CN113470887A - 一种超导电缆结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超导电缆的技术领域，提供了一种超导电缆结构，沿电缆径向从内到外依次包括骨架、导体层、绝缘层和屏蔽层，导体层由至少一条超导带缠绕于骨架外侧形成，超导带包括第一超导体和第二超导体，第一超导体与第二超导体部分堆叠连接且相互平行，第一超导体和第二超导体堆叠连接后相同侧的一端用于与第一电极连接，第一超导体和第二超导体堆叠连接后相同侧的另一端用于与第二电极连接，超导带的缠绕方向与骨架的轴向方向所成夹角为θ，30°≤θ≤50°。本发明的超导电缆结构，结构紧凑，电流分配均匀。
Description
技术领域
本发明涉及超导电缆的技术领域，特别是涉及一种超导电缆结构。
背景技术
超导材料，是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线性质的材料，这个低温条件根据不同的材质而变化，我们称之为临界温度。超导电缆是利用超导材料在其临界温度下成为超导态、电阻消失、损耗极微、电流密度高、能承载大电流的特点而设计制造的，其传输容量远远超过充油电缆，亦大于低温电缆，可达10000MVA以上，是正在大力研究发展中的一种新型电缆。由于超导体的临界温度一般在20K以下，故超导电缆一般在4.2K的液氦中运行。
目前，我国对电力的需求越来越大，这就需要增大电力系统的传输容量和传输距离。传统电缆由铜或铝制成，在传输过程中的线损约占15％，中国每年电力传输过程中的线损就超过数百亿千瓦时。与传统电缆相比，高温超导电缆具有容量大、损耗低、体积小、重量轻、以及系统可靠性高、节约资源、环境友好等优势，随着超导技术的发展，高温超导电缆与高温超导限流器被认为是最有可能首先在电力系统中商业应用的超导设备，世界上高温超导电缆的发展分成示范、样品和工业应用三个重要阶段，目前高温超导电缆已进入工业应用的初期发展阶段，对高温超导电缆长度的要求在不断增加、对耐压的要求在不断提高、对电流流通的要求在不断增大。
随着高温超导材料及其相应技术的发展，制作高温超导电缆已具备了必要的基础。由于工作温区的相对提高，使得利用高温超导材料制作的电缆的输电成本将低于传统电缆的输电成本，用于直流输电其优越性尤为突出，高温超导电缆的诸多优越性决定了它在不久的将来将有广泛应用。
现有技术诸多的超导电缆扭绞结构的设计中，传统的扭绞结构存在体积不紧凑的问题，有些设计体积小，但又影响到载流密度，同时，现有技术中的设计中，还存在超导带材上电流分配不均匀的问题。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术缺陷，设计一种结构紧凑，电流分配均匀的超导电缆结构。
为了实现上述目的，本发明提供了一种超导电缆结构，沿电缆径向从内到外依次包括骨架、导体层、绝缘层和屏蔽层，所述导体层由至少一条超导带缠绕于所述骨架外侧形成，所述超导带包括第一超导体和第二超导体，所述第一超导体与所述第二超导体部分堆叠连接且相互平行，所述第一超导体和第二超导体堆叠连接后相同侧的一端用于与第一电极连接，所述第一超导体和第二超导体堆叠连接后相同侧的另一端用于与第二电极连接，所述超导带的缠绕方向与所述骨架的轴向方向所成夹角为θ，30°≤θ≤50°。
作为优选方案，所述第一超导体与所述第二超导体之间的非接触面均涂覆有绝缘涂覆层。
作为优选方案，所述第一超导体和第二超导体为宽度和厚度相同的带材。
作为优选方案，所述第一超导体的宽度的1/3－1/2堆叠连接于所述第二超导体。
作为优选方案，所述第一超导体锡焊堆叠连接于所述第二超导体。
作为优选方案，还包括粘接层，至少一条的所述超导带粘接于所述粘接层后缠绕于所述骨架外侧。
作为优选方案，所述粘接层为锡箔层。
作为优选方案，所述骨架为圆柱体，所述骨架的侧面间隔设有多个膨胀节结构，所述骨架设有用于流通冷却剂的通孔。
作为优选方案，所述绝缘层内侧设有聚丙烯压纸。
作为优选方案，所述骨架采用不锈钢、铜或铝制成。
本发明实施例与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明实施例的超导电缆结构，通过将导体层设置为由第一超导体和第二超导体部分堆叠连接形成的超导带，并缠绕于骨架上，使电缆体积结构紧凑；通过将第一超导体和第二超导体堆叠连接后相同侧的一端用于与第一电极连接，第一超导体和第二超导体堆叠连接后相同侧的另一端用于与第二电极连接，并使超导带的缠绕方向与骨架的轴向方向所成夹角为30°－50°，增加了电流分配的均匀程度，有利于增加电流的载流密度。
附图说明
图1是本发明实施例超导带的结构示意图；
图2是本发明实施例的整体结构示意图；
图3是本发明实施例多组超导带的结构示意图；
图4是本发明实施例超导带缠绕结构示意图。
图中：
1、骨架；2、导体层；21、第一超导体；22、第二超导体；3、绝缘层；4、屏蔽层；θ、夹角。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中采用术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是焊接连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、图2和图4所示，本发明提供的第一实施例的一种超导电缆结构，沿电缆径向从内到外依次包括骨架1、导体层2、绝缘层3和屏蔽层4，导体层2由至少一条超导带缠绕于骨架1外侧形成，超导带包括第一超导体21和第二超导体22，第一超导体21与第二超导体22部分堆叠连接且相互平行，第一超导体21和第二超导体22堆叠连接后相同侧的一端用于与第一电极连接，第一超导体21和第二超导体22堆叠连接后相同侧的另一端用于与第二电极连接，超导带的缠绕方向与骨架1的轴向方向所成夹角为θ，30°≤θ≤50°。
在本发明的超导电缆结构，通过将导体层2设置为由第一超导体21和第二超导体22部分堆叠连接形成的超导带，并缠绕于骨架1上，使电缆体积结构紧凑；通过将第一超导体21和第二超导体22堆叠连接后相同侧的一端用于与第一电极焊接，第一超导体21和第二超导体22堆叠连接后相同侧的另一端用于与第二电极焊接，并使超导带的缠绕方向与骨架的轴向方向所成夹角为30°－50°，增加了电流分配的均匀程度，有利于增加电流的载流密度。优选的，夹角θ优选为35°、40°、45°，且效果更佳。
具体的，屏蔽层4的材料为金属，第一超导体21和第二超导体22堆叠连接后相同侧的一端用于与第一电极焊接，第一超导体21和第二超导体22堆叠连接后相同侧的另一端用于与第二电极焊接。
进一步的，第一超导体21与第二超导体22之间的非接触面均涂覆有绝缘涂覆层。保证了连接后的第一超导体21和第二超导体22的超导性能的稳定性。具体的，第一超导体21和第二超导体22为宽度和厚度相同的带材。
进一步的，第一超导体21的宽度的1/3－1/2堆叠连接于第二超导体22。保证第一超导体21稳固地连接于第二超导体22，防止缠绕时超导带被破坏。优选的，优选第一超导体21的宽度的1/2堆叠连接于第二超导体22。
进一步的，第一超导体21锡焊堆叠连接于第二超导体22。防止第一超导体21和第二超导体22堆叠连接形成的超导带变形，有利于绕制。
进一步的，如图3所示，还包括粘接层，至少一条的超导带粘接于粘接层后缠绕于骨架1外侧。第一超导体21、第二超导体22形成超导带后均粘接在粘接层上后可顺时针或逆时针缠绕于骨架1上，能够避免超导带在缠绕制作时损坏，同时降低了电缆的绕制作业的难度。此外，可根据超导电缆载流的要求，选择绕制的层数，各层绕制的方向可相同或不同。具体的，粘接层为锡箔。
进一步的，骨架1为圆柱体，骨架1的侧面间隔设有多个膨胀节结构，骨架设有用于流通冷却剂的通孔。骨架1是电缆的支撑件，同时也是冷却剂的载流体。具体的，骨架1采用不锈钢、铜或铝制成，膨胀节采用波纹结构，能够承受由于温度变化造成骨架1伸缩的影响，冷却剂为液氮，使第一超导体21和第二超导体22在低温环境下实现超导输电。
进一步的，绝缘层3内侧设有聚丙烯压纸。聚丙烯层压纸采用多孔纸浆材料与聚丙烯膜压制制成，浸渍性能好，能够防止气隙的产生从而减小局部放电的发生，聚丙烯薄膜具有较高的电气强度，低温下具有良好的机械性能。
本发明第二实施例，与第一实施例不同的是超导带的绕制角度为45°，屏蔽层4采用铝材制成，骨架1采用铜绞线制成，起支撑作用。
综上，本发明实施例提供一种超导电缆结构，通过将导体层设置为由第一超导体和第二超导体部分堆叠连接形成的超导带，并缠绕于骨架上，使电缆体积结构紧凑；通过将第一超导体和第二超导体堆叠连接后相同侧的一端用于与第一电极焊接，第一超导体和第二超导体堆叠连接后相同侧的另一端用于与第二电极焊接，并使超导带的缠绕方向与骨架的轴向方向所成夹角为30°－50°，增加了电流分配的均匀程度，有利于增加电流的载流密度。此外，超导带可以有多组并依次粘接在粘接层上，可防止在缠绕的过程中超导带被损坏，同时降低了电缆的绕制作业的难度。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种超导电缆结构，其特征在于：沿电缆径向从内到外依次包括骨架、导体层、绝缘层和屏蔽层，所述导体层由至少一条超导带缠绕于所述骨架外侧形成，所述超导带包括第一超导体和第二超导体，所述第一超导体与所述第二超导体部分堆叠连接且相互平行，所述第一超导体和第二超导体堆叠连接后相同侧的一端用于与第一电极连接，所述第一超导体和第二超导体堆叠连接后相同侧的另一端用于与第二电极连接，所述超导带的缠绕方向与所述骨架的轴向方向所成夹角为θ，30°≤θ≤50°。
2.根据权利要求1所述的超导电缆结构，其特征在于：所述第一超导体与所述第二超导体之间的非接触面均涂覆有绝缘涂覆层。
3.根据权利要求1或2所述的超导电缆结构，其特征在于：所述第一超导体和第二超导体为宽度和厚度相同的带材。
4.根据权利要求3所述的超导电缆结构，其特征在于：所述第一超导体的宽度的1/3－1/2堆叠连接于所述第二超导体。
5.根据权利要求1或2所述的超导电缆结构，其特征在于：所述第一超导体锡焊堆叠连接于所述第二超导体。
6.根据权利要求1或2所述的超导电缆结构，其特征在于：还包括粘接层，至少一条的所述超导带粘接于所述粘接层后缠绕于所述骨架外侧。
7.根据权利要求6所述的超导电缆结构，其特征在于：所述粘接层为锡箔层。
8.根据权利要求1或2所述的超导电缆结构，其特征在于：所述骨架为圆柱体，所述骨架的侧面间隔设有多个膨胀节结构，所述骨架设有用于流通冷却剂的通孔。
9.根据权利要求1或2所述的超导电缆结构，其特征在于：所述绝缘层内侧设有聚丙烯压纸。
10.根据权利要求1或2所述的超导电缆结构，其特征在于：所述骨架采用不锈钢、铜或铝制成。
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