CN109494011A - 一种低成本超导电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超导电缆，包括电缆骨架，电缆骨架外侧依次间隔绕包隔电膜与超导层，相邻超导层之间由隔电膜间隔，最外层超导层外绕包隔电膜，最外层的隔电膜外依次设置第一金属波纹管层与第二金属波纹管层，第一金属波纹管层与第二金属波纹管层之间呈真空态，构成隔热层，第一金属波纹管层由沿超导电缆长度方向间隔设置的第一金属波纹管组成，第二金属波纹管层由沿超导电缆长度方向间隔设置的第二金属波纹管组成，相邻的第一金属波纹管或第二金属波纹管之间绕包半导电带，第二金属波纹管层外侧设置屏蔽层与外护层；电缆骨架内部充满冷却液体。本发明优化提升超导电缆各层连接的性能，使得电缆长期运行保证安全有效的高效性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆，尤其是涉及一种低成本超导电缆。
背景技术
随着国家经济的迅速发展，架设电缆的需求也日益提高，已广泛应用于电力系统、电力传输容量的增大，超导体也开始应用，而超导材料的零电阻特性是在低温下呈现的，因此导体周围的空间以及绝缘结构等都需要特殊设计，电缆结构及运行过程，电缆结构运行过程复杂、成本高，但是有些企业在研发一些冷绝缘材料，但是效果和性能依然不在明显还是不能保证30年使用寿命。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低成本超导电缆。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种超导电缆，包括电缆骨架、隔电膜、超导层、第一金属波纹管层、第二金属波纹管层、屏蔽层与外护层，所述电缆骨架外侧依次间隔绕包隔电膜与超导层，相邻超导层之间由隔电膜间隔，最外层超导层外绕包隔电膜，最外层的隔电膜外依次设置第一金属波纹管层与第二金属波纹管层，所述第一金属波纹管层与第二金属波纹管层之间留有间隔，所述第一金属波纹管层与第二金属波纹管层之间呈真空态，构成隔热层，所述第一金属波纹管层由沿超导电缆长度方向间隔设置的第一金属波纹管组成，相邻的第一金属波纹管之间绕包半导电带，所述第二金属波纹管层由沿超导电缆长度方向间隔设置的第二金属波纹管组成，相邻的第二金属波纹管之间绕包半导电带，所述第二金属波纹管层外侧设置屏蔽层，所述屏蔽层外侧设置外护层；所述电缆骨架内部充满冷却液体。
进一步地，所述第一金属波纹管层与第二金属波纹管层之间设置有支架层，所述支架层对称分布在所述第一金属波纹管层与第二金属波纹管层之间。
进一步地，所述支架层采用圆形铜包铝丝，所述铜包铝丝的直径等于第一金属波纹管层与第二金属波纹管层之间的距离。
进一步地，所述第一金属波纹管层中，第一金属波纹管的长度为1.2-1.5mm，相邻两个第一金属波纹管之间的节距为18mm，所述第一金属波纹管的厚度为1.5-2.2mm，
所述第二金属波纹管层中，第二金属波纹管的长度为1.2-1.5mm，相邻两个第二金属波纹管之间的节距为18mm，所述第二金属波纹管的厚度为1.5-2.2mm。
进一步地，所述第一金属波纹管层中，相邻的第一金属波纹管之间绕包的半导电带使得第一金属波纹管表面整体平整，填充了相邻的第一金属波纹管之间的间隙；
所述第二金属波纹管层中，相邻的第二金属波纹管之间绕包的半导电带使得第二金属波纹管表面整体平整，填充了相邻的第二金属波纹管之间的间隙。
进一步地，所述第一金属波纹管层与第二金属波纹管层均为铝合金波纹管。所述半导电带为铝箔，半导电带填充了相邻的金属波纹管之间的间隙可有效降低热传导。
进一步地，所述电缆骨架外侧依次绕包第一隔电膜、第一超导层、第二隔电膜、第二超导层、第三隔电膜、第三超导层、第四隔电膜、第四超导层、第四外层隔电膜，所述第四外层隔电膜外设置第一金属波纹管层。
进一步地，所述屏蔽层包括由内向外依次设置的导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层及金属屏蔽层，所述导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层同时挤出而成；
所述导体屏蔽层为半导电屏蔽料挤包组成，所述绝缘层材料采用耐低温乙丙橡胶，所述绝缘屏蔽层材料为乙丙烯基的半导电屏蔽材料组成。
所述金属屏蔽层采用铜丝和铜包铝丝缠绕结构，铜丝截面积规格是根据计算值而定，计算值的截面积是根据电缆允许的故障电流选择。
所述外护层材料采用低温聚氯乙烯或聚乙烯，所述外护层厚度为4-6mm。
进一步地，所述电缆骨架为铝合金波纹管，厚度为2.2mm,具有一体支撑强度，所述冷却液体采用液氦。
进一步地，所述隔电膜为绝缘薄膜，可以为聚酯薄膜、聚丙烯压纸或牛皮纸，厚度为0.2-0.35mm。
进一步地，所述超导层由多根超导体并列排布并缠绕而成，所述超导体为铜芯表面涂钒或铌的超导体，所述超导体形状为扁形带材，厚度为0.2-0.3mm，宽度为4-5mm，钒或铌层厚度为0.4-0.8mm。
本发明除了采用新的超导材料外，还设计了隔温层，用绝缘材料方式与导体隔离，并采用液氦冷却使得超导体处于低温的状态。
与现有技术相比，本发明有益效果主要体现在以下方面：
1、提升超导层绝缘膜与骨架之间隔离的性能保证一定隔温效果，因超导层设计中尽量减少层数并尽量采用偶数层，所以设计为4层结构，减少骨架层的直径，降低使用量。
2、低成本超导电缆冷却液体采用液氦温度可降至-269.78.℃，保持导体低温超导状态，因在电缆骨架外层第一层绝缘膜设计绕包为2层的结构，使得起到有效提升隔温效果，保证导体的低温环境下完全不影响隔温层的外层绝缘层。
3、挤包导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层采用三层同时挤出结构，使三层完全粘合在一起，保证电缆的绝缘电气性能。
4、低成本超导电缆骨架采用铝合金波纹管，波纹管对电缆的结构形成支撑，稳定整个电缆对称的均匀性。
5、隔热层采用双金属铝合金波纹管，波纹管节距比不大于18mm,保证电缆结构具备一定柔软性；绕包的半导电带可以填充金属波纹管的外部间隙，保持金属波纹管的表面平整。
6、超导体采用铜或铜包铝底材，导体表面涂钒或铌，在超导状态时电流表面的钒或铌中流过，遇到失超状态，底材铜或铜包铝将分担一部分故障电流，绝缘性能良好，使得导体低温环境完全不影响隔温层。
附图说明
图1为实施例1中低成本超导电缆的结构示意图。
图中标号所示：1、电缆骨架，2、第一隔电膜，3、第一超导层，4、第二隔电膜，5、第二超导层，6、第三隔电膜，7、第三超导层，8、第四隔电膜，9、第四超导层，10、第四外层隔电膜，11、第一金属波纹管层，12、支架层，13、第二铝金属波纹管层，14、导体屏蔽层，15、绝缘层，16、绝缘屏蔽层，17、金属屏蔽层，18、外护层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种超导电缆，参考图1，包括电缆骨架1、隔电膜、超导层、第一金属波纹管层11、第二金属波纹管层13、屏蔽层与外护层18，电缆骨架1外侧依次间隔绕包隔电膜与超导层，相邻超导层之间由隔电膜间隔，最外层超导层外绕包隔电膜，最外层的隔电膜外依次设置第一金属波纹管层11与第二金属波纹管层13，第一金属波纹管层11与第二金属波纹管层13之间留有间隔，第一金属波纹管层11与第二金属波纹管层13之间呈真空态，构成隔热层，第一金属波纹管层11由沿超导电缆长度方向间隔设置的第一金属波纹管组成，相邻的第一金属波纹管之间绕包半导电带，第二金属波纹管层13由沿超导电缆长度方向间隔设置的第二金属波纹管组成，相邻的第二金属波纹管之间绕包半导电带，第二金属波纹管层13外侧设置屏蔽层，屏蔽层外侧设置外护层18；电缆骨架1内部充满冷却液体。
第一金属波纹管层11与第二金属波纹管层13之间设置有支架层12，支架层12对称分布在第一金属波纹管层11与第二金属波纹管层13之间。
支架层12采用圆形铜包铝丝，铜包铝丝的直径等于第一金属波纹管层11与第二金属波纹管层13之间的距离。
第一金属波纹管层11中，第一金属波纹管的长度为1.2-1.5mm，相邻两个第一金属波纹管之间的节距为18mm，第一金属波纹管的厚度为1.5-2.2mm，第二金属波纹管层13中，第二金属波纹管的长度为1.2-1.5mm，相邻两个第二金属波纹管之间的节距为18mm，第二金属波纹管的厚度为1.5-2.2mm。
第一金属波纹管层11中，相邻的第一金属波纹管之间绕包的半导电带使得第一金属波纹管表面整体平整，填充了相邻的第一金属波纹管之间的间隙；第二金属波纹管层13中，相邻的第二金属波纹管之间绕包的半导电带使得第二金属波纹管表面整体平整，填充了相邻的第二金属波纹管之间的间隙。
第一金属波纹管层11与第二金属波纹管层13均为铝合金波纹管。半导电带为铝箔，半导电带填充了相邻的金属波纹管之间的间隙可有效降低热传导。
电缆骨架1外侧依次绕包第一隔电膜2、第一超导层3、第二隔电膜4、第二超导层5、第三隔电膜6、第三超导层7、第四隔电膜8、第四超导层9、第四外层隔电膜10，第四外层隔电膜10外设置第一金属波纹管层11。
屏蔽层包括由内向外依次设置的导体屏蔽层14、绝缘层15、绝缘屏蔽层16及金属屏蔽层17，导体屏蔽层14、绝缘层15、绝缘屏蔽层16同时挤出而成；
导体屏蔽层14为半导电屏蔽料挤包组成，绝缘层15材料采用耐低温乙丙橡胶，绝缘屏蔽层16材料为乙丙烯基的半导电屏蔽材料组成。
金属屏蔽层17采用铜丝和铜包铝丝缠绕结构，铜丝截面积规格是根据计算值而定，计算值的截面积是根据电缆允许的故障电流选择。
外护层18材料采用低温聚氯乙烯或聚乙烯，外护层18厚度为4-6mm。
电缆骨架1为铝合金波纹管，厚度为2.2mm,具有一体支撑强度，冷却液体采用液氦。
隔电膜为绝缘薄膜，可以为聚酯薄膜、聚丙烯压纸或牛皮纸，厚度为0.2-0.35mm。超导层由多根超导体并列排布并缠绕而成，超导体为铜芯表面涂钒或铌的超导体，超导体形状为扁形带材，厚度为0.2-0.3mm，宽度为4-5mm，钒或铌层厚度为0.4-0.8mm。
本实施例的低成本超导电缆中隔电膜采用不同材料时，最大电场与绝缘材料成本如下：
| 项目 | 隔电膜绝缘组分 | 绝缘厚度 | 最大电场 | 绝缘材料成本 |
| 1 | 聚丙烯压纸 | 5mm | 10KV/mm | 15000元/m |
| 2 | 牛皮纸 | 5mm | 7KV/mm | 9000元/m |
| 3 | 聚酯薄膜 | 5mm | 5KV/mm | 5000元/m |
| 3 | 聚乙烯无纺布 | 5mm | 3KV/mm | 3000元/m |
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超导电缆，其特征在于，包括电缆骨架(1)、隔电膜、超导层、第一金属波纹管层(11)、第二金属波纹管层(13)、屏蔽层与外护层(18)，
所述电缆骨架(1)外侧依次间隔绕包隔电膜与超导层，相邻超导层之间由隔电膜间隔，最外层超导层外绕包隔电膜，最外层的隔电膜外依次设置第一金属波纹管层(11)与第二金属波纹管层(13)，所述第一金属波纹管层(11)与第二金属波纹管层(13)之间留有间隔，所述第一金属波纹管层(11)与第二金属波纹管层(13)之间呈真空态，构成隔热层，
所述第一金属波纹管层(11)由沿超导电缆长度方向间隔设置的第一金属波纹管组成，相邻的第一金属波纹管之间绕包半导电带，
所述第二金属波纹管层(13)由沿超导电缆长度方向间隔设置的第二金属波纹管组成，相邻的第二金属波纹管之间绕包半导电带，
所述第二金属波纹管层(13)外侧设置屏蔽层，所述屏蔽层外侧设置外护层(18)；
所述电缆骨架(1)内部充满冷却液体。
2.根据权利要求1所述的一种超导电缆，其特征在于，所述第一金属波纹管层(11)与第二金属波纹管层(13)之间设置有支架层(12)，所述支架层(12)对称分布在所述第一金属波纹管层(11)与第二金属波纹管层(13)之间。
3.根据权利要求2所述的一种超导电缆，其特征在于，所述支架层(12)采用圆形铜包铝丝，所述铜包铝丝的直径等于第一金属波纹管层(11)与第二金属波纹管层(13)之间的距离。
4.根据权利要求1所述的一种超导电缆，其特征在于，所述第一金属波纹管层(11)中，相邻两个第一金属波纹管之间的节距为18mm，所述第一金属波纹管的厚度为1.5-2.2mm，
所述第二金属波纹管层(13)中，相邻两个第二金属波纹管之间的节距为18mm，所述第二金属波纹管的厚度为1.5-2.2mm。
5.根据权利要求1所述的一种超导电缆，其特征在于，所述第一金属波纹管层(11)中，相邻的第一金属波纹管之间绕包的半导电带使得第一金属波纹管表面整体平整，填充了相邻的第一金属波纹管之间的间隙；
所述第二金属波纹管层(13)中，相邻的第二金属波纹管之间绕包的半导电带使得第二金属波纹管表面整体平整，填充了相邻的第二金属波纹管之间的间隙。
6.根据权利要求1所述的一种超导电缆，其特征在于，所述电缆骨架(1)外侧依次绕包第一隔电膜(2)、第一超导层(3)、第二隔电膜(4)、第二超导层(5)、第三隔电膜(6)、第三超导层(7)、第四隔电膜(8)、第四超导层(9)、第四外层隔电膜(10)，所述第四外层隔电膜(10)外设置第一金属波纹管层(11)。
7.根据权利要求1所述的一种超导电缆，其特征在于，所述屏蔽层包括由内向外依次设置的导体屏蔽层(14)、绝缘层(15)、绝缘屏蔽层(16)及金属屏蔽层(17)，所述导体屏蔽层(14)、绝缘层(15)、绝缘屏蔽层(16)同时挤出而成；
所述导体屏蔽层(14)为半导电屏蔽料挤包组成，所述绝缘层(15)材料采用耐低温乙丙橡胶，所述绝缘屏蔽层(16)材料为乙丙烯基的半导电屏蔽材料组成；
所述金属屏蔽层(17)采用铜丝和铜包铝丝缠绕结构。
8.根据权利要求1所述的一种超导电缆，其特征在于，所述电缆骨架(1)为铝合金波纹管，所述冷却液体采用液氦。
9.根据权利要求1所述的一种超导电缆，其特征在于，所述隔电膜为聚酯薄膜、聚丙烯压纸或牛皮纸，厚度为0.2-0.35mm。
10.根据权利要求1所述的一种超导电缆，其特征在于，所述超导层由多根超导体并列排布并缠绕而成，所述超导体为铜芯表面涂钒或铌的超导体，所述超导体形状为扁形带材，厚度为0.2-0.3mm，宽度为4-5mm，钒或铌层厚度为0.4-0.8mm。
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