[發(fā)明專利]一種傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜的運(yùn)行與測試裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011166708.6
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112415302B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊勇;韓晶旺;李曉航;師陽;吳云翼
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

1.一種傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜的運(yùn)行與測試裝置，其特征在于，包括模擬太空環(huán)境試驗(yàn)裝置、低溫系統(tǒng)模塊、測量系統(tǒng)模塊和供電系統(tǒng)模塊；

所述模擬太空環(huán)境試驗(yàn)裝置內(nèi)置有傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜，低溫系統(tǒng)模塊、測量系統(tǒng)模塊和供電系統(tǒng)模塊分別連接模擬太空環(huán)境試驗(yàn)裝置；

所述低溫系統(tǒng)模塊，用于對高溫超導(dǎo)電纜采用傳導(dǎo)冷卻方式進(jìn)行制冷，為其提供冷量；并對模擬太空環(huán)境試驗(yàn)裝置提供真空環(huán)境；

通過銅導(dǎo)冷帶與傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜相連，冷頭和銅導(dǎo)冷帶與傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜電流引線之間應(yīng)絕緣；

所述測量系統(tǒng)模塊，用于測量模擬太空環(huán)境試驗(yàn)裝置內(nèi)的傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜的應(yīng)變、溫度和通流能力；

所述供電系統(tǒng)模塊，為模擬太空環(huán)境試驗(yàn)裝置、低溫系統(tǒng)模塊和測量系統(tǒng)模塊提供電能；

通過調(diào)節(jié)傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜的電流，得到傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜的電壓、溫度和應(yīng)變值；

所述測量系統(tǒng)模塊包括傳感器和數(shù)據(jù)采集儀器；所述傳感器包括鉑電阻、低溫應(yīng)變片和真空規(guī)管(33)；所述數(shù)據(jù)采集儀器包括溫度監(jiān)視器(34)、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀(31)和復(fù)合真空計(jì)(32)，復(fù)合真空計(jì)(32)通過真空規(guī)管(33)連接到模擬太空環(huán)境試驗(yàn)裝置上；真空規(guī)管(33)與試驗(yàn)腔體通過法蘭連接；

所述鉑電阻和低溫應(yīng)變片分別與溫度監(jiān)視器(34)和動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀(31)連接；低溫應(yīng)變片采用四分之一橋連接方法，鉑電阻采用四引線連接方法；低溫應(yīng)變片和鉑電阻引線分別焊接在模擬太空環(huán)境試驗(yàn)裝置法蘭內(nèi)側(cè)的航空插頭接線柱上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜的運(yùn)行與測試裝置，其特征在于，所述低溫系統(tǒng)模塊包括制冷機(jī)組和真空機(jī)組，所述制冷機(jī)組包括壓縮機(jī)(11)和冷頭(12)，壓縮機(jī)(11)連接冷頭(12)，冷頭(12)連接至傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜；

所述真空機(jī)組包括前級機(jī)械泵(13)、真空波紋管(14)和分子泵(15)，機(jī)械前置泵(13)與分子泵(15)連接；分子泵(15)通過分子泵控制儀控制，將壓縮機(jī)(11)和分子泵(15)分別與水冷機(jī)組進(jìn)行連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜的運(yùn)行與測試裝置，其特征在于，所述測量系統(tǒng)模塊還包括輔助監(jiān)測裝置，包括分流器(36)和電壓表(35)；分流器(36)串聯(lián)在傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜所在的電路中，測得的電壓與可編程直流電源(23)上的輸出電壓進(jìn)行對比；電壓表(35)并聯(lián)在分流器(36)兩端，電壓表(35)測量分流器(36)兩端的電壓；對可編程直流電源(23)輸出電壓進(jìn)行監(jiān)視。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜的運(yùn)行與測試裝置，其特征在于，所述供電系統(tǒng)模塊包括供電閘箱(21)和可編程直流電源(23)，供電閘箱內(nèi)設(shè)有空氣開關(guān)(22)，供電閘箱(21)分別與前級機(jī)械泵(13)、可編程直流電源(23)和壓縮機(jī)(11)連接。

5.一種權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述裝置的傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜的運(yùn)行與測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)開啟前級機(jī)械泵和分子泵給模擬太空環(huán)境試驗(yàn)裝置進(jìn)行抽真空，當(dāng)模擬太空環(huán)境試驗(yàn)裝置腔體內(nèi)真空度小于10^-2Pa時(shí)，啟動(dòng)兩臺(tái)制冷機(jī)對模擬太空環(huán)境試驗(yàn)裝置內(nèi)的傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜進(jìn)行制冷，使得模擬太空環(huán)境試驗(yàn)裝置腔體內(nèi)的高溫超導(dǎo)電纜達(dá)到超導(dǎo)運(yùn)行溫度；冷卻傳導(dǎo)高溫超導(dǎo)電纜至20K～80K之間；

2)通過溫度監(jiān)視器和動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀記錄降溫過程中傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜整體的溫度和應(yīng)變分布；

3)采用供電系統(tǒng)模塊對被測傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜加電，控制可編程直流電源改變電流，檢測傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜兩端的電壓變化；

4)分時(shí)分段調(diào)節(jié)通過傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜的電流，利用溫度監(jiān)視器和動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀記錄正常電流階段和故障電流階段被測點(diǎn)的溫度和應(yīng)變值；

5)將測試點(diǎn)的數(shù)據(jù)擬合，得到正常電流階段以及故障電流階段傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜的溫度和應(yīng)變分布；

當(dāng)通過電流超過額定電流20％時(shí)，判斷傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜兩端電壓有無明顯上升，有明顯上升，則測量得到主導(dǎo)體通流能力未達(dá)到120％；無明顯上升，則主導(dǎo)體通流能力超過120％。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜的運(yùn)行與測試方法，其特征在于，控制可編程直流電源改變電流，可編程直流電源的電流變化規(guī)律分為正常電流階段和故障電流階段，正常電流階段和故障電流階段的電流通過下式計(jì)算：

正常電流：

式中，i為正常階段的電流，t_d表示降溫時(shí)間，t_s1表示達(dá)到正常電流的時(shí)間，(t_s2-t_s1)表示電纜通過正常電流的時(shí)間，i_s表示正常電流的大小；

故障電流：

式中，i₁為故障階段的電流，t_f1表示達(dá)到故障電流的時(shí)間，(t_f2-t_f1)表示電纜通過故障電流的時(shí)間，i_f表示故障電流的大小。