專利名稱：一種氣冷引線的低溫絕緣結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低溫與超導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣冷弓I線的低溫絕緣結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
電流引線是許多低溫超導(dǎo)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。它負(fù)責(zé)連接室溫端的電源和低溫端的超導(dǎo)器件，保證超導(dǎo)器件的正常供電。在許多超導(dǎo)系統(tǒng)中，電流引線的漏熱是低溫環(huán)境最重要的熱源之一。為了減少電流引線對低溫的漏熱，通常將引線自身向低溫漏熱蒸發(fā)的氮?dú)饬鹘?jīng)引線，通過這些冷卻氣體來帶走引線產(chǎn)生的焦耳熱及外界向引線的漏熱。 國際上許多學(xué)者在氣冷引線方面的研究形成了一套氣冷引線設(shè)計(jì)理論。盡管電流引線在如何減少向低溫環(huán)境的漏熱方面做了很多的研究工作，但在如何提高電壓絕緣等級方面，還需要進(jìn)一步的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。常規(guī)的中壓絕緣結(jié)構(gòu)無法適應(yīng)低溫環(huán)境，在低溫環(huán)境下的氣冷引線已有的絕緣設(shè)計(jì)有1、選擇導(dǎo)熱絕緣性能好的陶瓷材料，加工為墊片形狀，實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境下的電絕緣。2、將陶瓷材料加工為陶瓷管形狀，陶瓷管的上下端用鎳層與電流引線及不銹鋼液氮容器的上端板焊接固定，形成一體化結(jié)構(gòu)，能夠保持在低溫環(huán)境下良好的密閉和絕緣性能。3、選擇環(huán)氧和玻璃纖維復(fù)合材料作為絕緣材料，設(shè)計(jì)為絕緣管結(jié)構(gòu)，根據(jù)復(fù)合材料的機(jī)械性能，在絕緣管上施加一定的緊固力，實(shí)現(xiàn)絕緣和截流作用。4、選擇低溫注射環(huán)氧材料，加工為電氣絕緣棒、電氣絕緣桶及環(huán)氧法蘭盤結(jié)構(gòu)，采用一體化成型技術(shù)，可以用于低溫環(huán)境下的電氣絕緣及真空密閉。由于中壓電絕緣的特殊性，低溫環(huán)境下的氣冷引線絕緣結(jié)構(gòu)需要經(jīng)受5min工頻電壓試驗(yàn)、雷電沖擊電壓試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)、15min交流耐壓試驗(yàn)、直流耐壓試驗(yàn)等。以上所列出的在低溫環(huán)境下氣冷引線已有的絕緣設(shè)計(jì)只是用于常規(guī)的電氣隔離和絕緣，并未考慮中壓環(huán)境下對電絕緣材料和結(jié)構(gòu)的特殊要求。如果需要應(yīng)用在35kV以上電壓等級的環(huán)境中，要求氣冷引線的絕緣結(jié)構(gòu)要求具有優(yōu)良的電氣性能參數(shù)、具有合理的電場磁場分布、 低漏熱及與不銹鋼液氮容器的一體化真空密閉耐壓性能?；诖?，迫切的需要本領(lǐng)域的技術(shù)人員開發(fā)出一款可以使氣冷引線滿足35kv以上電壓等級條件下的新型絕緣結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種滿足耐壓等級在35kv 以上的氣冷引線的低溫絕緣結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)簡單緊湊，不僅實(shí)現(xiàn)了絕緣結(jié)構(gòu)在低溫環(huán)境下的耐壓性能，而且兼顧實(shí)現(xiàn)了電場均勻性和真空密閉功能。為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 一種氣冷弓I線的低溫絕緣結(jié)構(gòu)，其包括真空法蘭盤和設(shè)在氣冷弓I線外表面的三層絕緣結(jié)構(gòu)，其特征在于所述三層絕緣結(jié)構(gòu)為由內(nèi)向外依次設(shè)置的引線內(nèi)護(hù)層、低溫絕緣層和外護(hù)層，所述真空法蘭盤通過螺栓與位于三層絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)芯處的氣冷引線相連接。
其中，所述引線內(nèi)護(hù)層采用玻璃絲布和聚四氟乙烯層制成，所述玻璃絲布位于內(nèi)層，所述聚四氟乙烯層位于外層。其中，所述引線內(nèi)護(hù)層的制備方法為自氣冷引線的底端起，將玻璃絲布按照固定繞向角和拉力均勻纏繞，在玻璃絲布外側(cè)自其底端起，將聚四氟乙烯層按照固定繞向角和拉力均勻纏繞，最后利用聚四氟乙烯的自粘結(jié)性進(jìn)行固定，得到引線內(nèi)護(hù)層。其中，所述低溫絕緣層采用玻璃絲布制成，為了更好的對玻璃絲布進(jìn)行固定，最好在玻璃絲布的外面涂抹有低溫絕緣膠。其中，所述低溫絕緣層的制備方法為在引線內(nèi)護(hù)層的外側(cè)自其底端起，將玻璃絲布按照固定繞向角和拉力均勻纏繞，纏繞玻璃絲布的同時(shí)將低溫絕緣膠均勻的刷在玻璃絲布上，全部繞制好后，經(jīng)過高溫或常溫固化，得到低溫絕緣層。其中，所述外護(hù)層采用低溫環(huán)氧樹脂制成的低溫環(huán)氧樹脂桶。其中，所述外護(hù)層的制備方法為將低溫環(huán)氧樹脂桶置于低溫絕緣層的外側(cè)，在低溫絕緣層與低溫環(huán)氧樹脂桶之間澆注低溫絕緣膠，待低溫絕緣膠固化后，得到外護(hù)層。其中，所述真空法蘭盤采用不銹鋼材料加工而成。其中，所述真空法蘭盤的下端中心處設(shè)有一連接件，該連接件上設(shè)有用于連接氣冷引線的螺孔I，所述真空法蘭盤的上端中心處設(shè)有用于連接常溫導(dǎo)電桿的螺孔II，所述真空法拉盤的下端盤面上設(shè)有用于連接杜瓦的真空密封圈和螺孔III。其中，所述低溫絕緣層與外護(hù)層之間通過低溫絕緣膠固定，所述引線內(nèi)護(hù)層、低溫絕緣層和外護(hù)層與氣冷引線進(jìn)行同軸設(shè)置。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明主要用于室溫電源與低溫狀態(tài)下超導(dǎo)器件的連接件的中壓絕緣，氣冷引線的三層絕緣結(jié)構(gòu)通過密閉絕緣的真空法蘭盤分別與不銹鋼杜瓦和室溫電源相連，接入電網(wǎng)系統(tǒng)。本發(fā)明不僅可經(jīng)受35kV電壓等級以上的5min工頻電壓試驗(yàn)、雷電沖擊電壓試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)、15min交流耐壓試驗(yàn)、直流耐壓試驗(yàn)等，而且還具有優(yōu)良的電氣性能參數(shù)、合理的電場磁場分布、低漏熱及與不銹鋼液氮容器的一體化真空密閉耐壓性能，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且能大大減少投資成本。


圖1是本發(fā)明氣冷引線低溫絕緣結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是三層絕緣結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；圖3是圖1中所示真空法蘭盤的仰視圖；圖4是圖1中所示真空法蘭盤的俯視圖；其中，1-氣冷引線，2-引線內(nèi)護(hù)層，3-低溫絕緣層，4-低溫絕緣膠，5-外護(hù)層， 6-真空法蘭盤，7-連接件，8-螺孔I，9-螺孔II，10-真空密封圈，11-螺孔III。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的氣冷引線低溫絕緣結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖1-2所示，本發(fā)明包括真空法蘭盤6和由引線內(nèi)護(hù)層2、低溫絕緣層3及外護(hù)層5組成三層絕緣結(jié)構(gòu)。引線內(nèi)護(hù)層2、低溫絕緣層3和外護(hù)層5與氣冷引線1進(jìn)行同軸設(shè)置，引線外護(hù)層2位于氣冷引線1的外表面，低溫絕緣層3位于中間層，外護(hù)層5位于最外層，三層由內(nèi)向外依次排列，低溫絕緣層3與外護(hù)層5之間通過低溫絕緣膠4粘結(jié)固定，真空法蘭盤6位于氣冷引線1和三層絕緣結(jié)構(gòu)的上部且通過真空法蘭盤下端中心處的連接件 7與氣冷引線1相連接。引線內(nèi)護(hù)層2是由玻璃絲布和聚四氟乙烯層構(gòu)成。玻璃絲布在內(nèi)層、聚四氟乙烯在外層，兩層依序排列。其加工工藝為自氣冷引線1的底端起，利用繞線機(jī)將玻璃絲布按照固定繞向角(該繞向角為與水平面成5-20度的夾角)及拉力均勻纏繞。至頂端后折回，共纏繞四層；在玻璃絲布外側(cè)自其底端起，利用繞線機(jī)將聚四氟乙烯層按照固定繞向角 (該繞向角為與水平面成5-20度的夾角)及拉力均勻纏繞，至頂端后折回，如此往復(fù)共纏繞四層，利用聚四氟乙烯的自粘結(jié)性固定，得到引線內(nèi)護(hù)層2。低溫絕緣層3的主體材料為浸漬有低溫絕緣膠的玻璃絲布。其加工工藝為在引線內(nèi)護(hù)層2外側(cè)自其底端起，利用繞線機(jī)將玻璃絲布依照固定繞向角(該繞向角為與水平面成5-20度的夾角)及拉力均勻纏繞，一邊纏繞玻璃絲布一邊用刷子將低溫絕緣膠均勻的刷在玻璃絲布上，纏繞至頂端后再折回，如此往復(fù)共纏繞四層，全部繞制好后，將玻璃絲布置于真空干燥箱內(nèi)在高溫或常溫條件下進(jìn)行固化，固化后得到低溫絕緣層3。外護(hù)層5采用由低溫環(huán)氧樹脂材料制成的低溫環(huán)氧樹脂桶，低溫環(huán)氧樹脂材料即為處于低溫環(huán)境下的環(huán)氧樹脂材料。其加工工藝為，取一定厚度、長度與氣冷引線1等長的低溫環(huán)氧樹脂桶一只，將其置于低溫絕緣層3外側(cè)，在低溫絕緣層3與低溫環(huán)氧樹脂桶之間澆注低溫絕緣膠4，待膠體固化后，得到外護(hù)層5。 如圖3-4所示，真空法蘭盤6是由不銹鋼材料加工而成的，真空法蘭盤6的下端中心處設(shè)有一連接件7，連接件7上開設(shè)有多個(gè)用于連接氣冷引線1的螺孔I 8，采用螺栓通過連接件7上的螺孔I 8與具有三層絕緣結(jié)構(gòu)的氣冷引線1相連；真空法拉盤6的下端盤面上設(shè)有用于連接杜瓦的真空密封圈10和螺孔III 11，螺孔III均勻分布在真空密封圈的外圍；真空法蘭盤6的上端中心處設(shè)有用于連接常溫導(dǎo)電桿的螺孔II 9，常溫導(dǎo)電桿的絕緣可按照常溫絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。真空法蘭盤6和真空密封圈10即為處于真空狀態(tài)下的法蘭盤和密封圈。引線內(nèi)護(hù)層2、低溫絕緣層3、環(huán)氧外護(hù)層5的厚度由35kV電壓耐受強(qiáng)度及材料的單位絕緣強(qiáng)度所決定。本發(fā)明的裝配方法為將按照上述制備方法加工完畢的具有三層絕緣結(jié)構(gòu)的氣冷引線與位于真空法蘭盤6下端中心處的連接件7相連接，再將真空法蘭盤6通過真空密封圈與真空杜瓦固定，保持杜瓦內(nèi)的真空低溫環(huán)境，最后通過螺栓將常溫導(dǎo)電桿連接于真空法蘭盤6的上端。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種氣冷引線的低溫絕緣結(jié)構(gòu)，其包括真空法蘭盤(6)和設(shè)在氣冷引線(1)外表面的三層絕緣結(jié)構(gòu)，其特征在于所述三層絕緣結(jié)構(gòu)為由內(nèi)向外依次設(shè)置的引線內(nèi)護(hù)層O)、 低溫絕緣層(3)和外護(hù)層(5)，所述真空法蘭盤(6)通過螺栓與位于三層絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)芯處的氣冷引線(1)相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的氣冷引線的低溫絕緣結(jié)構(gòu)，其特征在于所述引線內(nèi)護(hù)層(2) 采用玻璃絲布和聚四氟乙烯層制成，所述玻璃絲布位于內(nèi)層，所述聚四氟乙烯層位于外層。
3.如權(quán)利要求2所述的氣冷引線的低溫絕緣結(jié)構(gòu)，其特征在于所述引線內(nèi)護(hù)層(2) 的制備方法為自氣冷引線(1)的底端起，將玻璃絲布按照固定繞向角和拉力均勻纏繞，在玻璃絲布外側(cè)自其底端起，將聚四氟乙烯層按照固定繞向角和拉力均勻纏繞，最后利用聚四氟乙烯的自粘結(jié)性進(jìn)行固定，得到引線內(nèi)護(hù)層。
4.如權(quán)利要求1所述的氣冷引線的低溫絕緣結(jié)構(gòu)，其特征在于所述低溫絕緣層(3) 采用涂抹有低溫絕緣膠的玻璃絲布。
5.如權(quán)利要求4所述的氣冷引線的低溫絕緣結(jié)構(gòu)，其特征在于所述低溫絕緣層(3) 的制備方法為在引線內(nèi)護(hù)層O)的外側(cè)自其底端起，將玻璃絲布按照固定繞向角和拉力均勻纏繞，纏繞玻璃絲布的同時(shí)將低溫絕緣膠均勻的刷在玻璃絲布上，全部繞制好后，經(jīng)過高溫或常溫固化，得到低溫絕緣層。
6.如權(quán)利要求1所述的氣冷引線的低溫絕緣結(jié)構(gòu)，其特征在于所述外護(hù)層(5)采用低溫環(huán)氧樹脂制成的低溫環(huán)氧樹脂桶。
7.如權(quán)利要求6所述的氣冷引線的低溫絕緣結(jié)構(gòu)，其特征在于所述外護(hù)層(5)的制備方法為將低溫環(huán)氧樹脂桶置于低溫絕緣層⑶的外側(cè)，在低溫絕緣層與低溫環(huán)氧樹脂桶之間澆注低溫絕緣膠G)，待低溫絕緣膠固化后，得到外護(hù)層(5)。
8.如權(quán)利要求1所述的氣冷引線的低溫絕緣結(jié)構(gòu)，其特征在于所述真空法蘭盤(6) 采用不銹鋼材料加工而成。
9.如權(quán)利要求1或8所述的氣冷引線的低溫絕緣結(jié)構(gòu)，其特征在于所述真空法蘭盤 (6)的下端中心處設(shè)有一連接件(7)，該連接件上設(shè)有用于連接氣冷引線(1)的螺孔I (8)， 所述真空法蘭盤(6)的上端中心處設(shè)有用于連接常溫導(dǎo)電桿的螺孔11(9)，所述真空法拉盤(6)的下端盤面上設(shè)有用于連接杜瓦的真空密封圈(10)和螺孔III (11)。
10.如權(quán)利要求1所述的氣冷引線的低溫絕緣結(jié)構(gòu)，其特征在于所述低溫絕緣層(3) 與外護(hù)層(5)之間通過低溫絕緣膠固定，所述引線內(nèi)護(hù)層O)、低溫絕緣層(3)和外護(hù)層(5)與氣冷引線(1)進(jìn)行同軸設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明屬于低溫與超導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣冷引線的低溫絕緣結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括真空法蘭盤和設(shè)在氣冷引線外表面的三層絕緣結(jié)構(gòu)，所述三層絕緣結(jié)構(gòu)為由內(nèi)向外依次設(shè)置的引線內(nèi)護(hù)層、低溫絕緣層和外護(hù)層，所述真空法蘭盤通過螺栓與位于三層絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)芯處的氣冷引線相連接。本發(fā)明不僅可經(jīng)受35kV電壓等級以上的5min工頻電壓試驗(yàn)、雷電沖擊電壓試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)、15min交流耐壓試驗(yàn)、直流耐壓試驗(yàn)等，而且還具有優(yōu)良的電氣性能參數(shù)、合理的電場磁場分布、低漏熱及與不銹鋼液氮容器的一體化真空密閉耐壓性能，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且能大大減少投資成本。
文檔編號H01B12/14GK102243908SQ20111006798
公開日2011年11月16日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者丘明, 張宏杰, 魏斌, 黃曉華 申請人:中國電力科學(xué)研究院