[发明专利]一种高温超导电缆传导冷却降温系统及方法

权利要求书

1.一种高温超导电缆传导冷却降温系统，其特征在于，包括置于真空绝热腔（2）内的传导冷却超导电缆（1），真空绝热腔（2）两端部设有制冷机冷头（7）；传导冷却超导电缆（1）通过由铜编织带（31）组成导冷带（131）作为导冷结构（13），在导冷带端头（132）轧制铜管连接在制冷机冷头（7）上，制冷机连接制冷机冷头（7）达到传导冷却超导电缆（1）工作温度区间；

传导冷却超导电缆（1）两端通过电缆接头（12）连接电流引线（3）到出线端子（4），与外部电源连接；

还包括对传导冷却超导电缆（1）的超导带材温度进行监测的温度测量系统（5）以及使真空绝热腔（2）内达到低压条件的真空机组（6）；

所述传导冷却超导电缆（1）为传导冷却高温超导电缆，包括由内至外依次布置的金属支撑波纹管（111）、内绝缘层（112）、超导带材层（113）、外绝缘层（114）和电缆主体导冷层（115），电缆主体导冷层（115）为铜编织带（31），在电缆主体导冷层（115）上间隔紧固有十字喉箍（133）；

将若干根导冷带（131）完全包裹住电缆主体（11），采用手工绕制将导冷带（131）缠绕在超导带材层（113）上，逐根逐层锚固时不加预张力，缠绕完成后使用十字喉箍（133）从电缆主体（11）的中间位置到接头位置间隔依次紧固。

2.根据权利要求1所述的高温超导电缆传导冷却降温系统，其特征在于，所述电缆接头（12）外部为正六棱柱结构的铜汇流环（121），铜汇流环（121）上开有与电流引线连接的螺纹孔（124），铜汇流环（121）外表面粘装氮化铝陶瓷薄片（122），电缆接头（12）安装在金属支撑波纹管（111）和内绝缘层（112）上。

3.根据权利要求1所述的高温超导电缆传导冷却降温系统，其特征在于，所述出线端子（4）包括接线法兰（41），接线法兰（41）上设内接线端（42）、外出线端（43）和航空插头孔（44），航空插头孔（44）上安装有真空气密航空插头（52）。

4.根据权利要求3所述的高温超导电缆传导冷却降温系统，其特征在于，所述电流引线（3）包括铜编织带（31）和电流引线连接端头（32），电流引线连接端头（32）分别连接电缆接头（12）和接线法兰（41）的内接线端（42），通过外出线端（43）与外部用电设施与电源连接。

5.根据权利要求3所述的高温超导电缆传导冷却降温系统，其特征在于，

所述温度测量系统（5）为粘装在超导带材层（113）上的铂电阻应变片和与其连接的测量引线（51），测量引线（51）通过真空气密航空插头（52）连接到外部的温度监视仪。

6.根据权利要求1所述的高温超导电缆传导冷却降温系统，其特征在于，所述真空绝热腔（2）为多层真空隔热腔，外层为金属外壳层（21）、内层为低温防辐射层（22），两层之间通过防热辐射层支架（23）连接；低温防辐射层（22）内的传导冷却超导电缆（1）通过电缆支架（24）支撑在真空绝热腔（2）内。

7.一种权利要求1-6任一项所述系统的高温超导电缆传导冷却降温方法，其特征在于，包括：

将绕制并紧固的传导冷却超导电缆装配在真空绝热腔中，将制冷机冷头、真空机组安装于真空绝热腔上；

将导冷带端头连接于制冷机冷头上，将电缆接头连接电流引线，电流引线连接接线端子至外部电源；

通过铜编织带直接传导冷却超导电缆进行温度测量系统的装配与测试；

封闭真空绝热腔，降低腔内压强至10^-2Pa，制冷机冷头连接制冷压缩机，将超导电缆降温至电缆运行区间；

加载额定工作电流至传导冷却超导电缆，传导冷却超导电缆中温度沿轴向呈梯度分布，监测记录电缆稳态工作的超导带材沿轴向各测量点的温度，判断电缆是否达到工作温度区间。

8.根据权利要求7所述的高温超导电缆传导冷却降温方法，其特征在于，根据铜的载流量与故障电流引线热稳定性计算电流引线的长度与横截面积；

其中，为铜的平均热导率，为额定电流大小，为引线材料的洛伦兹常数，为电流引线低温端温度，为电流引线高温端温度。