DB13-T 5940-2024 在液氮浸泡下电流引线高温超导段临界电流与接头电阻的测试方法

29.060CCS

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5940—2024在液氮浸泡下电流引线高温超导段临界电流与接头电阻的测试方法河北省市场监督管理局发

布DB

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5940—2024 前 言

..........................................................................II引 言

.........................................................................III1

.............................................................................12 规范性引用文件

...................................................................13 术语和定义

.......................................................................14 样品制备

.........................................................................15 测量装置

.........................................................................26 测试原理

.........................................................................27 测试步骤

.........................................................................28 数据采集

.........................................................................39 结果计算

.........................................................................310 测试报告

........................................................................411 注意事项

........................................................................4附录

A（资料性） 高温超导段样品制备方法.............................................5DB

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5940—2024 本文件按照GB/T

1.1—《标准化工作导则 第1定起草。本文件由廊坊市市场监督管理局提出。本文件起草单位：新奥科技发展有限公司。本文件主要起草人：李全、杨爽、张文威、赵凡、付强。IIDB

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5940—2024 线是用于连接室温电源与低温超导装置的核心部件。采用高温超导导体作为高温超导电流引线的一部分，可以显著减少电流引线的发热及漏热量，大幅降低磁体低温系统造价及运行费用，同时也可以使得大型超导磁体系统的稳定运行成为可能。目前，针对在液氮浸泡下电流引线高温超导段临界电流与接头电阻的测试，多依赖于生产商自身经验和技术的积累，尚未形成通用的测试方法，难以形成电流引线性能的统一评估。为此，建立具有良好的推广借鉴意义的在液氮浸泡下电流引线高温超导段临界电流与接头电阻的测试方法，有利于推广高温超导电流引线的工业化应用。IIIDB

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5940—20241 范围本文件规定了电流引线高温超导段试验方法的术语和定义、样品制备、测试装置、测试步骤、数据处理及测试报告。本文件适用于在液氮浸泡下电流引线高温超导段临界电流与接头电阻的测试方法。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用适用于本文件。GB/T

2900.100 电工术语

超导电性GB/T

3163 真空技术

GB/T

18502

临界电流测量

银和/或银合金包套和B-2223氧化物超导体的直流临界电流GB/T

33148 钎焊术语3 术语和定义GB/T

18502，GB/T

2900.100，GB/T

3163和GB/T

界定的以及下列术语和定义适用于本文件。电流引线

lead将电流由室温引入低温器件的导体。高温超导叠

HTS

stack将高温超导带多层叠加在一起所形成的叠状结构。高温超导段

high

与高温超导叠并联焊接为一体，同时具有支撑和电流载流功能的部件。临界电流

critical

在超导体中，可视为几乎是无阻流动的最大直流电流。临界电流判据

critical

current

criterion根据电场强度或者电阻率确定临界电流的判据。真空钎焊

weld在真空状态下，把一组焊接件加热到填充金属熔点温度以上，但低于基体金属熔点温度，借助于填充金属对基体金属的湿润和流动形成焊缝的一种焊接工艺(钎焊温度因材料不同而异)。4 样品制备测试样品包括不锈钢支撑筒、超导叠、两端与磁体连接的铜端子及与通电电源连接的铜端子，整体结构如图

1

所示。不锈钢支撑筒用于提供分流和机械支撑，超导叠用于提供通流，铜端子用于连接电源及磁体。DB

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5940—2024制备时先将测试样品铜端子和带有表面加工条形凹槽的不锈钢支撑筒通过真空钎焊成为一体，超导叠平铺在放置槽中，通过真空钎焊完成高温超导段制备。的两处带材表面分别焊接两根电压引线。304图1 高温超导段组成示意图5 测量装置超导样品U-I特性测量装置由样品测试组件测量用低温容器、磁体系统以及U-I特性测量系统组U-I置放大器、滤波器或电压表、或上述仪器仪表的组合。另外，也可采用计算机辅助数据采集系统。6测试原理临界电流是通过测量处于恒压特定温度液态冷剂池中样品的电压了获得电压(U)-电流(I)U-I(电场判据)或电阻率判据所对应通过的电流值为临界电流值。无论电场或电阻率判据，对于任一具体的电压引线接点间距，都有相应的电压判据。7 测试步骤临界电流测试分别通过同一条超导叠上的两个电压引线进行临界电流测量，电压引线接点位置分别距超导叠端部10cm绕方式与电压表相连。测试电路示意图如图2所示。图2 高温超导段临界电流测试示意图接头电阻测试高温超导段接头电阻（超导叠与铜端子的焊接电阻）可采用相同原理进行测量，电压引线的一端焊接在超导叠上，另一端焊接在超导叠与铜端子交界处，测试电路示意图如图3所示。DB

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5940—2024图3 高温超导段接头电阻测试示意图8 数据采集

5

I，电流从零上升到临界电流的时间应大于

s。根据数据记录结果，绘出高温超导段临界电流测试

U-I

关系曲线，如图

4

所示。图4 U-I

本征特性曲线（电场判据确定临界电流示例）9 结果计算9.1

临界电流计算临界电流由U-I曲线上电压为U的点所对应的电流值确定，临界电流判据选择1

μV/cm，判据对应电压值Uc可以按式（1）计算：𝑈𝐶

=

𝐿

×𝐸𝐶

(1)式中：U——电压判据，单位为；L

——电压引线接点间距，单位为cm；E——电场判据，单位为/cm。9.2

接头电阻计算在恒定电流下进行高温超导段接头电阻测试，电源输出至运行电流，利用电压表分别获取电流引线高温超导段左端电压U和右端电压U（如图3接电阻R1、R2，接头焊接电阻的计算按式（3）确定：R

=

U/𝐼𝑂𝑃

(2)式中:R——电阻值，单位为μΩ；DB

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5940—2024Iop——高温超导段的运行电流值，单位为A；U——电压表测得的电压值，单位为μV。10 测试报告测试报告内容包括但不限于如下信息：a) 样品的生产厂家；b) 超导叠层叠形式及尺寸；c) 原材料及其化学成分；d) 制造过程工艺；e) 电压引线接点间距；f) 电流引线接头的焊接长度；g) 样品固定方法，包括粘接材料的种类；h) 样品的电流扫描与维持经历；i) 临界电流、接头电阻值及其相应的判据。11 注意事项在测试之前，确保测试设计者和参与人员了解如下信息:电气测试明确在液氮浸泡下电气事故的预防措施和应对手段。致冷剂和产生的气体在液氮浸泡测试中，应当对液氮加注、氮气置换、液氮泄漏、液氮人身接触、连续气化和诱导气化相关的电气事故采取预防措施和应对手段。DB

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附 录 A（资料性）高温超导段样品制备方法A.1 总则为了便于理解，本附录中给出了一种电流引线高温超导段样品的制备方法。由于电流引线使用的场合不同，本附录所给出的制备方法只能覆盖一些有代表性的可能设计。A.2 材料准备制作材料包括：不锈钢管、无氧铜棒、超导带材、焊锡带。A.3 高温超导段测试样品制备A.3.1 超导叠制备将高温超导带多层叠加在一起，通过焊锡带钎焊连接为一体。A.3.2 不锈钢支撑筒及铜端子加工按设计图纸完成不锈钢支撑筒及铜端子机械加工，满足加工精度要求。A.3.3 不