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ITER超导磁体低温耐高压测量线缆分布在磁体系统的多个区域,工作在真空、强磁场、低温和高能辐射的复杂环境中,负责传输超导磁体系统运行状况信号。将测量系统获取的数据准确、可靠的实时传输至控制系统,对于保证磁体系统的安全运行,避免装置出现故障进入失超状态,保证实验的安全稳定运行具有重要意义。因此,亟待设计在低温、辐照环境下具有良好的电气性能、力学性能、屏蔽性能的测量线缆,保证测量系统长期稳定、可靠的获取测量信号。 本论文课题来源是中科院等离子体物理研究所与ITER签订的任务协议(合同编号:ITER/CT/10/4300000NNN),研究目标是为ITER提供满足技术标准的200米ITER超导磁体低温耐高压测量线缆原型件。 本论文完成的具体研究内容如下: 1.确定低温耐高压测量线缆采用的绝缘材料。对测量线缆常用的绝缘材料进行了研究,选择出四种在低温、高真空、耐辐照下具有良好绝缘性能的测量线缆绝缘材料。对四种绝缘材料在常温、低温以及材料辐照后在低温下进行拉伸测试,结合材料的电性能以及加工性、经济性综合考虑选择出适合测量线缆使用的PI和XLPE两种绝缘材料。 2.确定低温耐高压测量线缆的绝缘、屏蔽结构。依据场强分布公式,确定绝缘层的设计参数,通过场线耦合及线间串扰分析结果,确定采用一般非屏蔽双绞线为内结构,两层外编织层为外屏蔽结构,利用Vance模型得出较为优化的编织参数,完成结构设计。 3.验证低温耐高压测量线缆设计结构在低温、高压下的合理性。分析有填充和无填充两种方式绝缘层中电场、应力的分布,根据分析结果,确定采用有填充结构,且分析结果表明测量线缆绝缘层尺寸参数设计合理。 4.对测量线缆的挤出工艺进行了研究。通过对芯线聚酰亚胺绝缘层的试制,掌握了聚酰亚胺挤出加工中的设备工艺参数,并顺利开展生产。 5.对测量线缆产品的电气绝缘性能进行了实验测试。经过冷热循环及γ射线照射,对各层绝缘进行耐压测试,测试结果表明ITER超导磁体低温耐高压测量线缆在低温、辐照下具有优良的电气、机械性能,设计及生产工艺满足设计目标。 向ITER提交了200米ITER超导磁体低温耐高压测量线缆原型件,原型件经ITER测试鉴定后顺利通过验收。