CN110600190B - 三相高温超导通电导体 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种三相高温超导通电导体。上述三相高温超导通电导体，包括骨架、绕制于骨架的多层超导层、绕制于各超导层两侧的绝缘层以及设置于各绝缘层两侧的半导电层。所述半导电层为粘结剂包裹的半导电膜层。所述粘接剂可以对所述半导电膜层上的自由碳粒进行固定，使其在绕制过程中不会发生自由流动，进而确保电场均匀提高了所述三相高温超导通电导体的电场稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及超导电缆技术领域，特别是涉及一种三相高温超导通电导体。
背景技术
高温超导电缆具有线损低、传输容量大、走廊占地小、环境友好等诸多优点，为电网提供了一种高效、紧凑、可靠、绿色的电能传输方式。由于超导电缆的低压大电流特性，它具备减少电网电压等级，简化电网架构的潜质，对电网的长期发展规划具有重要意义。
三相同轴式超导交流电缆的结构从内到外依次为骨架、三相超导体及相间绝缘层、屏蔽层、低温杜瓦管。为了均匀电场通常会在绝缘层的两侧设置半导电层。传统方案通常选择碳纸作为半导体层材料。当传统方案中的半导体层在绕制过程中会有自由碳粒流动，导致电场局部恶化。
发明内容
基于此，有必要针对传统传统方案中的半导体层在绕制过程中会有自由碳粒流动，导致电场局部恶化的问题，提供一种三相高温超导通电导体。
一种三相高温超导通电导体，包括：
骨架；
第一绝缘层，绕制于所述骨架；
第一超导层，以第一预设螺旋角绕制于所述第一绝缘层；
第二绝缘层，绕制于所述第一超导层；
第二超导层，以第二预设螺旋角绕制于所述第二绝缘层；
第三绝缘层，绕制于所述第二超导层；
第三超导层，以所述第一预设螺旋角绕制于所述第三绝缘层；以及
第四绝缘层，绕制于所述第三超导层；
其中，所述第一绝缘层的两侧、所述第二绝缘层的两侧、所述第三绝缘层的两侧以及所述第四绝缘层的两侧分别设有半导电层，所述半导电层为粘结剂包裹的半导电膜层。
在其中一个实施例中，所述半导电膜层为碳纸，所述粘结剂分别设置于所述碳纸的两侧。
在其中一个实施例中，所述半导电膜层为半导电介质，所述半导电层由所述半导电介质与粘结剂均匀混合形成。
在其中一个实施例中，所述黏性剂为环氧树脂、环氧与尼龙、酚醛、有机硅氧烷的共聚物、聚酞胺、聚氨酯、聚酰亚胺或聚苯并咪唑中的一种。
在其中一个实施例中，所述第一预设螺旋角与所述第二预设螺旋角互补。
在其中一个实施例中，还包括：
第一铜稳定层，绕制于所述第一绝缘层，并且所述第一铜稳定层位于所述第一绝缘层和所述第一超导层之间；
第二铜稳定层，绕制于所述第二绝缘层，并且所述第二铜稳定层位于所述第二绝缘层和所述第二超导层之间；以及
第三铜稳定层，绕制于所述第三绝缘层，并且所述第三铜稳定层位于所述第三绝缘层和所述第三超导层之间。
在其中一个实施例中，还包括：
铜屏蔽层，绕制于所述第四绝缘层。
在其中一个实施例中，所述铜屏蔽层单端或者两端接地，以形成法拉第笼。
在其中一个实施例中，还包括：
保护层，绕制于所述铜屏蔽层。
在其中一个实施例中，所述骨架为不锈钢环形波纹管，所述不锈钢环形波纹管具有中心通道，所述中心通道通过冷却媒介，所述冷却媒介为液氮。
上述三相高温超导通电导体，包括骨架、绕制于骨架的多层超导层、绕制于各超导层两侧的绝缘层以及设置于各绝缘层两侧的半导电层。所述半导电层为粘结剂包裹的半导电膜层。所述粘接剂可以对所述半导电膜层上的自由碳粒进行固定，使其在绕制过程中不会发生自由流动，进而确保电场均匀提高了所述三相高温超导通电导体的电场稳定性。
附图说明
图1为本申请一个实施例提供的一种三相高温超导通电导体结构示意图；
图2为本申请一个实施例提供的一种多层超导层的排列结构示意图；
图3为本申请一个实施例提供的一种半导电层结构示意图；
图4为本申请一个实施例提供的一种半导电层结构示意图；
图5为本申请一个实施例提供的一种三相高温超导通电导体结构示意图。
主要元件附图标号说明
三相高温超导通电导体10
骨架100
第一绝缘层210
第二绝缘层220
第三绝缘层230
第四绝缘层240
第五绝缘层250
第六绝缘层260
第七绝缘层270
第一超导层310
第二超导层320
第三超导层330
第四超导层340
第五超导层350
第六超导层360
第一铜稳定层410
第二铜稳定层420
第三铜稳定层430
第四铜稳定层440
第五铜稳定层450
第六铜稳定层460
半导电层500
固定子层501
碳纸502
半导电介质503
黏性剂504
第一半导电层511
第二半导电层512
第三半导电层521
第四半导电层522
第五半导电层531
第六半导电层532
第七半导电层541
第八半导电层542
第九半导电层551
第十半导电层552
第十一半导电层561
第十二半导电层562
第十三半导电层571
第十四半导电层572
铜屏蔽层600
保护层700
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本申请一个实施例提供一种三相高温超导通电导体10。所述三相高温超导通电导10至少包括骨架100、四层绝缘层、三层超导层以及八层半导电层。四层绝缘层为第一绝缘层210、第二绝缘层220、第三绝缘层230以及第四绝缘层240。三层超导层为第一超导层310、第二超导层320以及第三超导层330。八层半导电层为第一半导电层511、第二半导电层512、第三半导电层521、第四半导电层522、第五半导电层531、第六半导电层532、第七半导电层541以及第八半导电层542。
所述第一绝缘层210绕制于所述骨架100。所述第一超导层310以第一预设螺旋角绕制于所述第一绝缘层210。所述第二绝缘层220绕制于所述第一超导层310。所述第二超导层320以第二预设螺旋角绕制于所述第二绝缘层220。为了减小轴向磁场，所述第一预设螺旋角与所述第二预设螺旋角相对于法线互补。所述法线为垂直于所述骨架100长度方向的线。所述第三绝缘层230绕制于所述第二超导层320。所述第三超导层330以所述第一预设螺旋角绕制于所述第三绝缘层230。所述第四绝缘层240绕制于所述第三超导层330。各层超导层的绕制方向请参见图2。其中，所述第一绝缘层210的两侧、所述第二绝缘层220的两侧、所述第三绝缘层230的两侧以及所述第四绝缘层240的两侧分别设有半导电层500，所述半导电层500为粘结剂501包裹的半导电膜层502。
为防止局部电荷过于集中而导致绝缘破坏，需要在绝缘层的里外各绕制一层半导电层500来均匀电场。所述半导电层500一般为一层碳纸。由于碳纸表面包括自由碳粒。在绕制所述半导电层500时，自由碳粒会四处流动，可能会导致电场局部恶化。为了确保电池均匀，可以将所述半导电层500设计为粘结剂501包裹的半导电膜层502。在一个可选的实施例中，所述黏性剂504为环氧树脂、环氧与尼龙、酚醛、有机硅氧烷的共聚物、聚酞胺、聚氨酯、聚酰亚胺或聚苯并咪唑中的一种。此时，所述粘接剂501可以对所述半导电膜层502上的自由碳粒进行固定，以使的在绕制过程中自由碳粒不会发生自由流动，进而确保电场均匀提高了所述三相高温超导通电导体的电场稳定性。
在所述骨架100与所述第一超导层310之间、各相邻超导层之间以及所述第三层超导电层330外侧需要绕制绝缘结构，来隔离接地层与通电导体中的各超导层。由于本申请中所述三相高温超导通电导10为低温绝缘结构，绝缘层需要选用可耐低温的材质。各绝缘层的厚度可以根据耐压等级进行设计。在一个可选的实施例中，所述绝缘层可以为聚丙烯层压纸(PPLP)。所述聚丙烯层压纸为三层结构，外两层为木纤维纸，内层为聚丙烯。
本实施例中，上述三相高温超导通电导体100包括骨架100、绕制于所述骨架100的多层超导层、绕制于各超导层两侧的绝缘层以及设置于各绝缘层两侧的半导电层。所述半导电层为粘结剂501包裹的半导电膜层502。所述粘接剂501可以对所述半导电膜层502上的自由碳粒进行固定，使其在绕制过程中不会发生自由流动，进而确保电场均匀提高了所述三相高温超导通电导体10的电场稳定性。
请参见图3，在其中一个实施例中，所述半导电膜层502为碳纸。所述粘结剂501分别设置于所述碳纸的两侧。此时，所述碳纸的两侧分别涂覆有粘接剂501以形成半导电层。所述半导电层绕制于所述绝缘层的两侧。所述粘接剂501将所述碳纸表面的自由碳粒固定，使其在绕制过程中不会发生自由流动，进而确保电场均匀提高了所述三相高温超导通电导体10的电场稳定性。
请参见图4，在其中一个实施例中，所述半导电膜层502为半导电介质。所述半导电层500由所述半导电介质与粘结剂501均匀混合形成。所述半导电介质可以为碳粒粉末。此时，将所述碳粒粉末和所述粘接剂501以一定比例混合均匀形成半导电胶状物。之后将所述半导电胶状物均匀刷制于所述每一层绝缘层的两侧，以在每一层所述绝缘层两侧形成半导电层。所述粘接剂501将所述碳粒粉末固定于每一层所述绝缘层的两侧，使其在绕制过程中不会发生自由流动，进而确保电场均匀提高了所述三相高温超导通电导体10的电场稳定性。
请参见图5，在其中一个实施例中，所述三相高温超导通电导体10还包括第六超导层360和第七绝缘层270。即，此时所述三相高温超导通电导体10包括六层超导层以及设置于每一层所述超导层两侧的绝缘层。所述第六超导层360以所述第二预设螺旋角绕制于所述第六绝缘层260。所述第七绝缘层270以预设螺旋角绕制于所述第六超导层360。
本实施例中，所述三相高温超导通电导体10包括六层超导层。当单层超导层的可传输容量大于或等于实际预传输容量时，选取六层超导层中的三层超导层作为一路传输过程的三相导电层，剩余的三层超导层作为另一路传输过程的三相导电层。当单层超导层的可传输容量小于实际预传输容量时，选取六层超导层中的两层超导层作为传输过程的第一相导电层，选取剩余的四层超导层中的两层超导层作为传输过程的第二相导电层，并将剩余的另外两层超导层作为传输过程的第三相导电层。所述三相高温超导通电导体的这种结构在使用功能上具有多样性。
在其中一个实施例中，所述三相高温超导通电导体10还包括多层铜稳定层。所述多层铜稳定层为第一铜稳定层410、第二铜稳定层420、第三铜稳定层430、第四铜稳定层440、第五铜稳定层450和第六铜稳定层460。所述第一铜稳定层410绕制于所述第一绝缘层210，并且所述第一铜稳定层410位于所述第一绝缘层210和所述第一超导层310之间。所述第二铜稳定层420绕制于所述第二绝缘层220，并且所述第二铜稳定层420位于所述第二绝缘层220和所述第二超导层320之间。所述第三铜稳定层430绕制于所述第三绝缘层230，并且所述第三铜稳定层430位于所述第三绝缘层230和所述第三超导层330之间。所述第四铜稳定层440绕制于所述第四绝缘层240，并且所述第四铜稳定层440位于所述第四绝缘层240和所述第四超导层340之间。所述第五铜稳定层450绕制于所述第五绝缘层250，并且所述第五铜稳定层450位于所述第五绝缘层250和所述第五超导层350之间。所述第六铜稳定层460绕制于所述第六绝缘层260，并且所述第六铜稳定层460位于所述第六绝缘层260和所述第六超导层360之间。
本实施例中，所述多层铜稳定层可以为铜层。电缆在运行过程中，一旦所述三相高温超导通电导体10中的各超导层之间以及对地之间绝缘被破坏，巨大的短路故障电流流过导体层，使温度迅速上升进而威胁绝缘和护套。所述多层铜稳定层的敷设可以防止故障电流对电缆本体造成更大的损伤。所述多层铜稳定层在短时间内可以顺利通过巨大的故障电流而不至于产生太大的温升。各超导层的绕制以一定角度分别在所述多层铜稳定层表面绕制成螺旋形结构。当超导带材根数过多时，可以进行多层绕制，并且在超导层与层之间可以添加一层绕包层来保证绕制表面尽量平整。
在其中一个实施例中，所述三相高温超导通电导体10还包括多层半导电层。所述多层半导电层为第一半导电层511、第二半导电层512、第三半导电层521、第四半导电层522、第五半导电层531、第六半导电层532、第七半导电层541、第八半导电层542、第九半导电层551、第十半导电层552、第十一半导电层561、第十二半导电层562、第十三半导电层571以及第十四半导电层572。
所述第一半导电层511绕制于所述骨架100，并且所述第一半导电层511位于所述骨架100与所述第一绝缘层210之间。所述第二半导电层512绕制于所述第一绝缘层210，并且所述第二半导电层512位于所述第一绝缘层210与所述第一铜稳定层410之间。所述第三半导电层521绕制于所述第一超导层310，并且所述第三半导电层521位于所述第二绝缘层220与所述第一超导层310之间。所述第四半导电层522绕制于所述第二绝缘层220，并且所述第四半导电层522位于所述第二绝缘层220与所述第二铜稳定层420之间。所述第五半导电层531绕制于所述第二超导层320，并且所述第五半导电层531位于所述第三绝缘层230与所述第二超导层320之间。所述第六半导电层532绕制于所述第三绝缘层230，并且所述第六半导电层532位于所述第三绝缘层230与所述第三铜稳定层430之间。所述第七半导电层541绕制于所述第三超导层330，并且所述第七半导电层541位于所述第四绝缘层240与所述第三超导层330之间。所述第八半导电层542绕制于所述第四绝缘层240，并且第八半导电层542位于所述第四绝缘层240与所述第四铜稳定层440之间。所述第九半导电层551绕制于所述第四超导层340，并且所述第九半导电层551位于所述第五绝缘层250与所述第四超导层340之间。所述第十半导电层552绕制于所述第五绝缘层250，并且所述第十半导电层552位于所述第五绝缘层250与所述第五铜稳定层450之间。所述第十一半导电层561绕制于所述第五超导层350，并且所述第十一半导电层561位于所述第六绝缘层260与所述第五超导层350之间。所述第十二半导电层562绕制于所述第六绝缘层260，并且所述第十二半导电层562位于所述第六绝缘层260与所述第六铜稳定层460之间。所述第十三半导电层571绕制于所述第六超导层360，并且所述第十三半导电层571位于所述第七绝缘层270与所述第六超导层360之间。所述第十四半导电层572绕制于所述第七绝缘层270，并且所述第十四半导电层572和所述第十三半导电层571分别位于所述第七绝缘层270的两侧。
本实施例中，为防止局部电荷过于集中而导致绝缘破坏，需要在绝缘层的里外各绕制一层半导电层来均匀电场。所述半导电层为上述粘结剂501包裹的半导电膜层502。
在其中一个实施例中，所述三相高温超导通电导体10还包括铜屏蔽层600和保护层700。
所述铜屏蔽层600绕制于所述第八半导电层542。所述铜屏蔽层600单端或者两端接地，以形成法拉第笼。所述保护层700绕制于所述铜屏蔽层600。所述保护层700为无纺布。所述铜屏蔽层600置于所述三相高温超导通电导体10的外部，用于电磁屏蔽和接地保护。所述无纺布保护层置于所述铜屏蔽层600的外侧，用于整个三相高温超导通电导体10的结构保护。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种三相高温超导通电导体，其特征在于，包括：
骨架(100)；
第一绝缘层(210)，绕制于所述骨架(100)；
第一超导层(310)，以第一预设螺旋角绕制于所述第一绝缘层(210)；
第二绝缘层(220)，绕制于所述第一超导层(310)；
第二超导层(320)，以第二预设螺旋角绕制于所述第二绝缘层(220)；
第三绝缘层(230)，绕制于所述第二超导层(320)；
第三超导层(330)，以所述第一预设螺旋角绕制于所述第三绝缘层(230)；以及
第四绝缘层(240)，绕制于所述第三超导层(330)；
其中，所述第一绝缘层(210)的两侧、所述第二绝缘层(220)的两侧、所述第三绝缘层(230)的两侧以及所述第四绝缘层(240)的两侧分别设有半导电层(500)，所述半导电层(500)为粘结剂(501)包裹的半导电膜层(502)，所述第一预设螺旋角与所述第二预设螺旋角互补。
2.根据权利要求1所述的三相高温超导通电导体，其特征在于，所述半导电膜层(502)为碳纸，所述粘结剂(501)分别设置于所述碳纸的两侧。
3.根据权利要求1所述的三相高温超导通电导体，其特征在于，所述半导电膜层(502)为半导电介质。
4.根据权利要求1所述的三相高温超导通电导体，其特征在于，所述粘结剂(501)为环氧树脂、聚酞胺、聚氨酯、聚酰亚胺或聚苯并咪唑中的一种。
5.根据权利要求1所述的三相高温超导通电导体，其特征在于，还包括：
第一铜稳定层(410)，绕制于所述第一绝缘层(210)，并且所述第一铜稳定层(410)位于所述第一绝缘层(210)和所述第一超导层(310)之间；
第二铜稳定层(420)，绕制于所述第二绝缘层(220)，并且所述第二铜稳定层(420)位于所述第二绝缘层(220)和所述第二超导层(320)之间；以及
第三铜稳定层(430)，绕制于所述第三绝缘层(230)，并且所述第三铜稳定层(430)位于所述第三绝缘层(230)和所述第三超导层(330)之间。
6.根据权利要求5所述的三相高温超导通电导体，其特征在于，还包括：
铜屏蔽层(600)，绕制于所述第四绝缘层(240)。
7.根据权利要求6所述的三相高温超导通电导体，其特征在于，所述铜屏蔽层(600)单端或者两端接地，以形成法拉第笼。
8.根据权利要求7所述的三相高温超导通电导体，其特征在于，还包括：
保护层(700)，绕制于所述铜屏蔽层(600)。
9.根据权利要求8所述的三相高温超导通电导体，其特征在于，所述骨架(100)为不锈钢环形波纹管，所述不锈钢环形波纹管具有中心通道，所述中心通道通过冷却媒介，所述冷却媒介为液氮。
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