CN108376584A - 一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆 - Google Patents

Abstract

一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆，包括主导体、绝缘填充层、护套，他的特点是：还包含在主导体表面喷镀涂浸润包裹缠绕其他导电层；其他导电层中至少有两种金属并且电阻率大于主导体；其他导电层中至少一层为铁，至少一层为汞齐中的另一种搭配金属，至少一层为水银；还包含至少一层金属氧化层，该金属氧化层由空气或氧气与另一种汞齐搭配金属发生化学反应生成。

Description

一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆

技术领域

本发明属于电气设备技术领域，尤其是涉及一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆。

背景技术

电缆是供电设备与用电设备之间的桥梁，起传输电能的作用，现有电缆粗大笨重，屏蔽效果差，没有常温超导功能。

现有的高压电缆从内到外一般由导体、半导电导体屏蔽层、TR-XLPE绝缘、半导电绝缘屏蔽层、金属屏蔽层、单芯护层、填充料、防水防腐层、外绝缘护套组成；高压电缆之所以制作繁琐，成本高昂，粗大笨重主要是因为各种屏蔽层造成的，而屏蔽层又不可或缺。

半导电导体屏蔽层(内屏蔽层)通常设置在导电线芯的外表面，由电阻率很低且厚度较薄的半导电材料构成，在导体的表面包有金属化纸带(厚度为0.12mm的电缆低的一面，贴有厚度为0.014mm的铝箔以及橡塑电缆的薄铜皮)或半导体纸带；半导电导体屏蔽层是为了均匀线芯外表面电场，避免因生产工艺而导致的导体表面不光滑以及线芯绞合产生的气隙而造成导体和绝缘发生局部放电。

半导电绝缘屏蔽层(外屏蔽层)在绝缘层外表面，在绝缘表面和护套接触处，也可能存在间隙，电缆弯曲时，油纸电缆绝缘表面易造成裂纹，这些都是引起局部放电的因素。在绝缘层表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的绝缘层有良好接触，与金属护套等电位，从而避免在绝缘层与护套之间发生局部放电。

对于没有金属护套的中低压电力电缆，除了设置有半导电绝缘屏蔽层外，还要增加金属屏蔽层。金属屏蔽层通常由铜带或铜丝绕包而成，主要起到屏蔽电场的作用。

电缆加装接地线，主要是为了保护在电缆发生绝缘击穿故障或线芯中通过较大故障电流时，金属护套的感应电压可能使得绝缘击穿，引起电弧，使金属护套烧穿。

传统的单根电线不能带屏蔽层穿钢管，否则通过电流会产生涡流而发热的。

长距离高压架空绝缘电缆使用单根布置，这种电缆要经受雷击过电压，特别是在南方植被覆盖的山区，雷击电线缆经常发生，对绝缘能力有很高的要求。

由于各种屏蔽层的存在又衍生出诸多分情况接地问题；

高压电缆各种繁琐的制作工艺，各种高技术的接地问题，导致了高压电缆各种缺陷。

1、在电缆生产过程中容易出现绝缘屏蔽厚度不均匀、内外屏蔽有突起、电缆受潮、电缆金属护套密封不良等问题。

2、电缆接地系统中的电缆接地箱、电缆接地保护箱(带护层保护器)、电缆交叉互联箱、护层保护器等经常因为箱体密封不好进水导致多点接地，引起金属护层感应电流过大。

3、在施工过程中在绝缘表面难免会留下细小的滑痕，半导电颗粒和砂布上的沙粒经常嵌入绝缘中，暴露在空气中的绝缘层容易吸收水分，暴力拖拽弯折导致半导电层形成裂纹缝隙易造成绝缘击穿，这些都给长期安全运行留下隐患。

现有电缆的超导功能均为通过大幅度的降低环境温度实现的，成本高昂，粗大笨重，不能弯折。

为了避免上述缺陷，本发明目的是提供一种制作简单，成本低廉，抗干扰抗过电压并且具有损伤自愈功能的常温超导电缆，为电力传输提供一场全面的技术升级改造，为电力系统更可靠安全稳定的运行做出贡献。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆，包括主导体、绝缘填充层、护套，他的特点是：还包含在主导体表面喷镀涂浸润包裹缠绕其他导电层；其他导电层中至少有两种金属；其他导电层中至少有一层为铁主材质，至少一层为汞齐中的另一种搭配金属，至少一层为水银；还包含至少一层金属氧化层，该金属氧化层由空气或氧气与另一种汞齐搭配金属发生化学反应生成。

上文所述一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆，他的特点是：所述的其他导电层中至少有一层为铁主材质，该铁主材质可以使用其他不溶于汞的导电材质代替。铁主材质的作用是阻止汞溶解内层主导体。

上文所述一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆，他的特点是：所述主导体的材质为铜主材质或铝主材质，其他导电层中至少包含锡、铝、锌、铅、石墨中的一种或多种组合。

本文定义：主材质为纯某种元素以及以某元素为主添加了其他元素的材料，例如：铝主材质为纯铝或以铝元素为主添加了其他元素的合金。铁主材质包含白铁、铸铁、钢、不锈钢等以铁元素为添加了其他元素的合金。铜主材质包含纯铜、紫铜、黄铜、康铜以及以铜元素为主添加了其他元素的合金。

上文所述一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆，他的特点是：使用常温超导电线缆传输电能时，从其他导电层接入电能，当常温超导电线缆和普通电缆连接时，使用常温超导电线缆的其他导电层和普通电缆的主导线相连。

所述的喷镀涂浸润包裹缠绕其他导电金属层可以使用相应的金属箔纸代替。

上文所述的一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆，他的特点是：所述的其他导电层可以多层重复布置。重复布置包含直接重复布置和添加绝缘材料后重复布置。

上文所述的一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆，他的特点是：至少三条及以上经过本发明工艺制作的电线缆挤压在一起添加护套形成多芯电线缆。

上文所述的一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆，他的特点是：此电线缆具有常温超导功能，在等同常温下经过本发明工艺制造的电线缆的载流量大于将该电线缆进行无形变物理分解后各导体金属的载流量之和。

上文所述的一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆，他的特点是：将传统发电机、电动机、变压器中使用的电线缆更换为本发明工艺制造的电线缆之后，该发电机、电动机、变压器的额定容量成倍增加。

本发明中电缆产生超导现象，是在制造无漏磁无干扰电缆时的偶然发现，在依照上述方法制造电缆时发现，该电缆在通过经验上的极限电流后竟然不发热，于是猜测该电缆是否具有超导特性，然后增加电缆两端的横截面积进行测试，果然出现了部分超导现象。

原因分析：传统方案通过降低环境温度致使部分金属电阻突然降低为零出现超导现象，而本发明是通过逐渐逐级在主导体上包裹其他金属层，这些其他金属层将主导体原来本应该辐射散发出去的电磁波重新阻挡回了原主导体内部，这些原本要散失掉的能量重新回到主导体内重新生成电子从而增大了主导体载流量。因为屏蔽电磁波仅需要纳米级别厚度的其他金属材料即可做到，而得到的电流增益远远大于成本支出，因此此方法具有经济效益，而传统方案需要大范围的降低温度才能达到超导状态，并且需要使用稀有贵重金属，成本太高，看上去很美，很难大规模应用。理论上讲只要将所有的导电材料逐层涂抹覆盖到某材质导线上，该某材质导线就会达到超导状态，此种制造超导材料的方法简单易行，成本低廉。

采用本文逐层屏蔽法获得的超导电流是逐级增大的，超导比例与输入电能的电压等级、覆盖导体的电阻率、覆盖导体的厚度、覆盖导体的层数均有关系。超导比例最高值远远大于 300％。

水银不溶于铁，但可以溶于其他金属并将该金属游离化形成水银合金俗称汞齐，汞齐表面游离的金属极易与空气氧化形成半导电氧化层或形成氧化绝缘层。金属在空气中直接氧化和金属形成汞齐后在空气中氧化的速度相差百倍，以铝为例，固相铝和液相汞接触后会将致密的金属铝溶解，此时铝原子游离出来并逃逸至液相汞表面会和空气中的氧气结合生成氧化铝，大量的氧化铝会堆集生成氧化铝绝缘保护层，由于氧化铝的密度比水银低，氧化铝绝缘保护层覆盖在水银表面。当汞少铝多至少，液相会消失，仅仅出现固态坚硬绝缘的氧化铝保护层，当汞同时溶解多种金属之时，这些不同种类的金属会分层布置；氧化锡为半导电材料，氧化铝为绝缘材料，氧化锌为具有开关功能的非线性伏安电阻材料，氧化铅有毒其散发的气味可以驱鼠，避免电缆被咬伤。

在水银中投放多种金属，该不同金属在电磁场的束缚下可以以主导体为中心，成同心园状逐层的屏蔽电磁波。

在多股铜导线表面缠绕包裹铁铠或铁箔，此过程中可以对多股铜线进行紧轧，尽可能少的降低多股铜线之间的缝隙(以不使导线变形即可，因为导线集肤效应原理在使用等同体积导体材料制造等同长度的导线表面积越大导电能力越强，因此多股导线之间的缝隙并非越少越好)，捆扎之后喷涂浸润包裹缠绕具有良好延展性的金属锡箔(或铝箔、铅箔)用来密封铁铠缝隙，此之后浸润水银并晾干或吹空气或吹氧，此时水银和锡产生反应生成锡汞齐并进一步在表面氧化形成氧化锌半导电材料。

如果捆扎之后喷涂浸润金属铝材料用来密封铁片条之间可能存在的缝隙，水银和铝混合反应生成铝汞齐之后继续氧化在表面形成氧化铝绝缘材料，氧化铝材料不溶于水、耐2000℃高温防火，莫氏硬度为9硬度高。

缠绕铁铠并覆铝这种方案虽然不能百分百形成超导体，但可以将主导体的载流量提高 60％，最为经济，最易推广。此方法在铜主材质导线上缠绕包裹薄铁铠并覆铝浸泡水银可以同时形成铠装层、无缝隙屏蔽层、高电阻缓冲层、绝缘层，而且形成坚硬防火耐高温防水防腐的保护膜。本方法中铁箔、铝箔本身也承担一部分导电功能。

此发明的优点：

1、本发明开创性的公开了一种通过逐层屏蔽主导体电磁波，从而使金属材料获得超导特性的新方法，和通过降低温度获得超导材料的方法相比，简单易行，成本低廉。

大面积使用本常温超导电缆可以大面积降低线路传输能量损失，节省电线缆原材料，使用此种电线缆制作电动机、发电机、变压器时，在体积不变的情况下，电动机额定功率成倍提高，在动力不变的情况下，运用到船舶军舰中可以节省宝贵的空间。

2、本发明超导电缆可双重(层)屏蔽无漏磁，外屏蔽层再无感应电压，再无触电事故的发生、输配电可靠性提高千百倍。

本发明超导电缆在主导体表面依次喷镀涂浸润包裹缠绕铁铠，再包裹铝、锡、锌、铅、石墨中的至少两种金属或材料后喷涂水银，形成致密的金属氧化物隔离保护层，填充绝缘物后再次形成无缝隙的金属隔离屏蔽层，由于多种金属薄膜的“无缝隙”屏蔽作用，双层屏蔽后再无漏磁和感应电压，不会干扰其他邻近的电气设备也不会被其他电气设备干扰。此电缆可以平行布置、交叉布置、穿钢管布置。

传统电缆仅使用铜带物理卷绕，因此会出现物理缝隙，此缝隙足以泄露磁场，泄露的磁场遇到导体后产生感生电压，危及人事安全。屏蔽磁场的最佳材料是铁而不是铜，传统厂家使用铜带屏蔽即浪费了钱而且效果不好。

3、此超导电缆具有耐踩踏、耐震动、耐碾压、可弯折并具有断裂损伤自愈功能，等同于人体的轻微伤口自愈功能。

在施工过程中偶有电缆被非己方挖掘损伤，在地质灾害发生时，电缆难免被拉伸剪切断裂损伤，此时传统电缆的半导电导体防护层和绝缘防护层会破损，引起高压泄露放炮损坏电缆报废，而本电缆在断裂损伤时，防护层中的汞会流到金属防护层或绝缘防护层损伤处，对铝金属裂缝或氧化铝裂缝进行自愈修复，重新生成氧化铝绝缘层，不会造成灾害蔓延扩大。

4、此超导电缆，单芯架空使用时，具有抗雷击、过滤雷击、消耗化解避免雷击影响的作用并且具有事后损伤自愈功能。

当雷电击穿外层传统的绝缘防护时，由具有绝缘性能的氧化铝进行再防护，当此层防护被破坏时，雷电击打在内层高电阻率材料铝汞齐合金和金属铁上，雷击高电压电流将被这些高电阻率材料阻挡，并产生大量热量，一部分热能通过辐射散掉，一部分热能将氧化铝还原成金属汞和金属铝(此过程吸收热量)，待雷击过后该雷击处又逐渐缓慢形成铝汞齐并再次形成氧化铝绝缘保护层。

大量布置此智能电缆等同于拥有了一个雷击防护蛛网，无需在“野外空旷的”输变电线路中布置氧化锌避雷器来卸掉雷击过电压，因为经过长距离的线路传输，高电阻率材料-铁、铝、汞、氧化铝已经将雷击能量消耗掉，线路中已经没有雷击过电压了。即便布置避雷器仅需在紧邻设备处布置即可。

5、此超导电缆具有抗过电压和吸附平滑过电压的作用，当长距离布置时无需在线路中安装过电压保护设备。

当超高尖峰电压通过智能电缆横向运动时，在高电阻率金属铁、铝、水银三层阻挡之后，尖峰电压携带的能量被消弱到原来的1/58，这样被削弱的尖峰电压在被氧化铝绝缘膜阻挡隔离之后、再被外层绝缘护套阻挡，已经不可能对外界电气设备造成损伤。

该尖峰电压仅能顺着线路纵向传输，但此传输过程时，三层高电阻率的金属材料就会如同长距离的河渠平滑急流一样，能够对尖峰电压进行平波抑制吸附最终达到消除的作用。

6、此超导电缆具有谐波吸附作用，当长距离布置时无需在线路中安放谐波吸收设备。

当高次谐波流经此种智能电缆之时，谐波会被导体表面的铁、铝、汞、氧化铝缓慢的吸收，当电缆足够长时，谐波会被消耗吸收清除。此功能可以大大降低现有供电线路中谐波消除设备的投入数量。

7、本常温超导电线缆，具有火灾预警功能。

当此种电缆途经火灾将要发生之地时，电缆中的锡(铝)汞齐会被热辐射还原为锡和水银，氧化绝缘层和半绝缘层被破坏中断并被导入线电压，此时在不同远处向绝缘层或半绝缘注入脉冲高电压，根据注入地点离火灾处的远近，该电压衰减的幅度时间不同，距离越近衰减的幅度越大约迅速，以此种原理，在等间隔地点，间歇的注入脉冲电压并测量记录衰减幅度和时间是否有变化来判断预测线路是否有火灾隐患或险情。

8、此超导电缆可以布置在下水道，无需挖沟施工埋设。

此智能电缆当添加了少量锌铅材料时，可以形成覆铝锌保护膜，具有天然的防水防腐效果，可以完全取代了传统电缆中的防水防腐保护层并优于传统的防水防腐效果，传统的防水防腐层一旦损耗即会引起绝缘击穿，电缆报废引起断电。而此种电缆的防水防腐保护层可以再生损伤自愈，故此种电缆无需挖沟布置，可以直接从下水管道中穿行，节省大量的挖沟施工费用，可以用作海底电缆防海水腐蚀；可以用作潜艇电缆，军事上的防干扰电缆，油田中的防火电缆，矿井中的防爆电缆。氧化铅和氧化汞有毒，本电缆具有防鼠咬功能。

9、此超导电缆同等载流量情况下电缆轻便纤细。

此超导电缆的铁-铝-汞-氧化铝防护层的厚度为：0.2mm铁箔+0.2mm铝箔+液体汞0mm+0.1mm氧化铝＝0.5mm，即便如此微薄，但功能强大，在等同绝缘强度要求下，电缆直径更加纤细，施工敷设更加迅速，人工费用降低；电缆接头简单容易没有技术含量，单个电缆木盘装载量高，单位米运输成本低。

10、本常温超导电线缆，由于采用喷镀涂浸润包裹缠绕技术进行屏蔽保护，用料极少，电缆横截面直径占用的非导体物理空间降低50％，由于铁材料屏蔽比铜材料屏蔽便宜电缆非导体成本降低50％，当本超导电阻在铜表面包裹铁铠、铝箔、喷涂少量铅石墨材料之时，超导率可达61％，使用此电缆可以节约铜材料。

考虑到布置本电缆后可以免除传统昂贵的通过检测温度变化实现的火灾预警系统的成本，各种非电缆本体的接地系统成本，减少使用的非电缆本体的防雷防过电压成本，减少使用的非电缆本体的滤波装置成本，本电缆具有巨大的经济价值和推广意义。

附图说明

图1电缆横截面结构示意图

图2传统电缆和本发明电缆在输电线路中的连接示意图

图中：1主导体 2铁箔屏蔽层 3铝箔屏蔽层 4水银屏蔽层

5氧化铝绝缘层 6绝缘填充层 7护套 8传统电缆中的导体

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆，包括铜主导体1、绝缘填充层6、护套7他的特点是：在铜主导体表面捆扎包裹缠绕铁形成铁箔屏蔽层2，然后在铁箔屏蔽层上包裹缠绕铝箔形成铝箔屏蔽层3并同时喷涂浸润水银形成水银屏蔽层4，晾干或吹氧形成铝汞齐，铝汞齐表面氧化后形成氧化铝绝缘层5，此后按照传统工艺包裹绝缘填充层6和护套7，此步骤后电缆即为单芯成品，多个经过如此处理的导线挤压捆扎包裹在一起可以形成多芯电线缆。

第二重防护时：使用加厚的双面铝箔纸代替铝箔叠加缠绕包铁层，边缠绕边在铝箔纸外层喷涂水银，外层的铝箔层与水银接触形成铝汞齐并氧化形成氧化铝绝缘层，而内层未接触水银，铝箔层完好并由纸质材料隔离，此方法还可以得到一层铝材质导电层。此方法形成的电缆在与高温火烧时，铝导电层和铝汞齐氧化层被还原层金属铝和水银，水银将内层铜铁的电压传递到氧化铝绝缘层，在不同处向氧化铝绝缘层注入脉冲高电压，根据该电压衰减的速度和幅度可以探测预警到火灾的发生。

水银的比重很大，浸润水银的方法可以采用提斗浇灌法、水泵喷洒法、吹气浸泡法。

为了节约成本可以直接缠绕覆铝钢板或覆铝锌钢板板或覆锡钢板直接形成前两层防护，然后在防护层表面喷涂水银对该防护层进行无缝密封并生成绝缘或半绝缘的金属氧化物防护层。这种方法的弊端是生产的氧化金属层太薄，改善方法是加大金属涂层厚度后再喷涂覆盖水银涂层。包裹铜主导体使用的薄铁铠(铁箔)和铝箔达到0.1mm²即可。

本常温超导电线缆，由于主导体常常由多股纤芯搅和扭转连接在一期，因此其表面第一层铁防护层使用薄铁铠缠绕包裹紧固，当制作低压电线缆柜内铜排时，第一层铜表面的铁防护层可以采用电镀法或喷涂法生成。采用电镀法或喷涂法覆盖生产铁防护层、铝(锡)防护层、水银防护层用料省，成本低，但工艺略复杂，而采用铁箔和铝箔纸(锡箔纸)缠绕包裹法生产防护层，可以利用原有工艺设备，但略微费料。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (7)

1.一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆，包括主导体、绝缘填充层、护套，其特征在于：还包含在主导体表面喷镀涂浸润包裹缠绕其他导电层；其他导电层中至少有两种金属；其他导电层中至少有一层为铁主材质，至少一层为汞齐中的另一种搭配金属，至少一层为水银；还包含至少一层金属氧化层，该金属氧化层由空气或氧气与另一种汞齐搭配金属发生化学反应生成。

2.根据权利要求1所述一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆，所述的其他导电层中至少有一层为铁主材质，其特征在于：该铁主材质可以使用其他不溶于汞的导电材质代替。

3.根据权利要求1所述一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆，其特征在于：所述主导体的材质为铜主材质或铝主材质，其他导电层中至少包含锡、铝、锌、铅、石墨中的一种或多种组合。

4.根据权利要求1、2所述一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆，其特征在于：使用常温超导电线缆传输电能时，从其他导电层接入电能，当常温超导电线缆和普通电缆连接时，使用常温超导电线缆的其他导电层和普通电缆的主导线相连。

5.根据权利要求1、2所述一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆，其特征在于：所述的其他导电层可以多层重复布置。

6.根据权利要求1、2所述一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆，其特征在于：至少三条及以上经过本发明工艺制作的电线缆挤压在一起添加护套形成多芯电线缆。

7.根据权利要求1、2所述一种逐层屏蔽无漏磁损伤自愈常温超导电线缆，其特征在于：此电缆具有常温超导功能，在等同常温下经过本发明工艺制造的电线缆的载流量大于将该电线缆进行无形变物理分解后各导体金属的载流量之和。