[發明專利]高溫超導電纜電流引線結構及其設計方法

有效

• 申請號: 202110704661.2
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113300130B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 焦婷;張喜澤;楊建平;鄭健;張琪祁;韓云武;張志勇;李紅雷;宗曦華;魏本剛;黃逸佳;陳志越
• 申請（專利權）人: 國網上海市電力公司;上海國際超導科技有限公司
• 主分類號: H01R4/68
• 分類號: H01R4/68;H01B12/00;H01B12/14;G06F30/20
• 代理公司: 北京智繪未來專利代理事務所(普通合伙) 11689
• 代理人: 張紅蓮;王萍

高溫超導電纜電流引線結構及其設計方法，采用沿引線軸方法平行排列多根金屬棒，各根金屬棒之間保持預設間距，金屬棒包括第一引線段、第二引線段和第三引線段；第一引線段的底端接觸液氮液面，第一引線段的頂端連接第二引線段的底端；第二引線段的頂端連接第三引線段的底端，第三引線段的頂端連接室溫接線端子；第一引線段和第三引線段是實心金屬棒，第二引線段是空心金屬棒，第二引線段的頂端不超過環氧板位置。采取內部開空心槽的方式，結構簡單，顯著優化了熱場分布，降低了電流引線漏熱，為后續電流引線設計提供可靠的支撐；采用該結構的電流引線易于加工制造、便于安裝檢修，有利于工程推廣應用。

技術領域

本發明涉及高溫超導電纜電流引線技術領域，更具體地，涉及高溫超導電纜電流引線結構及其設計方法。

背景技術

高溫超導電纜具有傳輸功率大、電流密度高、損耗低和環境友好等優點。高溫超導電流引線是一種復合電流引線，在低溫段采用高溫超導材料，在室溫與高溫超導材料之間采用銅或銅合金等導電材料，作為陶瓷材料的高溫氧化物超導材料的熱導率很低，正常工作時不產生熱量，因而注入液氮容器的熱量非常小，在常規電流引線部分，由于縮小了引線兩端的溫差，引線漏熱也相應減小。

但是，電流引線本身具有一定的電阻，因而在傳輸電流時要產生熱量，這些熱量的一部分由引線末端傳入低溫容器。小型超導電纜的運行電流小，對電流引線可以不作特殊考慮；但是，在大型超導電纜中，電流引線漏熱在很大程度上決定著超導電纜在正常運行時所需的冷卻容量。因此，在大型超導電纜的設計中，電流引線的設計十分講究，必須仔細考慮引線各個部分的設計方法。電流引線的設計就是要在滿足超導電纜運行電流要求的前提下，盡可能得減小流入低溫容器的熱量。

通過研究發現，在一定的電流下，電流引線漏熱與制作引線的材料有關，一旦引線材料確定后，則引線的漏熱與引線的尺寸、形狀密切相關，因此，引線尺寸、形狀的優化十分重要。由電流引線傳入低溫容器的漏熱包括傳導熱和焦耳熱。加大電流引線的截面積，可以減小焦耳熱，但會增加由傳導熱引起的漏熱；而減小電流引線的截面積，情況則剛好相反。因此，在引線各項參數已知的情況下，存在一個熱損耗最小的長衡比L/A，即引線長度與橫截面積的比值，使得引線末端流入超導電纜低溫容器的熱量最小。

現有技術中，中國發明專利(CN110323325)公開了一種珀爾帖電流引線裝置，通過在現有的銅或銅合金引線插入由熱電材料碲化鉍形成的電流引線，能夠在電流引線通過電流時將電流引線低溫端的熱量傳遞到室溫端，并且由于碲化鉍材料的熱導率僅為銅材料的0.4％，在沒有電流通過時，能夠減少電流引線造成的漏熱。

現有技術中，電流引線常常設計成類似熱交換器的形式，以盡可能的減小通過電流引線向低溫容器的漏熱，用不同材料制成的電流引線有不同的最低漏熱，在給定材料的基礎上，進一步優化電流引線的尺寸來使引線漏熱接近最小值；利用低溫冷卻液容器中冷卻液蒸發出來的冷卻氣體帶走電流引線上的傳導熱和焦耳熱，即采用氣冷電流引線結構，充分利用冷卻氣體的顯熱將大大降低電流引線的漏熱，從而減小冷卻液的蒸發量。

中國發明專利(CN110994534)公開了一種基于蒸發冷卻的多段式電流引線，第一引線段包裹超導電纜和引線，第二引線段增大引線與液氮之間的換熱面積、加強引線與液氮之間的換熱，第三引線段增大引線與蒸發氮氣的換熱面積、加強引線與蒸發氮氣的換熱、降低引線的溫度、減少引線的漏熱，第四引線段從第三引線段向室溫端實現溫度過渡；其中第三引線段采用引線截面上兩個方向互相垂直且平行排列多根銅排的排列方式，各銅排之間保持預設的間距。中國發明專利(CN107068324)公開了一種6kA高溫超導電流引線，其中銅換熱器段采用30根直徑6mm的銅棒，并呈內層10根、外層20根的排布方式。

綜上，需要進一步優化引線結構，減小由焦耳熱以及外部傳入熱量產生的電流引線漏熱。

發明內容

為解決現有技術中存在的不足，本發明的目的在于，提供一種高溫超導電纜電流引線結構及其設計方法，通過優化電流引線結構，以減小電流引線的漏熱量。