LNG温区的超导带材及电缆的变温变磁场临界电流测试平台制造技术

本发明专利技术属于超导电工装备技术领域，本发明专利技术提供了一种LNG温区的超导带材及电缆的变温变磁场临界电流测试平台，包括样品室、样品台、背景磁场磁体系统、温控装置和工况机；样品室包括绝热腔体，绝热腔体内设有包括一级冷头和二级冷头的制冷机冷头，样品台设置于二级冷头的一侧，电流引线与一级冷头连接；同时,样品室浸泡在液氮冷却介质中,被测试样品的温度可以通过制冷机或者液氮的加压冷却两种方式获得；样品室具有沿自身轴线移动的自由度以及沿自身轴线转动的自由度；通过本发明专利技术可填补Bi‑2223超导带材或超导电缆在LNG温区的不同磁场环境下的临界电流特性的数据空白，能够更好地推动高温超导带材或超导电缆的应用。

【技术实现步骤摘要】
LNG温区的超导带材及电缆的变温变磁场临界电流测试平台
本专利技术属于超导电工装备
，具体设计一种LNG温区的超导带材及电缆的变温变磁场临界电流测试平台。
技术介绍
我国地域广大，能源资源分布极不理想，80％的一次能源在西部，70％以上的负荷却在东中部，两者之间相距1000-3000公里，电力能源分布和区域发展不平衡的现状，意味着目前及今后很长一段时间内，西电东送和西气东输是我国电力、能源输送的基本格局；然而，这种“逆向分布”，使交通运输不堪重负，一是受巨量电煤所累，铁路车皮紧张；二是高速公路上超载大货车排成长龙，构成中国独特的汽车运煤现象，这一不经济，二不安全，三带来大量污染，东部地区环境承载力几至极限。特高压输电是目前解决这个问题的重要手段，而随着经济的发展和技术的进步，我国西电东送与西气东输、近海风电与液化天然气(LNG)站等能源工程加速建设，同时超导输电技术迅速发展，利用超导技术实现输气输电一体化可能在未来成为更加优越的解决方案。近来，高温超导带材的性能得到了很大的提高，其应用领域也在不断的发展；在实际应用中，高温超导带材最重要的特性是它可以零电阻的情况下，仍然能保持高的传输电流，或者说具有高的临界电流密度。高温超导带材允许通过的最大电流决定了其应用的范围，但环境温度和背景磁场都会影响带材的临界电流。到目前为止，国内外对Bi-2223超导带材或由制成的元件在液氮温度及其以下温区的临界电流做的研究较为深入，尤其是在液氮(77K)或过冷液氮(70K)温度，开展了各种不同条件的临界电流的测量实验，得到了大量的数据。在77K以下温度区间内对高温超导带材或由其制成得元件通流能力的测量也得到了很多系统化的数据，从而，利用LNG等混合燃料液体冷却超导电缆，实现电力/LNG一体化输送，可共用能源通道，提高整体效率，降低综合成本，为能源互联网建设提供先进技术方案。Bi-2223超导带材作为目前最佳的可用于能源一体化输送管道中超导电缆本体中的导体，其在能源管道用超导电缆中工作环境温度为85-90K，然而，目前国内外缺乏能够对Bi-2223超导带材在LNG温区中的变温变磁场环境下的临界电流测试平台、缺乏对Bi-2223超导带材在这一温区中的载流能力缺乏系统化的实验数据以及缺乏对LNG温区超导电缆周围的强磁场环境的变化引起超导电缆临界电流的变化没有实验测试平台；此外，LNG对温度要求的安全性要求需要进一步提升，装置对温升的测量准确度与精细度也需要进一步提高。本专利技术的目的是建立超导带材及超导电缆在LNG温区的变温变磁场环境下的临界电流测试平台，从而填补Bi-2223超导带材及超导电缆在LNG温区的不同磁场环境下的临界电流特性的数据空白，以更好地推动高温超导带材的应用。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了填补Bi-2223超导带材及超导电缆在LNG温区的不同磁场环境下的临界电流特性的数据空白，以更好地推动高温超导带材以及超导电缆的应用，本专利技术提供了一种LNG温区的超导带材及电缆的变温变磁场临界电流测试平台，该测试平台包括样品室、样品台、背景磁场磁体系统、温控装置和工况机，所述工况机与所述背景磁场磁体系统、所述温控装置通信连接；所述样品室包括内部设置有超导带材或超导电缆的绝热腔体，所述绝热腔体的一端通过真空电极连接设置有电流引线、电压测量线和温度测量线；所述绝热腔体内部设置有制冷机的冷头，所述冷头包括一级冷头和二级冷头；所述样品台设置于所述二级冷头远离所述一级冷头的一侧，所述样品台通过导冷杆与所述二级冷头连接，通过电流引线与所述一级冷头连接；同时,样品室浸泡在液氮冷却介质中,被测试样品超导带材及超导电缆的温度可以通过制冷机或者液氮的加压冷却两种方式获得；所述样品室具有沿自身轴线移动的自由度以及沿自身轴线转动的自由度；所述背景磁场磁体系统配置为提供超导带材或超导电缆的变温变磁场临界电流测试的背景磁场；所述温控装置配置为提供超导带材或超导电缆所需的不同温度环境。在一些优选实施例中，所述温控装置包括磁体直流源、温控容器和温度监控系统，所述温控装置通过对杜瓦加压以提高所述温控容器的温度或者通过对杜瓦抽真空以降低所述温控容器的温度；所述磁体直流源配置为提供实验所需电流；所述温度控制系统配置为进行所述温控容器的温度监控。在一些优选实施例中，所述温控容器为变温变压杜瓦罐；所述温度控制系统包括温度传感器，所述温度传感器的材料为陶制的氧化物。在一些优选实施例中，该测试平台还包括用于固定所述样品室的基座，所述基座上设置有平移装置和旋转支撑装置，所述平移装置用于控制所述样品室沿所述基座的长度方向的移动；所述旋转支撑装置用于控制所述样品室的旋转角度，以调节超导带材及超导电缆方向与所述背景磁场磁体系统提供的背景磁场磁力线方向的角度。在一些优选实施例中，所述基座的材料为非导磁材料；所述非导磁材料为铝、不锈钢、环氧材料或者尼龙材料的任一种。在一些优选实施例中，所述超导带材或所述超导电缆的固定装置的材料为大热容材料；所述大热容材料为铝或环氧树脂。在一些优选实施例中，所述导冷杆为铜杆。在一些优选实施例中，该测试平台还包括水冷机组、真空泵和仪表柜；所述水冷机组配置为对所述真空泵和所述制冷机工作降温；所述真空泵配置为对所述绝热腔体、所述背景磁场磁体系统的磁体抽真空；所述仪表柜包括温控仪、纳伏表、直流电源、高斯计、复合真空计、数字温度测量仪和高精度磁体电源；所述纳伏表、所述直流电源均与所述工况机通信连接；所述温控仪配置为监测所述电流引线的温度以及所述超导带材及超导电缆的温度；所述纳伏表配置为检测超导带材及超导电缆两端的电压；所述直流电源配置为提供样品所需电流；所述高斯计与设置在样品上的霍尔传感器电性连接以显示超导带材或超导电缆所处的磁场强度；所述复合真空计配置为检测所述样品室内真空度；所述数字温度测量仪配置为监测制冷机的冷头、磁体以及被测样品的温度。在一些优选实施例中，该测试平台还包括分流器，所述分流器与所述纳伏表电性连接；所述分流器用于检测超导带材或超导电缆电流。在一些优选实施例中，所述背景磁场磁体系统中包括磁体；所述磁体与所述高精度磁体电源通信连接，以调整磁场强度的大小。本专利技术的有益效果为：1)通过本专利技术提供的LNG温区的超导带材及电缆的变温变磁场临界电流测试平台，能够针对Bi-2223超导带材及超导电缆的数据获取提供一种测试平台，可以有效填补Bi-2223超导带材及超导电缆在液氮温度以上温区的不同磁场环境下的临界电流特性的数据空白。2)在本专利技术中，样品台分别通过导冷杆、电流引线与制冷机的二级冷头、一级冷头连接设置,同时,样品室浸泡在液氮冷却介质中,被测试样品超导带材及超导电缆的温度可以通过制冷机或者液氮的加压冷却两种方式获得，使样品台可以顺利降温至预想测试温度以下。3)在本专利技术中，通过将基座使用非导磁材料制作，可有效避免对励磁系统磁场均匀度、磁场强度造成的影响。4)通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LNG温区的超导带材及电缆的变温变磁场临界电流测试平台，其特征在于，该测试平台包括样品室、样品台、背景磁场磁体系统、温控装置和工况机，所述工况机与所述背景磁场磁体系统、所述温控装置通信连接；/n所述样品室包括内部设置有超导带材的绝热腔体，所述绝热腔体的一端通过真空电极连接设置有电流引线、电压测量线和温度测量线；所述绝热腔体内部设置有制冷机的冷头，所述冷头包括一级冷头和二级冷头；所述样品台设置于所述二级冷头远离所述一级冷头的一侧，所述样品台通过导冷杆与所述二级冷头连接，通过电流引线与所述一级冷头连接；所述样品室浸泡在液氮冷却介质中,被测试样品的温度可通过制冷机或者液氮的加压冷却控制；所述样品室具有沿自身轴线移动的自由度以及沿自身轴线转动的自由度；/n所述背景磁场磁体系统配置为提供超导带材或超导电缆的变温变磁场临界电流测试的背景磁场；/n所述温控装置配置为提供超导带材或超导电缆所需的不同温度环境。/n

【技术特征摘要】
1.一种LNG温区的超导带材及电缆的变温变磁场临界电流测试平台，其特征在于，该测试平台包括样品室、样品台、背景磁场磁体系统、温控装置和工况机，所述工况机与所述背景磁场磁体系统、所述温控装置通信连接；
所述样品室包括内部设置有超导带材的绝热腔体，所述绝热腔体的一端通过真空电极连接设置有电流引线、电压测量线和温度测量线；所述绝热腔体内部设置有制冷机的冷头，所述冷头包括一级冷头和二级冷头；所述样品台设置于所述二级冷头远离所述一级冷头的一侧，所述样品台通过导冷杆与所述二级冷头连接，通过电流引线与所述一级冷头连接；所述样品室浸泡在液氮冷却介质中,被测试样品的温度可通过制冷机或者液氮的加压冷却控制；所述样品室具有沿自身轴线移动的自由度以及沿自身轴线转动的自由度；
所述背景磁场磁体系统配置为提供超导带材或超导电缆的变温变磁场临界电流测试的背景磁场；
所述温控装置配置为提供超导带材或超导电缆所需的不同温度环境。


2.根据权利要求1所述的LNG温区的超导带材及电缆的变温变磁场临界电流测试平台，其特征在于，所述温控装置包括磁体直流源、温控容器和温度监控系统，所述温控装置通过对杜瓦加压以提高所述温控容器的温度或者通过对杜瓦抽真空以降低所述温控容器的温度；
所述磁体直流源配置为提供实验所需电流；
所述温度控制系统配置为进行所述温控容器的温度监控。


3.根据权利要求2所述的LNG温区的超导带材及电缆的变温变磁场临界电流测试平台，其特征在于，所述温控容器为变温变压杜瓦罐；
所述温度控制系统包括温度传感器，所述温度传感器的材料为陶制的氧化物。


4.根据权利要求1所述的LNG温区的超导带材及电缆的变温变磁场临界电流测试平台，其特征在于，该测试平台还包括用于固定所述样品室的基座，所述基座上设置有平移装置和旋转支撑装置，所述平移装置用于控制所述样品室沿所述基座的长度方向的移动；所述旋转支撑装置用于控制所述样品室的旋转角度，以调节超导带材方向或超导电缆与所述背景磁场磁体系统提供的背景磁场磁力线方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东，杜晓纪，宋乃浩，滕玉平，许熙，周微微，邱清泉，张国民，肖立业，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11