專利名稱：：一種高溫超導無感線圈間隔層的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種電阻型故障限流器用高溫超導無感線圈，特別涉及一種高溫超導餅式無感線圈的間隔層。
背景技術：
：當前，為了與國民經濟快速發展、電網規模不斷增大和互聯程度不斷提高相適應，我國電網正向超大規模方向發展。然而，我國電網的穩定性問題卻變得日益嚴重，電網的安全性和可靠性正在承受巨大的壓力，短路故障是危及電力系統安全、導致巨大經濟損失的嚴重故障之一。基于第二代高溫超導帶材的電阻型高溫超導限流器串接在電網中，在正常運行時，限流器呈現無阻抗狀態，對電網沒有任何影響，在故障發生時，高溫超導體失超而呈現高電阻狀態進行限流，可以有效的解決上述問題，具有很好的應用與市場前景。這種限流器的核心技術是利用已經商業化生產的第二代高溫超導帶繞制的無感雙繞餅式線圈，目前通用技術是利用單根或多根超導帶制作成無感餅式線圈，然后通過多個無感餅式線圈串并聯組合而成限流線圈。這種雙繞無感餅式線圈的關鍵技術是匝間的間隔層。因為在故障發生后通過第二代高溫超導帶材的失超電阻進行限流，該過程伴隨有大量的焦耳熱瞬間產生，同時在限流線圈的兩端長生較大的電壓降，使匝間，尤其是并繞雙帶的端部產生高電壓。所以，匝間間隔層起到高電壓絕緣與良好的冷卻通道的雙重作用。匝間間隔層的結構，目前的通用技術是采用絕緣材料制作的波紋形窄帶，波紋帶寬度比高溫超導帶稍寬，可以起到良好的冷去P與高電壓絕緣效果(http://www.superconductivityiea.org/whats-new-in-fault-current-limiters/notable-recent-accomplishments;專利US2011/0116198A1)。由于第二代高溫超導帶為陶瓷涂層材料，具有脆性、易碎等不可避免的缺陷，在線圈制作與使用過程中，極易損壞導致超導電性能退化。上述波紋帶狀間隔層的“浪尖”與高溫超導帶為線狀接觸，在線圈繞制過程的預應力會使超導帶與線狀接觸處局部受力而彎折、損壞；在限流線圈由室溫到液氮溫度的預冷過程中，熱收縮應力也會使超導帶與線狀接觸處局部受力而彎折、損壞；在故障限流過程中，巨大的過電流沖擊下的瞬間電磁作用，也會使超導帶與線狀接觸處局部受力而彎折、損壞。
發明內容本發明的目的是克服現有技術存在的在線圈的繞制、冷熱循環與過電流沖擊過程中極易損壞脆性陶瓷高溫超導帶的缺陷，提出一種雙帶并繞的無感餅式線圈的間隔層結構，本發明可以有效克服以上現有技術存在的問題與缺陷，在液氮浸泡的運行條件下具有良好的冷卻和高電壓絕緣效果。本發明無感線圈間隔層為雙繞無感餅式線圈匝間的間隔層。所述的雙繞無感餅式線圈匝間的間隔層為帶狀，置于雙帶并繞無感餅式線圈的匝間，即并繞雙帶間以及相鄰帶間的間隔內。所述間隔層的材料采用低溫下具有良好電絕緣3與機械性能、在室溫下兼具柔性與塑性的聚四氟乙烯。間隔層的寬度w比較高溫超導帶的寬度寬約l_2mm;兼顧低溫下的高電壓絕緣性能和冷卻效果，間隔層上有朝左右兩側開口的矩形冷卻通道，冷卻通道的寬度I取5-6_、長度h=2w/3,w為間隔層的寬度。間隔層去除冷卻通道后支撐體形似“方波”，支撐體寬度k為間隔層的寬度w的1/3，間隔層的厚度t，即冷卻通道的深度滿足下式t=2+2.8·LX10_3(1)其中t單位為mm;L為“S”型或“U”雙繞高溫超導帶的長度，單位為mm。本發明間隔層為電阻型高溫超導限流器的核心部件一雙繞無感餅式線圈的關鍵技術，可以廣泛應用于“S”型或“U”型等所有雙帶并繞無感餅式線圈的匝間(并繞雙帶間以及相鄰帶間)間隔，在液氮浸泡條件下，不僅具有良好的冷卻和高電壓絕緣效果，還可以有效的避免線圈繞制過程中，尤其是機械化繞制過程中的預應力、高溫超導限流線圈預冷過程中的熱收縮應力以及故障限流過程中巨大的過電流沖擊下瞬間電磁作用等對高溫超導的破壞作用。雙帶一端焊接并繞的餅式無感線圈，通過焊接點實現電流的反向。本發明間隔層置于一端焊接并繞的無感餅式線圈的匝間，即并繞雙帶間以及相鄰帶間的間隔內。通過間隔層的支撐體可以使脆性超導帶有平滑支撐，有效的避免線圈繞制過程中，尤其是機械化繞制過程中的預應力、高溫超導限流線圈預冷過程中的熱收縮應力以及故障限流過程中巨大的過電流沖擊下瞬間電磁作用等對高溫超導的破壞作用；本發明間隔層上的冷卻通道還可以使超導帶充分冷卻，同時實現匝間高電壓絕緣。單根超導帶“S”型回彎并繞方式的餅式線圈，是單根超導通過中間的“S”型回彎實現電流反向。本發明間隔層置于單根超導帶“S”型回彎并繞的無感餅式線圈的匝間，即并繞雙帶間以及相鄰帶間的間隔內。本發明間隔層在單根超導帶“S”型回彎并繞餅式線圈的作用與間隔層在雙帶一端焊接并繞的餅式無感線圈的作用相同。單根超導帶“U”型回彎并繞方式的餅式線圈，是單根超導通過中間的“U”型回彎實現電流反向。本發明間隔層置于單根超導帶“U”型回彎并繞的無感餅式線圈的匝間，即并繞雙帶間以及相鄰帶間的間隔內。本發明間隔層在單根超導帶“U”型回彎并繞餅式線圈的作用與間隔層在雙帶一端焊接并繞的餅式無感線圈的作用相同。圖I為雙帶并繞無感餅式線圈間隔層，圖中1間隔層，2冷卻通道，w間隔層I的寬度，t間隔層I的厚度，I冷卻通道寬度，h冷卻通道長度，k間隔層I支撐體寬度；圖2為單組無感餅式線圈的間隔層實施例，其中圖2a為兩根超導帶中間短接后并繞方式，圖2b為單根超導帶“S”型回彎并繞方式，圖中3與4并繞超導帶，i無感線圈電流；5超導帶，i'無感線圈電流；圖3為多組無感餅式線圈的間隔層實施例3，圖中6與6'、7與7'、8與8'為三組并繞超導帶，i2與i3為三組并繞超導帶的電流。具體實施例方式以下結合附圖和具體實施方式進一步說明本發明。本發明采用商業化生產的二代高溫超導帶的典型產品尺寸可選范圍厚度O.IO.3mm,寬度412mm。在液氮溫度、無外磁場條件下，單位寬度的臨界電流Ic可以達到210A/cm。本發明采用的所有高溫超導帶3、4、5、6、7、8選用相同的外形尺寸，例如厚O.2mm、寬12_。本發明主要包括雙繞無感餅式線圈的間隔層I等部件。如圖I所示，雙繞無感餅式線圈的間隔層I的材料采用低溫下具有良好電絕緣與機械性能、在室溫下兼具柔性與塑性的聚四氟乙烯。間隔層I的寬度W比較高溫超導帶3的寬度寬約1_2_;兼顧低溫下的高電壓絕緣性能和冷卻效果，間隔層I上有朝左右兩側開口的矩形冷卻通道2，間隔層I去除冷卻通道后的支撐體寬度k取間隔層I寬度w的1/3，冷卻通道2的覽度I取5_6mm，長度h為間隔層I覽度w的2/3，間隔層I的厚度t，即冷卻通道的深度，滿足式(I)。本發明匝間間隔層為電阻型高溫超導限流器的核心部件一雙繞無感餅式線圈的關鍵技術，可以廣泛應用于“S”型或“U”型等所有雙帶并繞無感餅式線圈的匝間，即并繞雙帶間以及相鄰帶間間隔。在液氮浸泡條件下，不僅具有良好的冷卻和高電壓絕緣效果，還可以有效的避免線圈繞制過程中，尤其是機械化繞制過程中的預應力、高溫超導限流線圈預冷過程中的熱收縮應力以及故障限流過程中巨大的過電流沖擊下瞬間電磁作用等對高溫超導帶3的破壞作用。圖2為實施例I的示意圖，其中圖2a為兩根超導帶中間短接后并繞方式，圖2b為單根超導帶“S”型回彎并繞方式。如圖2a所示，高溫超導帶3、4一端焊接并繞，間隔層I同向繞在并繞雙帶間以及相鄰帶間，雙繞餅式線圈的電流i反向從而沒有電感；如圖2b所示，單根高溫超導帶5通過中間的“S”型回彎，從而使雙繞的高溫超導帶5中的電流i'反向，間隔層I在雙繞高溫超導帶5間以及相鄰高溫超導帶間。圖3為間隔層I的實施例3的示意圖三根高溫超導帶6與6'、7與7'、8與8'通過中間的“U”型回彎，從而使高溫超導帶6與6'、7與71、8與8'中的電流^、12、“反向，間隔層I在雙繞高溫超導帶6與6'、7與7'、8與8'以及相鄰高溫超導帶間。在以上實施例中，間隔層I的支撐體可以使脆性超導帶有平滑支撐，有效的避免線圈繞制過程中，尤其是機械化繞制過程中的預應力、高溫超導限流線圈預冷過程中的熱收縮應力以及故障限流過程中巨大的過電流沖擊下瞬間電磁作用等對高溫超導的破壞作用；本發明間隔層上的冷卻通道還可以使超導帶充分冷卻，同時實現匝間高電壓絕緣。權利要求1.一種高溫超導無感線圈間隔層，所述的間隔層⑴為雙繞無感餅式線圈匝間的間隔層，呈帶狀，置于雙帶并繞無感餅式線圈的匝間，即并繞雙帶間以及相鄰帶間的間隔內，其特征在于，所述的間隔層(I)的寬度W比高溫超導帶(3)的寬度寬約1-2_;所述的間隔層(I)上有朝左右兩側開口的矩形冷卻通道(2)，所述的間隔層(I)去除冷卻通道(2)后的支撐體的寬度k為間隔層⑴寬度w的1/3;冷卻通道⑵的寬度I取5-6mm，冷卻通道⑵長度h為間隔層(I)寬度w的2/3，間隔層(I)的厚度t滿足下式t=2+2.8·LX10_3式中L為“S”型或“U”雙繞高溫超導帶的長度。2.按照權利要求I所述的高溫超導無感線圈間隔層，其特征在于，所述的間隔層(I)的材料為聚四氟乙烯。全文摘要一種高溫超導無感線圈間隔層，所述的間隔層(1)為雙繞無感餅式線圈匝間的間隔層，呈帶狀，置于雙帶并繞無感餅式線圈的匝間，即并繞雙帶間以及相鄰帶間的間隔內其特征在于，所述的間隔層(1)的寬度w比較高溫超導帶(3)的寬度寬約1-2mm；所述的間隔層(1)上有朝左右兩側開口的矩形冷卻通道(2)，間隔層(1)去除冷卻通道(2)后的支撐寬度k為間隔層(1)寬度w的1/3；冷卻通道(2)的寬度l取5-6mm，冷卻通道(2)長度h為間隔層(1)寬度w的2/3，間隔層(1)的厚度t滿足下式t＝2+2.8·L×10-3其中L為“S”型或“U”雙繞高溫超導帶的長度。文檔編號H02H5/04GK102592774SQ201210057008公開日2012年7月18日申請日期2012年3月6日優先權日2012年3月6日發明者吳明建,周微微,張東,張京業,徐小飛,戴少濤,施飛,林良真,滕玉平,王子凱,肖立業,許熙,趙連岐申請人:中國科學院電工研究所,江蘇中天科技股份有限公司