低温高强度复合材料绝缘子研制和性能测试

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1、低温与超导低温技术Cryo．＆Supercond第38卷第9期V01．38No．9低温高强度复合材料绝缘子的研制和性能测试于敏，武玉，刘华军，任志斌，潘皖江(中国科学院等离子体物理研究所，合肥230031)摘要：在EAST全超导核聚变实验装置中，绝缘子担负着超导磁体冷却回路和带电回路之间的绝缘重任，是保证超导磁体稳定运行的关键部件，EAST装置进行放电实验时绝缘子必须承受4．2K低温、高氦气压(5MPa)和高电压环境的多重考验。文中介绍了一种使用环氧树脂和玻璃纤维复合材料制作的高强度绝缘子的研制工艺，并对该绝缘子在室温和低温下

2、的机械性能测试、冷热循环测试、耐氦气压测试和电绝缘性能测试进行了详细的介绍，一系列测试结果表明，该类型绝缘子能满足EAST复杂条件下的绝缘性能要求。关键词：绝缘子；机械性能；冷热循环；气密性；电绝缘Manufacturingandtestingofhigh——strengthlow——temperaturecompositeinsulatorYuMin，WuYu，LiuHuajun，RenZhibin，PanWanjiang(InstituteofPlasmaPhysics，ChineseAcademyofScience，He

3、fei230031，China)Abstract：TheinsulationbreaksinstalledbetweenthesuperconductingmagnetcoolingloopandcurrentcircuitalethekeycomponentsofEASTfullysuperconductingTokamak．DuringtheEASToperationperiod，theinsulationbreaksmustenduretheextremeconditionsoflow—temperature，highp

4、ressureandvoltage．Thispaperdescribedanovelinsulationbreakwithhighstrength，whichmadeofcompositeofepoxyandfiberglass．Thetestresultsofmechanicalperformance，low—temperaturetest，tightnessandhighvoltageprovethatthiskindofinsulationbreakissuccessfulandsuitablefortheextreme

5、operationconditionsofEAsTdevice．Keywords：Insulationbreak，Mechanicalperformance，Thermalcycle，Tightness，Electricinsulation．1引言材料绝缘子，担负着整个磁体系统液氮和液氦的绝缘通道作用，并通过管路和对应的冷质部件构受控核聚变是基于氘、氚热核聚变反应的原成冷却回路。作为整个超导磁体系统关键部件的低温、氦气密、高压复合材料绝缘子，起着对磁体理，获得取之不竭的清洁能源。EAST(Experimen—talAdvanc

6、edSuperconductingTokamak)托卡马克，是一个全超导受控核聚变实验装置，是国家“九五”重大科学工程项目之一。工程包括一个具有非圆截面的大型超导托卡马克实验装置主机和低温、真空、水冷、电源及控制、数据采集和处理、波加热、波驱动电流、诊断以及公共基础设施等重要子系统。其中超导托卡马克主机是本项重大科学工程的核心，它含有16个纵场(TF)超导线圈、l4个极向场(PF)超导线圈；TF和PF线圈均采用由NbTi／Cu复合线制成的CICC导体，采用4．2K超图1EAST装置总体结构工程图临界氦迫流冷却。EAST装置由纵

7、场线圈、极向Fig．1ConfigurationofEASTdevice场线圈、真空室、冷屏、外杜瓦与支撑等主要部件供冷和绝缘的作用，在EAST系统中，共装配有组成，总体结构图1所示。低温高压氦气密复合500多件复合材料绝缘子。收稿日期：2010—05—14作者简介：于敏(1973一)，男，工程师，主要研究方向为超导电工。·14·低温技术Cryogenics第9期别为200kg和100kg．cm2J。此外，复合材料绝缘2复合材料绝缘子的研制子使用环境为液氦(或液氮)低温，由于复合材料绝缘层与金属导体的热膨胀系数不同，在如此低E

8、AST装置需要两种规格绝缘子：轴向绝缘温下很可能导致绝缘层与金属发生分离或是绝缘子和径向绝缘子。轴向绝缘子主要用来绝缘低温材料发生脆裂，液氦可能通过绝缘子裂缝泄漏至是输液管道(对地)和磁体通电回路(高压)作用。真空装置，导致真空破坏，有可能出现高压放电现径向绝缘子在传输线中使