一种超导组合电器用空气套管的制作方法

1.本发明涉及一种超导设备技术领域，特别是涉及一种超导组合电器用空气套管。


背景技术：

2.超导体是在临界温度下具有零电阻特性的一种导体，可降低电能传输时的电阻损耗，超导体工作于77k的温度下，需要浸泡在液氮中才能呈现超导特性，采用超导体构造电能传输设备时，需要设置超导体与常规导体转换的空气套管，将电流从浸泡在液氮中的超导体中引出，与处于室温中的常规电气设备进行连接，现有的技术下，需要采用耐低温的特种套管以实现连接，成本较高。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种超导组合电器用空气套管，可以利用液氮与氮气之间自然温度梯度，使用常规套管实现超导体电流的引出。
4.为解决上述技术问题，作为本发明提供一种超导组合电器用空气套管，其至少包括依次连接的三个复合套管、套管安装法兰、变径套、套管弯头，以及穿设于上述部件里面的三条导体，其中：
5.所述变径套，其具有变径的管体，所述管体一端形成大法兰，另一端形成小法兰；
6.套管安装法兰，其具有主法兰，所述主法兰与所述变径套的大法兰相配合；在所述主法兰中部形成三个套管安装孔，供复合套管底部安装固定；
7.每一复合套管上设置有连接法兰，与所述套管安装法兰中的套管安装孔配合，其中部形成有通道，供导体穿设；
8.所述套管弯头两端均形成法兰，一端与所述变径套的小法兰配合，另一端与低温绝热盆式绝缘子相配合；
9.三条导体，每一条导体一端穿出复合套管与常规高压电缆相连接，另一端经所述套管安装法兰、变径套、套管弯头，通过低温绝热盆式绝缘子与超导组合电器的出线筒中的相导体连接；
10.其中，在所述套管弯头和至少部分变径套中盛放在液氮，液氮与氮气交界面位于所述变径套中。
11.优选地，所述变径套采用不锈钢制成，其上段为等径管，在等径管上端延伸形成大法兰，在等径管下端连接一锥形管，在所述锥形管下端形成小法兰；
12.所述等径管、锥形管均采用夹层绝热结构，其夹层抽真空并填充绝热珍珠岩。
13.优选地，所述套管安装法兰，其大致呈台阶结构，由不锈钢制成，在台阶面上形成三个套管安装孔，每一套管安装孔用于安装复合套管；所述套管安装法兰底部的主法兰与变径套的大法兰连接固定。
14.优选地，所述套管弯头不锈钢制成，套管弯头整体外形为90度弯管，两端的法兰结构尺寸相同，一端与变径套的小法兰连接，另一端与低温绝热盆式绝缘子连接；其内部充满
液氮；
15.所述套管弯头的壁体采用夹层结构，夹层抽真空并填充绝热珍珠岩。
16.优选地，所述每一条导体为弯折形状，每一条导体两端分别形成导体引出头以及导体触头法兰；导体引出头用于穿过复合套管中心，与常规电气设备连接；导体触头法兰用于与低温绝热盆式绝缘子的触头座连接。
17.优选地，每一条导体均采用紫铜棒弯制，其表面采用气相沉积方式镀有二代超导层；在超导层外部，包裹有聚酰亚胺膜构成的绝热层。
18.优选地，所述复合套管采用聚四氟乙烯整体切削制成，其包括位于上段的外绝缘体与位于下段的内绝缘体，所述外绝缘体与内绝缘体之间形成有连接法兰；在所述外绝缘体外表上设置有伞裙；在所述外绝缘体与所述内绝缘体中心形成有供导体穿设的通道；在所述外绝缘体上端设置有一导体固定箍。
19.实施本发明实施例，具有如下的有益效果：
20.本发明提供了一种超导组合电器用空气套管，其至少包括依次连接的三个复合套管、套管安装法兰、变径套、套管弯头，以及穿设于上述部件里面的三条导体；通过在所述套管弯头和至少部分变径套中盛放在液氮，液氮与氮气交界面位于所述变径套中；可以利用液氮与氮气之间自然温度梯度，使用常规套管实现超导体电流的引出；
21.同时，在变径套与套管弯头的侧壁中采用夹层绝热结构，其夹层抽真空并填充绝热珍珠岩，可以提高空气套管下段的保温效果，且成本低。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
23.图1为本发明提供的一种超导组合电器用空气套管一个实施例的外观结构示意图；
24.图2为图1中的局部剖视图；
25.图3为图1的爆炸示意图；
26.图4为图3中变径套的结构示意图；
27.图5为图4的a-a向剖视图；
28.图6是图3中套管安装法兰的结构示意图；
29.图7为图6的b-b向剖视图；
30.图8是图3中套管弯头的结构示意图；
31.图9是图8中c-c向剖视图；
32.图10是图3中三条导体的结构示意图；
33.图11是图3中复合套管的结构示意图。
具体实施方式
34.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一
步地详细描述。
35.如图1所示，示出了本发明提供的一种超导组合电器用空气套管的一个实施例的结构示意图；一并结合图2至图11所示，在本实施例中，所述超导组合电器用空气套管至少包括依次连接的三个复合套管1、套管安装法兰2、变径套3、套管弯头4，以及穿设于上述部件里面的三条导体5，即a相导体、b相导体以及c相导体，其中：
36.所述变径套3，其具有变径的管体，所述管体一端形成大法兰300，另一端形成小法兰310；
37.套管安装法兰2，其具有主法兰21，所述主法兰21与所述变径套3的大法兰300相配合；在所述主法兰21中部形成三个套管安装孔22，供复合套管1底部安装固定；
38.每一复合套管1上设置有连接法兰12，与所述套管安装法兰2中的套管安装孔22配合，其中部形成有通道15，供导体5穿设；
39.所述套管弯头4两端均形成法兰，一端与所述变径套3的小法兰310配合，另一端与低温绝热盆式绝缘子6相配合；
40.三条导体5，每一条导体5一端穿出复合套管1与常规高压电缆相连接，另一端经所述套管安装法兰2、变径套3、套管弯头4，通过低温绝热盆式绝缘子6与超导组合电器的出线筒7中的相导体连接；
41.其中，在所述套管弯头4和至少部分变径套3中盛放在液氮，液氮与氮气交界面位于所述变径套3中。
42.可以理解的是，上述复合套管1、套管安装法兰2、变径套3、套管弯头4以及低温绝热盆式绝缘子6各部件之间采用螺栓连接。a、b、c三相导体5一端与低温绝热盆式绝缘子6相连接，一端穿出复合套管1，进入室温区域，与常规高压电缆相连接。在a、b、c三相导体5外层，包裹有5mm厚的绝热层，用于减少导体与复合套管1内壁的热传导。在工作状态下，a、b、c三相导体5一部分浸泡在液氮中，一部分暴露在空气中，自液氮、氮气交界面至复合套管1顶部，温差为300k，液氮、氮气交界面以下的导体温度为77k，液氮、氮气交界面以上，导体温度逐渐升高，至复合套管1顶部达到室温。在变径套3中，液氮、氮气交界面以下为液态氮，温度为77k，液氮、氮气交界面以上为氮气，温度从下至上逐渐升高，在变径套3顶部氮气温度为室温，由于氮气自身具有较好的绝热性能，在变径套3内部的氮气自然形成稳定的温度场。
43.更具体地，如图4与图5所示，在本发明实施例中，所述变径套3采用304不锈钢制成，其上段为等径管30，在等径管30上端延伸形成大法兰300，在等径管30下端连接一锥形管31，在所述锥形管31下端形成小法兰310，变径套3整体呈下小上大的形状。所述等径管30、锥形管31均采用夹层绝热结构，其夹层抽真空并填充绝热珍珠岩，绝热夹层可减少侧面的漏热，保证其内部的氮气处于稳定状态。
44.在一个实施例中，所述锥形管31呈45度的锥形结构，该结构可改善导体的电场，避免电场集中。
45.在一个具体的例子中，所述大法兰300的内径为850mm，外径为1000mm，通过12个m22螺栓与套管安装法兰2相连接固定；所述小法兰的内径为450mm，外径为600mm，通过6个m22螺栓与套管弯头4相连接固定。在所述实施例中，变径套高度720mm，工作时，液氮、氮气交接面位于小法兰310以上400mm的位置。
46.如图6与图7所示，在本发明实施例中，所述套管安装法兰2采用304不锈钢制成，其
大致呈台阶结构，在台阶面20上形成三个套管安装孔22，分别为a相套管安装孔、b相套管安装孔、c相套管安装孔，每一套管安装孔22用于安装复合套管1，在一个实施例中，采用6个m16螺栓固定复合套管1。所述套管安装法兰2的主法兰21与变径套3的大法兰连接固定。
47.套管安装法兰2整体采用实心导热结构，采用导热的设计，可保证套管安装法兰2顶部的温度为室温，确保复合套管1工作于室温中。
48.如图8和图9所示，在本发明实施例中，所述套管弯头4采用304不锈钢制成，套管弯头4整体外形为90度弯管，工作时，内部充满液氮，两端的法兰结构尺寸相同，一端与变径套3的小法兰310连接，另一端与低温绝热盆式绝缘子6连接。
49.在本实施例中，所述套管弯头3的壁体采用夹层结构，夹层抽真空并填充绝热珍珠岩，以减少漏热损耗。
50.如图10所示，在本发明实施例中，所述每一条导体5为弯折形状，每一条导体5两端分别形成导体引出头50以及导体触头法兰51；导体引出头50用于穿过复合套管1中心，与常规电气设备连接。导体触头法兰51采用多个螺栓与低温绝热盆式绝缘子6的触头座连接，在一个实施例中，可采用4个m8螺栓。
51.在一个实施例中，每一条导体5均采用60mm直径的紫铜棒弯制，表面采用气相沉积方式镀有二代超导材料，在超导层外部，包裹有5mm聚酰亚胺膜构成的绝热层。在液氮、氮气分界面以下，导体5表面的超导层呈现超导态，电流从超导层流过，在液氮、氮气分界面以上，导体5表面的超导层失超，电流从铜棒中流过。
52.如图11所示，在本发明实施例中，所述复合套管1采用聚四氟乙烯整体切削制成，其包括位于上段的外绝缘体10与位于下段的内绝缘体11，所述外绝缘体10与内绝缘体11之间形成有连接法兰12；在所述外绝缘体10外表上设置有伞裙14；在所述外绝缘体10与所述内绝缘体11中心形成有供导体5穿设的通道15；在所述外绝缘体10上端设置有一导体固定箍13。
53.其中，所述内绝缘体12插入变径套3内；外绝缘体10暴露在空气中；连接法兰12用于与套管安装法兰2相连接固定；伞裙14用于增大外绝缘体10的爬距；导体固定箍13采用304不锈钢制成，用于夹紧导体5，以确保导体5不发生移位。
54.实施本发明实施例，具有如下的有益效果：
55.本发明提供了一种超导组合电器用空气套管，其至少包括依次连接的三个复合套管、套管安装法兰、变径套、套管弯头，以及穿设于上述部件里面的三条导体；通过在所述套管弯头和至少部分变径套中盛放在液氮，液氮与氮气交界面位于所述变径套中；可以利用液氮与氮气之间自然温度梯度，使用常规套管实现超导体电流的引出；
56.同时，在变径套与套管弯头的侧壁中采用夹层绝热结构，其夹层抽真空并填充绝热珍珠岩，可以提高空气套管下段的保温效果。
57.以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。