超导布线系统中电流引线漏热与损耗分析

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1、中文摘要摘要：在超导布线系统中，电流引线是最为重要的环节之一，它是连接在低温中运行的超导电力装置与室温电源的通道，是制冷系统的主要漏热源之一，研究低漏热引线，减小制冷机功率一直是超导技术研究的关键点。应用于超导电力装置的电流引线一般分为常规铜引线和二元引线两种。沿常规电流引线进入低温环境的漏热很大程度上取决于引线和氮气之间的换热，不同结构的引线对换热效果有着很大的影响。新型二元电流引线分为两段，高温段为常规引线，低温段为高温超导引线，两段间为中间温度点。由于超导段运行时消除了焦耳热，且超导材料本

2、身的热导率较低，其损耗主要来自交流损耗，因此用于制作电流引线的高温超导带材与结构选择在很大程度上决定了引线的性能优劣。本文在分析国内外电流引线取得的研究成果基础上，介绍了常规电流引线的基本设计原理，并以此设计了35kV／500A电流引线，并用仿真及实验的方法验证其合理性。首先计算常规引线的最优长截比以及此时的最小漏热，分析两种传热结构。使用Ansys进行温度场有限元分析，得到温度分布并用实验验证，通过实验数据计算实际漏热，与理论上的最小漏热进行比较，通过实验结果得出较优的常规引线结构。同时，提出

3、二元引线结构，根据二元电流引线的基本设计思想，选择新型超导材料，设计了两种超导段结构，介绍了交流损耗的理论和计算方法，进行Ansys磁场仿真，利用MATLAB计算其交流损耗，同时实验测量不同结构引线的交流损耗，并与计算值进行比较分析。关键词：电流引线；传热问题；Ansys分析；交流损耗分类号：‘n舵6；TK311ABSTRACTABSTRACT：Insuperconductingwiringsystem，thecurrentleadisoneofthemostimportantparts，whi

4、chconnectsthesuperconductingpowerdeviceandtheroom-temperaturepowersupply,whichconnectsthelow-temperaturesuperconductingpowerdeviceandtheroom-temperaturepowersupply．Justbecauseofitsgreatheatleakage，howtoreducingheatleakageofcurrentleadhasalwaysbeenone

5、ofthemostcrucialtechnologyresearch．Forhightemperaturesuperconducting(HTS)powerdevice，thecurrentleadCallbegenerallydividedintoconventionalcoppercurrentleadandbinarycurrentlead．Theheatleakagefromconventionalcurrentleadtoliquidni心ogendependslargelyonthe

6、heattransfercharacteristicofcurrentlead．Therefore，thedifferentstructureofleadhasgreateffectonheattransfer．Thenewtypeofbinarycurrentleadincludeshighertemperaturesection(conventionalcurrentlead)andlowertemperaturesection(HTScurrentlead)．)．Thereisamiddl

7、etemperaturepombetweenthesetwosections．Becauseoftheeliminationofjouleheatandlowthermalconductivityinsuperconductingmaterial，AClossshouldbepaidmoreattemionsto．SotheselectionofHTStapeandstructureofHTSsectionlargelydeterminestheleadperformance．Basedonth

8、eanalysisofpublicpublishedresearchachievementsaboutHTScurrentlead，anewcurrentleaddesignhasbeencarriedout，andtheheatleakageisestimatedbysimulationandexperimentinthispaper．Indetails：calculatedtheoptimallengthandcrosssectionalarearatio(OLAR)andtheminimu