[发明专利]一种传导冷却高温超导电缆的运行与测试装置及方法

权利要求书

1.一种传导冷却高温超导电缆的运行与测试装置，其特征在于，包括模拟太空环境试验装置、低温系统模块、测量系统模块和供电系统模块；

所述模拟太空环境试验装置内置有传导冷却高温超导电缆，低温系统模块、测量系统模块和供电系统模块分别连接模拟太空环境试验装置；

所述低温系统模块，用于对高温超导电缆采用传导冷却方式进行制冷，为其提供冷量；并对模拟太空环境试验装置提供真空环境；

通过铜导冷带与传导冷却高温超导电缆相连，冷头和铜导冷带与传导冷却高温超导电缆电流引线之间应绝缘；

所述测量系统模块，用于测量模拟太空环境试验装置内的传导冷却高温超导电缆的应变、温度和通流能力；

所述供电系统模块，为模拟太空环境试验装置、低温系统模块和测量系统模块提供电能；

通过调节传导冷却高温超导电缆的电流，得到传导冷却高温超导电缆的电压、温度和应变值；

所述测量系统模块包括传感器和数据采集仪器；所述传感器包括铂电阻、低温应变片和真空规管(33)；所述数据采集仪器包括温度监视器(34)、动态应变仪(31)和复合真空计(32)，复合真空计(32)通过真空规管(33)连接到模拟太空环境试验装置上；真空规管(33)与试验腔体通过法兰连接；

所述铂电阻和低温应变片分别与温度监视器(34)和动态应变仪(31)连接；低温应变片采用四分之一桥连接方法，铂电阻采用四引线连接方法；低温应变片和铂电阻引线分别焊接在模拟太空环境试验装置法兰内侧的航空插头接线柱上。

2.根据权利要求1所述的一种传导冷却高温超导电缆的运行与测试装置，其特征在于，所述低温系统模块包括制冷机组和真空机组，所述制冷机组包括压缩机(11)和冷头(12)，压缩机(11)连接冷头(12)，冷头(12)连接至传导冷却高温超导电缆；

所述真空机组包括前级机械泵(13)、真空波纹管(14)和分子泵(15)，机械前置泵(13)与分子泵(15)连接；分子泵(15)通过分子泵控制仪控制，将压缩机(11)和分子泵(15)分别与水冷机组进行连接。

3.根据权利要求1所述的一种传导冷却高温超导电缆的运行与测试装置，其特征在于，所述测量系统模块还包括辅助监测装置，包括分流器(36)和电压表(35)；分流器(36)串联在传导冷却高温超导电缆所在的电路中，测得的电压与可编程直流电源(23)上的输出电压进行对比；电压表(35)并联在分流器(36)两端，电压表(35)测量分流器(36)两端的电压；对可编程直流电源(23)输出电压进行监视。

4.根据权利要求1所述的一种传导冷却高温超导电缆的运行与测试装置，其特征在于，所述供电系统模块包括供电闸箱(21)和可编程直流电源(23)，供电闸箱内设有空气开关(22)，供电闸箱(21)分别与前级机械泵(13)、可编程直流电源(23)和压缩机(11)连接。

5.一种权利要求1-4任一项所述装置的传导冷却高温超导电缆的运行与测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)开启前级机械泵和分子泵给模拟太空环境试验装置进行抽真空，当模拟太空环境试验装置腔体内真空度小于10^-2Pa时，启动两台制冷机对模拟太空环境试验装置内的传导冷却高温超导电缆进行制冷，使得模拟太空环境试验装置腔体内的高温超导电缆达到超导运行温度；冷却传导高温超导电缆至20K～80K之间；

2)通过温度监视器和动态应变仪记录降温过程中传导冷却高温超导电缆整体的温度和应变分布；

3)采用供电系统模块对被测传导冷却高温超导电缆加电，控制可编程直流电源改变电流，检测传导冷却高温超导电缆两端的电压变化；

4)分时分段调节通过传导冷却高温超导电缆的电流，利用温度监视器和动态应变仪记录正常电流阶段和故障电流阶段被测点的温度和应变值；

5)将测试点的数据拟合，得到正常电流阶段以及故障电流阶段传导冷却高温超导电缆的温度和应变分布；

当通过电流超过额定电流20％时，判断传导冷却高温超导电缆两端电压有无明显上升，有明显上升，则测量得到主导体通流能力未达到120％；无明显上升，则主导体通流能力超过120％。

6.根据权利要求5所述的传导冷却高温超导电缆的运行与测试方法，其特征在于，控制可编程直流电源改变电流，可编程直流电源的电流变化规律分为正常电流阶段和故障电流阶段，正常电流阶段和故障电流阶段的电流通过下式计算：

正常电流：

式中，i为正常阶段的电流，t_d表示降温时间，t_s1表示达到正常电流的时间，(t_s2-t_s1)表示电缆通过正常电流的时间，i_s表示正常电流的大小；

故障电流：

式中，i₁为故障阶段的电流，t_f1表示达到故障电流的时间，(t_f2-t_f1)表示电缆通过故障电流的时间，i_f表示故障电流的大小。