[發(fā)明專利]一種高溫超導電纜傳導冷卻降溫系統及方法

有效

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• 申請日: 2022-02-07
• 公開（公告）號: CN114464366B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設計）人: 楊勇;鞏謙;李曉航;朱玉嘉;師陽
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01B12/16
• 分類號: H01B12/16;H01B12/14;H01F6/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

1.一種高溫超導電纜傳導冷卻降溫系統，其特征在于，包括置于真空絕熱腔（2）內的傳導冷卻超導電纜（1），真空絕熱腔（2）兩端部設有制冷機冷頭（7）；傳導冷卻超導電纜（1）通過由銅編織帶（31）組成導冷帶（131）作為導冷結構（13），在導冷帶端頭（132）軋制銅管連接在制冷機冷頭（7）上，制冷機連接制冷機冷頭（7）達到傳導冷卻超導電纜（1）工作溫度區(qū)間；

傳導冷卻超導電纜（1）兩端通過電纜接頭（12）連接電流引線（3）到出線端子（4），與外部電源連接；

還包括對傳導冷卻超導電纜（1）的超導帶材溫度進行監(jiān)測的溫度測量系統（5）以及使真空絕熱腔（2）內達到低壓條件的真空機組（6）；

所述傳導冷卻超導電纜（1）為傳導冷卻高溫超導電纜，包括由內至外依次布置的金屬支撐波紋管（111）、內絕緣層（112）、超導帶材層（113）、外絕緣層（114）和電纜主體導冷層（115），電纜主體導冷層（115）為銅編織帶（31），在電纜主體導冷層（115）上間隔緊固有十字喉箍（133）；

將若干根導冷帶（131）完全包裹住電纜主體（11），采用手工繞制將導冷帶（131）纏繞在超導帶材層（113）上，逐根逐層錨固時不加預張力，纏繞完成后使用十字喉箍（133）從電纜主體（11）的中間位置到接頭位置間隔依次緊固。

2.根據權利要求1所述的高溫超導電纜傳導冷卻降溫系統，其特征在于，所述電纜接頭（12）外部為正六棱柱結構的銅匯流環(huán)（121），銅匯流環(huán)（121）上開有與電流引線連接的螺紋孔（124），銅匯流環(huán)（121）外表面粘裝氮化鋁陶瓷薄片（122），電纜接頭（12）安裝在金屬支撐波紋管（111）和內絕緣層（112）上。

3.根據權利要求1所述的高溫超導電纜傳導冷卻降溫系統，其特征在于，所述出線端子（4）包括接線法蘭（41），接線法蘭（41）上設內接線端（42）、外出線端（43）和航空插頭孔（44），航空插頭孔（44）上安裝有真空氣密航空插頭（52）。

4.根據權利要求3所述的高溫超導電纜傳導冷卻降溫系統，其特征在于，所述電流引線（3）包括銅編織帶（31）和電流引線連接端頭（32），電流引線連接端頭（32）分別連接電纜接頭（12）和接線法蘭（41）的內接線端（42），通過外出線端（43）與外部用電設施與電源連接。

5.根據權利要求3所述的高溫超導電纜傳導冷卻降溫系統，其特征在于，

所述溫度測量系統（5）為粘裝在超導帶材層（113）上的鉑電阻應變片和與其連接的測量引線（51），測量引線（51）通過真空氣密航空插頭（52）連接到外部的溫度監(jiān)視儀。

6.根據權利要求1所述的高溫超導電纜傳導冷卻降溫系統，其特征在于，所述真空絕熱腔（2）為多層真空隔熱腔，外層為金屬外殼層（21）、內層為低溫防輻射層（22），兩層之間通過防熱輻射層支架（23）連接；低溫防輻射層（22）內的傳導冷卻超導電纜（1）通過電纜支架（24）支撐在真空絕熱腔（2）內。

7.一種權利要求1-6任一項所述系統的高溫超導電纜傳導冷卻降溫方法，其特征在于，包括：

將繞制并緊固的傳導冷卻超導電纜裝配在真空絕熱腔中，將制冷機冷頭、真空機組安裝于真空絕熱腔上；

將導冷帶端頭連接于制冷機冷頭上，將電纜接頭連接電流引線，電流引線連接接線端子至外部電源；

通過銅編織帶直接傳導冷卻超導電纜進行溫度測量系統的裝配與測試；

封閉真空絕熱腔，降低腔內壓強至10^-2Pa，制冷機冷頭連接制冷壓縮機，將超導電纜降溫至電纜運行區(qū)間；

加載額定工作電流至傳導冷卻超導電纜，傳導冷卻超導電纜中溫度沿軸向呈梯度分布，監(jiān)測記錄電纜穩(wěn)態(tài)工作的超導帶材沿軸向各測量點的溫度，判斷電纜是否達到工作溫度區(qū)間。

8.根據權利要求7所述的高溫超導電纜傳導冷卻降溫方法，其特征在于，根據銅的載流量與故障電流引線熱穩(wěn)定性計算電流引線的長度與橫截面積；

其中，為銅的平均熱導率，為額定電流大小，為引線材料的洛倫茲常數，為電流引線低溫端溫度，為電流引線高溫端溫度。