CN118156882A - 超导电缆对接结构及其方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种超导电缆对接结构及其方法。超导电缆对接结构包括预制端和连接组件。预制端具有从内向外依次同心设置的内层超导层、外层超导层、主绝缘层以及电缆屏蔽层，预制端呈逐渐扩径的锥台型结构。连接组件包括长度依次递增的内层对接筒、外层对接筒、主绝缘连接段以及屏蔽对接筒，内层对接筒用于将相邻两个预制端的内层超导层连接，外层对接筒用于将相邻两个预制端的外层超导层连接，主绝缘连接段用于将相邻两个预制端的主绝缘层连接，屏蔽对接筒用于将相邻两个预制端的电缆屏蔽层连接。通过预制端和连接组件的设置，能够直接实现两个超导电缆的直接连接，以可减短每一段超导电缆的生产长度。
Description
技术领域
本申请涉及超导输电技术领域，特别是涉及超导电缆对接结构及其方法。
背景技术
超导电缆是利用超导材料在其临界温度以下零电阻特性而设计制造的。具有通流密度大、损耗低的优点，可以制作紧凑型大容量电缆。超导电缆与传统电缆相比，不但可以降低能量损耗，还可以在较低电压的情况下提供更大容量的输电能力，从而简化换流设备和降低输配电系统的绝缘要求。超导电缆用于远距离输电时，一般需要在施工现场将多个单根超导电缆依次连接。
相关技术中，由于超导电缆的对接时很难保证两个超导带材的完整对接，尤其是大容量110KV的超导电缆，不完全对接时，容易导致电缆端头烧毁。因此，超导电缆在工厂生产时，一般直接按照所需长度生产超长电缆。
然而，由于超导电缆长度较长，导致制造难度大，同时运输以及架设过程都较为困难。
发明内容
基于此，有必要针对超导电缆长度较长，导致制造难度大，同时运输以及架设过程都较为困难的问题，提供一种超导电缆对接结构及其方法。
一种超导电缆对接结构，所述超导电缆对接结构包括：
预制端，具有从内向外依次同心设置的内层超导层、外层超导层、主绝缘层以及电缆屏蔽层，所述内层超导层、外层超导层、主绝缘层以及电缆屏蔽层的长度依次递减，以使得所述预制端呈逐渐扩径的锥台型结构；
连接组件，包括长度依次递增的内层对接筒、外层对接筒、主绝缘连接段以及屏蔽对接筒，所述内层对接筒用于将相邻两个所述预制端的内层超导层连接，所述外层对接筒用于将相邻两个所述预制端的外层超导层连接，所述主绝缘连接段用于将相邻两个所述预制端的主绝缘层连接，所述屏蔽对接筒用于将相邻两个所述预制端的电缆屏蔽层连接。
在其中一个实施例中，所述内层超导层、外层超导层、电缆屏蔽层的表面以及所述内层对接筒、外层对接筒、屏蔽对接筒的表面均预制有焊料层。
在其中一个实施例中，所述焊料层的厚度为0.1mm，所述焊料层包括组分为37%的铅和组分为63%的锡。
在其中一个实施例中，所述内层对接筒与所述内层超导层的材质相同，所述外层对接筒与所述外层超导层的材质相同。
在其中一个实施例中，所述内层对接筒的长度为100mm-150mm，所述外层对接筒的长度为300mm-400mm，所述屏蔽对接筒的长度为800mm-1000mm。
一种超导电缆对接结构的对接方法，包括以下步骤：
通过内层对接筒将相邻两个内层超导层连接；
通过外层对接筒将相邻两个外层超导层连接；
在所述外层对接筒以及相邻两个所述外层超导层的外表面缠绕主绝缘连接段；
通过屏蔽对接筒将相邻两个电缆屏蔽层连接；
将对接完成的对接结构置于液氮中完全浸泡。
在其中一个实施例中，所述通过内层对接筒将相邻两个内层超导层连接的具体方法包括：将内层对接筒的两端分别搭接在相邻两个内层超导层上，然后将所述内层对接筒的两端分别与相邻两个内层超导层焊接；
所述通过外层对接筒将相邻两个外层超导层连接的具体方法包括：将外层对接筒的两端分别搭接在相邻两个外层超导层上，然后将所述外层对接筒的两端分别与相邻两个外层超导层焊接；
所述通过屏蔽对接筒将相邻两个电缆屏蔽层连接的具体方法包括：将屏蔽对接筒的两端分别搭接在相邻两个电缆屏蔽层上，然后将所述屏蔽对接筒的两端分别与相邻两个电缆屏蔽层焊接。
在其中一个实施例中，所述搭接的长度为5mm。
在其中一个实施例中，所述焊接的方法为通过超声波焊接的方式使得焊料层熔化，以实现搭接部分的焊接。
在其中一个实施例中，所述主绝缘层由单侧镀铝的聚酰亚胺膜制成，所述主绝缘层的厚度为1.5mm，所述相邻两个缠绕段之间的绝缘长度为25mm。
上述超导电缆对接结构及其方法，在工厂生产时，可将超导电缆远离终端的一端制造为预制端，预制端呈锥台型结构，此时内层超导层外露于外层超导层，外层超导层外露于主绝缘层，主绝缘层外露于电缆屏蔽层。在施工现场进行连接时，首先通过内层对接筒将相邻两个内层超导层连接，再通过外层对接筒将相邻两个外层超导层连接，接着通过主绝缘连接段将相邻两个主绝缘层连接，最后通过屏蔽对接筒将相邻两个电缆屏蔽层连接，即可完成两个超导电缆的连接。即本申请通过预制端和连接组件的设置，能够直接实现两个超导电缆的直接连接，在生产时，可减短每一段超导电缆的生产长度，通过在工厂预制预制端，在施工现场，仅需通过连接组件将预制端连接即可，且预制过程简单，施工现场加工方便，同时现场施工时，分别将导电电缆的每一层对接，可保证连接质量，避免出现对接不完整的情况。
附图说明
图1为一实施例中超导电缆对接结构的结构示意图。
图2为一实施例中超导电缆对接结构的分解示意图。
图3为一实施例中预制端的结构示意图。
附图标记：10、连接组件；11、内层对接筒；12、外层对接筒；13、屏蔽对接筒；14、外绝缘层；20、预制端；21、电缆骨架；22、内层超导层；23、外层超导层；24、主绝缘层；25、电缆屏蔽层；26、内外层导体间绝缘层。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“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，这些术语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。
此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
参阅图1-图3，超导电缆对接结构包括预制端20和连接组件10。预制端20具有从内向外依次且同心设置的内层超导层22、外层超导层23、主绝缘层24以及电缆屏蔽层25，所述内层超导层22、外层超导层23、主绝缘层24以及电缆屏蔽层25的长度依次递减，以使得所述预制端20呈逐渐扩径的锥台型结构。连接组件10包括长度依次递增的内层对接筒11、外层对接筒12、主绝缘连接段以及屏蔽对接筒13，所述内层对接筒11用于将相邻两个所述预制端20的内层超导层22连接，所述外层对接筒12用于将相邻两个所述预制端20的外层超导层23连接，所述主绝缘连接段用于将相邻两个所述预制端20的主绝缘层24连接，所述屏蔽对接筒13用于将相邻两个所述预制端20的电缆屏蔽层25连接。
在本实施例中，在工厂生产时，可将超导电缆远离终端的一端制造为预制端20，预制端20呈锥台型结构，此时内层超导层22外露于外层超导层23，外层超导层23外露于主绝缘层24，主绝缘层24外露于电缆屏蔽层25。在施工现场进行连接时，首先通过内层对接筒11将相邻两个内层超导层22连接，再通过外层对接筒12将相邻两个外层超导层23连接，接着通过主绝缘连接段将相邻两个主绝缘层24连接，最后通过屏蔽对接筒13将相邻两个电缆屏蔽层25连接，即可完成两个超导电缆的连接。即本申请通过预制端20和连接组件10的设置，能够直接实现两个超导电缆的直接连接，在生产时，可减短每一段超导电缆的生产长度，通过在工厂预制预制端20，在施工现场，仅需通过连接组件10将预制端20连接即可，且预制过程简单，施工现场加工方便，同时现场施工时，分别将导电电缆的每一层对接，可保证连接质量，避免出现对接不完整的情况。
同时由于连接组件10的内层对接筒11、外层对接筒12、主绝缘连接段以及屏蔽对接筒13长度依次递增，与预制端20呈逐渐扩径的锥台型结构相适应，当通过连接组件10将两个超导电缆的预制端20连接时，能够使得两个超导电缆完整对接。
在一些实施例中，所述内层超导层22、外层超导层23、电缆屏蔽层25的表面以及所述内层对接筒11、外层对接筒12、屏蔽对接筒13的表面均预制有焊料层。
进一步的，内层超导层22和外层超导层23分别采用40根超导带材依次排列成环形结构，对应的内层对接筒11和外层对接筒12的材质分别与内层超导层22和外层超导层23的材质保持一致，因此内层对接筒11和外层对接筒12也是由40根超导带材依次排列成筒状结构。电缆屏蔽层25采用60根超导带材依次排列成环形结构，对应的屏蔽对接筒13也采用60根超导带材依次排列成筒状结构。
在实际生产时，可直接在超导带材的表面通过气相沉积的方式以形成焊料层。即通过镀有焊料的超导带材制成的内层对接筒11、外层对接筒12、屏蔽对接筒13、内层超导层22、外层超导层23以及电缆屏蔽层25的表面具有焊料，在焊接时，直接通过超声波焊头对焊接部位发射能量同时施加压力，即可实现两者的焊接，同时不会损伤绝缘材料。
进一步的，所述焊料层的厚度为0.1mm，所述焊料层包括组分为37%的铅和组分为63%的锡。其中，组分为37%的铅和组分为63%的锡可以保证超导带材的牢固焊接。
在一些实施例中，所述内层对接筒11与所述内层超导层22的材质相同，所述外层对接筒12与所述外层超导层23的材质相同，所述屏蔽对接筒13与所述电缆屏蔽层25的材质相同。
在本实施例中，对接完成后的对接结构还需置于液氮中完全浸泡，由于所述内层对接筒11与所述内层超导层22的材质相同，所述外层对接筒12与所述外层超导层23的材质相同，所述屏蔽对接筒13与所述电缆屏蔽层25的材质相同，均采用超导带材制成，由带材制成的的对接筒可提供液氮流通所需的空隙，因此，可保证对接结构完全内部空隙完全被液氮填充。
具体的，所述内层对接筒11的长度为100mm-150mm，所述外层对接筒12的长度为300mm-400mm，所述屏蔽层对接筒的长度为800mm-1000mm。
内层对接筒11的长度为100mm-150mm，用于保证焊接时具有足够的操作空间，外层对接筒12的长度大于内层对接筒11的长度，屏蔽层对接筒的长度大于外层对接筒12的长度，用于方便与呈逐渐扩径的锥台型预制端20配合。
在一些实施例中，所述预制端20还包括电缆骨架21和内外层导体间绝缘层26，所述电缆骨架21设置在内层超导层22的内部，电缆骨架21由直径30mm的不锈钢波纹管制成，用于对内层超导层22提供支撑。在施工现场时，首先将两个超导电缆的电缆骨架21焊接，然后再通过内层对接筒11将相邻两个内层超导层22连接。内外层导体间绝缘层26设置在内层超导层22和外层超导层23之间，用于隔绝内层超导层22和外层超导层23。
连接组件10还包括外绝缘层14，外绝缘层14套设在屏蔽对接筒13外，且长度大于外绝缘层14。
本申请一实施例还提供了一种超导电缆对接结构的对接方法，包括以下步骤：
通过内层对接筒11将相邻两个内层超导层22连接；
通过外层对接筒12将相邻两个外层超导层23连接；
在所述外层对接筒12以及相邻两个所述外层超导层23的外表面缠绕主绝缘连接段；
通过屏蔽对接筒13将相邻两个电缆屏蔽层25连接；
将对接完成的对接结构置于液氮中完全浸泡。
在施工现场焊接时，首先将两个超导电缆的电缆骨架21焊接，然后通过内层对接筒11将相邻两个内层超导层22连接，再通过外层对接筒12将相邻两个外层超导层23连接，两者都对接完成后，在其上依次缠绕主绝缘连接段，之后通过屏蔽对接筒13将相邻两个电缆屏蔽层25连接。最后将对接好的对接结构置于液氮中完全浸泡，由带材制成的的对接筒可提供液氮流通所需的空隙，可用于保证对接结构完全内部空隙完全被液氮填充。
所述通过内层对接筒11将相邻两个内层超导层22连接的具体方法包括：将所述内层对接筒11的两端分别搭接在相邻两个所述内层超导层22上，然后将所述内层对接筒11的两端分别与相邻两个所述内层超导层22焊接。所述通过外层对接筒12将相邻两个外层超导层23连接的具体方法包括：将外层对接筒12的两端分别搭接在相邻两个外层超导层23上，然后将所述外层对接筒12的两端分别与相邻两个外层超导层23焊接。所述通过屏蔽对接筒13将相邻两个电缆屏蔽层25连接的具体方法包括：将屏蔽对接筒13的两端分别搭接在相邻两个电缆屏蔽层25上，然后将所述屏蔽对接筒13的两端分别与相邻两个电缆屏蔽层25焊接。
进一步的，所述搭接的长度为5mm。
具体的，内层对接筒11的两端分别搭接在相邻两个内层超导层22上的长度为5mm，外层对接筒12的两端分别搭接在相邻两个外层超导层23上的长度为5mm，屏蔽对接筒13的两端分别搭接在相邻两个电缆屏蔽层25上的长度为5mm。5mm的长度用于保证连接组件10将两个预制端20的可靠连接，同时，还可以避免由于焊接长度过长导致的对接结构挠度较差的问题。
所述焊接方法为通过超声波焊接的方式使得焊料层熔化，以实现搭接部分的焊接。
具体的，以将搭接后的内层对接筒11与内层超导层22焊接为例，首先通过超声波发生器同时向搭接的内层对接筒11与内层超导层22发射高频振动波，同时向搭接部分加压，以使得内层对接筒11的内壁与内层超导层22的外壁发生摩擦以产生热量，进而将内层对接筒11的内壁与内层超导层22的外壁上的焊料层熔化，以实现对搭接后的内层对接筒11与内层超导层22的焊接。即通过在超导带材的表面预设焊料层，同时通过超声波焊接的方式可实现对搭接段的快速焊接。且焊接温度低，焊接时不会损伤绝缘材料。
所述主绝缘层24由单侧镀铝的聚酰亚胺膜制成，所述主绝缘层24的厚度为1.5mm，所述相邻两个缠绕段之间的绝缘长度为25mm。
其中，单侧镀铝的聚酰亚胺膜可使得接结构具有良好的绝缘性，相邻两个缠绕段之间的绝缘长度为25mm，用于保持足够的爬电长度。
本申请通过预制端和连接组件的设置，能够直接实现两个超导电缆的直接连接，在生产时，可减短每一段超导电缆的生产长度，通过在工厂预制预制端，在施工现场，仅需通过连接组件将预制端连接即可，且预制过程简单，施工现场加工方便，同时现场施工时，分别将导电电缆的每一层对接，可保证连接质量，避免出现对接不完整的情况。同时由于连接组件10的内层对接筒11、外层对接筒12、主绝缘连接段以及屏蔽对接筒13长度依次递增，与预制端20呈逐渐扩径的锥台型结构相适应，当通过连接组件10将两个超导电缆的预制端20连接时，能够使得两个超导电缆完整对接。
通过在预设端和连接组件上预设焊料层，连接时，首先将对接筒搭接在对应的超导层上，然后再通过超声波焊接，焊接时，无需增加焊料，且通过超声波焊接可实现用于形成对接筒的超导带材和用于形成超导层的超导带材的直接焊接，焊接速度快。同时焊接温度低，焊接时不会损伤绝缘材料。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种超导电缆对接结构，其特征在于，所述超导电缆对接结构包括：
预制端，具有从内向外依次且同心设置的内层超导层、外层超导层、主绝缘层以及电缆屏蔽层，所述内层超导层、外层超导层、主绝缘层以及电缆屏蔽层的长度依次递减，以使得所述预制端呈逐渐扩径的锥台型结构；
连接组件，包括长度依次递增的内层对接筒、外层对接筒、主绝缘连接段以及屏蔽对接筒，所述内层对接筒用于将相邻两个所述预制端的内层超导层连接，所述外层对接筒用于将相邻两个所述预制端的外层超导层连接，所述主绝缘连接段用于将相邻两个所述预制端的主绝缘层连接，所述屏蔽对接筒用于将相邻两个所述预制端的电缆屏蔽层连接。
2.根据权利要求1所述的超导电缆对接结构，其特征在于，所述内层超导层、外层超导层、电缆屏蔽层的表面以及所述内层对接筒、外层对接筒、屏蔽对接筒的表面均预制有焊料层。
3.根据权利要求2所述的超导电缆对接结构，其特征在于，所述焊料层的厚度为0.1mm，所述焊料层包括组分为37%的铅和组分为63%的锡。
4.根据权利要求1所述的超导电缆对接结构，其特征在于，所述内层对接筒与所述内层超导层的材质相同，所述外层对接筒与所述外层超导层的材质相同，所述屏蔽对接筒与所述电缆屏蔽层的材质相同。
5.根据权利要求1所述的超导电缆对接结构，其特征在于，所述内层对接筒的长度为100mm-150mm，所述外层对接筒的长度为300mm-400mm，所述屏蔽对接筒的长度为800mm-1000mm。
6.一种权利要求2-5任意一项所述的超导电缆对接结构的对接方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过内层对接筒将相邻两个内层超导层连接；
通过外层对接筒将相邻两个外层超导层连接；
在所述外层对接筒以及相邻两个所述外层超导层的外表面缠绕主绝缘连接段；
通过屏蔽对接筒将相邻两个电缆屏蔽层连接；
将对接完成的对接结构置于液氮中完全浸泡。
7.根据权利要求6所述的超导电缆对接结构的对接方法，其特征在于，
所述通过内层对接筒将相邻两个内层超导层连接的具体方法包括：将所述内层对接筒的两端分别搭接在相邻两个所述内层超导层上，然后将所述内层对接筒的两端分别与相邻两个所述内层超导层焊接；
所述通过外层对接筒将相邻两个外层超导层连接的具体方法包括：将所述外层对接筒的两端分别搭接在相邻两个所述外层超导层上，然后将所述外层对接筒的两端分别与相邻两个所述外层超导层焊接；
所述通过屏蔽对接筒将相邻两个电缆屏蔽层连接的具体方法包括：将所述屏蔽对接筒的两端分别搭接在相邻两个所述电缆屏蔽层上，然后将所述屏蔽对接筒的两端分别与相邻两个所述电缆屏蔽层焊接。
8.根据权利要求7所述的超导电缆对接结构的对接方法，其特征在于，所述搭接的长度为5mm。
9.根据权利要求7所述的超导电缆对接结构的对接方法，其特征在于，所述焊接的方法为通过超声波焊接的方式使得焊料层熔化，以实现搭接部分的焊接。
10.根据权利要求6所述的超导电缆对接结构的对接方法，其特征在于，所述主绝缘层由单侧镀铝的聚酰亚胺膜制成，所述主绝缘层的厚度为1.5mm，所述相邻两个缠绕段之间的绝缘长度为25mm。
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