CN115331883A - 超导电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超导电缆，包括：多个超导子缆，每个超导子缆的表面上设有加强件；包覆层，包覆层包裹在多个超导子缆上，包覆层与多个超导子缆共同限定有第一冷却通道；分离件，分离件设在包覆层内；铠甲层，铠甲层套设在包覆层上。本发明通过在超导子缆的表面上设置加强件可以起到加强作用，同时设置分离件可以增加电缆截面，加强件和分离件共同作用使得电缆能承受较大的电磁载荷，有效避免损伤内部导体结构，提高电缆安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，尤其是涉及一种超导电缆。
背景技术
超导导体在电工、医疗、交通、科学实验等领域都具有重要应用。如在核聚变、高能粒子加速器等大型装置上，其磁体系统要求超导导体承载大电流产生强磁场，从而满足装置对强磁场环境需求。其中下一代聚变堆对于超导导体的运行电流达到较高，运行最高磁场也比较强，且对于不同磁体的超导导体，电磁负载也比较高。
因此，针对上述大电流、高磁场和高负载的运行环境，相关技术中的超导电缆在结构方面无法承受巨大的电磁载荷，其内部超导线材容易受到损伤。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种超导电缆，所述超导电缆能承受较大的电磁载荷，避免内部超导线材受到损伤。
根据本发明实施例的超导电缆，包括：多个超导子缆，每个所述超导子缆的表面上设有加强件；包覆层，所述包覆层包裹在多个所述超导子缆上，所述包覆层与多个所述超导子缆共同限定有第一冷却通道；分离件，所述分离件设在所述包覆层内；铠甲层，所述铠甲层套设在所述包覆层上。
根据本发明实施例的超导电缆，通过在超导子缆的表面上设置加强件能起到加强作用，同时设置分离件能增加电缆截面，加强件和分离件共同作用使得电缆能承受较大的电磁载荷，避免损伤内部导体结构，提高电缆安全性。
在本发明的一些实施例中，所述加强件为加强套管，所述加强套管上设有连通所述第一冷却通道的通孔。
在本发明的一些实施例中，所述通孔沿所述加强套管的圆周方向间隔开地设为多个。
在本发明的一些实施例中，所述加强套管的表面设有高电阻材料的电镀层，所述高电阻材料包括镉、镍中的任一种。
在本发明的一些实施例中，所述电镀层设在所述加强套管的全部表面上或部分表面上。
在本发明的一些实施例中，所述加强件为高塑性、高电导率以及高热导率的金属或合金材料制成，所述高塑性、高电导率以及高热导率的金属或合金材料包括无氧铜、铝中的任一种。
在本发明的一些实施例中，所述分离件采用低电阻率的金属材料制成，所述低电阻率的金属材料包括金、银、铜中的任一种。
在本发明的一些实施例中，所述超导子缆为低温超导线材多级扭绞、高温超导线材多级扭绞、高温超导带材堆叠、高温超导带材螺旋扭绞中的任一种方式制成。
在本发明的一些实施例中，所述超导子缆的中心形成有第二冷却通道；或者，所述超导子缆的中心设有低电阻率的金属线芯或金属缆芯。
在本发明的一些实施例中，所述分离件为多个，任意相邻的两个所述加强件和所述包覆层形成的空隙内设有所述分离件。
在本发明的一些实施例中，所述分离件在所述超导电缆中居中布置，多个所述超导子缆沿所述分离件的周向布置。
在本发明的一些实施例中，所述铠甲层的形状为圆形或为多边形。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分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
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一实施例中超导电缆的内部结构示图；
图2是本发明一实施例中超导子缆的内部结构示意图；
图3是本发明另一实施例中超导子缆的内部结构示意图；
图4是本发明另一实施例中超导电缆的内部结构示图。
附图标记：
100、超导电缆；
100a、第一冷却通道；10、超导子缆；10a、第二冷却通道；20、加强件；30、包覆层；40、分离件；50、铠甲层；60、金属线芯。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例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例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，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发明中的具体含义。
下面参考图1-图4，描述根据本发明实施例的超导电缆100。
如图1所示，根据本发明实施例的超导电缆100，包括：超导子缆10、加强件20、包覆层30、分离件40、铠甲层50。
超导子缆10为多个，每个超导子缆10的表面上设有加强件20；包覆层30包裹在多个超导子缆10上，包覆层30与多个超导子缆10共同限定有第一冷却通道100a，以起到冷却降温作用；分离件40设在包覆层30内；铠甲层50套设在包覆层30上。
当电缆在电流、磁场较高的情况下运行时，对应的其电磁负载也比较高，例如，当运行电流高达60kA，磁场接近20T的情况下，电磁负载能达到1500kN/m，在此运行参数需求内，由于每个超导子缆10上设有加强件20，可以保护内部的超导线材不受到损伤。其次，分离件40能起到增加电缆截面的作用，确保导体在超导线圈失超后电流泄放过程中不会产生过大的焦耳热而损伤导体结构。
需要说明的是，超导电缆100可以是指高温超导电缆，也可以是指低温超导电缆，根据内部超导导体的特性不同而不同，超导子缆10的材料可以是包括Nb3Sn、MgB2，Bi系超导线材，及Bi系、二代Yi系、铁基等在内的超导线材及带材。
根据本发明实施例的超导电缆100，通过在超导子缆20的表面上设置加强件20可以起到加强作用，同时设置分离件40可以增加电缆截面，加强件20和分离件40共同作用使电缆能承受较大的电磁载荷，避免损伤内部导体结构，提高电缆安全性。
一些实施例中，如图1、图2、图3所示，加强件20为加强套管，加强套管上设有连通第一冷却通道100a的通孔(图未示出)。加强件20以套管的形式安装在超导子缆10上，采用这种方式使得加强件20和超导子缆10之间的安装更可靠，同时套管形式的加强件20也能提供更大的防护面，提升加强效果。通孔可以与第一冷却通道100a内的冷却介质进行质量、能量交换，对超导子缆10起到更好的冷却效果。
一些实施例中，通孔沿加强套管的圆周方向间隔开地设为多个，通过设置多个通孔能增加与冷却介质的交换速率、质量和能量。其中，通孔的大小、形状和数量可以根据导体实际需要的热工流体特性进行确定。
一些实施例中，加强套管的表面设有高电阻材料的电镀层，这样可以提高相邻的超导子缆10之间的接触电阻，降低耦合损耗。其中，高电阻材料包括镉、镍中的任一种，即，电镀层可以是镉电镀层，也可以是镍电镀层。
一些实施例中，电镀层设在加强套管的全部表面上或部分表面上。根据需要电镀层可以全覆盖在加强套管的表面上，形成全电镀。电镀层也可以电镀在加强套管的部分表面上，形成局部电镀。
一些实施例中，加强件20为高塑性、高电导率以及高热导率的金属或合金材料制成，高塑性、高电导率以及高热导率的金属或合金材料包括无氧铜、铝中的任一种。
一些实施例中，分离件40采用低电阻率的金属或合金制成，低电阻率的金属或合金包括金、银、铜中的任一种。即，分离件40可以金材料制成，也可以是银材料制成，还可以是铜材料制成，或者是含金合金、含银合金、含铜合金中的任一种。
一些实施例中，分离件40为线芯或线缆，例如，分离件40可以是无氧铜线，分离件40也可以是铜缆。
一些实施例中，超导子缆10为低温超导线材多级扭绞、高温超导线材多级扭绞、高温超导带材堆叠、高温超导带材螺旋扭绞中的一种方式制成。例如，超导子缆10可以是采用低温超导线材多级扭绞制成，此时电缆为低温超导电缆。超导子缆10也可以是采用高温超导线材多级扭绞制成，超导子缆10也可以是高温超导带材堆叠制成，超导子缆10还可以是高温超导带材螺旋扭绞制成，此时电缆为高温超导电缆。
一些实施例中，如图2所示，超导子缆10的中心形成有第二冷却通道10a。在热负荷较大工况下，第一冷却通道100a内冷却介质提供的冷却能力可能不足，无法进行充分冷却，针对该情况下，通过在超导子缆10内部设置第二冷却通道10a可以提高换热效率，同时减小流量压降。
一些示例中，如图3所示，超导子缆10的中心设有低电阻率的金属线芯60或金属缆芯，可以起到提高电缆抵抗横向电磁负载的能力。
一些实施例中，如图1所示，分离件40为多个，任意相邻的两个加强件20和包覆层30形成的空隙内设有分离件40，分离件40止抵在包覆层30和加强件20上。例如，多个超导子缆10可以是沿圆周方向布置，此时任意相邻的两个超导子缆10上的加强件20和包覆层30之间形成空隙，在每个空隙内对应设置分离件40，使得分离件40沿电缆的边缘布置，提高抵抗电磁负载的能力。
具体地，超导子缆10可以设置为七个，一者居中设置，其余六个围绕居中的超导子缆10布置，任意相邻的两个超导子缆10和包覆层30之间形成空隙，从而共计形成六个空隙，对应地，分离件40设置为六个，六个分离件40对应设置在六个空隙内。当然，这里只是举例说明，超导子缆10和分离件40的数量根据情况可具体设置，不再赘述。
一些实施例中，如图4所示，分离件40在超导电缆100中居中布置，多个超导子缆10沿分离件40的周向布置，多个超导子缆10止抵在分离件40上。具体地，电缆的内部只设置一个分离件40，多个超导子缆10围绕分离件40布置。
分离件40根据电缆的形状不同可做具体设置，例如，当电缆需构造为圆形电缆时，分离件40可以为圆形，且居中设置；当电缆需构造为方形时，分离件40可以为方形，且居中设置；当电缆需构造为条形时，分离件40可以为长条形，且居中设置。
一些实施例中，如图1、图4所示，铠甲层50的形状为圆形或为多边形。铠甲层50的形状根据需要可作具体设置，当铠甲层50的形状为圆形时，电缆整体为圆形电缆，其截面为圆形截面。多边形可以是指方形、梯形、三角形等，例如，当铠甲层50的形状为外方内圆的方形时，电缆整体为方形电缆，其截面为矩形截面。
一些实施例中，铠甲层50为金属材料制成，金属材料可以是不锈钢、铜、铝合金等。
一些实施例中，包覆层30为金属带材平铺绕包制成或金属带材叠包绕包制成。
下面结合附图，描述本发明超导电缆100作为高温超导电缆的一个具体实施例。
如图1所示，超导电缆100包括：超导子缆10、加强件20、包覆层30、分离件40、铠甲层50。
超导子缆10为七个，一者居中设置，其余六个围绕居中的超导子缆10沿圆周方向布置，每个超导子缆10的表面上设有加强件20，加强件20为加强套管。
超导子缆10为高温超导线材多级扭绞而成。包覆层30包裹在七个超导子缆10上，包覆层30与七个超导子缆10共同限定有第一冷却通道100a。加强件20上设有连通第一冷却通道100a的通孔，通孔沿加强件20的圆周方向间隔开地设为多个。加强件20的表面设有全覆盖的镉电镀层。加强件20采用无氧铜材料制成。
分离件40设在包覆层30内，分离件40为金属铜材料制成，分离件40的数量为六个，最外侧的六个超导子缆10中，任意相邻的两个超导子缆10和包覆层30形成的空隙内各设有一个分离件40。
铠甲层50套设在包覆层30上，铠甲层50的形状为圆形，且为不锈钢材料制成。
根据本发明实施例的超导电缆100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“进一步地”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (12)
1.一种超导电缆，其特征在于，包括：
多个超导子缆，每个所述超导子缆的表面上设有加强件；
包覆层，所述包覆层包裹在多个所述超导子缆上，所述包覆层与多个所述超导子缆共同限定有第一冷却通道；
分离件，所述分离件设在所述包覆层内；
铠甲层，所述铠甲层套设在所述包覆层上。
2.根据权利要求1所述的超导电缆，其特征在于，所述加强件为加强套管，所述加强套管上设有连通所述第一冷却通道的通孔。
3.根据权利要求2所述的超导电缆，其特征在于，所述通孔沿所述加强套管的圆周方向间隔开地设为多个。
4.根据权利要求2所述的超导电缆，其特征在于，所述加强套管的表面设有高电阻材料的电镀层，所述高电阻材料包括镉、镍中的任一种。
5.根据权利要求4所述的超导电缆，其特征在于，所述电镀层设在所述加强套管的全部表面上或部分表面上。
6.根据权利要求1所述的超导电缆，其特征在于，所述加强件为高塑性、高电导率以及高热导率的金属或合金材料制成，所述高塑性、高电导率以及高热导率的金属或合金材料包括无氧铜、铝中的任一种。
7.根据权利要求1所述的超导电缆，其特征在于，所述分离件采用低电阻率的金属或合金制成，所述低电阻率的金属或合金包括金、银、铜中的任一种。
8.根据权利要求1所述的超导电缆，其特征在于，所述超导子缆为低温超导线材多级扭绞、高温超导线材多级扭绞、高温超导带材堆叠、高温超导带材螺旋扭绞中的任一种方式制成。
9.根据权利要求1所述的超导电缆，其特征在于，所述超导子缆的中心形成有第二冷却通道；或者，所述超导子缆的中心设有低电阻率的金属线芯或金属缆芯。
10.根据权利要求1所述的超导电缆，其特征在于，所述分离件为多个，任意相邻的两个所述加强件和所述包覆层形成的空隙内设有所述分离件。
11.根据权利要求1所述的超导电缆，其特征在于，所述分离件在所述超导电缆中居中布置，多个所述超导子缆沿所述分离件的周向布置。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的超导电缆，其特征在于，所述铠甲层的形状为圆形或为多边形。
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2022
- 2022-07-15 CN CN202210836033.4A patent/CN115331883B/zh active Active
Patent Citations (5)
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