一种应用于大温度梯度条件下的高电压大电流电极引线

摘要

一种应用于大温度梯度条件下的高电压大电流电极引线，包括单引入引线和单引出引线，单引入引线包括依次设置的常温进线段、真空绝热段和超导衔接段；常温进线段包括进线端子、粗径导线、固态绝缘层和绝缘套管；真空绝热段包括真空腔室、变截面导线、固态绝缘层和四氟乙烯绝缘垫块；超导衔接段包括杜瓦罐、液氮、细径导线、固态绝缘层、衔接端子和超导；单引出引线与单引入引线结构相同且对称设置，包括依次设置的常温出线段、真空绝热段和超导衔接段；常温出线段与常温进线段的不同之处在于进线端子替换为出线端子；本发明应用于超导限流器中，作为超导带材与外部电缆的连接线；该引线具有高绝缘强度，大电流通过能力，能够在大温度梯度下工作，同时具有低漏热的特点。

说明书

技术领域

本发明属于高压绝缘应用领域，具体涉及一种电极引线；该引线需要有能够耐受高电压大电流的绝缘强度，能够在大温度梯度下工作，同时具有低漏热。

背景技术

在超导限流装置中,超导带材运行77K(液氮温度)及以下温度范围内以维持超导态，而连接超导带材与室温电源的导体就称为电流引线。电流引线的温度范围横跨低温冷却介质的温度到室温，从而形成了大温度梯度,该温度梯度成为系统的主要的漏热源，也叫做热桥,同时，通电产生得焦耳热也成为了附加的热源。该热源与热桥不但有损液氮的保存，而且有可能造成液氮气化产生气泡，严重影响液氮的绝缘性能。同时，由于温度的提升，造成了超导带材超导特性的不稳定。因此，设计低漏热且能够适应大温度梯度的电流引线成为超导限流应用中的一个重要方向。为了避免热辐射、热传导、热对流等造成超导带材温度变化而引起的失超，必须设计特殊的电极引线。

按照冷却方式划分，目前常用的电极引线分为：传导冷却电流引线和气冷电流引线。

传导冷却电流引线主要用在小电流或者大电流且通电时间不长时采用的一种简单形式的引线，除端部外,引线的中间部分基本上不进行热交换,其冷却只靠与冷端的冷却介质进行热传导,可见这种引线的换热条件是很差的。对于这种引线,降低热端温度能有效地减小流入低温容器的热量。

气冷电流引线是利用引线末端漏热引起冷却液体蒸发产生的冷却气体进一步冷却引线本身的一种电流引线,这种引线又可分为迫流气冷引线和自冷引线这种引线充分利用了蒸发气体的显热,与传导冷却电流引线相比,气冷电流引线末端引起的漏热要减少约两个数量级。

近年来，随着超导技术的发展，出现了有别于传统引线的超导引线，以及二元引线。充分利用超导零电阻的特性，超导引线以及二元引线可显著降低引线自身的焦耳热。

但是上述引线都存在上使用上的弊端，气冷引线需要引入低温气体，对系统绝缘产生影响；超导引线因为需要低温液体保证超导特性，加大了系统设计的复杂性。

目前的专利引线，如专利CN 102243908：一种气冷引线的低温绝缘结构,由于采用气冷冷却，不仅需要添加冷却装置，而且由于流动气体的存在，使得紧贴引线层无法采用真空，增加了绝缘设计的难度。CN103839649：一种传导冷却方式下的二元电流引线结构，提出了将同引线与超导引线混合使用的方式，为了利用超导体的超导特性，必然需要低温液体，如液氮等，增添了耗能的同时，在考虑高电压大电流设计中必须考虑液氮的绝缘性能。

发明内容：

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种应用于大温度梯度条件下的高电压大电流电极引线，应用于超导限流器中，作为超导带材与外部电缆的连接线；该引线具有高绝缘强度，大电流通过能力，能够在大温度梯度下工作，同时具有低漏热的特点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于大温度梯度条件下的高电压大电流电极引线，包括单引入引线和单引出引线，所述单引入引线包括依次设置的常温进线段、真空绝热段和超导衔接段；常温进线段包括进线端子1-1，和进线端子1-1连接的粗径导线4，紧贴粗径导线4表面设置的固态绝缘层3，紧贴固态绝缘层3表面设置的绝缘套管2，；真空绝热段包括真空腔室5，设置在真空腔室5上与外部抽气机连接的真空抽气口6，设置在真空腔室5内与粗径导线4连接的变截面导线17，紧贴变截面导线17表面设置的固态绝缘层3，设置在真空腔室5内壁上的四氟乙烯绝缘垫块7；超导衔接段包括杜瓦罐16，填充在杜瓦罐16内的液氮9,下部浸入到液氮9液面以下与变截面导线17连接的细径导线18，紧贴细径导线18表面设置的固态绝缘层3，紧贴固态绝缘层3表面设置的衔接端子8，与衔接端子8连接的超导10；所述单引出引线与单引入引线结构相同且对称设置，包括依次设置的常温出线段、真空绝热段和超导衔接段；常温出线段与常温进线段的不同之处在于进线端子1-1替换为出线端子1-2。

所述真空腔室5通过绝缘夹层13安装在杜瓦罐16的上方，衔接螺母12以及紧固螺母14用于将杜瓦罐16、绝缘夹层13和真空腔室5的中部及边缘固定。

所述杜瓦罐16内部设置真空15，杜瓦罐16上设置用于调整杜瓦罐气压的减压阀11。

所述常温进线段和常温出线段采用固态绝缘层3加绝缘套管2双绝缘设计。

所述真空绝热段采用真空腔室5绝热，变截面导线17低漏热设计；结构上构成固态绝缘与真空绝缘双绝缘设计。

所述固态绝缘层3采用环氧树脂或者固态气凝胶。

所述绝缘套管2采用四氟乙烯绝缘套管，具有防止沿面闪络的作用。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

1、本发明的提供的大温度梯度电极引线的结构包括常温出线段、真空绝热段、超导衔接段三部分组成，采用单进单出对称结构，常温出线段与超导衔接段位于真空腔外部的两端分别实现与常温导线和低温超导带材的衔接。

2、为了保证高压大电流下的绝缘强度，常温进线段和常温出线段采用双层绝缘设计：固态绝缘层与绝缘套管相结合，固态绝缘层紧贴导线壁，绝缘套管置于固态绝缘层之外，在起到加强绝缘能力的同时实现防止沿面闪络的作用。

3、真空绝热段主要由真空腔室实现：将导线引入真空腔室，通过真空抽气口抽为真空后，可以起到完全隔绝热对流的作用，同时实现了固态绝缘与真空绝缘双绝缘设计；为了防止导线与真空腔室之间的放电击穿，在导线与真空腔室的内壁之间安装四氟乙烯绝缘垫块，避免沿面闪络的发生。真空腔室内的导线段结构亦有变化，采用两次变截面设计，减少了导线沿面的热传导，进而实现了低漏热的设计。

4、超导衔接段通过衔接端子将引线与超导线圈连接，超导置于杜瓦罐之中，衔接端子浸入液氮液面以下，保证超导带材以及衔接点在低温液氮环境中，保证超导不失超。同时，相当于为引线提供了一个低温冷端，可以降低引线的温度，进而缩小温度梯度。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明一种应用于大温度梯度条件下的高电压大电流电极引线，包括单引入引线和单引出引线，所述单引入引线包括依次设置的常温进线段、真空绝热段和超导衔接段；常温进线段包括进线端子1-1，和进线端子1-1连接的粗径导线4，紧贴粗径导线4表面设置的固态绝缘层3，紧贴固态绝缘层3表面设置的绝缘套管2；真空绝热段包括真空腔室5，设置在真空腔室5上与外部抽气机连接的真空抽气口6；设置在真空腔室5内与粗径导线4连接的变截面导线17，紧贴变截面导线17表面设置的固态绝缘层3，设置在真空腔室5内壁上的四氟乙烯绝缘垫块7；超导衔接段包括杜瓦罐16，填充在杜瓦罐16内的液氮9,下部浸入到液氮9液面以下与变截面导线17连接的细径导线18，紧贴细径导线18表面设置的固态绝缘层3，紧贴固态绝缘层3表面设置的衔接端子8，与衔接端子8连接的超导10；所述单引出引线与单引入引线结构相同且对称设置，包括依次设置的常温出线段、真空绝热段和超导衔接段；常温出线段与常温进线段的不同之处在于进线端子1-1替换为出线端子1-2。

作为本发明的优选实施方式，所述真空腔室5通过绝缘夹层13安装在杜瓦罐16的上方，衔接螺母12以及紧固螺母14用于将杜瓦罐16、绝缘夹层13和真空腔室5的中部及边缘固定，实现安装结构上的整体化。

作为本发明的优选实施方式，所述杜瓦罐16内部设置真空15，杜瓦罐16上设置用于调整杜瓦罐气压的减压阀11，当将杜瓦罐16内部气压过高时，排出多余气体，防止罐内气压过高爆炸。

作为本发明的优选实施方式，所述固态绝缘层3采用环氧树脂或者固态气凝胶。

作为本发明的优选实施方式，所述绝缘套管2采用四氟乙烯绝缘套管，具有防止沿面闪络的作用。

本发明的工作原理为：单引入引线的常温进线段的进线端子1-1与外部电源高压侧连接，常温出线段的出线端子1-2与外部电源低压侧连接，常温进线段将外部电流引入真空腔室5，进行绝缘绝热处理，实现大温度梯度低漏热，实现由常温到低温的过渡，然后经超导衔接段与超导连接，实现超导限流后，由对称结构的单引出引线引出。