CN109065257A - 一种双层电磁屏蔽高温超导电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双层电磁屏蔽高温超导电缆，包括：超导导体层、金属颗粒屏蔽层和金属薄膜屏蔽层；所述超导导体层外依次绕包第一电气绝缘层和所述金属薄膜屏蔽层，所述超导导体层、所述第一电气绝缘层和所述金属薄膜屏蔽层构成超导导体芯；在所述超导导体芯外设置有低温恒温器；所述金属颗粒屏蔽层缠绕于所述低温恒温器的外壁；所述金属颗粒屏蔽层外还设置有保护套。本发明解决了金属薄膜容易引起额外的涡流损耗，且在制造、使用中容易破损，导致屏蔽效果受限；网状金属线制造工艺复杂，而且往往需要更大的屏蔽层厚度，才能实现更完善的屏蔽效果的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及超导电缆技术领域，尤其涉及一种双层电磁屏蔽高温超导电缆。
背景技术
随着工业和经济的快速发展，人们对电能的需求量增加迅速，对电网输电密度和电容量要求也逐渐增加。与传统铜电缆相比，高温超导电缆具有传输电流密度大、重量轻、损耗低、传输容量大的优势，从能源资源的角度，也具有节约资源、环境友好的优势。未来，应用高温超导电缆进行电力传输将是很有前景的发展方向之一。而目前，已经有许多应用于短距离大电流电力传输的实验线路进行了并网运行测试，运行效果良好。
高温超导电缆系统一般包含电缆本体、制冷系统、电缆终端、检测保护四个部分，其中电缆本体是其核心，一般包含骨架、导冷通路、通电导体、电绝缘、屏蔽层等部分。对一般电缆而言，屏蔽层是为了保证在有电磁干扰的环境下，增强输电系统抵御外来强干扰的能力，以及抑制系统本身向外电磁干扰的作用。而对于高温超导电缆而言，一方面它具有更高的传输电流密度，即对外电磁辐射更强于普通电缆；另一方面，二代高温超导电缆受到外界动、静磁场干扰时，可能产生更高的传输损耗。因此，合理设计电缆结构，解决超导电缆的电磁屏蔽问题，是推动超导电缆实用化过程中必须解决的技术问题。
当前，对高温超导电缆电磁屏蔽方案的研究并不充分，继承常规屏蔽导线的方法，多采用金属薄膜作为屏蔽层或者使用编织成网状的金属线。金属薄膜是非常常见的电磁屏蔽方案，它制造方便，原料易得，但是金属薄膜是连续薄层状结构，容易引起额外的涡流损耗，且金属箔在制造、使用中容易破损，导致屏蔽效果受限；网状金属线制造工艺复杂，适应各种结构的线缆形式比较困难，而且往往需要更大的屏蔽层厚度，以实现更完善的屏蔽效果，这对于具有复杂结构的超导电缆而言是非常不利的。
发明内容
本发明提供了一种双层电磁屏蔽高温超导电缆，解决了金属薄膜容易引起额外的涡流损耗，且在制造、使用中容易破损，导致屏蔽效果受限；网状金属线制造工艺复杂，而且往往需要更大的屏蔽层厚度，才能实现更完善的屏蔽效果的技术问题。
本发明提供了一种双层电磁屏蔽高温超导电缆，包括：
超导导体层、金属颗粒屏蔽层和金属薄膜屏蔽层；
所述超导导体层外依次绕包第一电气绝缘层和所述金属薄膜屏蔽层，所述超导导体层、所述第一电气绝缘层和所述金属薄膜屏蔽层构成超导导体芯；
在所述超导导体芯外设置有低温恒温器；
所述金属颗粒屏蔽层缠绕于所述低温恒温器的外壁；
所述金属颗粒屏蔽层外还设置有保护套。
可选地，所述超导导体层内设置有铜支撑管。
可选地，所述低温恒温器的外壁与所述金属颗粒屏蔽层之间还设置有屏蔽层内层包套。
可选地，所述保护套具体包括屏蔽层外层包套以及外保护套。
可选地，所述超导导体芯的数量为至少一根；
两根或两根以上所述超导导体芯采用多芯平行式排布。
可选地，所述低温恒温器具体包括低温恒温器外壁、液氮通路和低温恒温器内壁；
所述液氮通路中充满冷却液氮。
可选地，所述超导导体层包括至少两层超导带材；
至少两层所述超导带材之间的旋向相逆；
所述超导带材的层与层之间包括第二电气绝缘层。
可选地，所述金属颗粒屏蔽层为厚度0.1-0.5毫米的嵌入金属颗粒的酚醛树脂层。
可选地，所述金属颗粒为镍系合金颗粒或铁系合金颗粒。
可选地，所述金属薄膜屏蔽层为铝箔或铜箔。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种双层电磁屏蔽高温超导电缆，包括：超导导体层、金属颗粒屏蔽层和金属薄膜屏蔽层；所述超导导体层外依次绕包第一电气绝缘层和所述金属薄膜屏蔽层，所述超导导体层、所述第一电气绝缘层和所述金属薄膜屏蔽层构成超导导体芯；在所述超导导体芯外设置有低温恒温器；所述金属颗粒屏蔽层缠绕于所述低温恒温器的外壁；所述金属颗粒屏蔽层外还设置有保护套。
本发明通过金属颗粒屏蔽层和金属薄膜屏蔽层的双层屏蔽结构，将金属薄膜屏蔽层置于内部，避免金属薄膜屏蔽层的破损以及屏蔽效果变差的问题，同时由于金属颗粒屏蔽层的柔性更强，几何适应性更好，可适应各种尺寸和形状的电缆需求，最终通过双层屏蔽达到更强的电磁屏蔽效应，解决了金属薄膜容易引起额外的涡流损耗，且在制造、使用中容易破损，导致屏蔽效果受限；网状金属线制造工艺复杂，而且往往需要更大的屏蔽层厚度，才能实现更完善的屏蔽效果的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种双层电磁屏蔽高温超导电缆的剖视图；
图2为本发明实施例中超导导体层的剖视图；
图3为本发明实施例中超导导体层的展开图；
其中，附图标记为：
1、外保护套；2、屏蔽层外层包套；3、金属颗粒屏蔽层；4、屏蔽层内层包套；5、低温恒温器；6、金属薄膜屏蔽层；7、第一电气绝缘层；8、超导导体层；9、铜支撑管；10、第二电气绝缘层；8-1、外层超导带材；8-2、中层超导带材；8-3、内层超导带材。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种双层电磁屏蔽高温超导电缆，解决了金属薄膜容易引起额外的涡流损耗，且在制造、使用中容易破损，导致屏蔽效果受限；网状金属线制造工艺复杂，而且往往需要更大的屏蔽层厚度，才能实现更完善的屏蔽效果的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供了一种双层电磁屏蔽高温超导电缆的一个实施例，包括：
超导导体层8、金属颗粒屏蔽层3和金属薄膜屏蔽层6；
超导导体层8外依次绕包第一电气绝缘层7和金属薄膜屏蔽层6，超导导体层8、第一电气绝缘层7和金属薄膜屏蔽层6构成超导导体芯；
在超导导体芯外设置有低温恒温器5；
金属颗粒屏蔽层3缠绕于低温恒温器5的外壁；
金属颗粒屏蔽层3外还设置有保护套；
需要说明的是，超导导体层8为主要导电功能结构，第一电气绝缘层7保证芯线间即超导导体芯与外部的电气绝缘，金属薄膜屏蔽层6作为第二屏蔽层加强屏蔽效果，且厚度很小，相比网状结构更省空间；
低温恒温器5置于超导导体芯的外部，通过一套低温恒温器5可以对多个超导导体芯进行制冷，效率更高；
本发明实施例通过金属颗粒屏蔽层3和金属薄膜屏蔽层6的双层屏蔽结构，将金属薄膜屏蔽层6置于内部，避免金属薄膜屏蔽层6的破损以及屏蔽效果变差的问题，同时由于金属颗粒屏蔽层3的柔性更强，几何适应性更好，可适应各种尺寸和形状的电缆需求，最终通过双层屏蔽达到更强的电磁屏蔽效应，解决了金属薄膜容易引起额外的涡流损耗，且在制造、使用中容易破损，导致屏蔽效果受限；网状金属线制造工艺复杂，而且往往需要更大的屏蔽层厚度，才能实现更完善的屏蔽效果的技术问题。
进一步地，超导导体层8内设置有铜支撑管9；
需要说明的是，铜支撑管9为绕制提供内侧支撑和导引。
进一步地，低温恒温器5的外壁与金属颗粒屏蔽层3之间还设置有屏蔽层内层包套4。
进一步地，保护套具体包括屏蔽层外层包套2以及外保护套1；
需要说明的是，屏蔽层外层包套2与外保护套1的内壁接触，为了提高粘附效果，屏蔽层外层包套2选用与外保护套1的内壁相同或相近的材质材料。
进一步地，超导导体芯的数量为至少一根；
两根或两根以上超导导体芯采用多芯平行式排布；
需要说明的是，如图1所示，图1以三芯为例，多芯平行式排布可以达到较高的通流能力，具体芯数可以根据实际情况确定。
进一步地，低温恒温器5具体包括低温恒温器外壁、液氮通路和低温恒温器内壁；
液氮通路中充满冷却液氮。
进一步地，超导导体层8包括至少两层超导带材；
至少两层超导带材之间的旋向相逆；
超导带材的层与层之间包括第二电气绝缘层10；
需要说明的是，如图2和图3所示，图2和图3以超导导体层8包括三层超导带材为例，分别为外层超导带材8-1、中层超导带材8-2和内层超导带材8-3，在外层超导带材8-1和中层超导带材8-2之间，以及中层超导带材8-2与内层超导带材8-3之间均设置有第二电气绝缘层10；
外层超导带材8-1、中层超导带材8-2和内层超导带材8-3绕制旋向相逆。多层超导层可以获得更高的通流能力，其具体层数由载流要求、带材临界电流密度和铜支撑管9的外径决定；为保证更好的均流效果，一般选择超导带材绕制旋向相逆；以使得导体每层电感几乎相同为原则，具体确定绕制截距和绕制角度。
进一步地，金属颗粒屏蔽层3为厚度0.1-0.5毫米的嵌入金属颗粒的酚醛树脂层。
进一步地，金属颗粒为镍系合金颗粒或铁系合金颗粒；
需要说明的是，金属颗粒屏蔽层3使用厚度0.1-0.5毫米的嵌入金属颗粒的酚醛树脂层。其中金属颗粒可以选用镍系合金颗粒或铁系合金颗粒，其中镍系合金颗粒价格相较铁系合金颗粒较高，但屏蔽效果更佳。金属颗粒的粒度、密度也会影响屏蔽效果。若选用镍系合金颗粒，宜取金属颗粒的粒度在0.01-0.1微米之间，能够有效吸收电磁波；权衡屏蔽效果与成本，镍系合金颗粒在酚醛树脂层的密度应选择为10-50个/立方毫米。
进一步地，金属薄膜屏蔽层6为铝箔或铜箔。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种双层电磁屏蔽高温超导电缆，其特征在于，包括：
超导导体层、金属颗粒屏蔽层和金属薄膜屏蔽层；
所述超导导体层外依次绕包第一电气绝缘层和所述金属薄膜屏蔽层，所述超导导体层、所述第一电气绝缘层和所述金属薄膜屏蔽层构成超导导体芯；
在所述超导导体芯外设置有低温恒温器；
所述金属颗粒屏蔽层缠绕于所述低温恒温器的外壁；
所述金属颗粒屏蔽层外还设置有保护套。
2.根据权利要求1所述的双层电磁屏蔽高温超导电缆，其特征在于，所述超导导体层内设置有铜支撑管。
3.根据权利要求1所述的双层电磁屏蔽高温超导电缆，其特征在于，所述低温恒温器的外壁与所述金属颗粒屏蔽层之间还设置有屏蔽层内层包套。
4.根据权利要求1所述的双层电磁屏蔽高温超导电缆，其特征在于，所述保护套具体包括屏蔽层外层包套以及外保护套。
5.根据权利要求1所述的双层电磁屏蔽高温超导电缆，其特征在于，所述超导导体芯的数量为至少一根；
两根或两根以上所述超导导体芯采用多芯平行式排布。
6.根据权利要求1所述的双层电磁屏蔽高温超导电缆，其特征在于，所述低温恒温器具体包括低温恒温器外壁、液氮通路和低温恒温器内壁；
所述液氮通路中充满冷却液氮。
7.根据权利要求1所述的双层电磁屏蔽高温超导电缆，其特征在于，所述超导导体层包括至少两层超导带材；
至少两层所述超导带材之间的旋向相逆；
所述超导带材的层与层之间包括第二电气绝缘层。
8.根据权利要求1所述的双层电磁屏蔽高温超导电缆，其特征在于，所述金属颗粒屏蔽层为厚度0.1-0.5毫米的嵌入金属颗粒的酚醛树脂层。
9.根据权利要求8所述的双层电磁屏蔽高温超导电缆，其特征在于，所述金属颗粒为镍系合金颗粒或铁系合金颗粒。
10.根据权利要求1所述的双层电磁屏蔽高温超导电缆，其特征在于，所述金属薄膜屏蔽层为铝箔或铜箔。
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