CN110246625A - 一种高温超导卢瑟福电缆 - Google Patents

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皮伟
刘子秋
张宏杰
马书文
杨艳芳
孟奕然
唐庆华
路菲
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State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种高温超导卢瑟福电缆。该电缆包括导体、多根超导股线和金属护套；多根超导股线紧密螺旋缠绕在导体外壁；金属护套为中空结构，导体和多根超导股线设置在金属护套内部，超导股线的外壁与金属护套内壁接触；金属护套内壁与导体外壁之间形成的空隙内填充有冷却介质。采用本发明的高温超导卢瑟福电缆，具有能够有效提高电缆的热稳定性，节省安装空间和成本的优点。

Description

一种高温超导卢瑟福电缆
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，特别是涉及一种高温超导卢瑟福电缆。
背景技术
随着电力需求量的日益增大和电力工业的迅速发展，人们对电力行业的安全可靠性和电能质量提出了更高的要求，超导电力技术不仅可以明显改善电能的质量，提高电力系统运行的稳定性和可靠性，还可以大大提高单机容量以及电网的输送容量。超导电缆是目前超导电力技术领域最有发展前景的超导电力设备，超导体的零电阻特性使得电能在传输电路上的损耗几乎为零，可以实现低压大电流高密度输电，在相同电压等级下，超导电缆比普通电缆能够输送更大的电能。近十年来，随着第二代高温超导涂层导体制造工艺的极大改善，超导电缆的临界电流密度得到大幅提高，交流损耗大大减少，在电力领域的应用受到了更为广泛的重视。然而目前超导电缆的弯曲特性和热稳定性较差，难以实现超导电缆在短距离大电流输电场合的推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温超导卢瑟福电缆，具有热稳定性良好的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种高温超导卢瑟福电缆，包括：
导体、金属护套和多根超导股线；
多根所述超导股线紧密螺旋缠绕在所述导体外壁；所述金属护套为中空结构，所述导体和多根所述超导股线设置在所述金属护套内部，每根所述超导股线的外壁均与所述金属护套内壁接触；所述金属护套内壁与所述导体外壁之间形成的空隙内填充有冷却介质。
可选的，所述超导股线横截面的形状为圆形；所述导体横截面和所述金属护套横截面的形状均为直槽口形状。
可选的，所述超导股线，具体包括：
超导线芯、填充层、包覆层和多个第一高温超导涂层导体；
所述填充层包裹在所述超导线芯的外侧壁上；所述多个第一高温超导涂层导体等间距螺旋缠绕在所述填充层上；所述包覆层为中空结构，所述超导线芯、所述填充层、和所述第一高温超导涂层导体均设置在所述包覆层内部，所述包覆层包裹在所述第一高温超导涂层导体的外表面。
可选的，所述超导线芯的横截面形状为正方形。
可选的，所述超导线芯，具体包括：
多个铜带和多个第二高温超导涂层导体；所述铜带个数与所述第二高温超导涂层导体个数相同；所述铜带和所述第二高温超导涂层导体交替并排设置在所述填充层内部。
可选的，所述铜带的宽度与所述第二高温超导涂层导体的宽度均相同；所述铜带的厚度大于所述第二高温超导涂层导体的厚度；所述多个铜带的厚度总和与所述多个第二高温超导涂层导体的厚度总和之和与所述铜带的宽度相等。
可选的，所述第一高温超导涂层导体和所述第二高温超导涂层导体均为REBCO带材。
可选的，所述铜带的厚度为所述第二高温超导涂层导体的厚度的两倍。
可选的，所述导体的材质为铜或铝；
所述金属护套的材质为铜或铝或不锈钢；
所述冷却介质为液氮或液氦。
可选的，所述包覆层的材质为铜或铝或不锈钢；
所述填充层的材质为铝。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种高温超导卢瑟福电缆，通过将多根超导股线紧密螺旋缠绕在导体外壁，减少了垂直磁场分量，超导股线临界电流密度得到提高，加大了此超导卢瑟福电缆的传输电流密度；金属护套内壁与导体外壁之间形成的空隙内填充有冷却介质，能够有效提高电缆的热稳定性。
此外，通过将导体截面和金属护套截面的形状均设置为直槽口形状，能够节省安装空间和成本；高温超导卢瑟福电缆在超导芯线根数相同的情况下，弯曲半径比圆形电缆小，弯曲特性得到提高；超导股线制作工艺简单，超导线芯的铜带和第二高温超导涂层导体交替并排设置在填充层内部，铜带的热导率远高于第二高温超导涂层导体REBCO带材，并且铜带磁扩散速度慢，能够有效阻止磁通跳跃的发生，从而极大的提高整个超导电缆的磁热稳定性。
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他的附图。
图1为本发明实施例中高温超导卢瑟福电缆的结构示意图；
图2为本发明实施例中高温超导卢瑟福电缆的截面图；
图3为本发明实施例中单根超导股线的结构示意图；
图4为本发明实施例中单根超导股线的截面图。
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。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种高温超导卢瑟福电缆，具有机械强度高，热稳定性良好的优点。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例高温超导卢瑟福电缆的结构示意图；图2为本发明实施例高温超导卢瑟福电缆的截面图。如图1-2所示，一种高温超导卢瑟福电缆，包括：金属护套1、导体3和多根超导股线2。超导股线2横截面的形状为圆形，导体3截面和金属护套1横截面的形状均为直槽口形状。各超导股线2沿导体3表面环绕一周且各个超导股线2相互接触，每根超导股线2紧密螺旋缠绕在导体3外壁。超导股线2按照相同角度在扁平导体3表面缠绕以实现完全换位。在缠绕超导股线2时应考虑超导股线2的机械特性，选取合适的缠绕角度。通过改变扁平导体3的高度与厚度以增加表面超导股线的数量，进而提高高温超导卢瑟福电缆的传输电流密度。金属护套1为中空结构，导体3和多根超导股线2设置在金属护套1内部，超导股线2的外壁与金属护套1内壁接触；金属护套1内壁与导体3外壁之间形成的空隙内填充有冷却介质4。导体3的材质为铜或铝，金属护套1的材质为铜或铝或不锈钢，冷却介质4为液氮或液氦。
图3为本发明实施例单根超导股线2的结构示意图；图4为本发明实施例单根超导股线2的截面图。如图3-4所示，超导股线2包括：包覆层5、填充层7超导线芯8和多个第一高温超导涂层导体6。包覆层5的材质为铜或铝或不锈钢，第一高温超导涂层导体6为REBCO带材，超导线芯8的截面形状为正方形。填充层7包裹在超导线芯8的外侧壁上；多个第一高温超导涂层导体6等间距螺旋缠绕在填充层7上。包覆层5为中空结构，超导线芯8、填充层7、和第一高温超导涂层导体6均设置在包覆层5内部；包覆层5包裹在第一高温超导涂层导体6的外表面，第一高温超导涂层导体6外壁与包覆层5内壁接触。在实际缠绕REBCO带材时应考虑带材的机械特性，选取合适的缠绕角度。为提高单根股线的传输电流密度，可在填充层7外围缠绕多层REBCO带材，本发明填充层7外围仅缠绕一层REBCO带材，填充层7的材质为铝。
超导线芯8包括：多个铜带9和多个第二高温超导涂层导体10。铜带9个数与第二高温超导涂层导体10个数相同；铜带9和第二高温超导涂层导体10设置在7填充层内部，且沿填充层7的中心线交替并排设置。铜带9的宽度与第二高温超导涂层导体10的宽度均相同，多个铜带9的厚度总和与多个第二高温超导涂层导体10的厚度总和之和与铜带9的宽度相等。第二高温超导涂层导体10均为REBCO带材。铜带9的厚度为第二高温超导涂层导体10的厚度的两倍，铜带9为2/9mm厚度，REBCO带材为1/9mm厚度，六根铜带9和六根第二高温超导涂层导体REBCO带材交替堆叠组成截面为边长2mm正方形的线芯。
本发明通过将多根超导股线2紧密螺旋缠绕在导体3外壁，减少了垂直磁场分量，超导股线2临界电流密度得到提高，加大了此超导卢瑟福电缆的传输电流密度；金属护套1内壁与导体3外壁之间形成的空隙内填充有冷却介质4，能够有效提高电缆的热稳定性。通过将导体3截面和金属护套1截面的形状均设置为直槽口形状，能够节省安装空间和成本；超导股线2制作工艺简单，超导线芯8的铜带9和第二高温超导涂层导体10交替并排设置在所述填充层7内部，铜带9的热导率远高于第二高温超导涂层导体REBCO带材，并且铜带9磁扩散速度慢，能够有效阻止磁通跳跃的发生，从而极大的提高整个超导电缆的磁热稳定性。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种高温超导卢瑟福电缆，其特征在于，包括：
导体、金属护套和多根超导股线；
多根所述超导股线紧密螺旋缠绕在所述导体外壁；所述金属护套为中空结构，所述导体和多根所述超导股线设置在所述金属护套内部，每根所述超导股线的外壁均与所述金属护套内壁接触；所述金属护套内壁与所述导体外壁之间形成的空隙内填充有冷却介质。
2.根据权利要求1所述的高温超导卢瑟福电缆，其特征在于，所述超导股线横截面的形状为圆形；所述导体横截面和所述金属护套横截面的形状均为直槽口形状。
3.根据权利要求1所述的高温超导卢瑟福电缆，其特征在于，所述超导股线，具体包括：
超导线芯、填充层、包覆层和多个第一高温超导涂层导体；
所述填充层包裹在所述超导线芯的外侧壁上；所述多个第一高温超导涂层导体等间距螺旋缠绕在所述填充层上；所述包覆层为中空结构，所述超导线芯、所述填充层、和所述第一高温超导涂层导体均设置在所述包覆层内部，所述包覆层包裹在所述第一高温超导涂层导体的外表面。
4.根据权利要求3所述的高温超导卢瑟福电缆，其特征在于，所述超导线芯的横截面形状为正方形。
5.根据权利要求4所述的高温超导卢瑟福电缆，其特征在于，所述超导线芯，具体包括：
多个铜带和多个第二高温超导涂层导体；所述铜带个数与所述第二高温超导涂层导体个数相同；所述铜带和所述第二高温超导涂层导体交替并排设置在所述填充层内部。
6.根据权利要求5所述的高温超导卢瑟福电缆，其特征在于，所述铜带的宽度与所述第二高温超导涂层导体的宽度均相同；所述铜带的厚度大于所述第二高温超导涂层导体的厚度；所述多个铜带的厚度总和与所述多个第二高温超导涂层导体的厚度总和之和与所述铜带的宽度相等。
7.根据权利要求6所述的高温超导卢瑟福电缆，其特征在于，所述第一高温超导涂层导体和所述第二高温超导涂层导体均为REBCO带材。
8.根据权利要求6所述的高温超导卢瑟福电缆，其特征在于，所述铜带的厚度为所述第二高温超导涂层导体的厚度的两倍。
9.根据权利要求1所述的高温超导卢瑟福电缆，其特征在于，
所述导体的材质为铜或铝；
所述金属护套的材质为铜或铝或不锈钢；
所述冷却介质为液氮或液氦。
10.根据权利要求3所述的高温超导卢瑟福电缆，其特征在于，
所述包覆层的材质为铜或铝或不锈钢；
所述填充层的材质为铝。
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