CN113517088A - 一种带材堆叠结构及其超导电缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电缆技术领域，提供了一种带材堆叠结构及其超导电缆，所述带材堆叠结构包括依次堆叠的第一堆叠层和第二堆叠层，所述第一堆叠层包括第一超导带材和第二超导带材，所述第一超导带材具有第一超导层；所述第二超导带材与所述第一超导带材沿长度方向连接，且其具有与所述第一超导层位于同一平面的第二超导层；所述第二堆叠层包括第三超导带材和两个高电导带，所述第三超导带材具有第三超导层；两个所述高电导带分别与所述第三超导带材沿长度方向连接；其中，所述第三超导层分别与所述第一超导层和第二超导层连接。本发明解决了导体间换流产生的能量损耗以及电流传输不均匀的缺陷，实现了带材间的低电阻回路，改善了分流状况。

Description

一种带材堆叠结构及其超导电缆

技术领域

本发明涉及电缆技术领域，特别是涉及一种带材堆叠结构及其超导电缆。

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。

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。

当将超导带材多股并联应用到大型磁体绕制中，其基本单位超导缆线，或称超导导体。在并联导线中，由于稀土钡铜氧超导带材的特殊结构，单股导体带材之间均存在电阻，在长距离输电过程中，电缆需要通过接头与另一电缆对接，接触电阻较大，同样会产生较大的能量耗散，甚至造成单股导体带材之间电流交换相对困难，且存在电流传输分布不均匀的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种带材堆叠结构及其超导电缆，解决了导体间换流产生的能量损耗以及电流传输不均匀的缺陷，实现了带材间的低电阻回路，改善了分流状况。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种带材堆叠结构，包括依次堆叠的第一堆叠层和第二堆叠层，

所述第一堆叠层包括：

第一超导带材，所述第一超导带材具有第一超导层；

第二超导带材，所述第二超导带材与所述第一超导带材沿长度方向连接，且其具有第二超导层；

所述第二堆叠层包括：

第三超导带材，所述第三超导带材具有第三超导层；

两个高电导带，两个所述高电导带分别与所述第三超导带材沿长度方向连接，且两个所述高电导带分别位于所述第三超导带材两侧；

其中，所述第三超导层分别与所述第一超导层和第二超导层连接。

优选地，所述第三超导带材长度方向上的中线与所述第一堆叠层长度方向上的中线位于同一平面上。

优选地，所述第一超导带材、第二超导带材与第三超导带材均设置有收容槽，所述第一超导层、第二超导层和第三超导层分别对应收容于所述第一超导带材、第二超导带材与第三超导带材的收容槽内。

优选地，所述收容槽内设置有绝缘过渡层，所述绝缘过渡层设置于所述收容槽的底面。

优选地，所述高电导带采用焊接或金属热压接的方式分别连接所述第一堆叠层和所述第三超导带材。

优选地，所述高电导带包括紫铜带材。

本发明提供一种超导电缆，包括导体、骨架、绝缘层、屏蔽层以及两个电极，所述骨架、导体、绝缘层和屏蔽层由内到外依次布置，两个所述电极分别与所述导体的两端连接；其中所述导体为如上述所述的带材堆叠结构。

优选地，所述屏蔽层采用金属材质制作；所述绝缘层内部设置有聚丙烯层压纸；所述骨架采用不锈钢、铜或铝制作。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的带材堆叠结构对带材结构上设置第一超导带材、第二超导带材和第三超导带材，通过带材双面交错分布，将带材之间的低电阻回路设置为宽面接触的大通道，能够改善分流状况，当电流流入时，电流可以以低阻路径在三个超导带材之间任意分配，而较传统的超导带材普通堆叠于一起的结构，大大减小了带材之间的电阻，解决了电流传输不均匀的缺陷，实现了带材间的低电阻回路，改善了分流状况。

(2)本发明的超导电缆，由于其电阻小，解决了长距离输电过程中在导体某处安装接头时均匀分流和能量损失的问题，整体灵活性好，实用性强。

(3)本发明中的超导电缆的两个端部分别连接两个电极，有利于每根带材分流均匀。

附图说明

图1是本发明实施例提供的带材堆叠结构的结构示意图；

图2是单个超导带材的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的带材堆叠结构的堆叠结构示意图。

附图标记：

1、第一堆叠层；2、第二堆叠层；

100、第三超导带材；101、第三超导层；102、第三高电导层；

200、高电导带；

300、第一超导带材；301、第一超导层；302、第一高电导层；

400、绝缘过渡层；

500、第二超导带材；501、第二超导层；502、第二高电导层。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1：

参见图1和图2，本发明优选实施例提供一种带材堆叠结构，包括依次堆叠的第一堆叠层1和第二堆叠层2，

所述第一堆叠层1包括：

第一超导带材300，所述第一超导带材300具有第一超导层301；

第二超导带材500，所述第二超导带材500与所述第一超导带材300沿长度方向连接，且其具有第二超导层501；

所述第二堆叠层2包括：

第三超导带材100，所述第三超导带材100具有第三超导层101；

两个高电导带200，两个所述高电导带200分别与所述第三超导带材100沿长度方向连接，且两个所述高电导带200分别位于所述第三超导带材100两侧；

其中，所述第三超导层101分别与所述第一超导层301和第二超导层501连接。

具体的，所述第一超导带材300和第二超导带材500相对于所述第三超导带材100对称布置，所述第三超导带材100还包括第三高电导层102，所述第一超导带材300还包括第一高电导层302，所述第二超导带材500还包括第二高电导层502。其中，第一高电导层302、第二高电导层502、第三高电导层102均优选采用铜/银等高电导率的金属制作，可以为单面覆盖结构，也可以为双面覆盖结构。

本实施例中，所述第一超导带材300、第二超导带材500与第三超导带材100均设置有收容槽，所述第一超导层301、第二超导层501和第三超导层101分别对应收容于所述第一超导带材300、第二超导带材500与第三超导带材100的收容槽内。具体的，所述收容槽开设于所述第一高电导层302、第二高电导层502、第三高电导层102上。

本实施例中，所述第三超导带材100长度方向上的中线与所述第一堆叠层1长度方向上的中线位于同一平面上。

本实施例中，所述收容槽内设置有绝缘过渡层400，所述绝缘过渡层400设置于所述收容槽的底面。

在实际的应用，尤其是大电流的正常传输中，超导带材起到了最重要的电流传导作用，而高电导带200则起到了电流引入，电流分配，以及非正常工作状态下的分流等作用。

本实施例尤其适用于稀土钡铜氧高温超导带状导体，相比于低温超导导线或Bi－2223系高温超导带材，稀土钡铜氧高温超导带材具有在高运行温度下对高磁场的耐受性。

本实施例中，所述高电导带200采用焊接或金属热压接的方式分别连接所述第一堆叠层1和所述第三超导带材100。

本实施例中，所述高电导带200包括紫铜带材。

本发明提供一种超导电缆，包括导体、骨架、绝缘层、屏蔽层以及两个电极，所述骨架、导体、绝缘层和屏蔽层由内到外依次布置，两个所述电极分别与所述导体的两端连接；其中所述导体为如上述所述的带材堆叠结构。

本实施例中，所述屏蔽层采用金属材质制作；所述绝缘层内部设置有聚丙烯层压纸；所述骨架采用不锈钢、铜或铝制作。

具体的，所述绝缘层内部设置有聚丙烯层压纸，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。同时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。

具体的，屏蔽层采用铝材质制作，所述骨架采用铜绞线制作，起到有效的支撑作用。

进一步地，所述骨架采用圆柱形金属管状骨架且所述骨架上间隔布置有多个膨胀节结构，膨胀节优选采用波纹结构，能够承受由于温度变化造成骨架伸缩的影响，所述骨架内部设置有用于冷却剂流通的管孔，其中，所述骨架优选采用不锈钢、铜或铝制作，作为超导电缆的支撑物，同时又作为冷却剂的载流体，所述冷却剂优选采用液氮。

实施例2：

参见图3，本实施例为实施例1的优选例。

本实施例中，如图3所示的结构，由超导带材和导体带材连接为一个整体结构，超导带材为的厚度为0.1㎜，宽度为6㎜，其中，超导带材和导体带材的宽度比例可以根据实际的应用场景合理地选择，在该结构中，面向任意方向上、下，带材都有很大的金属接触面，考虑到实物的比例，该形式下，电流的分配路径电阻减小一到两个数量级。

在多根带材堆叠结构使用时，比如简单堆叠的情况，可以采用如图1中对称的双面带材，两者依次堆叠，就可以得到如图3的结构，截面如图3的组合体。其电流分配可以以低阻路径在任意带材之间分配。根据带材中各部分的性质，实现低电阻通路，电阻小非常实用。

本实施例中，可以通过先组合成带材堆叠结构，再将带材堆叠结构简单堆叠、堆叠加压、焊接、金属压接或加外框架如金属槽固定构成，也可以直接跳过带材堆叠结构，将带材堆叠结构与高电导带200直接堆叠组合，可以在带材之间按照需求添加若干层的金属带材，改变超导体的占比。

带材堆叠结构可以在不影响带材厚度，不改变带材通流面方向和力学特性的前提下添加接头，由于双面带材结构下良好的分流特性，电流经过接头时，可以较小的电压为代价，转而向各个带材部分或全部分配。

综上，本发明优选实施例提供一种带材堆叠结构及其超导电缆，其与现有技术相比：

(1)本发明的带材堆叠结构对带材结构上设置第一超导带材、第二超导带材和第三超导带材，通过带材双面交错分布，将带材之间的低电阻回路设置为宽面接触的大通道，能够改善分流状况，当电流流入时，电流可以以低阻路径在三个超导带材之间任意分配，而较传统的超导带材普通堆叠于一起的结构，大大减小了带材之间的电阻，解决了电流传输不均匀的缺陷，实现了带材间的低电阻回路，改善了分流状况。

(2)本发明的超导电缆，由于其电阻小，解决了长距离输电过程中在导体某处安装接头时均匀分流和能量损失的问题，整体灵活性好，实用性强。

(3)本发明中的超导电缆的两个端部分别连接两个电极，有利于每根带材分流均匀。

以上所述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 (9)

1.一种带材堆叠结构，其特征在于，包括依次堆叠的第一堆叠层和第二堆叠层，

所述第一堆叠层包括：

第一超导带材，所述第一超导带材具有第一超导层；

第二超导带材，所述第二超导带材与所述第一超导带材沿长度方向连接，且其具有第二超导层；

所述第二堆叠层包括：

第三超导带材，所述第三超导带材具有第三超导层；

两个高电导带，两个所述高电导带分别与所述第三超导带材沿长度方向连接，且两个所述高电导带分别位于所述第三超导带材两侧；

其中，所述第三超导层分别与所述第一超导层和第二超导层连接。

2.根据权利要求1所述的带材堆叠结构，其特征在于：所述第三超导带材长度方向上的中线与所述第一堆叠层长度方向上的中线位于同一平面上。

3.根据权利要求1所述的带材堆叠结构，其特征在于：所述第一超导带材、第二超导带材与第三超导带材均设置有收容槽，所述第一超导层、第二超导层和第三超导层分别对应收容于所述第一超导带材、第二超导带材与第三超导带材的收容槽内。

4.根据权利要求3所述的带材堆叠结构，其特征在于：所述收容槽内设置有绝缘过渡层，所述绝缘过渡层设置于所述收容槽的底面。

5.根据权利要求1所述的带材堆叠结构，其特征在于：所述高电导带采用焊接或金属热压接的方式分别连接所述第一堆叠层和所述第三超导带材。

6.根据权利要求1所述的带材堆叠结构，其特征在于：所述高电导带包括紫铜带材。

7.一种超导电缆，其特征在于：包括导体、骨架、绝缘层、屏蔽层以及两个电极，所述骨架、导体、绝缘层和屏蔽层由内到外依次布置，两个所述电极分别与所述导体的两端连接；其中所述导体为如权1－6任一项所述的带材堆叠结构。

8.根据权利要求7所述的超导电缆，其特征在于：所述屏蔽层采用金属材质制作；所述绝缘层内部设置有聚丙烯层压纸。

9.根据权利要求7所述的超导电缆，其特征在于：所述骨架采用不锈钢、铜或铝制作。

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