CN112151219A - 一种三相同轴式超导电缆 - Google Patents

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王邦柱
徐莹
戴少涛
郝金娜
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Abstract

本发明实施例提供了一种三相同轴式超导电缆，包括：功能层；所述功能层绕制在柔性骨架上，并放置在低温容器内；所述功能层包括：从内到外依次设置的半超导层、绝缘层、超导层、屏蔽层、和保护层；所述屏蔽层包括内层和外层；所述内层为铜层，所述外层为导磁层，所述导磁层由导磁材料组成，包覆在所述铜层外。本发明能够提高故障情况下电缆的屏蔽能力。

Description

一种三相同轴式超导电缆
技术领域
本发明涉及导电材料领域，尤其涉及一种三相同轴式超导电缆。
背景技术
高温超导电缆具有损耗低、载流密度大、结构紧凑等优点，在大规模电力传输和传输走廊受限的地区具有明显优势，因此具有广阔的应用前景。目前常见的交流电缆中，主要包括：三相分立式、三芯式和三相同轴式，三种构型电缆屏蔽层类型不同。三相独立式每相在一个独立的低温容器内，屏蔽层需使用超导带屏蔽每相对外磁场。三芯式三相在同一个低温容器内，每相导体也需要超导屏蔽层。三相同轴式电缆三相导体绕制在同一个骨架上，三相磁场相互屏蔽，屏蔽层一般选择铜。
三相同轴电缆正常工作时，三相相互屏蔽，对三相导体外只有少量漏磁，铜屏蔽层通过感应电流。当故障发生时，三相电流不平衡，电磁环境复杂，超导层失超，铜屏蔽层通过电流增大，对外产生磁场。
发明内容
本发明的实施例提供了一种三相同轴式超导电缆，提高故障情况下的屏蔽能力。
一种三相同轴式超导电缆，包括：
功能层；所述功能层绕制在柔性骨架上，并放置在低温容器内；
所述功能层包括：从内到外依次设置的半超导层、绝缘层、超导层、屏蔽层、和保护层；
所述屏蔽层包括内层和外层；所述内层为铜层，所述外层为导磁层，所述导磁层由导磁材料组成，包覆在所述铜层外。
所述柔性骨架采用波纹管或螺旋制作；组成材料为不锈钢、或铜或铝；所述波纹管的波纹形式是U型或者C型。
所述半超导层由半导电材料组成。
所述绝缘层为低温性能的绝缘纸。
所述绝缘纸为聚酰亚胺薄膜PI、或聚丙烯层压纸PPLP、或纤维纸、或油浸电缆纸聚芳酰胺纤维纸Nomex。
所述超导层由超导带材组成。
所述超导带材为铋锶钙铜氧化物、钇钡铜氧化物、铁基高温超导体、二硼化镁超导体为基础的超导带或超导线。
所述保护层由塑料编织材料组成。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例中，所述三相同轴超导电缆的屏蔽层包括内屏蔽层和外屏蔽层，电缆正常运行时屏蔽层仅用于屏蔽漏磁，当故障发生时，三相电流严重不平衡，内屏蔽层作为感应电流的回路，外屏蔽层用于调整磁路，屏蔽磁场，提高故障情况下的屏蔽能力，提高暂态稳定性。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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他的附图。
图1为本发明所述的三相同轴式超导电缆的结构示意图；
图2为本发明所述的三相同轴超导电缆的屏蔽层的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
图1为本发明所述的三相同轴式超导电缆的结构示意图；图2为本发明所述的三相同轴超导电缆的屏蔽层的结构示意图。以下结合各图描述。
如图1所示，为本发明所述的一种三相同轴式超导电缆，包括：
功能层；所述功能层绕制在柔性骨架1上，并放置在低温容器内；
所述功能层包括：从内到外依次设置的半超导层2、绝缘层3、超导层4、屏蔽层、和保护层7；
所述屏蔽层包括内层5和外层6；所述内层5为铜层，所述外层6为导磁层，所述导磁层由导磁材料组成，包覆在所述铜层外。
所述柔性骨架1采用波纹管或螺旋制作；组成材料为不锈钢、或铜或铝；所述波纹管的波纹形式是U型或者C型。
所述半超导层2由半导电材料组成。
所述绝缘层3为低温性能的绝缘纸。所述绝缘纸为聚酰亚胺薄膜PI、或聚丙烯层压纸PPLP、或纤维纸、或油浸电缆纸聚芳酰胺纤维纸Nomex。
所述超导层4由超导带材组成。所述超导带材为铋锶钙铜氧化物、钇钡铜氧化物、铁基高温超导体、二硼化镁超导体为基础的超导带或超导线。
所述保护层7由塑料编织材料组成。
以下描述本发明的应用场景。本发明提供一种三相同轴超导电缆的屏蔽层，调整磁路，减小对外磁场，提高暂态稳定性。该电缆各功能层按照一定顺序和角度绕制在柔性骨架上。所述的三相同轴超导电缆由绝缘层、半超导层、超导层、屏蔽层、保护层等按照一定要求绕制在柔性骨架上，然后放置在低温容器内。如图1所示，三相同轴超导电缆结构包括柔性骨架1，半超导层2，绝缘层3，超导层4，屏蔽层的内层5，屏蔽层的外层6，保护层7组成。
所述柔性骨架1采用波纹管或螺旋制作，材料可以是不锈钢、铜或铝，波纹形式可以是U型或者C型。柔性骨架1提供了制冷工质通道，一般作为制冷工质流入的通道。
所述绝缘层为低温下绝缘性能良好的绝缘纸，用于隔离电位，绝缘纸材料包括但不限于聚酰亚胺薄膜(PI)、聚丙烯层压纸(PPLP)、纤维纸、油浸电缆纸聚芳酰胺纤维纸(Nomex)等材料。
所述半超导层2选择半导电材料，一般为碳纸，，按照一定角度和叠包率绕制而成，用于平滑可能存在的电场畸变。
所述绝缘层3为绝缘纸，包括但不限于聚酰亚胺薄膜(PI)、聚丙烯层压纸PPLP、纤维纸、油浸电缆纸聚芳酰胺纤维纸(Nomex)等材料，按照一定角度和叠包率绕制在骨架上，其厚度根据电压等级进行计算，用于隔离电位。
所述超导层4用超导带材按照一定方向和角度绕制在骨架上，包括但不限于铋锶钙铜氧化物、钇钡铜氧化物、铁基高温超导体、二硼化镁超导体等为基础的超导带或超导线，用于传输电流。也就是说，所述超导层4为超导带材，将超导带材按一定角度绕制在骨架上，三相带材通入三相交流电。超导带材为高温超导材料制作。
所述屏蔽层包括内层5和外层6，用于屏蔽漏场。也就是说，屏蔽层包括两层，铜层和导磁层，内层为铜层主要用于通流，外层使用导磁材料，主要用于导磁。
如图2所示，内层为铜层，材料为铜带51，绕制在最外层绝缘层外侧，屏蔽超导电缆对外的电场，同时作为感应电流的通路。
外层为导磁材料，可以使用不锈钢带绕制，也可使用铁做成管道，包覆在铜层外。所述屏蔽层6为外屏蔽层，为铁磁材料，可选择不锈钢或铁等，绕制在屏蔽层5外侧，用于提供磁路，在故障发生时使磁感应线通过，并减小磁场对带材的影响，保护带材。
所述保护层7为塑料编织材料等，用于保护电缆通电导体，防止损坏。
所述三相同轴超导电缆的屏蔽层包括内屏蔽层和外屏蔽层，电缆正常运行时屏蔽层仅用于屏蔽漏磁，当故障发生时，三相电流严重不平衡，内屏蔽层作为感应电流的回路，外屏蔽层用于调整磁路，屏蔽磁场，提高故障情况下的屏蔽能力，提高暂态稳定性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种三相同轴式超导电缆，其特征在于，包括：
功能层；所述功能层绕制在柔性骨架上，并放置在低温容器内；
所述功能层包括：从内到外依次设置的半超导层、绝缘层、超导层、屏蔽层、和保护层；
所述屏蔽层包括内层和外层；所述内层为铜层，所述外层为导磁层，所述导磁层由导磁材料组成，包覆在所述铜层外。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述柔性骨架采用波纹管或螺旋制作；组成材料为不锈钢、或铜或铝；所述波纹管的波纹形式是U型或者C型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述半超导层由半导电材料组成。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述绝缘层为低温性能的绝缘纸。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述绝缘纸为聚酰亚胺薄膜PI、或聚丙烯层压纸PPLP、或纤维纸、或油浸电缆纸聚芳酰胺纤维纸Nomex。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述超导层由超导带材组成。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述超导带材为铋锶钙铜氧化物、钇钡铜氧化物、铁基高温超导体、二硼化镁超导体为基础的超导带或超导线。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述保护层由塑料编织材料组成。
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