CN1664963A - 混合式超导输电电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超导输电电缆，特别是一种混合式超导输电电缆，其包括：电缆骨架、电缆导体、绝热层、屏蔽层和保护外壳，其特征在于，所述的电缆导体为混合电缆导体，该混合电缆导体由混合层或混合层、超导层和金属层的组合而形成。在相同传输容量下，与现有超导电缆相比，简化了超导电缆制造工艺，降低了超导电缆制造成本，而且增大了超导电缆导体的机械强度，提高了超导电缆失超保护能力，为工业化生产超导输电电缆奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种超导输电电缆，特别是一种混合式超导输电电缆。
背景技术
目前，国内外超导电缆导体的设计和制造都毫无例外的采用多层超导带材绕制而成。例如，美国Southwire公司牵头研制的30米，三相，12.5kV/1250A，冷绝缘高温超导电缆；丹麦NKT公司研制的30米长，30kV/2kA热绝缘结构实用化高温超导电缆；日本住友电气和东京电力公司合作完成的100米，三相，66kV/1kA，三芯平行轴高温超导电缆等，其中的电缆导体都是由多层超导带材绕制而成的。通过大量试验和研究发现，由多层超导带材绕制的超导电缆导体存在一些明显的问题，例如，超导带材的通电能力不能充分利用，电缆造价昂贵，电缆导体机械强度不高，失超保护能力有限等。由于这些问题的存在，影响了超导电缆的开发速度和应用规模。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种混合式超导输电电缆，将普通超导输电电缆导体的部分超导带材改由金属带材代替，以达到节约超导带材，降低输电电缆制造成本的目的。在相同的载流容量下，混合式超导输电电缆与普通超导输电电缆相比，不但电缆制造工艺简化，成本降低，而且电缆导体的机械强度和失超保护能力大大提高，更适合工业化大规模开发和使用。
为达上述目的，本发明提供一种混合式超导输电电缆，包括：电缆骨架、电缆导体、绝热层、屏蔽层和保护外壳，其中，所述的电缆导体为混合电缆导体，该混合电缆导体由混合层或混合层、超导层和金属层的组合而形成。
所述的混合电缆导体的组成方式，根据电缆载流容量的不同，可以选自：
A.全部由混合层组成；
B.由部分超导层和部分金属层组成；
C.由部分超导层和部分混合层组成；
D.由部分混合层和部分金属层组成；
E.由部分超导层、部分混合层和部分金属层组成。
所述的混合层由超导带材和金属带材交替排列绕制而成。
所述的混合层、超导层和金属层各自的层数根据电缆载流量不同可以为1～20层。
所述的超导带材和金属带材的横截面形状选自矩形、方形、圆形、扁平椭圆形或椭圆形。
所述的金属带材的材质选自铜、铝、银及其合金。
本发明的优点在于：在相同传输容量下，本发明的混合式超导输电电缆与现有超导电缆相比，不但简化了超导电缆的制造工艺，减低了超导电缆的制造成本，而且，增大了超导电缆导体的机械强度，提高了超导电缆失超保护能力，从而为我国工业化生产超导输电电缆奠定了基础。
附图说明
图1为本发明混合式超导输电电缆的立体分层示意图；
图2为全部由混合层组成电缆导体的电缆立体分层示意图；
图3为混合式超导输电电缆一实施例的立体分层示意图；
图4为混合式超导输电电缆另一实施例的立体分层示意图；
图5为超导带材和金属带材的横截面形状示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，为本发明混合式超导输电电缆的立体分层示意图，其包括：电缆骨架1、电缆导体2、绝热层3、屏蔽层4和保护外壳5，其中，所述的电缆导体2为混合电缆导体，该混合电缆导体由混合层21(如图2所示)或混合层21、超导层22和金属层23的组合(如图1、图3所示)而形成。下面对混合层21、超导层22和金属层23的概念和原理解释如下，为了充分利用超导导体的载流能力，降低电缆制造成本，超导导体和金属导体组合原则为大电流层由超导导体组成，称为超导层22；小电流层由金属导体组成，称为金属层23；中电流层由超导导体和金属导体混合组成，称为混合层21。同一层导体带材的截面尺寸相同，包括超导导体带材和金属导体带材的截面尺寸相同，不同层导体带材的截面尺寸可以相同，也可以不相同。
所述的混合电缆导体2的组成方式，根据电缆载流容量的不同，可以选自：
A.全部由混合层21组成；
B.由部分超导层22和部分金属层23组成；
C.由部分超导层22和部分混合层21组成；
D.由部分混合层21和部分金属层23组成；
E.由部分超导层22、部分混合层21和部分金属层23组成。
所述的混合层21由超导带材211和金属带材212交替排列绕制而成。
所述的混合层21、超导层22和金属层23各自的层数根据电缆载流量不同可以为1～20层，可以根据超导电缆的载流要求来设计各层的层数，图中以断裂图示说明其不同的层数。
如图5所示，所述的超导带材211和金属带材212的横截面形状可以选自矩形、方形、圆形、扁平椭圆形或椭圆形。
所述的金属带材212的材质选自铜、铝、银及其合金。
如图2所示，为全部由混合层21组成电缆导体的电缆立体分层示意图，即A种组成方式，图中混合电缆导体2全部由混合层21组成，混合层21均由超导带材211和金属带材212交替排列绕制而成。混合层21的层数根据不同的电缆要求可以为1～20层，一般根据超导电缆的载流要求来确定层数，图中以断裂图示说明其不同的层数。
如图3所示，为一种3米混合式超导输电电缆实施例的立体分层示意图，即E种组成方式的代表之一，其中电缆导体2包括六层，由里向外各层载流导体的编号为a、b、c、d、e、f，由试验发现，a层和f层的电流最大，b层和e层次之，c层和d层最小。因此，a层和f层为超导层22，全部由超导带材211绕制而成，c层和d层为金属层23，全部由金属带材212绕制而成，b层和e层为混合层21，由超导带材211和金属带材212交替排列绕制而成。
该3米混合式超导电缆缠绕设计参数如下表所示：
| 第一层 | 第二层 | 第三层 | 第四层 | 第五层 | 第六层 | 合计 | |||
| 带材根数(根) | 超导带材15 | 17 | 金属带材20 | 金属带材20 | 18 | 超导带材16 | 超导带材48 | ||
| 超导带材8 | 金属带材9 | 超导带材9 | 金属带材9 | ||||||
| 金属带材58 | |||||||||
| 缠绕方向(+-) | + | + | + | - | - | - | |||
| 缠绕角度(°) | 37.7 | 25.5 | 7.0 | -13.1 | -30.2 | -44.6 | |||
| 节距(mm) | 105.7 | 177.8 | 716.4 | 391.5 | 161.9 | 98.8 | |||
| 每层半径(mm) | 13 | 13.5 | 14 | 14.5 | 15 | 15.5 | |||
| 电缆骨架外径(mm) | 25.8 | ||||||||
由表中所示参数可见，在相同载流容量下，本发明的混合式超导输电电缆中合计用58根金属带材代替价格昂贵的超导带材，本发明与普通高温超导电缆相比，不但节约了超导带材，降低了制造成本，而且，增大了超导电缆导体的机械强度，提高了超导电缆失超保护能力。
图4所示为混合式超导输电电缆另一实施例的立体分层示意图，即C种组成方式的代表之一，其中电缆导体2包括六层，由里向外各层载流导体的编号为a、b、c、d、e、f，其机械结构与图3所示实施例相同，但是各层的结构不同。其中a层和f层为超导层22，全部由超导带材211绕制而成，b层、c层、d层和e层为混合层21，由超导带材211和金属带材212交替排列绕制而成。
当然，还可以列举其他混合式超导输电电缆，如B种组成方式的实施例，其混合电缆导体2由部分超导层22和部分金属层23组成，又如D种组成方式的实施例，其混合电缆导体2由部分混合层21和部分金属层23组成。由于各层的具体结构与图1、图3所示的实施例均有部分相同之处，故不再赘述。
综上所述，不论是那一种组合混合电缆导体2形成的混合式超导输电电缆，在相同传输容量下，它们与现有超导电缆相比，均简化了超导电缆制造工艺，降低了超导电缆制造成本，而且，增大了超导电缆导体的机械强度，提高了超导电缆失超保护能力。因此，本发明为工业化生产超导输电电缆奠定了基础。
Claims (6)
1.一种混合式超导输电电缆，包括：电缆骨架、电缆导体、绝热层、屏蔽层和保护外壳，其特征在于，所述的电缆导体为混合电缆导体，该混合电缆导体由混合层或混合层、超导层和金属层的组合而形成。
2.根据权利要求1所述的混合式超导输电电缆，其中，所述的混合电缆导体的组成方式选自：
A.全部由混合层组成；
B.由部分超导层和部分金属层组成；
C.由部分超导层和部分混合层组成；
D.由部分混合层和部分金属层组成；
E.由部分超导层、部分混合层和部分金属层组成。
3.根据权利要求1所述的混合式超导输电电缆，其中，所述的混合层由超导带材和金属带材交替排列绕制而成。
4.根据权利要求1所述的混合式超导输电电缆，其中，所述的混合层、超导层和金属层各自的层数为1～20层。
5.根据权利要求3所述的混合式超导输电电缆，其中，所述的超导带材和金属带材的横截面形状选自矩形、方形、圆形、扁平椭圆形或椭圆形。
6.根据权利要求3所述的混合式超导输电电缆，其中，所述的金属带材的材质选自铜、铝、银及其合金。
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Date of cancellation: 20191015 Granted publication date: 20080206 |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 102600 West A, floor 3, building B, No. 7, Rongchang East Street, Beijing Economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing Patentee after: Beijing innopower superconductor power technology Co.,Ltd. Address before: Longsheng industrial park, 7 No. 100176 Beijing Rongchang economic and Technological Development Zone East Patentee before: Beijing Innopower Superconductor Cable Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20191224 Address after: Yunda economic and Technological Development Zone in Yunnan province Kunming City 650000 West Road No. 105 Patentee after: YUNNAN ELECTRIC POWER TEST & RESEARCH INSTITUTE (GROUP) Co.,Ltd. Address before: 102600 West A, floor 3, building B, No. 7, Rongchang East Street, Beijing Economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing Patentee before: Beijing innopower superconductor power technology Co.,Ltd. |
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| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20080206 |