[发明专利]一种高温超导双子同轴电流引线传输系统有效

专利信息
申请号: 200810114917.9 申请日: 2008-06-13
公开(公告)号: CN101364458A 公开(公告)日: 2009-02-11
发明(设计)人: 顾晨 申请(专利权)人: 清华大学
主分类号: H01B12/00 分类号: H01B12/00;H01F6/06;H01L39/12
代理公司: 北京市德恒律师事务所 代理人: 马佑平
地址: 100084北*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 高温 超导 双子 同轴 电流 引线 传输 系统
【说明书】:

技术领域

一种高温超导双子同轴电流引线传输系统,属于超导电工应用领域。

背景技术

发明提供了一种新型的电流引线传输系统。相比传统的电流引线传输系统,在相同超导材料使用量的情况下,可大幅度的提高电流引线的载流能力。而在相同载流能力的前提下,可大幅度减少超导材料的使用量,进而可减小电流传输系统对制冷功率的需求。

电流引线是一种连接大型低温超导磁体,低温超导装置与电流源之间的电流传输装置。其中大型低温超导磁体多工作在极低的温度(<15K)下,而电流源一般工作在室温下(300K)。由于两者的工作温区相差很大,同时由于工作在低温状态下的超导磁体对于热扰动十分敏感。这就对它们之间的供电连接部件的功率消耗,以及漏热提出了很高的要求。高温超导导线具有可无损耗承载大电流的优点,这种优点体现在两方面,一方面,超导导线携带的电流低于临界电流时,导线的直流欧姆损耗可近似为零,另一方面它单位面积上可承载的电流远远大于常规导体,因此在携带相同电流量的情况下,高温超导导线的材料使用量要远远的小于常规导体。因此利用高温超导导线制作的电流引线,具有载流量大、体积小、重量轻,漏热小的特点,这对于降低系统制冷功率具有明显的改善效果。自从1987年高温超导材料发现以来,它在电流引线上的应用就成为了研究热点。

大体上来讲,高温超导电流引线从制作工艺上可分为两种,一种是利用Bi2212粉体材料经过填装,成型,整体烧结制成的棒状结构。另外一种是利用已经得到工业化生产的Bi2223/Ag多芯超导带材,经过多根带材叠加制成电流引线。这种叠加式的电流引线是目前应用最为广泛的电流引线,已经应用于多个大型低温超导磁体装置。最为著名是2004年为国际热核聚变装置(ITER)TF线圈设计的电流引线。该电流引线利用接触式制冷,可承载70KA电流,并在实验当中达到目前为至的高温超导电流引线的通流世界记录80KA。

目前针对提高高温超导电流引线的优化工作也已经展开,主要的优化工作大体上可分为两种。一种是通过改变高温超导材料的外层包覆材料。常规的Bi2223高温超导导线外层包覆银合金材料,这种材料的热导率大,导致漏热很大,所以针对电流引线的使用,开发出以银金合金为包覆材料的高温超导导线,由于金银合金的热导率很小,所以系统漏热可大幅度降低。另外一种优化方式是通过优化带材的叠放结构,尽量提高带材的使用效率实现的。由于高温超导材料本身具有强烈的磁场依赖特性和各项异性特性,磁场越高,高温超导材料的通流能力就越低。通过优化带材排列,比如拉大带材之间的间距可减小之间的耦合磁场,从而提高带材的使用效率。

作为一个电流引线传输系统,等量的电流输入和输出是必然的要求。传统的电流引线传输系统是由两根独立的电流引线组成的,两根电流引线多以平行的方式放置,其中一根负责电流的输入,另外一根负责电流的输出。这种电流引线最大的缺点在于:电流引线所通电流越大,自身产生的磁场就越强,由于高温超导材料的磁场依赖特性,自身产生的磁场会降低高温超导材料的临界电流,无形中造成了系统通流能力的降低。针对这种缺点,我们提出了一种双子同轴电流引线传输系统。

发明内容

本发明的目的在于通过一种高温超导双子同轴电流引线传输系统,提高电流引线传输系统的整体通流能力。

一种高温超导双子同轴电流引线传输系统,该系统由两根同轴电流引线及供电电路组成;每一根电流引线均是由内部和外部通流层组成的;内部与外部通流层以同轴结构放置,其中内部与外部通流层携带的电流方向相反;每一根同轴电流引线的内部通流层和另一根同轴电流引线的外部通流层并联;该双子同轴电流引线其中一根电流引线的内部通流层与另外一根电流引线的外部通流层并连形成一通流组合,负责电流输入,同样的,另外一个通流组合负责电流输出;两根电流引线分别接在供电电路和超导装置两端。

通流层是由多根高温超导导线以叠加的方式组成的,叠加方式可根据具体带材的各向异性特性结合应用当中的实际情况决定。计算表明无论采用何种叠加方式,何种高温超导带材,该同轴电流引线结构相对于传统的非同轴结构,都可以大幅度的提高电流引线传输系统的整体通流能力。

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