CN110994213A - 一种超导电缆终端导体连接装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种超导电缆终端导体连接装置，包括：低温容器和设置在低温容器内的超导通电导体和端子，低温容器上设置有电气连接口，电气连接口上安装有用于实现超导通电导体与外部设备的电气连接的套管，套管包括由内至外依次设置的引线、主绝缘体和第一法兰，端子固定在低温容器内，且端子位于引线的正下方，引线插接于端子中，超导通电导体与端子连接。本发明不需要在电缆终端上开设操作孔，从而在简化操作的同时提高了终端的可靠性，是一种优质的超导电缆终端导体连接装置。

Description

一种超导电缆终端导体连接装置
技术领域
本申请涉及超导电缆技术领域，尤其涉及一种超导电缆终端导体连接装置。
背景技术
超导电缆是一种利用超导体进行电流传输的装置，但超导体必须运行于低温环境。当前的高温超导电缆一般采用液氮(-196℃)作为冷却介质。因此，超导电缆必须包含一个从室温环境过渡到液氮环境的终端，终端的导体则实现超导通电导体与外部电网的连接。
目前，超导电缆终端的导体与超导电缆通电导体连接时，均需要在电缆终端上开一个操作孔，安装完终端的导体后，通过操作孔在终端内部操作，完成终端导体与电缆通电导体间的连接。但是，该结构需要在终端上开一个较大的操作孔，而开孔会存在以下问题：(1)导致终端的结构尺寸变大；(2)终端为高真空绝热容器，操作孔处必须实现低温(-196℃)真空法兰密封，技术难度较大；(3)终端需要在施工现场抽真空，难以保证真空度，为此，本发明提出一种超导电缆终端导体连接装置。
发明内容
本申请实施例提供了一种超导电缆终端导体连接装置，使得不需要在电缆终端上开设操作孔，从而在简化操作的同时提高了终端的可靠性。
有鉴于此，本申请提供了一种超导电缆终端导体连接装置，包括：低温容器和设置在所述低温容器内的超导通电导体和端子；
所述低温容器上设置有电气连接口；
所述电气连接口上安装有用于实现所述超导通电导体与外部设备的电气连接的套管；
所述套管包括由内至外依次设置的引线、主绝缘体和第一法兰；
所述端子固定在所述低温容器内，且所述端子位于所述引线的正下方；
所述引线插接于所述端子中；
所述超导通电导体与所述端子连接。
可选地，所述端子包括第一连接端头、第二连接端头和第二法兰；
所述第二法兰位于所述第一连接端头的底部，且所述第二法兰与所述第一连接端头固定连接；
所述第二连接端头固定在所述第一连接端头的外侧壁上；
所述引线插接在所述第一连接端头中；
所述超导通电导体通过软铜带与所述第二连接端头固定连接。
可选地，所述第一连接端头中心开设有插接孔；
所述引线的下端设置有第一锥面；
所述插接孔内设置有与所述第一锥面相匹配的第二锥面；
所述引线通过所述第一锥面插接在所述插接孔中。
可选地，所述第一连接端头为Ω型端头；
所述Ω型端头的一侧开设有第一缝隙；
所述第二法兰上对应开设有与所述第一缝隙形状相同的第二缝隙；
所述第二连接端头包括第一连接件和第二连接件；
所述第一连接件和所述第二连接件对称固定在所述第一缝隙的两侧，且所述第一连接件和所述第二连接件上对称开设有用于与螺栓配合实现对所述软铜带固定的固定孔。
可选地，所述第一锥面与垂直平面的夹角为0.5-2.0°。
可选地，所述Ω型端头的壁厚为5-15mm。
可选地，所述第一缝隙的宽度为4-6mm。
可选地，所述端子通过绝缘支架固定在所述低温容器内。
可选地，所述绝缘支架的材质为玻璃钢。
可选地，所述端子的材质为紫铜。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：设置有低温容器、超导通电导体和端子，低温容器上设置有电气连接口，电气连接口上安装有用于实现超导通电导体与外部设备的电气连接的套管，套管包括由内至外依次设置的引线、主绝缘体和第一法兰，端子固定在低温容器内，且端子位于引线的正下方，引线插接于端子中，超导通电导体与端子连接，在安装套管时，可以直接将引线压入端子的开孔中，通过压接***方式实现终端导体和电缆导体端子的连接，因此不需要在电缆终端上开设操作孔，从而在简化操作的同时提高了终端的可靠性。
附图说明
图1为本申请实施例中超导电缆终端导体连接装置的结构示意图；
图2为本申请实施例中引线与端子的连接结构示意图；
图3为本申请实施例中端子的结构示意图；
图4为本申请实施例中绝缘支架的结构示意图；
图5为本申请实施例中端子的安装结构示意图；
其中，附图标记为：
1-低温容器，2-超导通电导体，3-套管，4-端子，5-绝缘支架，31-引线，32-主绝缘体，33-第一法兰，41-第一连接端头，42-第二连接端头，43-第二法兰，311-第一锥面，411-第二锥面，412-第一缝隙，421-第一连接件，422-第二连接件，431-第二缝隙。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请提供了一种超导电缆终端导体连接装置的一个实施例，具体请参阅图1。
本实施例中的超导电缆终端导体连接装置包括：低温容器1和设置在低温容器1内的超导通电导体2和端子4，低温容器1上设置有电气连接口，电气连接口上安装有用于实现超导通电导体2与外部设备的电气连接的套管3，套管3包括由内至外依次设置的引线31、主绝缘体32和第一法兰33，端子4固定在低温容器1内，且端子4位于引线31的正下方，引线31插接于端子4中，超导通电导体2与端子4连接。
需要说明的是：设置有低温容器1、超导通电导体2和端子4，低温容器1上设置有电气连接口，电气连接口上安装有用于实现超导通电导体2与外部设备的电气连接的套管3，套管3包括由内至外依次设置的引线31、主绝缘体32和第一法兰33，端子4固定在低温容器1内，且端子4位于引线31的正下方，引线31插接于端子4中，超导通电导体2与端子4连接，在安装套管3时，可以直接将引线31压入端子4的开孔中，通过压接***方式实现终端导体和电缆导体端子4的连接，因此不需要在电缆终端上开设操作孔，从而在简化操作的同时提高了终端的可靠性。
以上为本申请实施例提供的一种超导电缆终端导体连接装置的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种超导电缆终端导体连接装置的实施例二，具体请参阅图1至图5。
本实施例中的超导电缆终端导体连接装置包括：低温容器1和设置在低温容器1内的超导通电导体2和端子4，低温容器1上设置有电气连接口，电气连接口上安装有用于实现超导通电导体2与外部设备的电气连接的套管3，套管3包括由内至外依次设置的引线31、主绝缘体32和第一法兰33，端子4固定在低温容器1内，且端子4位于引线31的正下方，引线31插接于端子4中，超导通电导体2与端子4连接。
低温容器1是一个真空多层绝热的腔体，用于实现超导电缆的电气连接与低温过渡。低温容器1是超导装置的基本配置，其结构与实际***结构密切相关，是本领域专业技术人员的公知常识。
超导通电导体2是超导电缆传输电流的部件，其主体部分采用超导体绞缆形成，端部为软铜带。超导通电导体2是超导电缆的基本配置，其结构和参数与***设计密切相关，是本领域专业技术人员的公知常识。
套管3用于实现超导通电导体2与外部设备的电气连接，在传输电流的同时，保证导体与低温容器1间的绝缘过渡。套管3是所有高电压电气设备必备的部件，是本领域专业技术人员的公知常识。
端子4用于实现超导通电导体2与套管3引线31间的快速连接，端子4的材质为紫铜，具有较好的导电性。端子4通过绝缘支架5固定在低温容器1内。
端子4包括第一连接端头41、第二连接端头42和第二法兰43，其中第一连接端头41用于与套管3的引线31进行连接，其主体部分可以为厚壁圆管；第二连接端头42用于与超导通电导体2的软铜带进行连接；第二法兰43用于将整个端子4固定在绝缘支架5上。第二法兰43位于第一连接端头41的底部，且第二法兰43与第一连接端头41固定连接；第二连接端头42固定在第一连接端头41的外侧壁上，引线31插接在第一连接端头41中，超导通电导体2通过软铜带与第二连接端头42固定连接。
需要说明的是：第一连接端头41可以与第二连接端头42一体成型，第二法兰43可以与第一连接端头41一体成型。
如图2所示，第一连接端头41中心开设有插接孔；引线31的下端设置有第一锥面311；插接孔内设置有与第一锥面311相匹配的第二锥面411，由于引线31端部为锥面结构，因此插接孔内侧为与引线31端部锥面紧密配合的凸锥面，其结构参数与引线31端部锥面配合；引线31通过第一锥面311插接在插接孔中，通过锥面的相互配合，连接更加紧密，可以实现良好的电气连接。
第一锥面311与垂直平面的夹角为0.5-2.0°。
需要说明的是：引线31下端锥面部分的长度与传输电流有关，过小的电流密度虽然可以减少引线31部分发热，但是会增大引线31与端子4连接部位的体积；过大的电流密度虽然可以减小连接部位的体积，但会增加连接部位的发热；一般情况下可以按照0.5-2.0A/mm2的电流密度进行估算。锥面部分的锥度一般可以选取为0.5-2.0°，过大或者过小均容易影响接触连接效果。
本实施例中，额定传输电流为1000A，引线31直径为20mm，第一锥面311和第二锥面411的有效长度均为20mm，第一锥面311与垂直平面的夹角为1°。
如图3所示，第一连接端头41为Ω型端头，Ω型端头的一侧开设有第一缝隙412，以便通过外部压紧时能产生一定的形变，从而可以与内部的套管3引线31更好的接触；第二连接端头42包括第一连接件421和第二连接件422，第一连接件421和第二连接件422对称固定在第一缝隙412的两侧，且第一连接件421和第二连接件422上对称开设有用于与螺栓配合实现对软铜带固定的固定孔，安装时，通过螺栓穿过固定孔将软铜带固定在第一连接件421和第二连接件422之间，该结构可以实现与超导通电导体2软铜带连接的同时，通过螺栓使Ω型端头产生一定的形变；第二法兰43上对应开设有与第一缝隙412形状相同的第二缝隙431，以便在第二连接端头42压紧时可以不影响Ω型端头的形变。
Ω型端头的壁厚为5-15mm，过薄则强度不够，过厚则导致难以通过外部压紧；第一连接件421和第二连接件422的厚度可以与Ω型端头的壁厚相同。
第一缝隙412的宽度为4-6mm，过窄则形变量不够，过宽则减小了Ω型端头的导体接触面积。
本实施例中，Ω型端头的侧壁厚度为10mm，其内侧面的锥度与引线31的锥度相配合，为凸出的1°；第一连接件421和第二连接件422的厚度为10mm，高度为20mm。第一连接件421和第二连接件422上对称开设有2个直径为7mm的通孔，用于螺栓连接。
如图4所示，绝缘支架5用于将端子4固定在低温容器1内部，一般采用在低温下具有较高强度的非金属材料加工而成，绝缘支架5的材质可以为玻璃钢。具体地，端子4通过第二法兰43固定在绝缘支架5上方，第二法兰43上开设有用于与绝缘支架5固定的螺栓孔，绝缘支架5上对应开设有与螺栓孔相配合的螺纹孔。
本实施例中，绝缘支架5采用环氧树脂块材加工而成，其上部沿圆周开有4个M6的螺栓孔，用于固定端子4。
如图5所示，在使用过程中，首先通过螺栓将超导通电导体2的软铜带连接在端子4的第二连接端头42上；然后将端子4的第二法兰43通过螺栓固定在绝缘支架5上；之后，将套管3安装在低温容器1的端口法兰上。由于套管3的引线31端部为锥面，其正对端子4的Ω型端头，在安装套管3的时候可以直接将引线31压入Ω型端头中；随着引线31端部的第一锥面311与Ω型端头内侧的第二锥面411接触，继续压入时将导致Ω型端头产生向外的形变，而此时第二连接端头42上的螺栓则阻止形变的发生；通过第一法兰33向下的压紧与端子4的第二连接端头42螺栓压紧相互作用，从而保证Ω型端头与套管3的引线31实现良好电气接触。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种超导电缆终端导体连接装置，其特征在于，包括：低温容器和设置在所述低温容器内的超导通电导体和端子；
所述低温容器上设置有电气连接口；
所述电气连接口上安装有用于实现所述超导通电导体与外部设备的电气连接的套管；
所述套管包括由内至外依次设置的引线、主绝缘体和第一法兰；
所述端子固定在所述低温容器内，且所述端子位于所述引线的正下方；
所述引线插接于所述端子中；
所述超导通电导体与所述端子连接。
2.根据权利要求1所述的超导电缆终端导体连接装置，其特征在于，所述端子包括第一连接端头、第二连接端头和第二法兰；
所述第二法兰位于所述第一连接端头的底部，且所述第二法兰与所述第一连接端头固定连接；
所述第二连接端头固定在所述第一连接端头的外侧壁上；
所述引线插接在所述第一连接端头中；
所述超导通电导体通过软铜带与所述第二连接端头固定连接。
3.根据权利要求2所述的超导电缆终端导体连接装置，其特征在于，所述第一连接端头中心开设有插接孔；
所述引线的下端设置有第一锥面；
所述插接孔内设置有与所述第一锥面相匹配的第二锥面；
所述引线通过所述第一锥面插接在所述插接孔中。
4.根据权利要求3所述的超导电缆终端导体连接装置，其特征在于，所述第一连接端头为Ω型端头；
所述Ω型端头的一侧开设有第一缝隙；
所述第二法兰上对应开设有与所述第一缝隙形状相同的第二缝隙；
所述第二连接端头包括第一连接件和第二连接件；
所述第一连接件和所述第二连接件对称固定在所述第一缝隙的两侧，且所述第一连接件和所述第二连接件上对称开设有用于与螺栓配合实现对所述软铜带固定的固定孔。
5.根据权利要求3所述的超导电缆终端导体连接装置，其特征在于，所述第一锥面与垂直平面的夹角为0.5-2.0°。
6.根据权利要求4所述的超导电缆终端导体连接装置，其特征在于，所述Ω型端头的壁厚为5-15mm。
7.根据权利要求4所述的超导电缆终端导体连接装置，其特征在于，所述第一缝隙的宽度为4-6mm。
8.根据权利要求1所述的超导电缆终端导体连接装置，其特征在于，所述端子通过绝缘支架固定在所述低温容器内。
9.根据权利要求8所述的超导电缆终端导体连接装置，其特征在于，所述绝缘支架的材质为玻璃钢。
10.根据权利要求1所述的超导电缆终端导体连接装置，其特征在于，所述端子的材质为紫铜。
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