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | Способ изготовления электрического контактного соединения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2702616C1 true RU2702616C1 (ru) | 2019-10-09 |
Family
ID=68171042
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018142075A RU2702616C1 (ru) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | Способ изготовления электрического контактного соединения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2702616C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2731750C1 (ru) * | 2019-12-02 | 2020-09-08 | Общество С Ограниченной Ответственностью "С-Инновации" (Ооо "С-Инновации") | Способ изготовления электрического контактного соединения |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2169429C1 (ru) * | 2000-04-18 | 2001-06-20 | Таганрогский государственный радиотехнический университет | Ультразвуковая линия задержки на объемных акустических волнах |
RU2342231C2 (ru) * | 2006-11-07 | 2008-12-27 | Олег Вениаминович Сопов | Способ соединения двух твердотельных образцов |
RU2595285C2 (ru) * | 2011-06-30 | 2016-08-27 | Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э О Энержи Альтернатив | Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразователя с использованием кристалла ниобата лития, спаянного с золотом и индием |
RU2639316C1 (ru) * | 2017-03-23 | 2017-12-21 | Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") | Сверхпроводящий ограничитель тока короткого замыкания |
JP2018055990A (ja) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | 昭和電線ケーブルシステム株式会社 | 超電導電流リード及び酸化物超電導線材 |
-
2018
- 2018-11-29 RU RU2018142075A patent/RU2702616C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2169429C1 (ru) * | 2000-04-18 | 2001-06-20 | Таганрогский государственный радиотехнический университет | Ультразвуковая линия задержки на объемных акустических волнах |
RU2342231C2 (ru) * | 2006-11-07 | 2008-12-27 | Олег Вениаминович Сопов | Способ соединения двух твердотельных образцов |
RU2595285C2 (ru) * | 2011-06-30 | 2016-08-27 | Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э О Энержи Альтернатив | Способ изготовления высокотемпературного ультразвукового преобразователя с использованием кристалла ниобата лития, спаянного с золотом и индием |
JP2018055990A (ja) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | 昭和電線ケーブルシステム株式会社 | 超電導電流リード及び酸化物超電導線材 |
RU2639316C1 (ru) * | 2017-03-23 | 2017-12-21 | Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") | Сверхпроводящий ограничитель тока короткого замыкания |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2731750C1 (ru) * | 2019-12-02 | 2020-09-08 | Общество С Ограниченной Ответственностью "С-Инновации" (Ооо "С-Инновации") | Способ изготовления электрического контактного соединения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7774035B2 (en) | Superconducting articles having dual sided structures | |
US7109151B2 (en) | Superconducting articles, and methods for forming and using same | |
US10943712B2 (en) | Superconducting cables and methods of making the same | |
CA2617210C (en) | Architecture for high temperature superconductor wire | |
US6745059B2 (en) | Superconductor cables and magnetic devices | |
JP2013535083A (ja) | 交流損失を低減したマルチフィラメント超伝導体とその形成方法 | |
Mueller et al. | Superconducting aluminum heat switch and plated press‐contacts for use at ultralow temperatures | |
KR20180105181A (ko) | 제2세대 초전도성 필라멘트와 케이블 | |
RU2702616C1 (ru) | Способ изготовления электрического контактного соединения | |
JP2001319750A (ja) | 酸化物超電導導体の接続方法 | |
Shin et al. | Bending strain characteristics of the transport property in lap-jointed coated conductor tapes | |
CN104167487A (zh) | 接触电阻均分布的钇系超导带材及其制备方法、装置 | |
CA2251488C (en) | High-temperature superconductor arrangement | |
Chang et al. | Joint characteristics of YBCO coated conductor by removing a metallic stabilizer | |
EP1793391B1 (de) | Stromzuleitung für kryogene elektrische Systeme | |
JP2014130788A (ja) | 酸化物超電導線材の接続構造体及び超電導機器 | |
RU2597211C1 (ru) | Провод из оксидного сверхпроводника | |
RU2731750C1 (ru) | Способ изготовления электрического контактного соединения | |
CN1044941C (zh) | 超导电流引线 | |
CN1588565A (zh) | 一种带有绝缘层的高温超导材料及其制备方法 | |
Floegel-Delor et al. | Copper–HTS hybrid conductor architecture | |
JP3143932B2 (ja) | 超電導線の製造方法 | |
CN100452250C (zh) | 低电阻导体及其制造方法和使用其的电子部件 | |
US7330744B2 (en) | Metal salt resistive layer on an superconducting element | |
JP3363164B2 (ja) | 超電導導体 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200917 Effective date: 20200917 |