CN115331885A - 高温超导电缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温超导电缆，包括：应力分散件，应力分散件上设有第一冷却通道和多个安装槽，多个安装槽沿圆周方向间隔开地设在应力分散件的表面上；多个高温超导子缆，多个高温超导子缆一一对应地设在多个安装槽内；包覆层，包覆层包裹在应力分散件上；应力支撑件，应力支撑件设在高温超导子缆和包覆层形成的空隙内；铠甲层，铠甲层包裹在包覆层上。本发明可以在电缆内部实现应力分散和应力支撑功能，提高高温超导电缆在大电流、高磁场环境下的运行稳定性。

Description

高温超导电缆

技术领域

本发明涉及电缆技术领域，尤其是涉及一种高温超导电缆。

背景技术

高温超导材料具有较宽的运行温度区间、较高的不可逆磁场等特点，是应用于高温低场以及低温高场超导导体的优异材料，具有很高的经济价值。但是，由于不同高温超导材料的制备工艺的特殊性，其工程化应用展现出具有高长宽比带材及圆线等不同的结构形式；此外，高温超导材料主要由氧化物、层状化合物等组成，展现出一定的相对较强的应力应变性能退化特性，这些特性导致目前适用于低温超导导体的结构设计以及实现方法不适用于高温超导导体。

相关技术中，对于高温超导导体的结构设计目前国内外提出了多种结构，但是由于在高电磁负载下性能极易出现退化，因此，要实现高温超导导体的高电磁负载工程化应用，解决电磁力对高温超导体的损伤问题极为关键。

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高温超导电缆，可以在电缆内部起到应力分散的作用，以减轻电缆的应力应变性能退化特性，提高运行稳定性。

根据本发明实施例的高温超导电缆，包括：应力分散件，所述应力分散件上设有第一冷却通道和多个安装槽，多个所述安装槽沿圆周方向间隔开地设在所述应力分散件的表面上；多个高温超导子缆，多个所述高温超导子缆一一对应地设在多个所述安装槽内；包覆层，所述包覆层包裹在所述应力分散件上；应力支撑件，所述应力支撑件设在所述高温超导子缆和所述包覆层形成的空隙内；铠甲层，所述铠甲层包裹在所述包覆层上。

根据本发明实施例的高温超导电缆，通过在应力分散件上开设安装槽安装高温超导子缆，并在高温超导子缆和包覆层的空隙内设置应力支撑件，可以在电缆内部起到应力分散和支撑的作用，减轻电缆的应力应变性能退化特性，提高运行稳定性。

在本发明的一些实施例中，所述应力分散件为高强度高塑性的金属材料制成。

在本发明的一些实施例中，所述高强度高塑性的金属材料为铜、铝以及不锈钢中的一种。

在本发明的一些实施例中，所述安装槽沿所述应力分散件的轴线方向延伸，或者，所述安装槽围绕所述应力分散件的轴线呈螺旋布置。

在本发明的一些实施例中，所述应力分散件具有位于任意相邻的两个所述安装槽之间的边缘部，所述边缘部上设有第一凹槽，所述第一凹槽与所述包覆层之间共同限定有第二冷却通道。

在本发明的一些实施例中，所述高温超导子缆为高温超导线材扭绞、高温超导带材叠加、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，所述应力支撑件为高强度高塑性的金属材料制成的仿形块，所述应力支撑件的形状与所述空隙的形状相适配。

在本发明的一些实施例中，所述应力支撑件为多个金属线材扭绞而成，多个所述金属线材共同限定有第三冷却通道。

在本发明的一些实施例中，多个所述金属线材中邻近所述包覆层的与所述包覆层之间共同限定有第四冷却通道，和/或，多个所述金属线材中邻近所述安装槽的与所述安装槽的侧壁之间共同限定有第五冷却通道。

在本发明的一些实施例中，所述包覆层为金属带材平铺绕包制成或金属带材叠包绕包制成。

在本发明的一些实施例中，所述铠甲层的形状包括圆形或多边形。

在本发明的一些实施例中，所述安装槽的槽面上设有第二凹槽，所述第二凹槽和所述高温超导子缆共同限定有第六冷却通道。

在本发明的一些实施例中，所述第一冷却通道设在所述应力分散件的中心，每个所述安装槽上设有连通所述第一冷却通道的通孔。

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是本发明实施例中高温超导电缆的内部结构示意图；

图2是本发明实施例中应力分散件的结构示意图一；

图3是本发明实施例中高温超导子缆为用高温超导线材扭绞方式制成的示意图；

图4是本发明实施例中高温超导子缆为高温超导带材叠加方式制成的示意图；

图5是本发明实施例中高温超导子缆为高温超导带材螺旋扭绞方式制成的示意图；

图6是本发明实施例中应力支撑件的结构示意图一；

图7是本发明实施例中应力支撑件的结构示意图二；

图8是本发明实施例中应力支撑件的结构示意图三；

图9是本发明实施例中应力分散件的结构示意图二；

图10是本发明实施例中应力分散件的结构示意图三；

图11是本发明实施例中应力分散件的结构示意图四。

附图标记：

100、高温超导电缆；

10、应力分散件；101、第一冷却通道；102、安装槽；102a、第二凹槽；102b、通孔；103、边缘部；103a、第一凹槽；

20、高温超导子缆；201、高温超导线材；202、高温超导带材；

30、包覆层；

40、应力支撑件；401、金属线材；40a、第三冷却通道；40b、第一弧形面；40c、第二弧形面；40d、侧端面；

50、铠甲层。

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11，描述根据本发明实施例的高温超导电缆100。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的高温超导电缆100包括：应力分散件10、高温超导子缆20、包覆层30、应力支撑件40、铠甲层50。

应力分散件10上设有第一冷却通道101和多个安装槽102，多个安装槽102沿圆周方向间隔开地设在应力分散件10的表面上；多个高温超导子缆20一一对应地设在多个安装槽102内；包覆层30包裹在应力分散件10上；应力支撑件40设在高温超导子缆20和包覆层30形成的空隙内；铠甲层50包裹在包覆层30上。

可以理解的是，应力分散件10的多个安装槽102可以将高温超导子缆20分区布置，较好的承载起高温超导子缆20，针对高温超导子缆20在安装槽102内的裸露位置，应力支撑件40能起到应力支撑作用，使单个区域内的应力可以在高温超导子缆20所能承载的极限值之下，从而在电缆内部起到应力分散和支撑的效果。其中，高温超导子缆20可以是一代Bi系，二代Y系、铁基等在内的超导线材及带材制成。

根据本发明实施例的高温超导电缆100，通过在应力分散件10上开设安装槽102安装高温超导子缆20，并在高温超导子缆20和包覆层30的空隙内设置应力支撑件40，可以在电缆内部起到应力分散和支撑的作用，减轻电缆的应力应变性能退化特性，提高运行稳定性。

一些实施例中，应力分散件10为高强度高塑性的金属材料制成。采用这种材料的应力分散件10一方面具备承载超导导体制造以及运行过程中产生的机械、电磁以及热等引起的应力的作用，另一方面使电缆具备超导导体制备工艺需求的校直、弯曲等工艺操作特性。此外，根据超导导体具体的运行特性需求，采用该材料制成的应力分散件10还能满足特定环境下要求超导导体具备较高的导电率的需求，提供特定运行失超环境下的分流作用。

一些实施例中，高强度高塑性的金属材料为铜、铝以及不锈钢中的一种。例如，应力分散件10可以是金属铜制成，也可以是金属铝制成，还可以是不锈钢制成。

一些实施例中，安装槽102沿应力分散件10的轴线方向延伸，或者，安装槽102围绕应力分散件10的轴线呈螺旋布置。也就是说，安装槽102可以构造成直槽，也可以构造成螺旋槽。例如，如图2所示，安装槽102为直槽，直槽底部为圆形，以配合圆形的高温超导子缆20，直槽的相对两槽壁平行布置。

一些实施例中，如图2所示，应力分散件10具有位于任意相邻的两个安装槽102之间的边缘部103，边缘部103上设有第一凹槽103a，第一凹槽103a与包覆层30之间共同限定有第二冷却通道。第一凹槽103a可以是沿电缆的长度方向延伸的长槽，在已经具备第一冷却通道101的前提下，通过增设第二冷却通道可以进一步提升冷却效果。

一些实施例中，第一凹槽103a的形状可以为圆弧形、三角形、正方形、长方形、梯形等形状。

一些实施例中，如图3、图4、图5所示，高温超导子缆20为高温超导线材201扭绞、高温超导带材202叠加、高温超导带材202螺旋扭绞中的任一种方式制成。例如，高温超导子缆20可以是高温超导线材201扭绞而成，高温超导子缆20也可以是高温超导带材202叠加而成，高温超导子缆20还可以是高温超导带材202螺旋扭绞制成。

一些实施例中，如图6所示，应力支撑件40为高强度高塑性的金属材料制成的仿形块，应力支撑件40的形状与所述空隙的形状相适配。应力支撑件40的材质与应力分散件10的材质形同，因此可以进一步增强承载超导导体制造以及运行过程中产生的机械、电磁以及热等引起的应力的作用，以及增强超导导体制备工艺需求的校直、弯曲等工艺操作特性，此外，应力支撑件40还能进一步增加电缆整体的导电率。

一些实施例中，如图6所示，当应力支撑件40为仿形块时，应力支撑件40可以设有与圆形的高温超导子缆20相适配的第一弧形面40b，与圆形的包覆层30相适配的第二弧形面40c，以及与直槽的槽壁相适配的侧端面40d，以更好地填充在空隙内。

一些实施例中，如图7、图8所示，应力支撑件40为多个金属线材401扭绞而成，多个金属线材401共同限定有第三冷却通道40a。通过设置第三冷却通道40a可以进一步提升冷却效果，提升高温超导电缆100整体的性能。

一些实施例中，多个金属线材401共同限定有一个或多个第三冷却通道40a，例如，如图7所示，当高温超导子缆20和包覆层30形成的空隙较小时，应力支撑件40可以由三根金属线材401扭绞而成，内部可以形成一个第三冷却通道40a。又例如，如图8所示，当高温超导子缆20和包覆层30形成的空隙较大时，应力支撑件40可以由七根金属线材401扭绞而成，内部可以形成六个第三冷却通道40a。

一些实施例中，多个金属线材401中邻近包覆层30的与包覆层30之间共同限定有第四冷却通道(图未示出)，和/或，多个金属线材401中邻近安装槽102的与安装槽102的侧壁之间共同限定有第五冷却通道(图未示出)。也就是说，多个金属线材401中处于外围的金属线材401可以与包覆层30之间共同限定有第四冷却通道，也可以是与安装槽102的侧壁之间共同限定有第五冷却通道，还可以是第四冷却通道和第五冷却通道同时存在，通过设置第四冷却通道和第五冷却通道能进一步提升冷却效果。

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。

一些实施例中，铠甲层50的形状包括圆形或多边形。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；其中，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。

一些实施例中，铠甲层50为金属材料制成，该金属材料可以是不锈钢或者铜等。

一些实施例中，如图9所示，安装槽102的槽面上设有第二凹槽102a，第二凹槽102a和高温超导子缆20共同限定有第六冷却通道。第二凹槽102a可以是沿电缆的长度方向延伸的长槽，第六冷却通道能通入冷却介质，与高温超导子缆20进行热交换，以实现对高温超导子缆20的冷却降温，增强冷却效果。

一些实施例中，如图10所示，边缘部103上设有第一凹槽103a，同时安装槽102的槽面上设有第二凹槽102a，从而使得高温超导电缆100同时具备第六冷却通道和第二冷却通道，对电缆整体起到更好的冷却效果。

在一些实施例中，如图11所示，第一冷却通道101设在应力分散件10的中心，每个安装槽102上设有连通第一冷却通道101的通孔102b。第一冷却通道101内的冷却介质能通过通孔102b与安装槽102内的高温超导子缆20进行热量交换，提升对高温超导子缆20的冷却降温效果。

一些实施例中，通孔102b在每个安装槽102内可以是沿电缆的周向方向间隔开地设为多个，例如，通孔102b沿电缆的周向方向间隔开地设有两个，从而能进一步提升冷却效果。当然，这里只是举例说明，通孔102b还可以是其他数量，根据情况具体设置，这里不再赘述。

一些实施例中，通孔102b在每个安装槽102内可以是沿电缆的轴线方向间隔预设距离设置，例如，通孔102b沿电缆的轴线方向间隔开地设为三个，以进一步提升冷却效果。当然，这里只是举例说明，通孔102b还可以是其他数量，根据情况具体设置，这里不再赘述。

下面结合附图，描述本发明高温超导电缆100的一个具体实施例。

如图1至图8所示，高温超导电缆100包括：应力分散件10、高温超导子缆20、包覆层30、应力支撑件40、铠甲层50。

应力分散件10为金属铜制成，应力分散件10的中心设有第一冷却通道101，应力分散件10的表面沿圆周方向设有七个安装槽102，安装槽102构造为直槽。

高温超导子缆20为七个，七个高温超导子缆20一一对应地设在七个安装槽102内，每个高温超导子缆20为高温超导线材201扭绞制成。

包覆层30包裹在应力分散件10上。应力分散件10具有位于任意相邻的两个安装槽102之间的边缘部103，边缘部103的表面上设有圆弧的第一凹槽103a，第一凹槽103a与包覆层30之间共同限定有第二冷却通道。其中，包覆层30为金属带材平铺绕包制成。

应力支撑件40为金属铜制成，应力支撑件40设在高温超导子缆20和包覆层30形成的空隙内，且应力支撑件40的形状与空隙的形状相适配。

铠甲层50包裹在包覆层30上，铠甲层50的形状为内圈外方的方形。

根据本发明实施例的高温超导电缆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”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 (13)

1.一种高温超导电缆，其特征在于，包括：

应力分散件，所述应力分散件上设有第一冷却通道和多个安装槽，多个所述安装槽沿圆周方向间隔开地设在所述应力分散件的表面上；

多个高温超导子缆，多个所述高温超导子缆一一对应地设在多个所述安装槽内；

包覆层，所述包覆层包裹在所述应力分散件上；

应力支撑件，所述应力支撑件设在所述高温超导子缆和所述包覆层形成的空隙内；

铠甲层，所述铠甲层包裹在所述包覆层上。

2.根据权利要求1所述的高温超导电缆，其特征在于，所述应力分散件为高强度高塑性的金属材料制成。

3.根据权利要求2所述的高温超导电缆，其特征在于，所述高强度高塑性的金属材料为铜、铝以及不锈钢中的一种。

4.根据权利要求1所述的高温超导电缆，其特征在于，所述安装槽沿所述应力分散件的轴线方向延伸，或者，所述安装槽围绕所述应力分散件的轴线呈螺旋布置。

5.根据权利要求1所述的高温超导电缆，其特征在于，所述应力分散件具有位于任意相邻的两个所述安装槽之间的边缘部，所述边缘部上设有第一凹槽，所述第一凹槽与所述包覆层之间共同限定有第二冷却通道。

6.根据权利要求1所述的高温超导电缆，其特征在于，所述高温超导子缆为高温超导线材扭绞、高温超导带材叠加、高温超导带材螺旋扭绞中的任一种方式制成。

7.根据权利要求1所述的高温超导电缆，其特征在于，所述应力支撑件为高强度高塑性的金属材料制成的仿形块，所述应力支撑件的形状与所述空隙的形状相适配。

8.根据权利要求1所述的高温超导电缆，其特征在于，所述应力支撑件为多个金属线材扭绞而成，多个所述金属线材共同限定有第三冷却通道。

9.根据权利要求8所述的高温超导电缆，其特征在于，多个所述金属线材中邻近所述包覆层的与所述包覆层之间共同限定有第四冷却通道；和/或，多个所述金属线材中邻近所述安装槽的与所述安装槽的侧壁之间共同限定有第五冷却通道。

10.根据权利要求1所述的高温超导电缆，其特征在于，所述包覆层为金属带材平铺绕包制成或金属带材叠包绕包制成。

11.根据权利要求1所述的高温超导电缆，其特征在于，所述铠甲层的形状包括圆形或多边形。

12.根据权利要求1所述的高温超导电缆，其特征在于，所述安装槽的槽面上设有第二凹槽，所述第二凹槽和所述高温超导子缆共同限定有第六冷却通道。

13.根据权利要求1所述的高温超导电缆，其特征在于，所述第一冷却通道设在所述应力分散件的中心，每个所述安装槽上设有连通所述第一冷却通道的通孔。

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