CN113284666B - 一种多层封装超导换位电缆及成缆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层封装超导换位电缆及成缆方法。本发明提供的一种多层封装超导换位电缆，其特征在于，包括多根超导缆线，各所述超导缆线按照设定方式编织换位成型；其中每一根超导缆线由多层超导带材堆叠封装而成。本发明可以针对不同类型的超导带材，进行堆叠封装加固，并根据其侧弯的临界角度进行侧向弯曲换位成型。通过采用多层封装编织换位结构，能够减少电缆在制作成超导磁体等电气设备后的交流损耗，提升运行电流，降低电感，以及增强超导线材的强度等。在超导带材发生失超时，封装结构还可以起到分流、吸收多余热量、保护超导电缆的作用。本发明不需剪裁超导带材编织换位导线，同时具有极高的工程电流密度，极大地节约了成本。

Description

一种多层封装超导换位电缆及成缆方法
技术领域
本发明涉及一种换位电缆技术，特别涉及一种超导带材多层封装换位电缆及成缆方法。
背景技术
目前已实用的铌钛等低温超导材料上临界场较低，已经不能满足更高场强应用领域的需求。高温超导材料，具有高临界温度、高临界磁场及高载流能力等独特优势，已成为高场磁体的重要选择，但由于高温超导材料YBCO、ReBCO等本身的层状结构，使其绞合成缆过程中会出现层间剥离造成带材损坏，或者由于超导带材在纽绞换位成缆过程中侧弯角度过大造成性能衰减等原因，对超导带材做成电缆造成极大的难度。突破该技术难题，研制超导带材换位电缆，将有利于超导带材的大规模应用，促进超导磁体领域的技术革新。
公开号CN105244123A的专利公开了一种超导电缆的成缆设备及绞合装置和制造方法，包括：缠绕超导带材的绞盘；与绞盘相连的绞合套管；安装在绞合套管上的集合目板，其轴线与绞合套管的轴线重合，且集合目板沿周向设置有供超导带材穿过的集线孔；与经过集线孔均分后的超导带材相连的绞合支撑模，输送绞合后超导带材的绞合后支撑模；设置在绞盘与集合目板之间的导向轮。转动绞盘，释放缠绕的超导带材，穿过均匀分布的几个集线孔后与绞合支撑模相连，转动绞盘超导带材绞合。将对超导带材的均分通过集线孔实现，可防止在绞合过程中超导带材偏离的问题，防止出现同层超导带材排列不均、重叠、搭接等现象而带来带材间隙不均问题，该绞合装置绞合的超导电缆可保证整体性能。
公开号CN107077928A的专利公开了一种超导电缆，其特征在于，包括：芯部，所述芯部包括骨架、至少一个超导导体层、绝缘层以及至少一个超导屏蔽层，所述超导导体层包括沿着所述骨架的长度方向并排配置以包覆所述骨架外部的多个超导线材，所述绝缘层包覆所述超导导体层，所述超导屏蔽层包括沿着所述骨架的长度方向并排配置以包覆所述绝缘层外部的多个超导线材；冷却部，位于所述芯部外侧，具备用于冷却所述芯部的液态制冷剂的循环流路；隔热部，位于所述冷却部外侧，通过多次缠绕隔热材料而构成；以及真空部，位于所述隔热部外侧，且在相互隔开距离的位置具备多个隔离件，构成所述超导导体层以及超导屏蔽层的超导线材包括金属基板层以及超导层，所述超导层以多层蒸镀在所述金属基板层上部并且包含超导物质，所述超导导体层中构成最外部超导导体层的超导线材的金属基板层沿着超导电缆的中心方向配置，而超导层沿着超导电缆的半径方向配置。该超导电缆能够使传输交流电力时所发生的交流损失(AC loss)最小化。
现有传统方法无法经济高效地解决由于超导带材本身的层状结构使其绞合成缆过程中会出现的层间剥离损坏的问题，或受限于带材弯曲后性能衰减的问题。突破该技术难题，研制一种大电流、低交流损耗、机械稳定的超导带材换位电缆，将极大地促进超导磁体领域的技术革新，有利于超导带材的大规模应用。
发明内容
针对现有技术中存现的问题，本发明的目的在于提供一种多层封装超导换位电缆及成缆方法，可以针对不同类型的超导带材，进行堆叠封装加固，并根据其侧弯的临界角度进行侧向弯曲换位成型。通过采用多层封装编织换位结构，实现提升电流，同时避免超导带材层间剥离等带材损伤现象。并且封装结构起到了保护塑形的作用，在超导磁体失超时还可起到分流，吸收多余热量保护超导带材的作用。
本发明通过采用多层超导带材堆叠封装，并根据相应带材的侧弯及应变特性选择合适临界侧弯角度，完成多根缆线间换位成型。超导带材经过封装处理后，封装结构能够增强带材强度，使超导带材完成侧弯或换位成型后能够维持特定形状，没有反弹或反弹在可接受范围内。由超导带材的侧弯性能得到的最小弯曲半径，使发生侧弯后超导载流性能的衰减在5％范围内。
本发明的技术方案为：
一种多层封装超导换位电缆，其特征在于，包括多根超导缆线，各所述超导缆线按照设定方式编织换位成型；其中每一根超导缆线由多层超导带材堆叠封装而成。
上述每根超导缆线的多层超导带材采用非磁性金属或金属合金封装。
上述每根超导缆线的多层超导带材采用金属或金属合金带包绕封装，也可以选用金属或金属合金管穿管封装；超导带材与封装材料间可以加入金属缓冲层保护超导带材。
上述超导换位电缆，包括M层所述超导缆线，每层包括并列排放的N根所述封装后的多层超导缆线，M*N根所述超导缆线共同换位成型；M为自然数、N为大于1的自然数。
上述超导带材为YBCO、ReBCO、Bi2223、铁基超导带或其他非圆截面超导带材。
一种多层封装超导换位电缆的成缆方法，其步骤包括：
1)制备多根超导缆线；其中每一根超导缆线通过多层超导带材堆叠封装而成；
2)将多根所述超导缆线进行编织换位后，得到超导换位电缆。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过采用多层封装编织换位结构，实现了提升电流，还能有效避免层间剥离等超导带材损伤现象，并且在超导磁体失超时可起到分流，吸收多余热量、保护超导电缆的作用。本发明相较于现有技术的有益效果在于，本发明不需剪裁超导带材编织换位导线，同时具有极高的工程电流密度，极大地节约了成本，避免了超导材料的浪费。
附图说明
图1为本发明中单根缆线多层超导带材堆叠金属包套封装的示意图；
图2为本发明中单根缆线多层超导带材堆叠金属带包绕封装的示意图；
图3为本发明中多层超导带材堆叠并封装换位成电缆的结构示意图。
其中，1-金属包套，2-超导带材，3-保护铜带或铜缓冲层，4-包绕的金属带。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明公开了一种多层封装超导换位电缆技术。本发明可针对超导带材(如YBCO、ReBCO、Bi2223及铁基超导带等)的物理结构特性，通过采用多根超导带材堆叠封装及换位结构，形成一种大电流、低交流损耗、机械稳定的超导电缆。此技术方案需根据不同超导带材本身的特性，并结合不同超导带材的侧弯性能，得到带材本身的弯曲半径与载流能力的对应关系，使发生侧弯后超导载流性能的衰减在5％范围内。单根超导带材先进行多层堆叠并封装。封装结构能够固定超导带材，在超导带材弯曲换位过程中，封装结构起到塑形的作用，同时对超导带材本身也起到支撑与保护的作用，防止在编织成缆过程中机械损伤造成超导带材载流性能的大幅衰减。单根超导带材堆叠封装后，再对多根封装完成的超导带材进行编织换位制作成超导电缆。利用本发明可以实现一种新型的、工艺简单、性能可靠的超导带材换位电缆的制作。
超导带材的封装结构采用了两种可选方案，一种选择具有一定机械强度和韧性的非磁性金属或金属合金材料的包套，将堆叠的超导带材插入包套封装起来；另外一种是通过金属带对堆叠的超导带材进行包绕封装。两种封装方式可根据成本和需求选取，两种多层封装方式均可通过编织换位结构实现提升电流，还能有效避免超导带材层间剥离现象，并且封装结构还起到了保护塑形，增强机械强度的作用。此非磁性金属或金属合金封装结构在超导带材发生失超时，可以充当导电机体允许瞬间大电流通过，起到了分流，吸收多余热量、保护超导电缆的作用。本发明相较于现有技术的有益效果在于，本发明不需剪裁超导带材编织换位导线，同时具有极高的工程电流密度，极大地节约了成本，避免了超导材料的浪费。
图1为本发明中由多层超导带材堆叠通过金属包套封装的一根缆线示意图。图1中采用的是多层超导带材堆叠，可根据实际需求采用不同数量的超导带材进行堆叠封装。封装结构根据需要选取非磁性金属或金属合金材料。
图2为本发明中由多层超导带材堆叠通过金属带包绕封装的一根缆线示意图。图2中采用的是多层超导带材堆叠，可根据实际需求采用不同数量的超导带材进行堆叠封装。封装结构根据需要选取不同厚度的金属带封装包绕。根据超导带材机械物性，可以在堆叠的超导带材上下加入金属缓冲层来保护超导带材，以免在封装过程中受损。
本发明中多层超导带材堆叠并封装换位形成电缆，能够减少电缆在制作成超导磁体等电气设备后的交流损耗，提升运行电流，降低电感，以及增强超导线材的强度等，图3为多层超导换位电缆的结构示意图。对多层高温超导带材进行封装可以增强带材的强度，封装结构在支撑带材的同时压紧带材，起到了固定并保护带材的作用。根据超导带材的侧弯性能，在允许的侧弯半径范围内对超导带材进行侧弯换位。减少超导线材载流性能的衰减。
以上所述，仅为本发明的一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多层封装超导换位电缆，其特征在于，包括多根超导缆线，各所述超导缆线按照设定方式编织成型；其中每一根超导缆线由多层超导带材堆叠封装而成，并根据超导带材侧弯的临界角度对所述超导缆线中的超导带材进行侧向弯曲换位成型。
2.如权利要求1所述的多层封装超导换位电缆，其特征在于，每根所述超导缆线的多层超导带材采用非磁性金属或金属合金封装。
3.如权利要求1或2所述的多层封装超导换位电缆，其特征在于，每根所述超导缆线的多层超导带材采用金属或金属合金带包绕封装，或者选用金属或金属合金管穿管封装；超导带材与封装材料间加入金属缓冲层保护超导带材。
4.如权利要求1所述的多层封装超导换位电缆，其特征在于，包括M层所述超导缆线，每层包括并列排放的N根所述封装后的多层超导缆线，M*N根所述超导缆线共同进行换位；M为自然数、N为大于1的自然数。
5.如权利要求1所述的多层封装超导换位电缆，其特征在于，所述超导带材为YBCO、ReBCO、Bi2223、铁基超导带或其他非圆截面超导带材。
6.一种多层封装超导换位电缆的成缆方法，其步骤包括：
1)制备多根超导缆线；其中每一根超导缆线通过多层超导带材堆叠封装而成，并根据超导带材侧弯的临界角度对所述超导缆线中的超导带材进行侧向弯曲换位成型；
2)将多根所述超导缆线进行编织换位后，得到超导换位电缆。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，每根所述超导缆线的多层超导带材采用非磁性金属或金属合金封装。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，每根所述超导缆线的多层超导带材采用金属或金属合金带包绕封装，或者选用金属或金属合金管穿管封装；超导带材与封装材料间加入金属缓冲层保护超导带材。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述超导换位电缆包括M层所述超导缆线，每层包括并列排放的N根所述封装后的多层超导缆线，M*N根所述超导缆线共同进行换位成型；M为自然数、N为大于1的自然数。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述超导带材为YBCO、ReBCO、Bi2223、铁基超导带或其他非圆截面超导带材。
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