[發明專利]一種超導電力裝置用高電壓絕緣電流引線

無效

• 申請號: 201210042720.5
• 申請日: 2012-02-22
• 公開（公告）號: CN102568696A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 張京業;戴少濤;王子凱;張東;許熙;周微微;林良真;肖立業
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H01B12/14
• 分類號: H01B12/14;H01B12/04;H01R11/12
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種超導電力裝置的電流引線，特別涉及低溫、高電壓絕緣電流引線。

背景技術

超導電力技術是利用超導體的無阻高密度載流能力及超導體的超導態-正常態轉變的物理特性發展起來的新型電力技術，可以改善電能的質量、提高電力系統運行的穩定性和可靠性、降低電壓等級、提高電網的安全性；可以大大提高單機容量和電網的輸送容量并大大降低電網的損耗；可以大大改善可再生能源的電能質量，并使其與大電網有效聯結。

近些年來，超導電力技術的研究開發取得了重大進展，超導限流器、超導變壓器、超導儲能系統等超導電力裝置進入了示范運行階段。所有超導電力裝置都是運行在一定的低溫環境下，最通用的技術是把超導線圈等核心部件裝配在保溫性能良好的低溫容器內，把液氮或液氦等制冷劑注入低溫容器沒過超導線圈等裝置，也有極少數利用熱傳導的方法用制冷機冷卻。

無論采用哪種冷卻方法，超導線圈等超導裝置的電流引線都要從室溫過渡到-196℃或更低的低溫環境。以前的超導裝置，如醫療用的核磁共振、科學實驗用的強磁場超導線圈等，都是工作在直流、穩態情況下，引線與低溫容器以及引線之間的電壓只有幾伏到幾十伏，所以主要的電流引線技術都集中在減小由室溫到低溫的熱傳導上。而最近發展起來的超導電力技術所涉及的超導裝置的電流引線，除了考慮熱傳導以外，最要的是電流引線的高電壓絕緣問題。因為超導裝置幾乎都工作在高電壓狀態下，引線與低溫容器(通常低溫容器接地)之間、引線之間的高電壓絕緣水平，不僅關系到設備的穩定運行，更關乎安裝、運行人員的人身安全。而電流引線從室溫過渡到-196℃，不僅溫度低而且溫差大，常規絕緣技術難以滿足要求。電流引線一般采用電阻率小、導電性能好的紫銅材質，而銅的熱傳導性好，再加上溫差大，裸露在低溫容器外的引線極易結水或霜，這對引線的高電壓絕緣技術提出了更高的要求。目前尚沒有可靠、成熟的技術來解決或克服上述問題。

脈沖高電壓情況下的電流引線也有研究(IEEE?Transactions?on?Applied?Superconductivity，vol.10，no.1，2000，pp1477)，主要使用在液氦冷卻條件下的氣冷電流引線，技術重點解決的是從事溫到液氦溫區的漏熱問題；有關高電壓絕緣采用的是技術方案是在電流引線外套一個直徑很大的不銹鋼管，內充流動的氮氣，采用氮氣間隔絕緣。該引線結構復雜，并且采用流動的氮氣絕緣，絕緣水平受氮氣溫度、流動情況的影響很大，高電壓絕緣能力不穩定；由于有出氣孔，極易結冰、水或露，對電流引線的絕緣有致命的破壞作用。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的結構復雜、絕緣能力不穩定等缺陷，提出一種低溫高電壓絕緣引線裝置，本發明可以廣泛應用于室溫到低溫過度的高電壓超導電力裝置中。

本發明高電壓絕緣電流引線主要由紫銅導體、絕緣套管、接線鼻子、絕緣子、密封O圈，以及低溫容器法蘭等部件組成。

所述的紫銅導體為一根粗細均勻的紫銅棒，紫銅導體的一端，即低溫端插入低溫容器內，所述的低溫端的末端預制成接線端子；紫銅導體的另一端，即室溫端伸出低溫容器外；低溫容器內充有液氮或液氦。紫銅導體的長度為l。所述的絕緣套管選用玻璃鋼管材或G10管材制作，絕緣套管長度l′比紫銅導體的長度l短3～7cm。絕緣套管套裝在紫銅導體外，絕緣套管的內徑與紫銅導體的外徑緊密配合，并使紫銅導體在低溫容器外的室溫端露出絕緣套管約2～5cm。接線鼻子與紫銅導體的室溫端露出絕緣套管部分的端部壓接，共同組成絕緣引線主體。

絕緣套管的中部位置有長度為l₂的螺紋。絕緣套管的室溫端有長度為l₁的密封端子，l₁不小于30cm，此密封端子用于與常規電力電纜的密封連接，密封端子外徑不大于絕緣套管螺紋部分的最小直徑。根據超導裝置的額定電壓以及絕緣套管材質的電絕緣特性，密封端子的管壁厚度t滿足下式：

t＝5+kU/u????(1)

式中t為密封端子的管壁厚度，單位為mm；U為超導裝置的額定電壓，單位kV；u為絕緣套管材質每mm厚度的擊穿電壓，單位為kV；k為不同電壓等級下，U與一分鐘工頻耐壓的比值。