[實用新型]一種針對超導磁體的被動加熱失超保護裝置

有效

• 申請號: 201220547523.4
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN202888795U
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 郭興龍
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02H5/00
• 分類號: H02H5/00;H01F6/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

本實用新型涉及一種針對超導磁體的被動加熱失超保護裝置，特別涉及用于超導磁體在失超時不被損害的被動加熱失超保護裝置。

背景技術

超導磁體正常運行過程中受到某種的擾動后，可能使超導磁體內某點的超導線材料從超導態變為電阻態，失去超導性。當受到的擾動較小時，超導磁體內產生的電阻態可能恢復為超導態。當受到的擾動足夠大時，超導磁體內產生的電阻態會不斷擴大，直至整個超導磁體完全變為電阻態，這個過程稱為超導磁體的失超。超導磁體失超后，磁體內部產生的產生的焦耳熱會引起磁體內部局部過熱，嚴重的局部過熱會引起磁體內部的絕緣燒焦或導體融化。同時失超過程中，磁體內部電阻區的出現會引起磁體內部過電壓，嚴重的過電壓會引起磁體內部絕緣擊穿。

因此必須采取有效的措施對超導磁體進行保護，控制失超過程中磁體內部的過熱和過電壓，防止失超對超導磁體造成永久性損壞。現有失超保護的主要裝置分兩類，一類是將磁體的能量移除磁體，降低失超后磁體內的能量；另一類是加快失超傳播，使失超后磁體的能量盡量均勻的分配到整個磁體。依靠是否依賴失超檢測器件和失超保護開關，失超保護方法可分為主動保護和被動保護兩類：主動保護法依賴于失超檢測器件和失超保護開關的可靠性,有取能電阻保護、加熱器保護等；被動保護方法不依賴于失超檢測器件和失超保護開關，具有更高的可靠性,有線圈分段保護、次級耦合線圈保護等。

被動失超保護裝置不能利用加熱器保護原理，不能有效的加快失超傳播，因此現有被動失超保護裝置在高儲能超導磁體的失超保護應用中受到很大限制。

實用新型內容

本實用新型針對現有技術的不足，提出一種被動加熱失超保護裝置。該裝置不依賴于失超檢測器件和失超保護開關的可靠性，失超發生后該裝置能夠自發對磁體進行加熱，從而加快失超傳播，保護超導磁體。

本實用新型采用的技術方案是：

一種針對超導磁體的被動加熱失超保護裝置，該裝置將超導磁體與一個短路環相耦合，短路環與超導磁體之間設有由傳熱性能好的絕緣材料組成的絕緣層。當磁體骨架的電阻率較低時，所述短路環由磁體本身的超導磁體骨架提供；當磁體骨架的電阻率較高時，在所述超導磁體骨架與絕緣層之間設置由低電阻率材料組成的低電阻率短路環，采用低電阻率材料的短路環提供被動加熱失超保護。

本實用新型的用于超導磁體的被動加熱失超保護裝置，采用一個與超導線圈繞組相耦合的短路線圈實現。該短路線圈與超導線圈繞組之間存在一層絕緣層，短路線圈、絕緣層和超導線圈繞組緊密接觸。絕緣層使得短路線圈與超導線圈繞組之間傳熱良好，同時相互絕緣良好。

超導磁體失超發生后，超導線圈繞組的電阻迅速增大，電流迅速減小。超導線圈繞組的電流衰減引起與超導線圈繞組相耦合的短路線圈內產生感應電流。短路線圈內產生的感應電流在短路線圈內產生焦耳熱，該焦耳熱使得短路線圈整體溫度上升。整體溫度上升后的短路線圈通過絕緣層向超導線圈繞組傳熱，該傳熱過程可引起與絕緣層相接觸的尚未失超的超導線圈繞組部分失超，從而加快超導線圈繞組內的失超傳播過程。超導線圈的失超傳播加快后，超導線圈存儲的電磁能更加均勻的分配到整個磁體，從而降低了超導磁體內不的局部過熱和過電壓，使得失超不至于導致超導磁體的永久性損害。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是：

1、本實用新型的超導磁體保護裝置為被動保護，保護動作更可靠。保護過程不依賴于失超檢測器件和失超保護開關的動作，超導磁體發生后，失超保護過程自動啟動。

2、本實用新型的超導磁體保護裝置可對超導線圈繞組進行整體加熱，超導磁體內的失超傳播更快，超導磁體更安全。本實用新型的與超導線圈繞組相耦合的短路線圈可以在結構上盡量多的與超導線圈繞組通過絕緣層相接觸，從而可以大面積的加快線圈內的失超傳播過程。

3、本實用新型中超導磁體保護裝置實施簡單，甚至可以利用超導磁體的骨架結構實現，無需其他專門的失超保護裝置。選擇超導磁體的骨架材料為電阻率低、單位體積比熱容小的材料，如：高純鋁，可以直接利用磁體骨架對磁體實現本實用新型的保護裝置。當電阻率低、單位體積比熱容小的材料不宜制作磁體骨架時，可以通過在磁體表面增加一層高純鋁短路環實現。

附圖說明

圖1是骨架本身作為短路環實現超導磁體的被動加熱失超保護的裝置結構示意圖；

圖2是利用低電阻率短路環實現超導磁體的被動加熱失超保護的裝置結構示意圖。