CN115995310A - 一种超导电缆及其制备方法、维护方法 - Google Patents

一种超导电缆及其制备方法、维护方法 Download PDF

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李力
范亚洲
于是乎
宋萌
黄剑平
黄杨珏
汪政
彭向阳
李志峰
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Guangdong Power Grid Co Ltd
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Abstract

本发明提供了本发明提供了一种超导电缆及其制备方法、维护方法，该超导电缆其由超导带材绕制在内芯上制成。具体地，其在离所述超导带材的两条长边内侧预设距离处沿长度方向划刻有两条第一阻隔线；所述第一阻隔线的深度大于所述超导带材超导层的深度，小于超导带材的厚度。本发明提供的超导电缆，在超导带材上设置第一阻隔线，可以从上至下将超导带材的两侧边缘位置的超导层与中间的超导层完全断开，但并未将超导带材底部的基带层切断，该方式在超导带材绕制过程中，可避免超导层边缘位置的细微裂纹向内扩散，可以有效提高超导带材的导电性能和使用寿命。

Description

一种超导电缆及其制备方法、维护方法
技术领域
本发明涉及超导电缆技术领域，尤其是涉及一种超导电缆及其制备方法、维护方法。
背景技术
超导电缆用超导体传导电流的导线。超导电缆是指利用超导体制成的一类电缆。超导电缆具有大容量、低损耗、节约能源和环保等优势，在电力工业已应用广泛。
现有技术公开的一种超导电缆结构及绕制方法，其结构如图1所示，包括：内芯与超导带；所述超导带叠绕于内芯上；所述内芯为柔性柱形内芯；所述内芯为多芯金属绞线；所述超导带的数量为多个；所述超导带以顺时针、逆时针交替的方式依层螺旋绕制在内芯上；所述超导带包括：基底层与YBCO层；所述YBCO层朝向内芯；所述超导带为YBCO带材。该技术所公开的超导线缆通过多条超导带材并绕而成，但超导带材在实际生产过程中，为了达到客户所需的宽度要求，需要对成品进行切割，而切割不可避免的就会带来超导带材中的超导层在边缘位置(切割位置)产生细微裂纹的情况(如图2所示)。在将带有裂纹的超导带材螺旋绕制到内芯上时，需要拉伸张紧在内芯的表面，这个操作会使得上述位于超导层边缘位置的细微裂纹进一步向内扩散，扩散的裂纹会阻碍超导层电流的正常传输，严重时会导致裂纹处发热烧毁，从而影响超导带材的导电性能。
发明内容
本发明旨在提供一种超导电缆及其制备方法、维护方法，以解决上述技术问题，通过在超导带材上设置阻隔线，避免超导层边缘位置的细微裂纹向内扩散，提高超导带材的导电性能和使用寿命。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超导电缆，其由超导带材绕制在内芯上制成。具体地，其在离所述超导带材的两条长边内侧预设距离处沿长度方向划刻有两条第一阻隔线；所述第一阻隔线的深度大于所述超导带材超导层的深度，小于超导带材的厚度。
上述方案中，在超导带材上设置第一阻隔线，可以从上至下将超导带材的两侧边缘位置的超导层与中间的超导层完全断开，但并未将超导带材底部的基带层切断，该方式在超导带材绕制过程中，可避免超导层边缘位置的细微裂纹向内扩散，可以有效提高超导带材的导电性能和使用寿命。
进一步地，在两条第一阻隔线的中间区域沿长度方向划刻有两条第二阻隔线，所述第二阻隔线的深度大于所述超导带材超导层的深度，小于超导带材的厚度。
上述方案中，第一阻隔线和第二阻隔线的设置，可以在超导带材上形成两条窄带，可以使得超导层更窄，减少电缆出现涡流现象，同时，在同一个超导带材上划分的两个窄带相对于互相独立的两个超导带材更容易做到相互平行，克服现有技术难以在绕制过程中保证超导带材间绝对平行的问题。
进一步地，所述第一阻隔线、第二阻隔线均采用激光划刻的方式得到。
上述方案中，由于超导带材是一层叠一层的多层涂层结构，层与层之间的结合力不大，容易剥离，采用常规方法进行划刻的话，切割位置还是会产生裂纹。因此采用激光划刻的方式划刻第一阻隔线、第二阻隔线，可以实现对超导带材的精准划刻，避免在中间的超导层上形成新的裂纹。
进一步地，在两条所述第二阻隔线之间按照预设间距设置有磁场传感器。
上述方案中，通过在超导带材上设置磁场传感器，可以快速检测间隙的磁场，提高超导电缆坏点的检测效率，避免超导电缆进一步出现失超、烧毁的情况。
上述方案中，第二阻隔线的设置可以有效遏制带材超导层中的涡流，降低磁损耗，进一步提高检测准确度。
进一步地，在两条所述第二阻隔线之间按照预设间距设置有传感器安装空间，所述磁场传感器设置在所述传感器安装空间中。
上述方案中，所述传感器安装空间可以采用激光划刻的方式划刻出位置，再将划刻部分剥离出超导带材，其可以避免在中间的超导层上形成新的裂纹。
进一步地，所述磁场传感器还可以设置为温度传感器、电流或电压传感器等，可以同步实现对超导电缆上的温度、电流、电压的检测，可以更准确的检测到存在坏点的超导带材段。
本发明还提供一种超导电缆的制备方法，包括以下步骤：
提供一段超导带材，分别在离所述超导带材的两条长边内侧预设距离处沿长度方向划刻两条第一阻隔线；将划刻好的超导带材绕制在内芯上。
进一步地，在所述将划刻好的超导带材绕制在内芯上前，还包括以下步骤：在两条第一阻隔线的中间区域沿长度方向划刻两条第二阻隔线，所述第二阻隔线的深度大于所述超导带材超导层的深度，小于超导带材的厚度。
进一步地，在两条所述第二阻隔线之间按照预设间距设置有磁场传感器。
本发明还提供一种超导电缆的维护方法，用于维护如上述的一种超导电缆，包括以下步骤：
从超导电缆一端部开始，依次获取每个磁场传感器的实际磁场强度；
若第n个磁场传感器检测到的实际磁场强度与预设磁场强度的差值大于预设值，则选取第n个磁场传感器和第n-1个磁场传感器之间的超导带材存在坏点；
对存在坏点的超导带材进行维护。
上述方案中，磁场传感器的设置，实现超导电缆坏点的检测效率，避免超导电缆进一步出现失超、烧毁的情况。
进一步地，所述对存在坏点的超导带材进行维护，具体为：沿超导电缆宽度方向切割去除第n个磁场传感器和第n-1个磁场传感器之间损坏的超导带材；提供相同结构的新超导带材，将新超导带材两端以及超导带材切割后剩余部分两个端部的超导层上方材料去除，将新超导带材的两端分别面对面贴装在超导带材切割后剩余部分两个端部。
上述方案中，存在坏点的超导带材在进行维修时，只需进行具体的替换，无需更换整条子带材或者超导带材，节约资源。
附图说明
图1为本发明背景技术中提供的超导电缆结构示意图；
图2为本发明背景技术中提供的显微镜下细微裂纹情况示意图；
图3为本发明一实施例中提供的超导带材结构主视图；
图4为本发明一实施例中提供的一种超导电缆的制备方法流程示意图；
图5为本发明一实施例中提供的一种超导电缆的维护方法流程示意图；
图6为本发明一实施例中提供的一种超导电缆的具体维修替换过程示意图；
其中：1、超导带材；11、超导层；12、基带层；13、保护层；2、裂纹；3、第一阻隔线；4、第二阻隔线；5、磁场传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图3，本实施例提供一种超导电缆，其由超导带材1绕制在内芯上制成。具体地，其在离所述超导带材1的两条长边内侧预设距离处沿长度方向划刻有两条第一阻隔线3；所述第一阻隔线3的深度大于所述超导带材1超导层11的深度，小于超导带材1的厚度。
在本实施例中，在超导带材1上设置第一阻隔线3，可以从上至下将超导带材1的两侧边缘位置的超导层11与中间的超导层11完全断开，但并未将超导带材1底部的基带层12切断，该方式在超导带材1绕制过程中，可避免超导层11边缘位置的细微裂纹2向内扩散，可以有效提高超导带材1的导电性能和使用寿命。
进一步地，在两条第一阻隔线3的中间区域沿长度方向划刻有两条第二阻隔线4，所述第二阻隔线4的深度大于所述超导带材1超导层11的深度，小于超导带材1的厚度。
需要说明的是，电流在金属块内传输时，会自成闭合回路，形成很像水的漩涡，因此叫做涡电流，简称涡流。大块的导体在磁场中运动或处在变化的磁场中，都要产生感应电动势，形成涡流，引起较大的涡流损耗。而超导带材在工作状态下，超导层的电阻为0，所以涡流常常很强。
在本实施例中，第一阻隔线3和第二阻隔线4的设置，可以在超导带材1上形成两条窄带，可以使得超导层更窄，减少电缆出现涡流现象，同时，在同一个超导带材1上划分的两个窄带相对于互相独立的两个超导带材1更容易做到相互平行，克服现有技术难以在绕制过程中保证超导带材1间绝对平行的问题。
进一步地，所述第一阻隔线3、第二阻隔线4均采用激光划刻的方式得到。
在本实施例中，由于超导带材1是一层叠一层的多层涂层结构，层与层之间的结合力不大，容易剥离，采用常规方法进行划刻的话，切割位置还是会产生裂纹。因此采用激光划刻的方式划刻第一阻隔线3、第二阻隔线4，可以实现对超导带材1的精准划刻，避免在中间的超导层11上形成新的裂纹2。
进一步地，在两条所述第二阻隔线4之间按照预设间距设置有磁场传感器5。
需要说明的是，现有的超导电缆在使用过程中，若其中一条超导带材上出现坏点，则会导致局部位置的坏点会导致对应位置升温，从而失超、烧毁，因此还需要对超导线缆的局部坏点进行快速检测定位，从而能尽快更换超导带材。常规的检测方法是用外部的传感设备检测超导带材并进行反演评估，检测效率度低下。
在本实施例中，通过在超导带材1上设置磁场传感器5，可以快速检测间隙的磁场，提高超导电缆坏点的检测效率，避免超导电缆进一步出现失超、烧毁的情况。
需要说明的是，第二阻隔线4的设置可以有效遏制带材超导层11中的涡流，降低磁损耗，进一步提高检测准确度。
进一步地，在两条所述第二阻隔线4之间按照预设间距设置有传感器安装空间，所述磁场传感器5设置在所述传感器安装空间中。
在本实施例中，所述传感器安装空间可以采用激光划刻的方式划刻出位置，再将划刻部分剥离出超导带材1，其可以避免在中间的超导层11上形成新的裂纹2。
进一步地，所述磁场传感器5还可以设置为温度传感器、电流或电压传感器等，可以同步实现对超导电缆上的温度、电流、电压的检测，可以更准确的检测到存在坏点的超导带材段。
请参见图4，本实施例还提供一种超导电缆的制备方法，用于制备上述的超导电缆，其包括以下步骤：
A1：提供一段超导带材，分别在离所述超导带材的两条长边内侧预设距离处沿长度方向划刻两条第一阻隔线；
A2：在所述将划刻好的超导带材绕制在内芯上前，还包括以下步骤：在两条第一阻隔线的中间区域沿长度方向划刻两条第二阻隔线，所述第二阻隔线的深度大于所述超导带材超导层的深度，小于超导带材的厚度；
A3：将划刻好的超导带材绕制在内芯上。
进一步地，在两条所述第二阻隔线之间按照预设间距设置有磁场传感器。
本实施例所制备的超导电缆，可避免超导层边缘位置的细微裂纹向内扩散，可以有效提高超导带材的导电性能和使用寿命；同时，减少电缆出现涡流现象，在同一个超导带材上划分的两个窄带相对于互相独立的两个超导带材更容易做到相互平行，克服现有技术难以在绕制过程中保证超导带材间绝对平行的问题。
请参见图5，本实施例还提供一种超导电缆的维护方法，用于维护如上述的一种超导电缆，包括以下步骤：
B1：从超导电缆一端部开始，依次获取每个磁场传感器的实际磁场强度；
B2：若第n个磁场传感器检测到的实际磁场强度与预设磁场强度的差值大于预设值，则选取第n个磁场传感器和第n-1个磁场传感器之间的超导带材存在坏点；
B3：对存在坏点的超导带材进行维护。
在本实施例中，磁场传感器的设置，实现超导电缆坏点的检测效率，避免超导电缆进一步出现失超、烧毁的情况。
进一步地，所述对存在坏点的超导带材进行维护，具体为：沿超导电缆宽度方向切割去除第n个磁场传感器和第n-1个磁场传感器之间损坏的超导带材；提供相同结构的新超导带材，将新超导带材两端以及超导带材切割后剩余部分两个端部的超导层上方材料(即保护层13)去除，将新超导带材的两端分别面对面贴装在超导带材切割后剩余部分两个端部。
进一步地，为了更清楚地说明超导电缆的维护方法的具体实施过程，本是是进行了具体地说明。
传感器检测步骤：在每组超导带材中，从超导电缆输入端的磁场传感器开始为第1个磁场传感器，若第n个磁场传感器检测到的实际磁场强度与预设磁场强度的差值大于预设值，则选取第n个磁场传感器和第n-1个磁场传感器，认为选取的磁场传感器之间对应的多个子带材段中有子带材段存在坏点。
坏点检测步骤：分别对选取的磁场传感器之间对应的多个子带材段进行电流、电压或温度检测，找到存在坏点的子带材段。
维修替换步骤：对存在坏点的子带材段进行维修或替换，替换过程可参见图6所示。
在本实施例中，存在坏点的超导带材在进行维修时，只需进行具体的替换，无需更换整条子带材或者超导带材，节约资源。
以上所述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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超导电缆，由超导带材绕制在内芯上制成，其特征在于，在离所述超导带材的两条长边内侧预设距离处沿长度方向划刻有两条第一阻隔线；所述第一阻隔线的深度大于所述超导带材超导层的深度，小于超导带材的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种超导电缆，其特征在于，在两条第一阻隔线的中间区域沿长度方向划刻有两条第二阻隔线，所述第二阻隔线的深度大于所述超导带材超导层的深度，小于超导带材的厚度。
3.根据权利要求2所述的一种超导电缆，其特征在于，所述第一阻隔线、第二阻隔线均采用激光划刻的方式得到。
4.根据权利要求2或3所述的一种超导电缆，其特征在于，在两条所述第二阻隔线之间按照预设间距设置有磁场传感器。
5.根据权利要求4所述的一种超导电缆，其特征在于，在两条所述第二阻隔线之间按照预设间距设置有传感器安装空间，所述磁场传感器设置在所述传感器安装空间中。
6.一种超导电缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一段超导带材，分别在离所述超导带材的两条长边内侧预设距离处沿长度方向划刻两条第一阻隔线；
将划刻好的超导带材绕制在内芯上。
7.根据权利要求6所述的一种超导电缆的制备方法，其特征在于，在所述将划刻好的超导带材绕制在内芯上前，还包括以下步骤：
在两条第一阻隔线的中间区域沿长度方向划刻两条第二阻隔线，所述第二阻隔线的深度大于所述超导带材超导层的深度，小于超导带材的厚度。
8.根据权利要求6所述的一种超导电缆的制备方法，其特征在于，在两条所述第二阻隔线之间按照预设间距设置有磁场传感器。
9.一种超导电缆的维护方法，其特征在于，用于维护如权利要求4所述的一种超导电缆，包括以下步骤：
从超导电缆一端部开始，依次获取每个磁场传感器的实际磁场强度；
若第n个磁场传感器检测到的实际磁场强度与预设磁场强度的差值大于预设值，则选取第n个磁场传感器和第n-1个磁场传感器之间的超导带材存在坏点；
对存在坏点的超导带材进行维护。
10.根据权利要求9所述的一种超导电缆的维护方法，其特征在于，所述对存在坏点的超导带材进行维护，具体为：
沿超导电缆宽度方向切割去除第n个磁场传感器和第n-1个磁场传感器之间损坏的超导带材；
提供相同结构的新超导带材，将新超导带材两端以及超导带材切割后剩余部分两个端部的超导层上方材料去除，将新超导带材的两端分别面对面贴装在超导带材切割后剩余部分两个端部。
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