DB13T 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

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2024-03-02实施2024-03-02实施河北省市场监督管理局发布I 1范围 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 5本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。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。超导具有低损耗、高载流等特性，在聚变、电力、交通、医疗等领域具有重要应用前景。电流引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。1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，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T2900.100电工术语超导电性GB/T18502临界电流测量银和/或银合金包套Bi-2212和B-2223氧化物超导体的直流临界电流GB/T33148钎焊术语3术语和定义GB/T18502,GB/T2900.100,GB/T3163和GB/T33148界定的以及下列术语和定义适用于本文电流引线currentlead将电流由室温引入低温器件的导体。高温超导叠HTSstack将高温超导带多层叠加在一起所形成的叠状结构。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。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criticalcurrentcriterion根据电场强度或者电阻率确定临界电流的判据。真空钎焊vacuumweld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4.1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。4.2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。24.3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。4.4测试前先使用砂纸打磨高温超导段表面，去除多余焊锡及污染物，之后在超导叠与铜端子交界的两处带材表面分别焊接两根电压引线。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特性测量系统组成。样品插入充有液氮的测量用低温容器中。U-I特性测量系统包括直流电流源、记录仪和必需的前置放大器、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(U)-电流(I)特性来确定的。为了获得电压(U)-电流(I)曲线，给超导体样品通以直流电流，测量沿一段样品所产生的电压。电流应从零开始逐渐增加，并记录所产生的U-I特性。达到设定的电场强度判据(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7.1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5cm处，且两个电压引线接点之间的超导叠最小测量长度不小于10cm,电压引线采用“双绞”缠绕方式与电压表相连。测试电路示意图如图2所示。O超导叠O图2高温超导段临界电流测试示意图7.2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。3O电源O8图3高温超导段接头电阻测试示意图8数据采集8.1向测试容器加入液氮后，等待高温超导段完全冷却(浸泡时间大于5分钟，具体表现为无连续气泡冒出),电压表电位数据波动相对稳定时，启动电源采用恒定升流速率给待测样品通入电流I,电流从零上升到临界电流的时间应大于30s。8.2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。电压u(任意单位)电压u(任意单位)1图4U-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1μV/cm,判据对应电压值Uc可以按式(1)计算：Ue——电压判据，单位为μV;L——电压引线接点间距，单位为cm;Ee——电场判据，单位为μV/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U₁和右端电压U₂(如图3所示)。通过欧姆公式计算得到左、右两端接头焊接电阻R₁、R₂,接头焊接电阻的计算按式(3)确定：4Iop——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：11.1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。11.2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。5(资料性)A.