CN213752114U - 一种共垂面换位高温超导电缆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于高温超导技术领域，具体涉及一种共垂面换位高温超导电缆，包括导体骨架、金属护套和股线，股线紧密缠绕在导体骨架表面，金属护套完整包覆所有股线；股线以一定角度螺旋状缠绕导体骨架表面，且所有股线带材面全部平行。通过设计带材面平行调整共垂面，使得高温超导电缆的带材面与磁场角度平行或具有最小的夹角，从而能够充分利用高温超导带材的最大临界电流。
Description
技术领域
本实用新型属于高温超导技术领域，具体涉及一种共垂面换位高温超导电缆。
背景技术
高温超导带材拥有远高于低温超导的运行温度和和临界磁场，为建造强磁场磁体提供了更好的选择，例如用于建造聚变堆磁体、加速器磁体和探测器磁体等。高温超带材的临界电流具有显著的各向异性，为充分利用带材的临界电流，需要将带材带面的法线方向与磁场方向垂直；对于非稳态运行环境，需要对高温超导电缆进行对称换位，以此来降低电缆的交流损耗。普通结构的高温超导电缆在进行换位的同时，带材带面法线随带材长度方向时刻变化，一般难以使所有带材法线都始终与磁场方向垂直，因此很难充分利用所有带材的载流能力，经济性很差。
随着高温超导带材临界电流的提升和分切技术的发展，利用高温超导窄带制作直径较小的圆形导体成为现实，其弯曲性能接近于同直径铜线，可充分利用该优点绕制具有共垂面换位特点的大电流电缆。专利CN 110246625 A、CN 110706860A是典型的卢瑟福电缆，高温超导堆叠矩形、圆形股线以一定角度进行空间换位，股线内带材带面在一个周期内旋转360°，当将该类电缆用于绕制磁体时，所有带材都将存在带面法线与磁场平行的部位，导致只能利用带材的最小载流能力。因此优化高温超导电缆的结构和工艺，充分利用带材的载流能力是十分必要的。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种共垂面换位高温超导电缆，可保持所有带材平面与磁场角度平行或具有最小的夹角，从而能够充分利用高温超导带材的最大临界电流。
本实用新型的技术方案如下：
一种共垂面换位高温超导电缆，包括导体骨架和金属护套，以及两者之间的股线，所述的股线紧密缠绕在导体骨架表面，所述的金属护套完整包覆所有股线；所述的股线由包覆材料及内部的堆叠导体组成，所述的堆叠导体是由带状导体堆叠形成的多层结构，截面为正方形，每一层的平面即为带材面；所有的股线以一定角度螺旋状缠绕导体骨架表面，且所有股线带材面全部平行。
所述的金属护套为圆柱形或者截面为长圆形的柱形，侧壁为双层的中空结构，内部空隙填充冷却介质。
所述的导体骨架为圆柱形或者截面为长圆形的柱形。
所述的冷却介质为液氮、液氦或低温氦气。
所述的堆叠导体的带状导体堆叠形成的多层结构，层数为20～30层。
所述的导体骨架外缠绕多层股线，单数层与偶数层股线分别以顺时针、逆时针交替进行布置。
所述股线分2～4层，缠绕在导体骨架外部。
所述的所有的股线以一定角度螺旋状缠绕导体骨架表面，角度为5-30°。
所述的股线金属材料封装制成，材质为锡、铅、锡铅合、金、铝、铜或者其中2种成分的合金。
所述的金属护套材质为不锈钢、铜、铝、铜合金或铝合金。
本实用新型效果如下：
1.根据高温超带材临界电流各向异性差异显著的问题，设计了一种共垂面换位高温超导电缆，通过调整共垂面换位高温超导电缆的带面朝向可保持所有带材平面与磁场角度平行或具有最小的夹角，从而能够充分利用高温超导带材的最大临界电流。
2.股线的圆形金属包壳设计，保证股线在共垂面换位时具有足够的机械强度并保持受力均匀。
3.缠绕换位能够有效降低电缆在非稳态工作条件下的交流损耗，磁场与电缆内高温超导带材平面平行能进一步降低磁滞损耗，两种效果的作用下可降低电缆所需制冷功率和失超风险。
4.多层交替缠绕的方式能够使缠绕股线数量不受限制，能够根据具体电流需求确定股线数量和缠绕层数，具有极大的使用灵活性。
附图说明
图1为共垂面换位高温超导电缆第一实施例示意图；
图2为股线示意图；
图3为共垂面换位高温超导电缆第一实施例截面图；
图4为共垂面换位高温超导电缆第二实施例示意图；
图5为共垂面换位高温超导电缆第二实施例截面图；
图中：1.导体骨架；2.堆叠导体；3.带材面；4.股线；5.金属护套。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
本实用新型干设计的共垂面换位高温超导电缆，其共垂面是指电缆平直状态下内部高温超导带材带面具有相同或相近的垂面；换位是指电缆的股线之间存在互相换位，使得股线在空间位置上具有重复性。电缆适用于具有强磁场的磁体和电力电缆设备，如聚变堆高温超导磁体、加速器磁体、探测器磁体、选矿磁体、电机、变压器等。
实施例1
如图1和图2所示，共垂面换位高温超导电缆，其包括导体骨架1和金属护套5，
导体骨架1外紧密缠绕着股线4，并通过外部的金属护套5完整包覆。
股线4以一定角度紧密缠绕在导体骨架1表面。
股线4是由中空的圆柱形包覆材料以及内部的堆叠导体2组成的。
堆叠导体2是由若干个带状导体(带材)堆叠形成的多层结构，截面为正方形形。每一层的平面即为带材面3。所有的带状导体(带材)始终垂直于同一平面，即带材面3的垂直面。带面3在带材长度方向具有相同的垂直面(共垂面)
如图3所示，所有的股线4以一定角度螺旋状缠绕导体骨架1中外部，同时所有股线4的带材的带材面3全部平行，即在保持内部所有带材带面始终垂直于带材面3的垂直面的前提下以一定角度紧密缠绕在所述导体骨架1表面；
金属护套5为中空结构，将上述股线4和骨架1完整包覆于内部，同时对股线4起到支撑和保护作用；所述金属护套5内部空隙为冷却介质通道，冷却介质用以保持高温超导导体1低温恒温；所述冷却介质为液氮、液氦或低温氦气(温度4.2-77K)。
在该实施例中，股线4是由中空的圆柱形，导体骨架1为圆柱形。金属护套5为中空的圆柱形，及双层结构，中间空隙为冷却介质通道。
实施例2
如图4和图5所示，本发明的另外一种实施例。其中，导体骨架1为截面为长圆形，即主体为长方形，两端为半圆，股线4以相同的角度紧密缠绕在导体骨架1表面，图中给出一缠绕周的截面。外部的金属护套5压紧股线4，同时也为中空结构，外表面为长方形。
所有股线4的带材的带材面3全部平行，且与导体骨架1的轴线方向平行。
围绕导体骨架1可缠绕多层股线4，在缠绕多层时，单数层与偶数层股线4 分别以顺时针、逆时针交替进行缠绕，缠绕的角度根据共垂面换位高温超导电缆的骨架尺寸、股线直径和缠绕截距确定，缠绕完成后，单层或多层缠绕的高温超导股线内部高温超导带材平面在电缆任意截面内保持平行。
Claims (10)
1.一种共垂面换位高温超导电缆，包括导体骨架(1)和金属护套(5)，以及两者之间的股线(4)，其特征在于：所述的股线(4)紧密缠绕在导体骨架(1)表面，所述的金属护套(5)完整包覆所有股线(4)；所述的股线(4)由包覆材料及内部的堆叠导体(2)组成，所述的堆叠导体(2)是由带状导体堆叠形成的多层结构，截面为正方形，每一层的平面即为带材面(3)；所有的股线(4)以一定角度螺旋状缠绕导体骨架(1)表面，且所有股线(4)带材面(3)全部平行。
2.如权利要求1所述的一种共垂面换位高温超导电缆，其特征在于：所述的金属护套(5)为圆柱形或者截面为长圆形的柱形，侧壁为双层的中空结构，内部空隙填充冷却介质。
3.如权利要求2所述的一种共垂面换位高温超导电缆，其特征在于：所述的导体骨架(1)为圆柱形或者截面为长圆形的柱形。
4.如权利要求2所述的一种共垂面换位高温超导电缆，其特征在于：所述的冷却介质为液氮、液氦或低温氦气。
5.如权利要求2所述的一种共垂面换位高温超导电缆，其特征在于：所述的堆叠导体(2)的带状导体堆叠形成的多层结构，层数为20～30层。
6.如权利要求2所述的一种共垂面换位高温超导电缆，其特征在于：所述的导体骨架(1)外缠绕多层股线(4)，单数层与偶数层股线(4)分别以顺时针、逆时针交替进行布置。
7.如权利要求6所述的一种共垂面换位高温超导电缆，其特征在于：所述股线(4)分2～4层，缠绕在导体骨架(1)外部。
8.如权利要求1所述的一种共垂面换位高温超导电缆，其特征在于：所述的所有的股线(4)以一定角度螺旋状缠绕导体骨架(1)表面，角度为5-30°。
9.如权利要求1所述的一种共垂面换位高温超导电缆，其特征在于：所述的股线(4)由金属材料封装制成，材质为锡、铅、锡铅合金、铝、铜或者铝铜合金。
10.如权利要求1所述的一种共垂面换位高温超导电缆，其特征在于：所述的金属护套(5)材质为不锈钢、铜、铝、铜合金或铝合金。
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| CN202021999801.0U CN213752114U (zh) | 2020-09-14 | 2020-09-14 | 一种共垂面换位高温超导电缆 |
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|---|---|
| CN (1) | CN213752114U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112562913A (zh) * | 2020-09-14 | 2021-03-26 | 核工业西南物理研究院 | 一种共垂面换位高温超导电缆及缠绕换位方法 |
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2020
- 2020-09-14 CN CN202021999801.0U patent/CN213752114U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112562913A (zh) * | 2020-09-14 | 2021-03-26 | 核工业西南物理研究院 | 一种共垂面换位高温超导电缆及缠绕换位方法 |
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