【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超导电力附件领域，尤其是涉及一种可变截面弹簧式电流引线。
技术介绍
1、电缆引线作为电能传输中重要的过渡用附件，其起到将负荷从电源侧传输至负荷侧的作用。尤其在超导领域，电流引线作为一种负荷转移部件，其主要用于连接处于常温环境的母排与处在低温环境的超导部件。基于超导电力应用的特点，电流引线在电能传输的过程中，通常还承受着常温至低温的近200k的大温差。因此，由于电流引线两端之间存在的温差，导致了电流引线上会有传导漏热的存在。与此同时，常规电流引线在传输电流的过程中，由于其材质通常为铜或者铝，因此由于电阻的存在，电流引线在通电的时候会发热。传导漏热与电损耗共同构成了电流引线的热损耗。这热损耗将会对电力部件的通流性能有严重的影响，尤其是超导电力应用。由于超导材料的原因，超导部件一般运行在液氮或液氦温度下。而电流引线的热损耗过大，其热损耗值大于制冷机提供的制冷功率时，将会导致超导部件的局部升温过快，或者超导部件无法降至所需的运行温度，导致超导部件的失效。但是，由物理规律可知，在确定结构的电流引线上，其传导漏热与电损耗之和存在最低值。且不同结构的电流引线，其最低漏热值均不相同。因此，针对不同的超导电力应用场景，如何平衡该应用场景中电流引线的电损耗以及传导损耗，使得总热损耗最小，是本领域的难题。
2、电流引线的传导漏热与电损耗均与电流引线的截面及长度有关。目前，电流引线传统上是使用实心铜棒或铝棒来作为电流引线。实心铜棒或铝棒电流引线通过螺栓与螺母的方式，分别与处于常温环境侧的电源和处于低温侧的超导部件连接。在长度确
3、因此，为了能够实现电流引线的热损耗最小，一般情况是利用理论分析来计算实心电流引线在正常工况下可实现漏热最小的最优长径比，即该工况下漏热最小的电流引线长度与截面积之比。大概设计方式如下。
4、按照传热学理论，有：
5、
6、其中，k(t)为导热系数，单位为w/(m*k)；a为面积，单位为m2；t为温度，单位为k；为温度梯度；ρ(t)为电阻率，单位为ω*m；ia为电流载荷，单位为a。对于各向同性材料，有
7、
8、根据威德曼-弗朗兹定律，热导率k与电导率σ的比值满足：
9、
10、其中l0为洛伦兹常数。在温度不太低的情况下，l0＝2.443×10-8w·ω·k-2。当温度较低(低于德拜温度)时，l的值会变小。根据上述计算模型，由于热导率k和电阻率ρ均为常数，则有：
11、
12、令则可得到上式的通解为：
13、
14、其中，a、b为待定常数。按照计算模型的边界条件，有：
15、x＝0,t＝tlx＝l,t＝th
16、将上式代入，可得：
17、a＝(th-tl)/l+βl/2，b＝tl
18、将上式代入，可得：
19、
20、将β代入，即有：
21、
22、对上式求微分，可得到温度梯度的表达式为：
23、
24、即可得到电流引线截面的热通量q的表达式为：
25、
26、电流引线底部的总热通量为：
27、
28、令形状因子则：
29、
30、其中，负号表明热通量的方向为x轴负方向。若要找到使得q最小的α，对上式求α的一阶导数即可，即：
31、
32、需要注意的是，上述计算结果为电阻率ρ(或电导率σ)和热导率k为常数的情况。因此，这种设计方法存在两个问题：
33、1、计算的材料参数为常数，而实际应用中，电流引线制作用材料的性能参数是随温度的变化而变化的，这会导致设计与实际有一定偏差；
34、2、上述设计方法只能针对一种恒定的工况。但实际上，电流引线应用过程中，其传输的电流可大可小，不一定会恒定在一种工况。
35、因此，上述两个问题就导致了设计的电流引线与实际的电流引线，在应用中热损耗存在一定偏差，设计的电流引线在实际应用中不一定能实现最小热损耗。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了解决上述常规定长电流引线无法实现最小热损耗的问题而提供一种可变截面弹簧式电流引线。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术提供了一种可变截面弹簧式电流引线，用于连接超导部件和输电端，超导部件通过杜瓦容器封装，并通过电流输出端子与电流引线连接，包括导体衬底、超导导体和法兰盖板，法兰盖板与杜瓦容器的外壳固定连接，导体衬底穿过法兰盖板，超导导体位于导体衬底中，导体衬底一端连接电流引出端子，一端连接输电端；
4、导体衬底位于法兰盖板下方部分的材料为柔性导电材料，导体衬底形状为檀香状结构，檀香状结构在展开时为螺旋上升的锥形弹簧形，在压平时为圆盘形，锥形弹簧形的锥顶位于法兰盖板的底面，导体衬底与电流引出端子连接处位于锥形弹簧形的锥底边缘。
5、进一步地，导体衬底位于法兰盖板下方部分的横截面为平行四边形或梯形。
6、进一步地，超导部件的电流引出端子所在平面设有限位结构，限位结构为与导体衬底位于法兰盖板下方部分横截面的倾斜侧边相配合的限位斜面。
7、进一步地，导体衬底位于法兰盖板下方部分设有首尾贯穿的凹槽，凹槽开口面向锥形弹簧形的轴心，超导导体位于凹槽中。
8、更进一步地，导体衬底和超导导体的连接方式为锡焊。
9、更进一步地，导体衬底和超导导体通过焊料一压接在导体衬底的凹槽内，凹槽通过焊料二灌注填平。
10、更进一步地，焊料一为熔点低于超导导体可承受最高温度的导电性焊料，焊料二为熔点低于焊料一熔点的导电性焊料。
11、更进一步地，导体衬底和超导导体所连接成的整体外设有保护层。
12、进一步地，导体衬底位于法兰盖板上方部分为铜排，铜排的数目为一个或多个，导体衬底通过铜排与输电端连接。
13、更进一步地，锥形弹簧形与铜排之间为导体板，导体衬底通过导体板与法兰盖板连接。
14、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
15、1、本专利技术的导体衬底位于法兰盖板下方部分的材料为柔性导电材料，导体衬底形状在展开时为螺旋上升的“檀香状”锥形弹簧形，在压平时为圆盘形；不通电或小电流负荷时，电流引线主体主要维持为“檀香状”结构，此时电流引线主体由于长度长、截面小，在电损耗很小的情况下，作为一个热桥可有效减少因大温差所导致的传导漏热，使电流引线的漏热尽可能最小化；在需要通大电流的情况下，电流引线本体被压紧为圆盘本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可变截面弹簧式电流引线，用于连接超导部件(4)和输电端，所述超导部件通过杜瓦容器(5)封装，并通过电流输出端子(6)与电流引线连接，其特征在于，包括导体衬底(1)、超导导体(2)和法兰盖板(3)，所述法兰盖板(3)与杜瓦容器(5)的外壳固定连接，所述导体衬底(1)穿过法兰盖板(3)，所述超导导体(2)位于导体衬底(1)中，所述导体衬底(1)一端连接电流引出端子(6)，一端连接输电端；
2.根据权利要求1所述的一种可变截面弹簧式电流引线，其特征在于，所述导体衬底(1)位于法兰盖板(3)下方部分的横截面为平行四边形或梯形。
3.根据权利要求1所述的一种可变截面弹簧式电流引线，其特征在于，所述超导部件(4)的电流引出端子(6)所在平面设有限位结构(7)，所述限位结构(7)为与导体衬底(1)位于法兰盖板(3)下方部分横截面的倾斜侧边相配合的限位斜面。
4.根据权利要求1所述的一种可变截面弹簧式电流引线，其特征在于，所述导体衬底(1)位于法兰盖板(3)下方部分设有首尾贯穿的凹槽，所述凹槽开口面向锥形弹簧形的轴心，所述超导导体(2)位于凹槽中。p>
5.根据权利要求4所述的一种可变截面弹簧式电流引线，其特征在于，所述导体衬底(1)和超导导体(2)的连接方式为锡焊。
6.根据权利要求5所述的一种可变截面弹簧式电流引线，其特征在于，所述导体衬底(1)和超导导体(2)通过焊料一压接在导体衬底(1)的凹槽内，所述凹槽通过焊料二灌注填平。
7.根据权利要求6所述的一种可变截面弹簧式电流引线，其特征在于，所述焊料一为熔点低于超导导体(2)可承受最高温度的导电性焊料，所述焊料二为熔点低于焊料一熔点的导电性焊料。
8.根据权利要求5所述的一种可变截面弹簧式电流引线，其特征在于，所述导体衬底(1)和超导导体(2)所连接成的整体外设有保护层。
9.根据权利要求1所述的一种可变截面弹簧式电流引线，其特征在于，所述导体衬底(1)位于法兰盖板(3)上方部分为铜排，所述铜排的数目为一个或多个，所述导体衬底(1)通过铜排与输电端连接。
10.根据权利要求9所述的一种可变截面弹簧式电流引线，其特征在于，所述锥形弹簧形与铜排之间为导体板，所述导体衬底(1)通过导体板与法兰盖板(3)连接。
...【技术特征摘要】
1.一种可变截面弹簧式电流引线，用于连接超导部件(4)和输电端，所述超导部件通过杜瓦容器(5)封装，并通过电流输出端子(6)与电流引线连接，其特征在于，包括导体衬底(1)、超导导体(2)和法兰盖板(3)，所述法兰盖板(3)与杜瓦容器(5)的外壳固定连接，所述导体衬底(1)穿过法兰盖板(3)，所述超导导体(2)位于导体衬底(1)中，所述导体衬底(1)一端连接电流引出端子(6)，一端连接输电端；
2.根据权利要求1所述的一种可变截面弹簧式电流引线，其特征在于，所述导体衬底(1)位于法兰盖板(3)下方部分的横截面为平行四边形或梯形。
3.根据权利要求1所述的一种可变截面弹簧式电流引线，其特征在于，所述超导部件(4)的电流引出端子(6)所在平面设有限位结构(7)，所述限位结构(7)为与导体衬底(1)位于法兰盖板(3)下方部分横截面的倾斜侧边相配合的限位斜面。
4.根据权利要求1所述的一种可变截面弹簧式电流引线，其特征在于，所述导体衬底(1)位于法兰盖板(3)下方部分设有首尾贯穿的凹槽，所述凹槽开口面向锥形弹簧形的轴心，所述超导导体(2)位于凹槽中。
【专利技术属性】
技术研发人员：徐晴川，李红雷，焦婷，苏磊，田昊洋，关宏，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：
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