超导电缆中接头焊接的热分析模拟

大型超导磁体系统中,需要用超导接头来连接超导电缆的终端,其承担的主要作用是连接超导电缆并确保超导电缆的超导性能不因接头而降低,因此需要超导接头电阻足够小,不影响超导电缆的整体性能。影响超导接头电接触性能的主要工艺步骤有超导接头终端处理、接头盒压力密封焊。基于ITER Feeder系统中双盒搭接接头焊接工艺中单个盒体和双盒之间的焊接进行热分析,使用ANSYS分析软件,得到相应的焊接温度分布情况,为焊接工艺中加热方式和加热功率的确定提供了理论基础,验证了相关的设计参数。     

超导直流电缆的短路冲击特性分析

柔性直流输电应用场景逐渐丰富,超导直流输电作为一种新型输电技术,具有零电阻的优势,但直流网侧短路故障对超导电缆的冲击效应有待进一步研究。研究了Bi2223超导带材及其绕制的电缆短样在直流冲击作用下电阻、电压随电流的变化规律,总结出试样的短路冲击特性,并针对Bi2223带材与电缆的特性差异进行理论分析,得出电缆铜骨架结构能有效抑制直流冲击下的焦耳热生成,为超导直流电缆的优化设计和故障分析提供了理论依据。     

高温超导直流电缆现状

文中对高温超导直流电缆现状进行了介绍。高温超导直流电缆是用于直流输电的高温超导电缆。高温超导直流电缆发展相对落后于高温超导交流电缆,国际上示范项目也较少。但随着轻型直流输电应用的逐渐发展,高温超导直流电缆越来越引起人们的重视。高温超导直流电缆的本体结构和高温超导交流电缆本体结构类似。高温超导直流电缆具有输电损耗小、适合长距离输电、增加电网稳定等功能。比较适用于背靠背直流输电,工业直流输电,互联网数据中心直流供电,远距离、大容量直流输电等场合。此外,还介绍了目前国际上主要的超导直流电缆项目及研究机构情况。     

大型CICC超导磁体的超导接头研制

国家大科学工程"稳态强磁场装置"混合磁体的外超导磁体采用了管内电缆导体(CICC)方案,CICC超导接头就成为建设强磁场装置的关键技术之一.针对混合磁体的结构和工作模式,我们设计了两种新型结构、满足不同连接需要的CICC导体超导接头,并对研制的超导接头样品在4.2K低温下进行了性能测试,其各项性能满足了稳态强磁场混合磁体外超导磁体的工作要求.本文将主要介绍该超导接头的设计方案以及整个研制过程.     

超导电缆的性能检测方法研究

超导电缆与常规电缆在电磁特性上有很大差异。因此,有必要对其试验内容、性能检测方法和试验设备进行研究和规范。文中从超导电缆的电磁特性出发,探讨了超导电缆的试验内容及性能检测方法,并重点介绍了超导电缆交流损耗的测量方法。     

螺旋形超导带材的直流冲击实验研究

基于超导直流电缆应用,针对第二代高温超导带材Re BCO开展了直流冲击实验。首先,通过改变冲击条件(冲击电流大小和持续时间)得到带材的耐直流冲击特性,确定可保证带材性能完好的最大冲击电流幅值(安全电流)及其相应冲击时间。随后,针对实际电缆中超导带材是以螺旋形态缠绕于支撑管上,设计实验研究超导带材螺旋角和螺旋直径对其临界电流和耐冲击特性的影响规律,发现带材所能承受的最大冲击电流幅值随冲击作用时长的增加而逐渐下降、过大的螺旋角和过小的螺旋直径均会对带材造成损伤,影响其通流能力。上述研究结果为电缆的后续设计和制造提供了必要的参考依据。     

过电流状态下超导直流电缆温度分布与电流分布

针对处于过电流状态的单液氮流道超导直流电缆和双液氮流道超导直流电缆,在MATLAB中建立超导电缆在过电流状态下的YBCO层、金属层和铜骨架的并联电阻模型。同时在COMSOL中建立固体传热模型,通过程序调用实现COMSOL和MATLAB的联合仿真,计算出电流分布和温度分布。在COMSOL中建立流固共轭传热模型,利用联合仿真的数据计算两种结构的电缆在不同电流下的温度分布,并分析铜骨架半径和液氮流速对电缆温度分布的影响。     

铋系高温超导直流电缆的研制

6m长,2000A的铋系高温超导直流电缆在中国科学院电工研究所研制并试验成功,电缆的导体由8层共238根Bi-2223/Ag带材在不锈钢波纹管骨架上螺旋绕制而成,导体的内径为41．5mm,导体层间绝缘,导体层外侧有低温电绝缘,电缆芯的外径为48mm,它安装在低温容器内,并与两个终端相连,电缆的直流耐压大于2．5kV,在液氮下的实验表明,电缆的临界电流为2480A（1uV/cm判据）,n值为7．7,接头总电阻为0．1mΩ,均超过设计指标,在1h传输2kA电流的运行中,电缆的传输特性稳定,经4次热循环,电缆的临界电流没有降低。     

多层导体超导电缆的交流输电特性

在完成设计和制造我国第一组并网运行的超导电缆系统的工作中，我们对不同结构的超导电缆短样样品的交流载流特性进行了系统的研究，内容包括层电流均流特性、电缆失超特性、失超恢复特性、电缆载流能力和抗短路冲击能力等．结果表明，对多层螺旋导体结构的超导电缆，影响其输运电流在各导体层分布的主要因素是邻近效应．由于其零电阻特性，在相同的结构中，超导体表现出比常规导体大得多的临近效应．显著的邻近效应使多层导体结构的超导电缆的均流问题变得更加复杂．此类超导电缆有很强的抗短路电流冲击能力，能够承受高于额定电流20倍以上的短路电流，并且有很好的超导性能恢复能力．由于交流超导电缆的电压与电流相位差对电阻的变化非常敏感，所以可以被用作判断失超的预警参数用来避免热溃式失超的发生．     

超导电缆与传统电缆生命周期费用的比较

超导电缆作为高温超导技术电力应用的一个主要发展方向，由于其低损耗、大容量、无污染等优点受到越来越多的关注．本文提供了一组比较超导电缆和传统电缆生命周期费用的计算模型，根据该组模型可以对制冷机价格、超导电缆费用、制冷机效率、电缆负荷状态等因素如何影响超导电缆生命周期费用进行分析，为高温超导的产业化发展提供方向．文章最后给出一组超导电缆与传统电缆的比较实例。     

氦气冷却的MgB_2超导直流电缆本体热分析

清华大学、剑桥大学和麻省理工学院正在合作研制氦气制冷的MgB2超导直流电缆。针对此超导电缆本体结构,建立了简化热分析模型,求出了电缆的漏热量和氦气的轴向温度分布,并对氦气的进口温度、质量流率进行了优化分析;最后,利用FLUENT软件对整个电缆内流动和传热过程进行了2D建模和数值仿真;仿真结果和简化模型计算结果非常吻合,表明了简化分析模型可用于该类型超导电缆的热分析和热设计。     

低阻Nb_3 Sn CICC超导接头研制与性能测试

已经研制出两种结构的低电阻值Nb3Sn CICC超导接头,同时利用超导变压器原理并采用高精度的Keithley 2002的数据采集系统对两种超导接头进行了性能测试,并采用感应法即衰减常数法对两种CICC超导接头性能测试数据进行分析,结果表明:两种超导接头满足其设计要求。     

高温超导电缆导体层电流分布研究

通过建立高温超导电缆等效电路模型,并提出电流分布等效数学方程,求得高温超导电缆导体层电流分布。绕制一根0.2m长110kV/2kA高温超导电缆样缆,并进行载流能力实验,得到各层电流分布结果。分析发现,各层电流分布的实验结果与理论计算结果吻合,从而验证电流分布计算模型的正确性,以及调整绕制角度对均匀层间分流的有效性。研究结论对以后更长高温超导电缆的载流能力分析具有一定的指导意义。     

Electron-phonon interaction in superconducting Nb

Acoustic phonon damping in Nb due to superconductivity is accurately measured by the inelastic neutron scattering technique. The phonon line widths can be characterized by the reduced parameters $\text{h}\text{?}\text{ω}{}_{\mathrm{p}}\text{/2Δ(0)}$ and T/T_c, and are in good qualitative agreement with the calculation by Bobetic based on the BCS theory.     

Nb/Al-AlO_x/Nb超导隧道结的制备

在高阻硅衬底上采用光刻、直流磁控溅射、反应离子刻蚀(RIE)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)等方法研究制备了高质量的Nb/Al-Al Ox/Nb超导隧道结。在4.2K下,测量了直径8μm的圆形结样品,得到临界电流密度约为1.6k A/cm2,漏电流约为50μA。制结工艺流程的重复性较好。     

Thermodynamics of superconducting Nb3Sn

Shen's experimental data on α²(ω)F(ω) and μ¹ in superconducting Nb₃Sn is used to calculate its thermodynamic properties. It is found to exhibit the same size strong coupling corrections to BSC as does Pb. Comparison with experimental data shows satisfactory agreement.     

35kV/1.0kA冷绝缘高温超导电缆温度分布

针对35 kV/1.0 kA单相冷绝缘高温超导电缆及以液氮为低温冷却介质的单通道循环冷却系统,研究超导电缆轴向和径向温度分布。根据冷绝缘高温超导电缆的结构特点,计算了超导电缆的热负荷,建立了超导电缆热分析数学模型和热平衡方程。通过求解热平衡方程,得到了稳态运行时超导电缆的轴向和径向温度分布,为超导电缆低温系统的设计与优化提供了重要的参考价值。     

高温超导电缆层电流分布对电缆稳态运行特性的影响分析

为了分析冷绝缘高温超导电缆层电流分布对其稳态运行特性的影响,提出超导电缆的等效电路模型,给出求解各层电流的矩阵方程,应用超导电缆的温度分布计算模型和边界条件,获得不同均流效果下的超导电缆最大载流能力和稳态径向温升,并与有限元计算结果进行对比。结果比较表明,各层电流均衡分布不仅能提高电缆的载流能力,而且可以降低超导电缆的稳态运行温升,提高了超导电缆在稳态运行时的稳定性。     

高温超导电缆屏蔽层中电流分布的仿真模型研究

高温超导电缆运行过程中,因其传输电流密度高,会对外部环境产生较大的电磁污染,需要对超导电缆进行电磁屏蔽。根据三相统包高温超导电缆结构,搭建了一种电路仿真模型,基于有限元仿真分析,对电路模型中的等效分布电容、等效电感、等效电阻进行了计算。分析了在三相对称、单相断路情况下电缆的运行情况,基于仿真模型,可对三相统包电缆屏蔽层屏蔽效果进行仿真测试分析,并对屏蔽层在不同工况下的通流情况进行指导设计。