一种kA级载流的超导绝缘电极装置

一种ka级载流的超导绝缘电极装置
技术领域
1.本发明属于高温超导技术领域，具体涉及一种ka级载流的超导绝缘电极装置。


背景技术：

2.超导材料，又称超导体，是指在某一温度下，电阻为零的导体。超导材料的零电阻特性使其在电力领域具有巨大的应用前景，例如在使用超导材料制备的超导线圈，应用在高磁场、高电流的环境下，超导线圈具有高效率、低损耗、传输电流密度高以及不可逆场大等优点，因此，可以大幅度的降低损耗。
3.对于高载流（ka）级超导磁体励磁试验，需要制备单独的低温真空腔，将超导磁体固氮在真空腔内然后通以冷却介质（液氦或者超临界氦气）。真空腔可以为超导磁体在励磁过程中提供良好的支撑固定，并且真空腔可以根据超导磁体的形状进行定制，尽可能保证内部腔体容积达到最小以减小低温冷却介质的消耗。由于高载流的超导磁体励磁时会产生较大的电磁力，并给冷却介质充满低温腔体时会产生较大的压力，一般低温腔体均采取316l不锈钢材质。
4.超导线圈的励磁需要将低温腔体内部的超导线圈端子与外部的电流引线端子进行电连接。为了保证通流的安全性，超导线圈端子与电流引线端子之间的电连接通路需要与低温腔体之间保持较好的绝缘性。电极结构是连接内部超导线圈端子和外部电流引线端子的装置，传统的电极结构内部采取大导电截面积的铜棒，外部采取不锈钢环，中间采取高绝缘性的材料进行密封。不锈钢环与低温腔体进行焊接连接。在大导电截面积铜棒和外部不锈钢环之间的绝缘结构一般有两种：一种是通过多次包绕聚酰亚胺绝缘带加多次固化的方法；一种是利用陶瓷结构。两种结构均可实现较好的绝缘性，但是由于聚酰亚胺绝缘带与金属之间的连接处难以做到完美的密封，陶瓷与金属连接的工艺也十分复杂，因此传导的超导电极在制备周期、真空气密性方面都存在着很大的缺陷。并且对于ka级以及更好的10ka级大型超导磁体的励磁实验，导电的铜棒导电截面积需要做到很大，导致密封长度进一步加长，对于良好气密性的实现提出了更高的挑战。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供一种ka级载流的超导绝缘电极装置，基于绝缘子结构良好的绝缘性能和超导叠良好的导电性，将二者进行完美融合，可在保证良好高压气密性、良好绝缘性的同时保证高电流传导。本发明为高载流超导磁体励磁实验提供可以实现高气密性、高绝缘性和高载流密度的电极装置。ka级载流的超导绝缘电极装置中的绝缘子可实现很好的电绝缘性，绝缘子两端的不锈钢管可用于连接低温腔体与外部支撑结构，保证整体结构的稳定性。中空的绝缘子内部可布置数量可观的超导叠，并且绝缘子内部中空区域可与低温腔体连通，可实现超导叠的高电流传导效率。
6.为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：一种用于ka级载流的超导绝缘电极装置，包含绝缘子、导电铜棒、导电超导叠、固
定法兰、左连接铜块、右连接铜块、转接块、超导线圈低温腔体；其中绝缘子内部中空，由中间部分的g10管、左316l管道和右316l管道连接而成；导电铜棒上开有u型槽，导电超导叠布置在导电铜棒的u型槽内；绝缘子的左316l管道与固定法兰通过氩弧焊连接，绝缘子的右316l管道与转接块通过氩弧焊连接；导电铜棒两端分别与左连接铜块和右连接铜块通过锡焊的方式进行连接；所述的绝缘子内部区域直接与超导线圈低温腔体连通，绝缘子内部的导电铜棒和导电超导叠利用超导线圈低温腔体内部的冷却介质进行冷却，实现电极的超导导电性。
7.进一步地，所述的导电铜棒布置在绝缘子内部，两者之间留有空隙；所述导电铜棒的u型槽根据导电铜棒长度和加工工艺贯通导电铜棒或者从导电铜棒两端向中间进行加工；所述u型槽内布置导电超导叠实现高载流；所述导电铜棒一端连接左连接铜块，再与超导线圈端子连接，导电铜棒另一端连接右连接铜块，再与电流引线端部连接，从而实现电流传导。
8.进一步地，所述转接块为环形结构，端部与右316l管道端面焊接，内环面与导电铜棒外环面焊接实现外周区域密封；导电铜棒一端直接插入右连接铜块内部并进行焊接，实现内部区域密封。
9.进一步地，导电铜棒通过绝缘子中间的g10管与超导线圈低温腔体进行绝缘，绝缘子通过左316l管道与固定法兰焊接，再与低温腔体焊接，保证真空气密性。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的目的在与提供一种ka级载流的超导绝缘电极装置，由于ka级载流的需求，需要超导电极的导电截面积足够大以保证通流效率。传统的电极采取聚酰亚胺或者陶瓷与高导铜、不锈钢进行结合实现导电 绝缘。但是由于聚酰亚胺或者陶瓷与金属之间的连接加工工艺复杂，难以在高压时保证很好的气密性。本项目采取绝缘子与超导叠相结合的方式，通过绝缘子实现良好绝缘，内部超导叠实现高载流密度，并且绝缘子内部区域可直接与低温腔体进行连通，可直接利用低温腔体内部的低温冷却介质实现超导叠的超导性。并且绝缘子两端的316l管道可分别与低温腔体法兰和转接块进行焊接而成，可充分保证在高压下实现很好的气密性。整套超导电极装置制备周期短，且只需要常规焊接工艺，工艺流程简单。
附图说明
11.图1为本发明实施例的ka级载流的超导绝缘电极装置的结构示意图；图2为本发明实施例的ka级载流的超导绝缘电极装置的剖面示意图；图3为本发明实施例的绝缘子的结构示意图；图4为本发明实施例铜棒与导电超导叠的结构示意图。
12.图中：1-绝缘子；2-导电铜棒；3-导电超导叠；4-固定法兰；5-左连接铜块；6-右连接铜块；7-转接块；8-超导线圈低温腔体；9-g10管；10-左316l管道；11-右316l管道。
具体实施方式
13.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
14.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“左”、“右”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
15.如图1-图2所示，本发明实施提供一种用于ka级载流的超导绝缘电极装置，包含绝缘子1、导电铜棒2、导电超导叠3，固定法兰4、左连接铜块5、右连接铜块6、转接块7和超导线圈低温腔体8。
16.如图3所示，所述绝缘子1包括中间部分的g10管9、左316l管道10和右316l管道11。
17.如图4所示，在导电铜棒2上开了u型槽用于布置导电超导叠3，导电超导叠3的数量根据载流量来确定，从而可以不增加导电铜棒2的截面积的情况下实现高载流。
18.如图1-图3所示，所述的用于ka级载流的超导绝缘电极装置外部连接顺序为：所述超导线圈低温腔体8与固定法兰4焊接、固定法兰4与绝缘子1的左316l管道10连接、右316l管道11与环形的转接块7连接，环形的转接块7与导电铜棒2右端连接，导电铜棒2右端与右连接铜块6连接。所述的用于ka级载流的超导绝缘电极装置内部连接顺序为：左连接铜块5直接与导电铜棒2左侧连接，导电铜棒2右侧的外环面与环形的转接块7连接，导电铜棒2右端部与右连接铜块6连接。
19.上述实施例中，如图2所示，导电铜棒2布置在绝缘子1内部，两者之间留有空隙；导电铜棒2上开有u型槽，u型槽根据铜棒长度和加工工艺可贯通导电铜棒2或者从导电铜棒2两端向中间进行加工；u型槽内布置导电超导叠3实现高载流；导电铜棒2一端连接左连接铜块5，再与超导线圈端子连接，导电铜棒2另一端连接右连接铜块6，再与电流引线端部连接，导电铜棒2通过两端进行支撑固定，保证不与绝缘子1的内壁接触，从而在保证绝缘性的同时实现高效率电流传导。优选的，导电铜棒2两边分别开有错开角度为90度的u型槽用于布置超导叠，绝缘子1内部区域与超导线圈低温区域连通，超导叠可保持超导态。
20.上述实施例中，如图2所示，绝缘子1内部区域直接与超导线圈低温腔体8连通，转接块7为环形结构，一端端部与右316l管道11端面焊接，另一端端面与导电铜棒2上的凸台结构进行焊接连接实现外周区域密封；导电铜棒2一端直接插入右连接铜块6内部并进行焊接，实现内部区域密封。
21.上述实施例中，如图2所示，绝缘子1内部的导电铜棒2和导电超导叠3所在区域可与超导线圈低温腔体8内部的冷却介质直接接触进行冷却，导电超导叠3中无法与低温冷却介质接触的部分也可通过导电铜棒2与超导线圈低温腔体8内的低温冷却介质进行间接冷却，从而保证超导叠运行在超导温区，实现超导性，整个电极也可保证超导导电性。
22.上述实施例中，如图1-图3所示，电传导路径为左连接铜块5-导电铜棒2与导电超导叠3-右连接铜块6。超导线圈低温腔体8与固定法兰4连接，再与绝缘子1的左316l管道10连接，而导电区域的导电铜棒2通过转接块7与绝缘子1的右316l管道11连接。两个回路通过绝缘子1中间的g10管9进行电绝缘，可以保证良好绝缘性。
23.上述实施例中，如图1所示，超导线圈低温腔体8与固定法兰4通过焊接连接，固定法兰4与绝缘子1的左316l管10通过焊接连接，绝缘子1的右316l管道11与转接块7通过焊接
连接，转接块7与导电铜棒2通过焊接连接。整个低温冷却介质存在区域均通过焊接方式进行密封，并给绝缘子1中的左316l管道10和右316l管道11与中间的g10管9之间的连接是同轴连接，工艺简单，可以保证良好的低温高压气密性。
24.以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。