低溫應(yīng)用的高電壓襯套的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例是有關(guān)于常見(jiàn)的高電壓襯套，且特別是有關(guān)于涉及應(yīng)用于低溫下的超導(dǎo)裝置的高電壓襯套。
【背景技術(shù)】
[0002]超導(dǎo)故障電流限制器(SuperconductingFault Current Limiteds ；SCFCL)是一種在低溫(cryogenic temperature)下操作的裝置類型，且通常應(yīng)用在受限于高壓與高電流下的電子傳輸與分配。超導(dǎo)故障電流限制器通常被用來(lái)在電流驟增(current surges)的情況下提供保護(hù)機(jī)制，例如電力傳輸互聯(lián)網(wǎng)。
[0003]由于超導(dǎo)故障電流限制器于低溫下操作，巨大的溫差常存在于超導(dǎo)故障電流限制器的超導(dǎo)組件與連接在其上的外部設(shè)備之間。舉例來(lái)說(shuō)，低溫環(huán)境可約為_(kāi)200°C，而外部設(shè)備通常處在環(huán)境溫度(ambient temperature)。有鑒于此，須在超導(dǎo)組件與外部設(shè)備之間提供連接結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)溫度的轉(zhuǎn)換且將熱量損失降至最小。
[0004]傳統(tǒng)高壓襯套會(huì)在低溫環(huán)境下使用時(shí)失效。失效機(jī)制起因在環(huán)境溫度與低溫環(huán)境之間因過(guò)大的溫度變化所引起的熱應(yīng)力(thermal stress)。擁有可靠的高壓襯墊對(duì)于具有超導(dǎo)故障電流限制器，變壓器，馬達(dá)，能量?jī)?chǔ)存裝置或其他類似組件的超導(dǎo)體裝置的運(yùn)作成功是重要的。因此，高壓襯套在低溫環(huán)境使用下的改良是必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本內(nèi)容于詳述實(shí)施方式中的簡(jiǎn)化形式中用來(lái)提供并導(dǎo)入概念的選擇。本內(nèi)容并不用來(lái)識(shí)別申請(qǐng)專利范圍中專利標(biāo)的的主特征或必要特征，更不是用來(lái)協(xié)助決定申請(qǐng)專利范圍中專利標(biāo)的??圍。
[0006]揭示一種電氣襯套。此襯套可包括第一襯套部、第二襯套部及電性導(dǎo)體。電性導(dǎo)體在第一襯套部與第二襯套部中沿著縱向配置。電性導(dǎo)體可包括由第一襯套部延伸的第一終端部及由第二襯套部延伸的第二終端部。第一終端部可用來(lái)耦接在環(huán)境溫度下的第一電子構(gòu)件，且第二終端部可用來(lái)耦接在低溫溫度下的第二電子構(gòu)件。第一襯套部與第二襯套部可包括底絕緣材料。第一襯套部更可包括配置在底絕緣部上的環(huán)境保護(hù)層。
[0007]揭示一種電氣襯套，其包括第一襯套部與第二襯套部，及配置在第一襯套部與第二襯套部?jī)?nèi)的電性導(dǎo)體。電性導(dǎo)體可包括由第一襯套部延伸的第一終端部以耦接于環(huán)境溫度下的電子構(gòu)件。電性導(dǎo)體可包括由第二襯套部延伸的第二終端部以耦接于低溫溫度下的超導(dǎo)組件。第一襯套部與第二襯套部可包括底絕緣部。第一襯套部更可包括配置在底絕緣部上的環(huán)境保護(hù)層。
[0008]揭示一種電氣襯套，其包括第一襯套部與第二襯套部，及配置在其中的電性導(dǎo)體。電性導(dǎo)體可包括鄰近于第一襯套部的第一終端部以耦接于第一電子構(gòu)件，及由第二襯套部延伸的第二終端部以耦接于第二電子構(gòu)件。第一電子構(gòu)件可處于環(huán)境溫度而第二電子構(gòu)件可以是處于低溫溫度下的超導(dǎo)故障電流限制器。第一襯套部與第二襯套部以為一個(gè)整體件的方式組成底絕緣部。第一襯套部更可包括配置在底絕緣部上的環(huán)境保護(hù)層。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為電流限制系統(tǒng)結(jié)合一實(shí)施例中所揭示的電氣襯套的示意圖。
[0010]圖2為一示例中超導(dǎo)故障電流限制器采用已揭示的多個(gè)電氣襯套的示意圖。
[0011]圖3為圖2中超導(dǎo)故障電流限制器沿著線3-3方向的剖面圖。
[0012]圖4A至圖4C示出一實(shí)施例已揭示的電氣襯套的一系列步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明將搭配相關(guān)的圖示進(jìn)行詳細(xì)的描述，其顯示本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以多種不同的形式被執(zhí)行，且不應(yīng)被理解為限制在如下所列出的實(shí)施例中。再者，這些實(shí)施例的提供使本發(fā)明是徹底且完整的，且對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員完整傳遞本發(fā)明的范圍。在以下圖式中，圖式的相似參考標(biāo)號(hào)完全是指相似的構(gòu)件。
[0014]為解決前述所提及襯套的缺陷，故揭示了高電壓襯套，其中一端在低溫環(huán)境下運(yùn)作而另一端處于環(huán)境溫度下運(yùn)作。此襯套能適應(yīng)環(huán)境溫度與低溫環(huán)境之間因過(guò)大的溫度變化所引起的熱應(yīng)力。此襯套也在環(huán)境溫度或應(yīng)用于室外時(shí)能夠經(jīng)受因天氣變化所引起的環(huán)境壓力，如雨、雪、沙塵或其他自然與人為的環(huán)境傷害而能夠可靠地被操作。
[0015]請(qǐng)參照?qǐng)D1，示例中采用已揭示實(shí)施例的使用電氣襯套2的超導(dǎo)故障電流限制器系統(tǒng)I的一般架構(gòu)，如圖1所示。雖然電氣襯套2將以與示例中的超導(dǎo)故障電流限制器有關(guān)的應(yīng)用而被描述，但已認(rèn)可其使用不被限制于此。再者，已被揭示的電氣襯套2將可應(yīng)用于載流部件(current carrying components)間經(jīng)歷高溫差的多種用途的任一中找到其應(yīng)用。
[0016]所示出的超導(dǎo)故障電流限制器系統(tǒng)I包括超導(dǎo)故障電流限制器4、并聯(lián)電抗器(shunt reactor)6及絕緣系統(tǒng)8，其中并聯(lián)電抗器6可以為傳統(tǒng)并聯(lián)電抗器。在運(yùn)作過(guò)程中，超導(dǎo)故障電流限制器系統(tǒng)I借著限制流經(jīng)起始點(diǎn)12與退出點(diǎn)14之間的負(fù)載電流而提供故障電流保護(hù)。在正常運(yùn)作情況下，負(fù)載電流可以為周期性地(per1dically)，偶發(fā)地(occas1nally)或連續(xù)地(continuously)流經(jīng)超導(dǎo)故障電流限制器系統(tǒng)I。負(fù)載電流在正常運(yùn)作模式下顯示出負(fù)載電流準(zhǔn)位使超導(dǎo)組件16保持在超導(dǎo)狀態(tài)，因此，當(dāng)負(fù)載電流行經(jīng)超導(dǎo)故障電流限制器4時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)由具有零阻抗的超導(dǎo)組件16而被傳遞。在過(guò)多負(fù)載電流可立即被產(chǎn)生的故障情況下，超導(dǎo)組件16通過(guò)超導(dǎo)狀態(tài)轉(zhuǎn)換至有限電阻狀態(tài)而對(duì)過(guò)多的負(fù)載電流產(chǎn)生反應(yīng)，其對(duì)于過(guò)多負(fù)載電流發(fā)生大型總阻抗，因而于故障情況下限制負(fù)載電流。隨后，超導(dǎo)組件16于之后的故障事件通過(guò)限制電流可回復(fù)至超導(dǎo)狀態(tài)以調(diào)整電流負(fù)載。
[0017]顯而易見(jiàn)地，超導(dǎo)故障電流限制器系統(tǒng)I形成兩平行電路徑18、20，其分支在起始點(diǎn)12與退出點(diǎn)14之間。因此，超導(dǎo)故障電流限制器4與并聯(lián)電抗器6以電性并聯(lián)的方式在超導(dǎo)故障電流限制器系統(tǒng)I中沿著個(gè)別電路徑18、20的方式排列。在正常運(yùn)作情況下，超導(dǎo)故障電流限制器系統(tǒng)I是用來(lái)汲取流經(jīng)超導(dǎo)故障電流限制器4近乎百分之百的負(fù)載電流與流經(jīng)并聯(lián)電抗器6近乎于零的負(fù)載電流。然而，當(dāng)故障情況或事件發(fā)生時(shí)，并聯(lián)電抗器6是用來(lái)汲取大多數(shù)的負(fù)載電流，借此以限制流經(jīng)超導(dǎo)故障電流限制器4的電流。
[0018]由于超導(dǎo)故障電流限制器4的超導(dǎo)組件16通常被潛浸(submerge)于低溫媒介(cryogenic medium)中，鄰近于超導(dǎo)組件16的至少部份的電氣襯套2將受制于約200°C，其溫度低于超導(dǎo)故障電流限制器4所連接的外部電氣設(shè)備。圖2示出圖1中具有多個(gè)電氣襯套2的超導(dǎo)故障電流限制器的部份，其多個(gè)電氣襯套2包括設(shè)置在低溫恒溫器殼體(cryostat enclosure) 22外的第一襯套部2a及設(shè)置在低溫恒溫器殼體22內(nèi)的第二襯套部
2b ο
[0019]在一實(shí)施例中，低溫恒溫器殼體22的溫度及壓力受到控制，特別是低溫地冷卻以維持對(duì)超導(dǎo)組件16適合的溫度?？梢岳斫獾氖牵藴囟饶芡ㄟ^(guò)液態(tài)氮或其他適合的液態(tài)致冷劑而維持。一般而言，電氣襯套2電性耦接至外部發(fā)電，電力輸送與分配裝置，而位于低溫恒溫器殼體22內(nèi)的電氣襯套2電性耦合至超導(dǎo)組件16。各電氣襯套2包圍住電性導(dǎo)體24以將位于低溫溫度下的超導(dǎo)故障電流限制器4的超導(dǎo)組件16耦接至位于環(huán)境溫度下的外部設(shè)備，如圖1所描述。電性導(dǎo)體24可以是銅，鋁或其他適合的材料。低溫恒溫器殼體22包括頂凸緣26，其將殼體內(nèi)部低溫部分與外部環(huán)境分隔，使在操作過(guò)程中第一襯套部2a暴露在環(huán)境溫度而第二襯套部2b受制于低溫溫度。在確保熱傳導(dǎo)所損失的熱量很少時(shí)，電氣襯套2應(yīng)被用來(lái)適應(yīng)如上所述的溫度轉(zhuǎn)換，以便防止用于冷卻超導(dǎo)組件16的低溫液體的沸騰，及/或防止冷卻組件時(shí)成本的增加。
[0020]圖3顯示圖2中具有低溫媒介28的低溫恒溫器殼體22內(nèi)電氣襯套2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其低溫媒介如液態(tài)氮。需注意的是，電氣襯套2的第一襯套部2a暴露在環(huán)境溫度，即外部；而電氣襯套2的至少部份第二襯套部2b潛浸在低溫媒介28中。電氣襯套2包圍貫穿電氣襯套2整體長(zhǎng)度的電性導(dǎo)體24，以將超導(dǎo)故障電流限制器4的超導(dǎo)組件16耦接至外部設(shè)備，如前述所討論。
[0021]顯而易見(jiàn)地，電氣襯套2包括底絕緣部30，其與填充于低溫恒溫器殼體22內(nèi)部的低溫媒介28兼容。在一實(shí)施例中，底絕緣部30可以是低溫陶瓷材料。非限制性示例中列出用于底絕緣部30的其他合適材料，包括纖維玻璃(fiber glass)，鐵氟龍(Teflon)，縮醛樹(shù)脂(Delrin)或其他兼容于低溫溫度與低溫媒介的介電材料。電氣襯套2的第一襯套部2a