ITER CC型室温绝缘子氦压状态下电性能测试装置设计与实验研究

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ITER CC室温绝缘予是超导磁体系统中的关键部件,担负着超导线圈高压部件的对地绝缘以及磁体系统液氦冷却回路的作用,室温绝缘子在馈线高温超导电流引线中还担负了氦气出口管道与氦气液化管道之间的绝缘作用。一般情况下,绝缘子在ITER装置中工作环境平稳安全,然而,若磁体出现失超,ITER CC室温绝缘子需要承受瞬时1-3bar氦气压力和几kV的高电压冲击。为保证绝缘子在ITER装置中安全运行20年以上,需要对其开展在特殊工作环境下的的电性能分析与模拟实验研究。  本文根据ITER对CC型室温绝缘子的电性能实验要求,利用有限元分析的方法计算了绝缘子在不同电极连接方式中的电场分布情况,获得了不同电极连接时电场分布结果,根据电分析结果设计相应实验装置,在装置的设计过程中考虑了各仪器的选取和数据采集方式。实验装置搭建完成后,根据ITER测试要求对绝缘子进行实验,并分析了试验结果。  绝缘子电性能测试装置设计相关内容和实验结果如下:1)根据ANSYS分析结果可知:绝缘子在端对端和在以4mm半径的铜线作为低电压电极形状的端对本体中,绝缘子各部分的电场强度均小于其击穿电场强度。在添加地屏时,当距离为20mm时,绝缘子击穿电压为12.8kV,可以进行相关实验;2)为提供氦气压力为0.1MPa时的静态和流速为0.7g/s的实验条件,实验装置中氦气通道设计为循环回路;3)氦气回路总压降为320Pa,小于设计要求值100mbar;4)测试开始前需要首先对搭建完成的装置进行检漏,漏率结果优于实验要求值方可对绝缘子进行下一步实验。  测试结果表明:绝缘子在所有直流高电压测试中,漏电流值均小于5μA;所有交流高电压测试中,漏电流值均小于30μA,测试结果满足ITER技术要求。因此所设计的实验装置满足绝缘子实验要求,保证绝缘子相关实验可以安全平稳进行。实验结果证明绝缘子具有良好的电绝缘性能,为绝缘子在ITER装置中的长期安全运行提供可靠的保障。
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