Bi2223Ag和YBCO高温超导带材在交流过电流冲击下的失超及恢复特性

Bi2223Ag和YBCO高温超导带材在交流过电流冲击下的失超及恢复特性 低温 与超导 超导技 术 , ; , ,,,, , ,,( ,, ,, 第, ,卷 第 ,期 ,( , ( , , , ,, , , ,, , , ,高 温超 导 带材 在 交 流 过 电流 ,,, , ,和 , , 冲 击 下 的 失 超 及 恢 复 特 性 研 究 ( ， , 张正 臣 杨晓乐 ( 李晓航 ， ， 周义 刚 。 杜晓纪 ， ， 叶立 阳 韩磊 ， , 中国科学院应用超导重点实验室 ，北京 ,, , (( , ,, , 北 ,,, (中国科 学院电工研究所 ， 京 ,,, ; ,中国科学院研究生 院 ， , ,, 北京 ,,, ) 采用交流 冲击 实验装置测量 了在 不同交流过电流 、 摘要 : 不 持续交流工作 电流及 冲击 时间情况 下 ， 同散热条件 , ,, , , ,高 温超导带材 的电压、 下 ,, ,, ,和 , , 了冲击期间和 冲击后带材各参数变 电流和温度随时间变化曲线 ， 带材在交流过 电流冲击下 的失超 和恢 复过程主 化及失超恢复时间与散热 条件 和冲击参数的关 系。研究结果表 明: 要取决于 冲击能量和 冲击 过后带材 内发热与散热 的竞争效应 。 ,, , , , ,, 过流 冲击 ; 关 , , ,超导带材 ; , ,超导带材 ; 恢复 失超 ; , ; , 键词 :, ,, ,,; , ,,,, ; , , , , , ,, , , , ,, , , ,, , , ,, , , —; ,, , ,, , , , ,,; , , , , ;,, , ,, , , , , , ,,, ,, , , — , ,, , , , , , ， , , , , ,, , ， , 。 , , , ,, ,,, ,,, , , ， ,,,,, ， ,, ,, „ ， ,,,, ? ， , , , , , , ,,? ， ,, ,,;, , , , ,? , , , ? , , , , ,,, ? , , , ? , , , , ,,;, ,, , , ,,, , , ,,,, ,, ,, ,,, , ,, , ,,， ,, ; ,, , , , ( ( ,, ,, ,,,, ;,, ,,, , ， ,,, ;,, , ;,; ，, ,,,, , , ,, (,,,, , ,, , , , , , ， ,,, ;,,,, , , , ,, , ,,， ,, ; , , , , , , , , , , ，,,, , ,; ;, ,,,, , , ,,,, , , , ;,; ， , ,,,, , , ,, ( ,, , ,, ,,, ,,,, ,, ,,,， , , ,, , ，, ,, , ,, , ,, ,, , , ,,, , , ,, , ,,, ;,,, , ;,; , ,, , ,, ,, ) ,, ; :, , , , , , ,, , , ,, ,, , ,, , , , , , , ,, , ,, ,,, ,,, , ,, , , , , , , , , ,,, , , , , , ,, , , , , ,, , ，; ,, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,, , ,,, , , —; ,, ,,, , , , ,, , , , , , , ,; , , , ; , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,, , , ,; ,, ,(, , ; ,,,, , , „ , ,, , , , , , , , , , , , , ,, , , , ,, , , ,, , ( ，, , , , ,, , ,, ,, , , , , ,, , ,, , , , , , , , ,, ,, ,, , , ,, , , , , , ,, , , ,, ; , , , ,, , , , , , ,, , , , , , , ,, , , , , , ,, , (, , ,, , , , , , , ,？ , ; , , , , , , , , , , , , , ,, , ,, , , , , , , ,, , , , , , , ，, , , , , , , , , ,, , ,, , , , , , , ,, , ( , , ,, ; , , , , , , , ,, ,, ,,, , , —; ,, , , , , ; ,, ,, , , ,; ,, , , , , , ; ,, ,, , , ,, , , , , , , , , , , , ,, :,, , , , ， , , , ,，, , — , ,, , ,; ， ,,, , , , ,, , , ,,,, , ,,,, , , , , ,, ;, ,， , ,, , ;,,;, 引言 严重 时甚至会使 超导 电力设备 陛能退化或损坏 。 高 温超导失超 研究包 括对超导材 料失超产 生 、 随着制备技术不断提高 ， 温超导线材 的性 高 ? 传播和恢复过程的研究 。对于大电流短路冲击 给以其为基础制造的电力设备带 能越来 失超的产生和传播多在瞬间完成， 情况， 因而研究 来了广泛的应用越优异 ， 前景 ? , 目前主要应用 的有 , 。 , 失超恢复过程对超导 电力应用及失超保护具有重 , ,超导带材 ,系和 , , 。近 年来 ，已有 多台高 , , ,, 要意义。本文通过交 流冲击实验测量 了 , ,, 温超导电力设备试验样机并网开展试验研究。超 , , ,超导带材在交 流过 电流冲击 下的温 , 了两种带材和, ,导电力设备在并网运行中可能会遇到各种突发故 度、 研究在液氮浸泡直接 电压和电流 ，障， 中短 路 故 障 的 发 生 概 率 较 高 且 危 害 较 其 冷却条件和准绝热条件下的失超和恢复性能。大 , 超 。在 短路 故 障 中 ， 导材 料 可 能会 承 受 几 十 乃至数百毫秒 的过 流冲击 ， 冲击 电流可能会达到 , 实验 此时超导材料会因为严重过流 额定电流的数十倍 ， 导体因电阻发热产生热量累积， , , 实验材 料 而转入正常态， 累 ( 对材料性能产生影响，积的热量将导致温升显著 ， , ,) 本 文工作 使 用 了美 国 超导 公 司 ( ,, 生产 ,, ,— , 收稿 日期 :, ,—, , 国家 自然科学基 金项 目(, , , , 支持 。 基金项 目: , , ,, ) 杨晓乐 (, ,一) 男 ， 作 者简介 : ,, 主要从 事超导电力研究。 ， 硕士研究生 ， ? , ,? 超 导技 术 , ,; , ;, , ,, , ,,,, , ,, 第,期 ,的不锈钢 多芯 ,,, , ,超 导带 材 和 , , , ,, , ,涂层 , 。该 采 集 卡 同时 采 集 安 置 在样 品上 频率 为 ,,,导体超导带材 ， 主要性能参数如表 , 所示。 ,, 的热 电偶或 ,,,电阻温度传感器以及各 电压引 在本文实验工作中，冷却条件分为两类 : 将裸 线 上 的瞬时 电压 ， 并进 行记 录 。露的带材清洗后放入液氮中视为液氮浸泡直接冷 实验 中， , 、 先在冲击前用 四引线法测量 , , 自却条件 ; 将带材用玻璃丝带以半叠包方式缠绕一 场 下 的带材 ， , ,,, ,， 电压 引线距 离 ,; ,; 带材 再用低温环氧胶将带材与玻璃 丝带密封 固定 层， ( 的 ,值 通 过 对 电场 电 流 曲线 上 电场 为 , ,,, (处理 ， 模拟超导线圈内部传热条件 ， 视为带材处于 , ， ,, 切 , , ; 的范 围进 行 拟 合 得 到 。其后 ， 换 到交 准绝 热条 件 。 流冲击电路 ， 进行冲击测量 。通过改变交流冲击 , 表 , ,,, , ,带材 和 , , , ,, , ,带材 的性能参数 分 电流 的幅值 和持 续 时 间 ， 别 在 液 氮浸 泡 直 接冷 , , , , , ,,, , , , , , ,, , , ,, , , , , ( , , , , ,, , , , , , ,, , 记 却条 件下 和准 绝 热 条件 下 进行 多次 冲击 ， 录 冲 通过带材的电流及带材 击过程中带材两端 电压、 并在经过一定次数过 流 温度随时间的变化情况 ， 检测超导带材 的 ，退化情况。冲击 电流 冲击后 ， ; , ,开始直到 , , ,， 幅值从 ,, , , 对带材进行逐 次 每 , , ,。每次 增 大 的过 流 冲击 ， 次 增 幅为 ,, 一,, , , 、,, 、, , 、 电流冲击的持续时 间设 为 ,, ,, , ,,, , , 自场 情 况 , 量 得 到 。 以上 数 据 在 , ,， 测 , ,, 冲击 发 生 前后 回 路 持续 电 流 幅值 范 , , 四种 ， , , 在低温下 ， , 一 低温环氧胶 的热导率为 , ( , , ,。 围设 为 , ,, , , ( ,)银 , ,, , ,) ,,,, , ? ， 的 热导 率为 ,, ( ? ，, 一 ,,的热导率约 ,,, , ? ) ,, ( , ，, ,的热导 , 实验结果 与分析 , ( , ， 但其, , 变 率约为 , ,, , ? ) 且 均随温度变化 ， 经环氧包裹处理后 的超 化不大。因此可 以认为 ， ( , , 冲 击前 后带 材 电流 、电压 及 电阻特性 导 带材 与液氮 基本 不存 在 直 接 表 面换 热 ，即本 工 超导带材的临界 电流是温度 的函数 ， 即可写 作定义的“ 。 准绝热条件” ) 当通过 带材 的 ，( ,时带 材 会 为 ，( ， , ) (, , 实验 装置 与 实电流小 于 验方 法 且 ; ) 保持 在超 导态 ， ，( 随带 材 温度 升 高 而减 实验装置主要包括交流过流冲击 电路和直流 带材在不同的冲击电流 小。由此我们可 以推测 ， 临界电流测量电路。每次交流冲击后切换到直流 存在以下几种可能情况: 下和持续工作电流下 ， 在 检测带材临界 电流 ， 的变化。交流冲击实 电路 ， ; 带 ， 如 .