CN106971788B - 超导石墨烯复合电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超导石墨烯复合电缆，包括：内支撑管芯、石墨烯层、超导体层、绝热层、电气绝缘层、超导屏蔽层和保护层；所述石墨烯层一面与流通液氮的内支撑管芯外侧面相连接，石墨烯层另一面与超导体层相连接，它们共同构成石墨烯复合超导协同结构体，其类型包括：低温超导石墨烯复合电缆、高温超导石墨烯复合电缆；所述超导石墨烯复合电缆包括：单相冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆、单相热绝缘型高温超导石墨烯复合电缆、三相平行轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆、三相同轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆。
Description
技术领域
本发明属于电力传输系统领域，涉及一种超导电缆，更具体地涉及一种超导石墨烯复合电缆。
背景技术
随着国民经济的快速发展，人们对电能的需求量不断地增长，传统的供电方式及系统难以满足人们的需求，提高电力传输能力显得十分迫切。当前电网输电密度和输电容量逐渐增大，但是大容量输电存在一些问题，如：占地空间较大，对周边环境有一定的电磁污染等系列问题。超导电缆发展及推广应用具有突出的优势，如：传输容量大、功率密度高、体积小、重量轻、传输损耗低、无火灾隐患、环境友好等；因此，超导电缆技术是克服现有电力传输技术存在的缺陷，实现大容量电力传输发展需要的重要技术之一。但目前超导电缆的发展也面临系列技术问题，如：超导电缆及带材存在一些技术缺陷，电力系统的系列故障电流常常对超导电缆存在一定冲击。鉴于超导电缆系统比较复杂，运行条件比较苛刻，失超发展速度十分迅速，传统结构的超导电缆明显存在有效抵抗较弱及承受故障电流冲击能力较弱等问题；当前采用的超导电缆还存在不稳定性问题，这些不稳定因素与电磁扰动、机械扰动等密切相关，也与当前超导电缆的结构设计存在一定的缺陷有关，以往人们为了提高超导电缆的稳定性，采用了超导体敷大量常导金属的技术，因此耗费常导金属量较多；由于快速传热与分流电流常常与常导金属接触面积及方位有关，与常导金属的导热能力和导电性能有关，与采用的常导金属材料种类与采用量多少有关，以及与采用常导金属材料的方式有关，因此当前超导电缆结构及技术还面临需要解决及克服的系列缺陷问题。
如何将超导电缆结构的优化设计与超导电缆的稳定化技术相结合，如何将超导电缆的失超保护与结构优化相结合，如何提高超导电缆的高效导电、快速传热能力，以及提高稳定化性能，这些都是亟待解决的系列重要技术问题。
发明内容
针对当前超导电缆存在的系列问题，本发明提供一种超导石墨烯复合电缆，以达到优化提升超导电缆的高效导电、快速传热以及稳定化性能的目的。
本发明的一种超导石墨烯复合电缆的实现具体技术方案包括：
提供一种超导石墨烯复合电缆，包括：内支撑管芯、石墨烯层、超导体层、绝热层、电气绝缘层、超导屏蔽层和保护层；所述石墨烯层包括：石墨烯薄膜层、石墨烯涂层、石墨烯复合材料层、超导石墨烯层；所述超导石墨烯层包括：石墨烯插层复合材料层；所述石墨烯层设有一层或多层；所述超导体层由超导带材或超导线材绕制而成，设有一层或多层；所述石墨烯层一面与流通液氮的内支撑管芯外侧面相连接，石墨烯层另一面与超导体层相连接，它们共同构成石墨烯复合超导协同结构体，其类型包括：低温超导石墨烯复合电缆、高温超导石墨烯复合电缆；所述超导石墨烯复合电缆包括：单相冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆、单相热绝缘型高温超导石墨烯复合电缆、三相平行轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆、三相同轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆。
上述方案中，所述单相冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆结构从内到外分别为：内支撑管芯、石墨烯层、超导体层、石墨烯层、电气绝缘层、超导屏蔽层、石墨烯层、绝热层、保护层；其主要结构特点是：电气绝缘层位于绝热层内，工作在液氮温度环境下；其主要结构特征在于：石墨烯层、超导体层、石墨烯层组成三明治夹芯构型，所述石墨烯层一面与流通液氮的内支撑管芯外侧面相连接，石墨烯层另一面与超导体层相连接，它们共同构成石墨烯复合超导协同结构体；所述超导屏蔽层一面与石墨烯层一面相连接，石墨烯层另一面与流通液氮的绝热层波纹管面相连接，它们共同构成石墨烯复合超导屏蔽层协同结构体。
上述方案中，所述单相热绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的电气绝缘层置于绝热层外面，处于环境温度下，其结构从内到外分别为：内支撑管芯、石墨烯层、超导体层、石墨烯层、绝热层、电气绝缘层、屏蔽层、石墨烯层、保护层；其主要结构特征在于：石墨烯层、超导体层、石墨烯层组成三明治夹芯构型，所述石墨烯层一面与流通液氮的内支撑管芯外侧面相连接，石墨烯层另一面与超导体层相连接，它们共同构成石墨烯复合超导协同结构体；所述超导屏蔽层一面与石墨烯层一面相连接，它们共同构成石墨烯复合超导屏蔽层协同结构体。
上述方案中，所述三相平行轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的各相结构从内到外分别为：内支撑管芯、石墨烯层、超导体层、石墨烯层、电气绝缘层、超导屏蔽层、石墨烯层、绝热层、保护层；其三相电缆各相主要结构特点为：电气绝缘层位于统一的绝热层内，工作在液氮温度环境下；其三相电缆各相主要结构特征在于：石墨烯层、超导体层、石墨烯层组成三明治夹芯构型，所述石墨烯层一面与流通液氮的内支撑管芯外侧面相连接，石墨烯层另一面与超导体层相连接，它们分别构成石墨烯复合超导协同结构体；所述三相电缆各相的超导屏蔽层一面与石墨烯层一面相连接，石墨烯层另一面与流通液氮的绝热层波纹管面相连接，它们构成三相平行轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的石墨烯复合超导屏蔽层协同结构体。
上述方案中，所述三相同轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的三相超导层依次沿着同一个轴绕制，整根电缆只采用一个超导屏蔽层，其结构从内到外分别为：内支撑管芯、A相石墨烯层、A相超导体层、A相电气绝缘层、B相石墨烯层、B相超导体层、B相电气绝缘层、C相石墨烯层、C相超导体层、C相电气绝缘层、超导屏蔽层、石墨烯层、绝热层、保护层；其主要结构特征在于，三相电缆的A相超导体层、B相超导体层、C相超导体层各自分别与A相石墨烯层、B相石墨烯层、C相石墨烯层相连接，其中A相石墨烯层一面与流通液氮的内支撑管芯外侧面相连接，它们共同构成石墨烯复合超导协同结构体；所述超导屏蔽层一面与石墨烯层一面相连接，石墨烯层另一面与流通液氮的绝热层波纹管面相连接，它们构成三相同轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的石墨烯复合超导屏蔽层协同结构体。
上述方案中，所述内支撑管芯为石墨烯层与超导体层构成的石墨烯复合超导协同结构体提供支撑；所述内支撑管芯包括：中空液氮通道或中空液氦通道、中空金属波纹管或由金属线绕制的实心股线(即绕线模)；所述的内支撑管芯采用导电和导热性能良好的金属材料，当超导体层发生失超现象时，协同石墨烯层起分流作用，及时导出多余的热量及电流，保护超导石墨烯复合电缆能够恢复正常工作。
上述方案中，所述超导体层包括：铋系超导带材、钇系超导带材、MgB2带材、新型铁基超导带材、低温超导带材；所述铋系超导带材包括：由Bi、Sr、Ca、Cu、O元素按一定原子比组成(简称为BSCCO)，其中包括：Bi2212、Bi2223；所述钇系超导带材包括：分子式为YBa2Cu3O7，简称YBCO或Y123，其中Y元素可被其它稀土元素替代；所述低温超导带材包括：NbTi超导带材、Nb3Sn超导带材、Nb3Al超导带材；所述新型铁基超导带材包括：1111体系(包括：SmOFeAsF、NdOFeAsF)、122体系(包括：BaKFeAs、SrKFeAs)、111体系(包括：LiFeAs)、11体系(包括：FeSe、FeSeTe)。
上述方案中，所述绝热层包括：本体恒温器，由同轴双层波纹管套制，两层波纹管之间抽成真空，可以有效地降低热传导；所述绝热层嵌有多层防辐射金属箔，包括：铝箔，可以有效地降低辐射传热；其绝热层功能是实现石墨烯复合超导体与外部环境绝热，保证石墨烯复合超导体在低温环境下安全工作运行。
上述方案中，所述电气绝缘层包括：热绝缘层、冷绝缘层；所述电气绝缘层包括：聚丙烯复合层压纸(PPLP)、聚酰亚胺纸(PI)、低密度聚乙烯薄膜(LDPE)；所述PPLP绝缘纸包括：采用两层牛皮纸和一层PP膜复合而成的聚乙烯复合纸，其作用是使各层之间电气绝缘。
上述方案中，所述超导屏蔽层包括：采用与超导体层相同的超导带材或相同的超导线材，但绕制方向相反；所述超导屏蔽层与石墨烯层一面相连接，石墨烯层另一面与流通液氮的绝热层波纹管外侧面相连接，它们共同构成石墨烯复合超导屏蔽协同结构体；采用超导屏蔽层将磁场屏蔽在超导电缆内，避免电磁泄漏对其它元件产生影响。
上述方案中，所述保护层包括：普遍橡胶(包括：氯丁胶)、氯乙烯(包括：高、中、低密度，线性低密度)、聚氯乙烯、氯磺化聚乙烯，其作用具有防潮、抗压及耐磨，为超导石墨烯复合电缆提供短路保护及物理、化学、环境、温度、湿度保护。
本发明的超导石墨烯复合电缆与现有技术相比具有以下有益效果：
a、本发明的超导石墨烯复合电缆采用了石墨烯层一面与流通液氮的内支撑管芯外侧面相连接，石墨烯层另一面与超导体层相连接，它们共同构成石墨烯复合超导协同结构体；由于石墨烯层具有优越的导电性能、导热性能，当超导体层由于存在的电磁扰动、机械扰动或遭受故障电流冲击的时候，石墨烯层与内支撑管芯组成的石墨烯复合超导协同结构体可以将超导体产生的失超电流进行分流；石墨烯复合超导协同结构体还可以将超导体产生的失超热量迅速传输给流动液氮的内支撑管芯；由于内支撑管芯采用导电和导热性能良好的金属材料，因此石墨烯层与内支撑管芯能够产生协同效应，促使超导体层失超温度迅速下降，恢复到正常的工作状态，提供了超导石墨烯复合电缆的工作稳定性和安全性。
b、本发明的超导石墨烯复合电缆采用了超导屏蔽层一面与石墨烯层一面相连接，石墨烯层另一面与流通液氮的绝热层波纹管面相连接，它们共同构成石墨烯复合超导屏蔽层协同结构体；超导屏蔽层采用与超导体层相同的超导带材或相同的超导线材，但绕制方向相反；采用超导屏蔽层将磁场屏蔽在超导电缆内，避免电磁泄漏对其它元件产生影响；当超导屏蔽层的超导体产生失超电流或失超热量时，石墨烯层与绝热层中流动液氮的波纹管产生协同作用，将失超电流进行分流，将失超热量迅速传输给流动的液氮，促使超导屏蔽层失超温度迅速下降，恢复到正常的工作状态，提供了超导屏蔽层的工作稳定性和安全性。
c、本发明的三相同轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆，由于采用了三相超导体层依次沿同一个轴绕制，三相超导体层各层均分别设置有石墨烯层和电气绝缘层；由于石墨烯层被置于三相超导体层各层之间，石墨烯层不仅具有优越的导电性能、导热性能，还具有优越的柔韧性及机械强度，因此既能够起到均衡电场作用，也能够协同导出各相超导体层的失超电流或失超热量，同时还能够提高超导电缆的柔韧性、可加工性及机械强度，因此能够显著提高超导电缆的工作稳定性与安全性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是单相冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构示意图；
图2是单相冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构剖面示意图；
图3是单相热绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构示意图；
图4是单相热绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构剖面示意图；
图5是三相平行轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构示意图；
图6是三相平行轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构剖面示意图；
图7是三相同轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构示意图；
图8是三相同轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构剖面示意图。
具体实施例
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1
本发明单相冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构示意图a如图1所示，单相冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构剖面示意图b如图2所示，其结构从内到外分别为：内支撑管芯1、石墨烯层2、超导体层3、石墨烯层4、电气绝缘层5、超导屏蔽层6、石墨烯层7、绝热层8、保护层9；其主要结构特点是电气绝缘层5位于绝热层8内，工作在液氮温度环境下；其主要结构特征在于：石墨烯层2、超导体层3、石墨烯层4组成三明治夹芯构型，石墨烯层2一面与流通液氮10的内支撑管芯1外侧面相连接，石墨烯层2另一面与超导体层3相连接，它们共同构成石墨烯复合超导协同结构体；超导屏蔽层6一面与石墨烯层7一面相连接，石墨烯层7另一面与流通液氮的绝热层8波纹管面相连接，它们共同构成石墨烯复合超导屏蔽层协同结构体。
本实施例1中内支撑管芯1采用中空铜金属波纹管；石墨烯层2和石墨烯层4采用石墨烯薄膜层；超导体层3采用钇系超导带材包括：分子式为YBa2Cu3O7，简称YBCO；电气绝缘层5采用聚丙烯复合层压纸(PPLP)，PPLP绝缘纸采用两层牛皮纸和一层PP膜复合而成的聚乙烯复合纸，其作用是使各层之间电气绝缘；超导屏蔽层6采用与超导体层3相同的钇系超导带材，但绕制方向相反；采用超导屏蔽层6将磁场屏蔽在超导电缆内，避免电磁泄漏对其它元件产生影响；超导屏蔽层6与石墨烯层7一面相连接，石墨烯层7另一面与流通液氮的绝热层8波纹管外侧面相连接，它们共同构成石墨烯复合超导屏蔽协同结构体；石墨烯层7采用石墨烯薄膜层；绝热层8采用本体恒温器，其由同轴双层波纹管套制，两层波纹管之间抽成真空，可以有效地降低热传导；绝热层8嵌有多层防辐射金属箔，采用铝箔，可以有效地降低辐射传热；其绝热层8功能是实现石墨烯复合超导体与外部环境绝热，保证石墨烯复合超导体在低温环境下安全工作运行。保护层9采用聚氯乙烯。
当超导体层3由于存在的电磁扰动、机械扰动或遭受故障电流冲击的时候，石墨烯层2与石墨烯层4可以与内支撑管芯1构成石墨烯复合超导协同结构体，并产生协同作用，迅速将超导体3产生的失超电流进行分流，并迅速将失超热量迅速传输给流动液氮10；由于内支撑管芯1采用导电和导热性能良好的金属材料，因此石墨烯层2和石墨烯层4与内支撑管芯能够共同产生协同效应，促使超导体层3失超温度迅速下降，恢复到正常的工作状态，提供了超导石墨烯复合电缆的工作稳定性和安全性。
本发明的单相冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构采用了超导屏蔽层6一面与石墨烯层7一面相连接，石墨烯层7另一面与流通液氮的绝热层8波纹管面相连接，它们共同构成石墨烯复合超导屏蔽层协同结构体；超导屏蔽层6采用与超导体层2相同的超导带材，但绕制方向相反；采用超导屏蔽层6能够将磁场屏蔽在超导电缆内，避免电磁泄漏对其它元件产生影响；当超导屏蔽层6的超导体产生失超电流或失超热量时，石墨烯层7与绝热层8中流动液氮的波纹管产生协同作用，将失超电流进行分流，将失超热量迅速传输给流动的液氮，促使超导屏蔽层6失超温度迅速下降，恢复到正常的工作状态，提供了超导屏蔽层6的工作稳定性和安全性。
实施例2
本发明单相热绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构示意图c如图3所示，单相冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构剖面示意图d如图4所示，电气绝缘层16置于绝热层15外面，处于环境温度下，其结构从内到外分别为：内支撑管芯11、石墨烯层12、超导体层13、石墨烯层14、绝热层15、电气绝缘层16、超导屏蔽层17、石墨烯层18、保护层19；其主要结构特征在于：石墨烯层12、超导体层13、石墨烯层14组成三明治夹芯构型，石墨烯层12一面与流通液氮20的内支撑管芯11外侧面相连接，石墨烯层12另一面与超导体层13相连接，它们共同构成石墨烯复合超导协同结构体；超导屏蔽层17一面与石墨烯层18一面相连接，它们共同构成石墨烯复合超导屏蔽层协同结构体。
本实施例2中内支撑管芯11采用中空铜金属波纹管；石墨烯层12和石墨烯层14采用石墨烯薄膜层；超导体层13采用铋系超导带材包括：由Bi、Sr、Ca、Cu、O元素按一定原子比组成(简称为BSCCO)，为：2212(Bi2Sr2CaCu2O8-x)；电气绝缘层16采用聚丙烯复合层压纸(PPLP)，PPLP绝缘纸采用两层牛皮纸和一层PP膜复合而成的聚乙烯复合纸，其作用是使各层之间电气绝缘；超导屏蔽层17采用采用与超导体层12相同的铋系超导带材，但绕制方向相反；采用超导屏蔽层17将磁场屏蔽在超导电缆内，避免电磁泄漏对其它元件产生影响；超导屏蔽层17与石墨烯层18一面相连接，它们共同构成石墨烯复合超导屏蔽协同结构体；石墨烯层18采用石墨烯薄膜层；绝热层15采用本体恒温器，由同轴双层波纹管套制，两层波纹管之间抽成真空，可以有效地降低热传导；绝热层15嵌有多层防辐射金属箔，采用铝箔，可以有效地降低辐射传热；其绝热层15功能是实现石墨烯复合超导体与外部环境绝热，保证石墨烯复合超导体在低温环境下安全工作运行。
当超导体层13由于存在的电磁扰动、机械扰动或遭受故障电流冲击的时候，石墨烯层12与石墨烯层14可以将超导体13产生的失超电流或失超热量迅速传输给流动液氮20的内支撑管芯11；由于内支撑管芯11采用导电和导热性能良好的铜金属材料，因此石墨烯层12和石墨烯层14与内支撑管芯共同产生协同效应，迅速将超导体层13产生的失超电流进行分流，将失超热量迅速传输给流动液氮20，促使超导体层13失超温度迅速下降，恢复到正常的工作状态，提供了超导石墨烯复合电缆的工作稳定性和安全性。
本发明的单相热绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构采用了超导屏蔽层17一面与石墨烯层18一面相连接，它们共同构成石墨烯复合超导屏蔽层协同结构体；超导屏蔽层17采用与超导体层13相同的超导带材，但绕制方向相反；采用超导屏蔽层17能够将磁场屏蔽在超导电缆内，避免电磁泄漏对其它元件产生影响；当超导屏蔽层17的超导体产生失超电流或失超热量时，石墨烯层18产生协同作用，将失超电流进行分流，将失超热量迅速传输给流动的液氮，促使超导屏蔽层17失超温度迅速下降，恢复到正常的工作状态，提供了超导屏蔽层17的工作稳定性和安全性。
实施例3
本发明的三相平行轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构示意图e如图5所示，三相平行轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构剖面示意图f如图6所示，三相独立的各相电气绝缘层25均置于一个统一绝热层28里面，ABC三相电缆运行时都处于液氮低温环境下；ABC三相电缆各相结构基本相同，从内到外分别为：内支撑管芯21、石墨烯层22、超导体层23、石墨烯层24、电气绝缘层25、超导屏蔽层26、石墨烯层27、绝热层28、保护层29；其ABC三相电缆各相主要结构特征在于：石墨烯层22、超导体层23、石墨烯层24组成三明治夹芯构型，石墨烯层22一面与流通液氮30的内支撑管芯21外侧面相连接，石墨烯层22另一面与超导体层23相连接，它们分别构成石墨烯复合超导协同结构体；ABC三相电缆各相的超导屏蔽层26一面与各相的石墨烯层27一面相连接，各相的石墨烯层27另一面与流通液氮的统一绝热层28波纹管面相连接，它们构成三相平行轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的石墨烯复合超导屏蔽层协同结构体。
本实施例3中ABC三相电缆各相的内支撑管芯21采用中空铜金属波纹管；各相的石墨烯层22和石墨烯层24采用石墨烯涂层；各相的超导体层23采用MgB2带材；各相的电气绝缘层25采用聚酰亚胺纸(PI)，其作用是使各层之间电气绝缘；各相的超导屏蔽层26采用采用与各相的超导体层23相同的MgB2带材，但绕制方向相反；ABC三相电缆各相采用超导屏蔽层26将磁场屏蔽在超导电缆内，避免电磁泄漏对其它元件产生影响；各相的超导屏蔽层26与各相的石墨烯层27一面相连接，各相的石墨烯层27另一面与流通液氮的统一绝热层28波纹管外侧面相连接，它们共同构成石墨烯复合超导屏蔽协同结构体；各相的石墨烯层27采用石墨烯涂层；绝热层28采用本体恒温器，由同轴双层波纹管套制，两层波纹管之间抽成真空，可以有效地降低热传导；绝热层28嵌有多层防辐射金属箔，采用铝箔，可以有效地降低辐射传热；其绝热层28功能是实现石墨烯复合超导体与外部环境绝热，保证石墨烯复合超导体在低温环境下安全工作运行。
当ABC三相电缆各相超导体层23由于存在的电磁扰动、机械扰动或遭受故障电流冲击的时候，石墨烯层22与石墨烯层24可以将超导体23产生的失超电流或失超热量迅速传输给流动液氮30的内支撑管芯21；由于内支撑管芯21采用导电和导热性能良好的金属材料，因此石墨烯层22和24与内支撑管芯21共同产生协同效应，迅速将超导体层23产生的失超电流进行分流，将失超热量迅速传输给流动液氮30，促使超导体层23失超温度迅速下降，恢复到正常的工作状态，提供了超导石墨烯复合电缆的工作稳定性和安全性。
本发明的三相平行轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构中，ABC三相电缆各相采用了超导屏蔽层26一面与石墨烯层27一面相连接，石墨烯层27另一面与流通液氮的统一绝热层28波纹管面相连接，它们共同构成石墨烯复合超导屏蔽层协同结构体；各相的超导屏蔽层26采用与各相的超导体层23相同的超导带材，但绕制方向相反；采用超导屏蔽层26将磁场屏蔽在超导电缆内，避免电磁泄漏对其它元件产生影响；当各相的超导屏蔽层26的超导体层23产生失超电流或失超热量时，石墨烯层27与绝热层28中流动液氮的波纹管产生协同作用，将失超电流进行分流，将失超热量迅速传输给流动的液氮，促使各相的超导屏蔽层26失超温度迅速下降，恢复到正常的工作状态，提供了各相的超导屏蔽层26的工作稳定性和安全性。
实施例4
本发明的三相同轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构示意图g如图7所示，三相同轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构剖面示意图h如图8所示，ABC三相超导层依次沿着同一个轴绕制，整根电缆只采用一个超导屏蔽层41，其结构从内到外分别为：内支撑管芯31、A相石墨烯层32、A相超导体层33、A相电气绝缘层34、B相石墨烯层35、B相超导体层36、B相电气绝缘层37、C相石墨烯层38、C相超导体层39、C相电气绝缘层40、超导屏蔽层41、石墨烯层42、绝热层43、保护层44；其主要结构特征在于，三相电缆的A相超导体层33、B相超导体层36、C相超导体层39分别与A相石墨烯层32、B相石墨烯层35、C相石墨烯层38相连接，其中A相石墨烯层32一面与内支撑管芯31中流通液氮45的波纹管外侧面相连接，它们共同构成石墨烯复合超导协同结构体；超导屏蔽层41一面与石墨烯层42一面相连接，石墨烯层42另一面与流通液氮的绝热层43波纹管面相连接，它们构成三相同轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的石墨烯复合超导屏蔽层协同结构体。
本实施例4中内支撑管芯31采用中空铜金属波纹管；A相石墨烯层32、B相石墨烯层35、C相石墨烯层38均采用超导石墨烯层，为石墨烯插层复合材料层；A相超导体层33、B相超导体层36、C相超导体层39均采用MgB2带材；A相电气绝缘层34、B相电气绝缘层37、C相电气绝缘层40均采用聚酰亚胺纸(PI)，其作用是使各层之间电气绝缘；超导屏蔽层41采用与超导体层33相同的MgB2带材，但绕制方向相反；采用超导屏蔽层41将磁场屏蔽在超导电缆内，避免电磁泄漏对其它元件产生影响；超导屏蔽层41与石墨烯层42一面相连接，石墨烯层42另一面与流通液氮的绝热层43波纹管侧面相连接，它们共同构成石墨烯复合超导屏蔽协同结构体；石墨烯层42采用石墨烯插层复合材料层；绝热层43采用本体恒温器，由同轴双层波纹管套制，两层波纹管之间抽成真空，可以有效地降低热传导；绝热层43嵌有多层防辐射金属箔，采用铝箔，可以有效地降低辐射传热；其绝热层43功能是实现石墨烯复合超导体与外部环境绝热，保证石墨烯复合超导体在低温环境下安全工作运行。
当A相超导体层33、B相超导体层36、C相超导体层39由于存在的电磁扰动、机械扰动或遭受故障电流冲击的时候，A相石墨烯层32、B相石墨烯层35、C相石墨烯层38可以将超导体层产生的失超电流或失超热量迅速传输给流动液氮45的内支撑管芯31；由于内支撑管芯31采用导电和导热性能良好的金属材料，因此石墨烯层和内支撑管芯31共同产生协同效应，迅速将超导体层产生的失超电流进行分流，将失超热量迅速传输给流动液氮45，促使超导体层失超温度迅速下降，恢复到正常的工作状态，提供了超导石墨烯复合电缆的工作稳定性和安全性。
本发明的三相同轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的结构采用了超导屏蔽层41一面与石墨烯层42一面相连接，石墨烯层42另一面与流通液氮的绝热层43波纹管面相连接，它们共同构成石墨烯复合超导屏蔽层协同结构体；超导屏蔽层41采用与超导体层32相同的超导带材，但绕制方向相反；采用超导屏蔽层41将磁场屏蔽在超导电缆内，避免电磁泄漏对其它元件产生影响；当超导屏蔽层41的超导体产生失超电流或失超热量时，石墨烯层42与流动液氮的绝热层43波纹管产生协同作用，将失超电流进行分流，将失超热量迅速传输给流动的液氮45，促使超导屏蔽层41失超温度迅速下降，恢复到正常的工作状态，提供了超导屏蔽层41的工作稳定性和安全性。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (11)
1.一种超导石墨烯复合电缆，其特征在于，包括：内支撑管芯、石墨烯层、超导体层、绝热层、电气绝缘层、超导屏蔽层和保护层；所述石墨烯层包括：石墨烯薄膜层、石墨烯涂层、石墨烯复合材料层、超导石墨烯层之一；所述超导石墨烯层包括：石墨烯插层复合材料层；所述石墨烯层设有一层或多层；所述超导体层由超导带材或超导线材绕制而成，所述超导体层设有一层或多层；所述石墨烯层一面与流通液氮的内支撑管芯外侧面相连接，石墨烯层另一面与超导体层相连接，所述超导石墨烯复合电缆包括：单相冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆、单相热绝缘型高温超导石墨烯复合电缆、三相平行轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆、三相同轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆之一。
2.根据权利要求1所述的超导石墨烯复合电缆，其特征在于，所述单相冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆结构从内到外分别为：内支撑管芯、石墨烯层、超导体层、石墨烯层、电气绝缘层、超导屏蔽层、石墨烯层、绝热层、保护层；所述电气绝缘层位于绝热层内，工作在液氮温度环境下；所述石墨烯层、超导体层、石墨烯层组成三明治夹芯构型；所述超导屏蔽层一面与石墨烯层一面相连接，石墨烯层另一面与流通液氮的绝热层波纹管面相连接。
3.根据权利要求1所述的超导石墨烯复合电缆，其特征在于，所述单相热绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的电气绝缘层置于绝热层外面，处于环境温度下，其结构从内到外分别为：内支撑管芯、石墨烯层、超导体层、石墨烯层、绝热层、电气绝缘层、屏蔽层、石墨烯层、保护层；所述石墨烯层、超导体层、石墨烯层组成三明治夹芯构型，所述超导屏蔽层一面与石墨烯层一面相连接。
4.根据权利要求1所述的超导石墨烯复合电缆，其特征在于，所述三相平行轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的各相结构从内到外分别为：内支撑管芯、石墨烯层、超导体层、石墨烯层、电气绝缘层、超导屏蔽层、石墨烯层、绝热层、保护层；所述三相电缆各相电气绝缘层位于统一的绝热层内，工作在液氮温度环境下；所述石墨烯层、超导体层、石墨烯层组成三明治夹芯构型；所述三相电缆各相的超导屏蔽层一面与石墨烯层一面相连接，石墨烯层另一面与流通液氮的绝热层波纹管面相连接。
5.根据权利要求1所述的超导石墨烯复合电缆，其特征在于，所述三相同轴冷绝缘型高温超导石墨烯复合电缆的三相超导层依次沿着同一个轴绕制，整根电缆只采用一个超导屏蔽层，其结构从内到外分别为：内支撑管芯、A相石墨烯层、A相超导体层、A相电气绝缘层、B相石墨烯层、B相超导体层、B相电气绝缘层、C相石墨烯层、C相超导体层、C相电气绝缘层、超导屏蔽层、石墨烯层、绝热层、保护层；所述三相电缆的A相超导体层、B相超导体层、C相超导体层各自分别与A相石墨烯层、B相石墨烯层、C相石墨烯层相连接，其中A相石墨烯层一面与流通液氮的内支撑管芯外侧面相连接；所述超导屏蔽层一面与石墨烯层一面相连接，石墨烯层另一面与流通液氮的绝热层波纹管面相连接。
6.根据权利要求1所述的超导石墨烯复合电缆，其特征在于，所述的内支撑管芯采用导电和导热性的金属材料。
7.根据权利要求1所述的超导石墨烯复合电缆，其特征在于，所述超导体层包括：铋系超导带材、钇系超导带材、MgB2带材、新型铁基超导带材、低温超导带材之一；所述铋系超导带材包括BSCCO；所述钇系超导带材包括YBa2Cu3O7，其中Y元素可被其它稀土元素替代；所述低温超导带材包括：NbTi超导带材、Nb3Sn超导带材或Nb3Al超导带材；所述新型铁基超导带材包括：1111体系超导、122体系超导、111体系超导或11体系超导。
8.根据权利要求1所述的超导石墨烯复合电缆，其特征在于，所述绝热层包括由同轴双层波纹管套制的本体恒温器，两层波纹管之间抽成真空；所述绝热层嵌有多层防辐射金属箔。
9.根据权利要求1所述的超导石墨烯复合电缆，其特征在于，所述电气绝缘层包括：热绝缘层、冷绝缘层之一；所述电气绝缘层包括：聚丙烯复合层压纸、聚酰亚胺纸、低密度聚乙烯薄膜之一。
10.根据权利要求1所述的超导石墨烯复合电缆，其特征在于，所述超导屏蔽层采用与超导体层相同的超导带材或相同的超导线材，但绕制方向相反；所述超导屏蔽层与石墨烯层一面相连接，石墨烯层另一面与流通液氮的绝热层波纹管外侧面相连接。
11.根据权利要求1所述的超导石墨烯复合电缆，其特征在于，所述保护层包括氯丁胶、氯乙烯、聚氯乙烯或氯磺化聚乙烯。
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