2.3 超导busbar

    超导Busbar是保证超导磁体正常工作的电流通道，采用4.5K超临界氦冷却的NbTi管内电缆超导体（Cable-in-Conduit Conductor，简称CICC导体）。CICC导体的结构特点是采用绞缆工艺把超导股线制成在空间充分易位的多级子缆，中间有螺旋状半开的不锈钢管，一并装入不锈钢套管中，超临界氦流过中心冷却管的同时进入股线之间的间隙，使超导股线得以充分冷却。CICC超导导体具有冷却周界大、超导稳定性好、自支撑结构强、绝缘工艺性好等特点。

    为提高稳定性，超导Busbar导体设计了双绝缘（内绝缘厚：6mm和外绝缘厚：2mm）用于短路保护。双绝缘层间有0.2mm厚的金属屏蔽板，导体最外层是1mm厚的外屏蔽钢板，作为操作时的机械保护和安装时静电屏蔽的接地保护[5]。

    为使超导Busbar之间的磁场作用均布且能相互抵消，超导Busbar成对布置，一进一出，间距大约为165mm，中间用20mm厚度不锈钢板隔开，在直线段内成对Busbar和不锈钢隔离板外设计10mm厚的保护管，故障发生时用于保护外壳不受损坏。

    为便于装配，在直线段内和S弯盒相连附近的Busbar上，设计中间接头。

    考虑到超导Busbar工作过程中受到电磁载荷和降温、升温过程中的热应力、相连磁体末端位移量等的影响，所以除设计空间布局所必须的弯曲外，还设计了专门用于吸纳这些位移量的双S弯结构。

    超导Busbar是一种层状复合材料结构，根据传统复合材料理论和损伤力学理论[6]求得超导busbar导体的等效材料参数为：弹性模量为60.93GPa，泊松比0.2279，密度5160kg/m3，极限应力647.5MPa。

    利用ANSYS有限元分析软件分别对热应力、电磁力、电磁＋热应力进行分析，为使结果更符合实际情况，把超导Busbar作为一个整体来建模分析，也就是说，包括了内部馈线和CTB内部的超导Busbar部分。单元类型采用SOLID45，温度载荷为300K--4.5K，电磁力为7644N/m。约束情况：直线段约束径向位移，弯曲段约束侧向位移。侧向位移的约束主要是平衡电磁力。         

    从热、电磁、热＋电磁三种分析的结果（见图3）来看，超导busbar的最大变形部位均位于S形弯曲段，最大应力小于极限应力（计算得到），且裕度很大，因此现有形式的结构设计能完全满足设计要求。

a.热分析

b.电磁分析

c.电磁+热

图3   Busbar应力分布云图（Von mises）