CN117457277A - 可调节电缆内外温差的电缆结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可调节电缆内外温差的电缆结构，包括控温结构；所述控温结构为环形结构，且控温结构的内部、外部分别固定设置第一导热绝缘层、第二导热绝缘层；所述第一导热绝缘层包覆所述电缆的填充层，所述第二导热绝缘层的外层设置金属外护套层；所述控温结构能被控制在第一导热绝缘层处制冷，进而将电缆产生的热量带走；所述控温结构能被控制在第二导热绝缘层加热，通过金属外护套层将热量散发至周围环境中；本发明利用珀尔帖效应在电缆内部与电缆护套层之间建立一个控温层结构，采用可控的直流电压实现电缆内部与电缆金属护套(即外部环境)之间温差可控，使电缆载流能力不再受电缆运行环境影响。

Description

可调节电缆内外温差的电缆结构

技术领域

本发明属于电缆结构技术领域，尤其涉及可调节电缆内外温差的电缆结构。

背景技术

电缆在输送电能的同时，电缆内导体由于内阻原因会产生热量。随着电缆周围环境温度升高，电缆导体温度进一步增加，电缆内导体内阻会相应增加，从而进一步增加了线路的运行损耗。目前电缆尚无法实现内部控温，外部环境温度变化对电缆载流量、电阻等参数均会产生影响，进而影响电缆的使用。

电缆导体的温度主要受电缆通载电流和电缆本体(电缆的绝缘层、外护套)的热阻及电缆运行环境的影响。高压电力电缆额定载流量可用国际电工委员会发布的电缆额定载流量计算系列标准IEC60287计算，由电缆的稳态允许载流量计算公式可知，电缆的载流量由电缆自身及周围环境的热阻、敷设方式、环境温度共同决定，如果能控制电缆散热便能一定程度上控制电缆的稳态允许载流量。

电缆运行环境直接影响了电缆的寿命和载流能力，通过为电缆提供稳定运行环境更能适应分布式光伏并网的动态运行环境。由此可见，现阶段如何有效解决电缆控温结构问题已经成为电力行业内亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

可调节电缆内外温差的电缆结构，包括控温结构；

所述控温结构为环形结构，且控温结构的内部、外部分别固定设置第一导热绝缘层、第二导热绝缘层；所述第一导热绝缘层包覆所述电缆的填充层，所述第二导热绝缘层的外层设置金属外护套层；

所述控温结构能被控制在第一导热绝缘层处制冷，进而将电缆产生的热量带走；所述控温结构能被控制在第二导热绝缘层加热，通过金属外护套层将热量散发至周围环境中。

进一步的，所述控温结构包括沿所述第一导热绝缘层环向重复交替设置的半导体P端材料、半导体N端材料，且半导体P端材料、半导体N端材料之间设置不导热绝缘材料。

进一步的，相邻的所述半导体N端材料和半导体P端材料通过铜带连接成PN节串联结构，并使每组串联结构不超过3组PN节。

进一步的，每组PN节串联结构的首端和尾端分别采用导线引出，分别连接外部直流电源的正极和直流电源的负极。

进一步的，还包括专用电缆金具，所述专用电缆金具为两半式分体结构，所述专用电缆金具上设置2条电缆走线槽，由控温结构内部引出的正极导线和负极导线分别在专用电缆金具的2条电缆走线槽中集中布置，并接入控制电缆的正极和负极。

进一步的，所述控温结构沿所述电缆轴向间隔设置，所述电缆金具的数量与所述控温结构匹配。

进一步的，所述控制电缆连接多组电缆金具，所述控制电缆通过变频逆变器电连接到光伏板发电机构。

进一步的，还包括温度传感器，所述温度传感器安装在电缆内部，所述温度传感器通过继电器与直流调压器电连接，所述直流调压器与外部直流电源电连接。

进一步的，所述电缆内的导体热量依次通过绝缘层、内屏蔽层扩散至填充层中。

进一步的，所述金属外护套层的外面设置外护套；所述金属外护套层及外护套均选用耐高温材料。

本发明利用珀尔帖效应在电缆内部与电缆护套层之间建立一个控温层结构，采用可控的直流电压实现电缆内部与电缆金属护套(即外部环境)之间温差可控，使电缆载流能力不再受电缆运行环境影响。为控制电缆填充层温度，首先在电缆填充层外侧设置一层均匀的导热绝缘材料，围绕此导热绝缘材料外侧、延电缆长度方向均匀间隔布置长条型半导体N端、绝缘体、半导体P端材料，通过铜导体连接成串联的PN节结构，形成一个半导体控温层，通电后半导体产生更多电子-空穴对，由于内部能量降低导致PN节连接处温度降低，从而使与电缆内部接触的半导体吸收电缆内部热量；在半导体N端(或P端)与电缆金属护套接触附近产生更多电子-空穴对的复合，由于内部能量增加导致温度升高，从而将热量通过电缆金属护套释放到环境中，采用电缆外部可控的直流电源为电缆内半导体供能，通过调整输入直流电压值实现电缆填充层与电缆金属护套(即外部环境)之间温差可控；本发明的电缆金属护套和外护套可选用耐受较高温度的材料，进一步加强电缆内部的控温能力。

本发明的优点和积极效果是：

本发明利用珀尔帖效应在电缆内部与电缆护套层之间建立一个控温层结构，采用可控的直流电压实现电缆内部与电缆金属护套(即外部环境)之间温差可控，使电缆载流能力不再受电缆运行环境影响。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本发明实施例1提供的可调节电缆内外温差的电缆结构的结构示意图；

图2(a)为本发明实施例2提供的可调节电缆内外温差的电缆结构的结构主视图；

图2(b)为本发明实施例2提供的可调节电缆内外温差的电缆结构的结构侧视图；

图3为本发明实施例2提供的可调节电缆内外温差的电缆结构的结构示意图；

图4为本发明实施例3提供的可调节电缆内外温差的电缆结构的结构示意图。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的可调节电缆内外温差的电缆结构，包括控温结构；

所述控温结构为环形结构，且控温结构的内部、外部分别固定设置第一导热绝缘层201、第二导热绝缘层202；所述第一导热绝缘层包覆所述电缆的填充层，所述第二导热绝缘层的外层设置金属外护套层；

所述控温结构能被控制在第一导热绝缘层处制冷，进而将电缆产生的热量带走；所述控温结构能被控制在第二导热绝缘层加热，通过金属外护套层将热量散发至周围环境中。

具体的，所述控温结构包括沿所述第一导热绝缘层环向重复交替设置的半导体P端材料3、半导体N端材料4，且半导体P端材料3、半导体N端材料4之间设置不导热绝缘材料5；相邻的所述半导体N端材料和半导体P端材料通过铜带6连接成PN节串联结构，并使每组串联结构不超过3组PN节；每组PN节串联结构的首端(N端)和尾端(P端)分别采用导线引出，分别连接外部直流电源的正极和直流电源的负极；所述金属外护套层的外面设置外护套8；所述金属外护套层及外护套8均选用耐高温材料。

为满足电缆散热均匀，控温结构14尽量形成多组PN节串联结构，将各组串联的PN节结构首端(N端)和尾端(P端)分别采用导线引出，分别连接外部直流电源的正极12和直流电源的负极13，需要对电缆金属外护套层和外护套8预留引出孔7，开孔位置采用导热绝缘材料进行密封封堵。

在外部直流电压的作用下，PN节内的半导体发生珀尔帖效应，在第一导热绝缘层处制冷，在第二导热绝缘层处发热，通过调整输入直流电压值实现电缆内部与电缆金属护套(即外部环境)之间温差可控。

电缆内的导体热量首先通过绝缘层11、内屏蔽层10扩散至填充层9中，通过温控结构在第一导热绝缘层处制冷，进而将电缆导体热量带走；在第二导热绝缘层处发热，通过电缆金属外护套层1和外护套8，将热量散发至周围环境中；电缆金属外护套层1和外护套8可选用耐受较高温度的材料，使其与周围环境形成较高温差，从而提高散热能力。

实施例2

还包括专用电缆金具15，所述专用电缆金具为两半式分体结构，所述专用电缆金具上设置2条电缆走线槽16，由控温结构内部引出的正极导线和负极导线分别在专用电缆金具的2条电缆走线槽中集中布置，并接入控制电缆17的正极和负极。

所述控温结构沿所述电缆轴向间隔设置，所述电缆金具的数量与所述控温结构匹配。

所述控制电缆17连接多组电缆金具15，所述控制电缆17通过变频逆变器19电连接到光伏板发电机构20。

如附图3所示，可以考虑采用光伏板发电机构20经变频逆变器19整流后作为本实施例的直流控制电源；随高压电缆18同时敷设有正、负2条控制电缆，控制电缆连接多组专用电缆金具，两组电缆金具间距由高压电缆内制冷半导体长度决定；根据电缆发热功率确定沿电缆方向的光伏发电机构、变频逆变器设置数量和位置，分段实现电缆的控温功能。

在分布式光伏发电系统大规模并网的情况下，昼夜间负荷的峰谷波动愈发严重；白天环境温度高、负荷大、输电电缆发热问题严重，电缆运行环境温度升高导致电缆实际载流量不足；夜间环境温度降低、负荷小、输电电缆发热问题消失，电缆运行环境温度降低导致电缆实际载流量过剩，常规电缆无法适应这种昼夜间负荷峰谷波动大的动态变化情况。如附图3所示，可采用光伏发电装置经整流后作为本发明的直流电源。白天环境温度高，分布式光伏满发，并网电流量大，本发明装置在直流电源作用下实现电缆内部降温，提高电缆的载流量；夜晚环境温度低，分布式光伏不发电，本发明装置的直流电源电压也为零，本发明装置不工作，利用直流控制电源与分布式光伏发电系统相同的动态特性，实现电缆载流量、发热量等特性的动态控制，更好的适应分布式能源大面积接入的新型电力系统。

实施例3

还包括温度传感器，所述温度传感器安装在电缆内部，所述温度传感器通过继电器与直流调压器21电连接，所述直流调压器与外部直流电源电连接。

如附图4所示，直流电源经直流调压器21接入，电缆内部需设置温度传感器，专用电缆金具将温度传感器信号引出，接入中间继电器，中间继电器将温度信息转换数字信号发送给直流调压器，实现直流电源电压与电缆内部温度正反馈变化关系，通过电缆内部温度对直流电源电压自动调节，实现电缆内部的恒温运行。

超导体电缆或其它精密仪器电源线，在需要电缆内部恒温时，可采用本发明装置直流电源电压与电缆内部温度变化形成正反馈，通过动态调整直流电源电压，实现电缆内部的恒温，排除外部环境温度变化对电缆内部温度的干扰。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.可调节电缆内外温差的电缆结构，其特征在于，包括控温结构；

所述控温结构为环形结构，且控温结构的内部、外部分别固定设置第一导热绝缘层、第二导热绝缘层；所述第一导热绝缘层包覆所述电缆的填充层，所述第二导热绝缘层的外层设置金属外护套层；

所述控温结构能被控制在第一导热绝缘层处制冷，进而将电缆产生的热量带走；所述控温结构能被控制在第二导热绝缘层加热，通过金属外护套层将热量散发至周围环境中。

2.根据权利要求1所述的可调节电缆内外温差的电缆结构，其特征在于，所述控温结构包括沿所述第一导热绝缘层环向重复交替设置的半导体P端材料、半导体N端材料，且半导体P端材料、半导体N端材料之间设置不导热绝缘材料。

3.根据权利要求2所述的可调节电缆内外温差的电缆结构，其特征在于，相邻的所述半导体N端材料和半导体P端材料通过铜带连接成PN节串联结构，并使每组串联结构不超过3组PN节。

4.根据权利要求3所述的可调节电缆内外温差的电缆结构，其特征在于，每组PN节串联结构的首端和尾端分别采用导线引出，分别连接外部直流电源的正极和直流电源的负极。

5.根据权利要求1所述的可调节电缆内外温差的电缆结构，其特征在于，还包括专用电缆金具，所述专用电缆金具为两半式分体结构，所述专用电缆金具上设置2条电缆走线槽，由控温结构内部引出的正极导线和负极导线分别在专用电缆金具的2条电缆走线槽中集中布置，并接入控制电缆的正极和负极。

6.根据权利要求5所述的可调节电缆内外温差的电缆结构，其特征在于，所述控温结构沿所述电缆轴向间隔设置，所述电缆金具的数量与所述控温结构匹配。

7.根据权利要求6所述的可调节电缆内外温差的电缆结构，其特征在于，所述控制电缆连接多组电缆金具，所述控制电缆通过变频逆变器电连接到光伏板发电机构。

8.根据权利要求4所述的可调节电缆内外温差的电缆结构，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器安装在电缆内部，所述温度传感器通过继电器与直流调压器电连接，所述直流调压器与外部直流电源电连接。

9.根据权利要求1所述的可调节电缆内外温差的电缆结构，其特征在于，所述电缆内的导体热量依次通过绝缘层、内屏蔽层扩散至填充层中。

10.根据权利要求1所述的可调节电缆内外温差的电缆结构，其特征在于，所述金属外护套层的外面设置外护套；所述金属外护套层及外护套均选用耐高温材料。