CN218333241U - 一种基于光电复合超导带材的凹型骨架超导电缆结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及超导传输技术领域，提供了一种基于光电复合超导带材的凹型骨架超导电缆结构，本实用新型包括依次同轴心设置的支撑体、导体层、屏蔽层、低温恒温器管道和外保护层，导体层包括光电复合超导层和第一固定层，光电复合超导层由多根光电复合超导带材绕制而成且包覆在支撑体外部，第一固定层包覆在光电复合超导层外部，光电复合超导带材包括超导导电单元、光缆单元和粘接单元。本实用新型对每根超导带材的温度通过测温光纤单元进行温度传感，找到具体出现故障的光电复合超导带材，采用第一凹型螺旋骨架结构，内部表面设有防滑纹路，有效防止在第一螺旋凹槽内进行移动或划出，避免间隙不均匀、搭接、重叠、错位等现象，降低交流损耗值。

Description

一种基于光电复合超导带材的凹型骨架超导电缆结构

技术领域

本实用新型涉及超导传输技术领域，尤其涉及了一种基于光电复合超导带材的凹型骨架超导电缆结构。

背景技术

高温超导电缆是采用无阻的、能传输高电流密度的超导材料作为导电体并能传输大电流的一种电缆设施，具有体积小、造价低、高节能、无污染等优点，具有巨大的经济效益和环保效益。

超导带材的应用温区从液氦、液氢提升到液氮温区，其超导临界转变温度仍在逐年提升，并有望在常温环境下实现超导态，由于超导带材在承受超过其规定临界值的电流或其所处环境温度高于临界温度时，超导带材将发生超导态至常导态的相变过程从而失去超导特性，这种相变在工程领域内被称为“失超”。正常运行的超导带材在失超后，会产生大量的热，其后果会导致超导带材的温度急剧上升，超导特性快速下降，更为严重的是，累积在超导带材上的热量如不能被快速传导出去，将导致带材的烧毁。

现有技术中常用光纤和常规电缆结合的光电复合缆，如授权公告号为CN201869697U的专利，公开了在超导电缆支撑体上设有一根测温光纤，超导电缆通过超导带材传输电流，而非电缆支撑体，当电缆出现故障温度上升时，首先反应在超导带材上，并逐步扩散到支撑体等其它结构，这种测量方法有一定的滞后性；如授权公告号为CN109637737A的专利，公开了光缆单元为一根柔性非金属管道组件，内部包含1根测温光纤和1根通信光纤，光缆单元贴合在超导通电导体的绝缘层外，虽然同时具备了测温光纤和和通信光纤，但光缆单元在导体的绝缘层侧，而超导电缆的导电层在绝缘层的内侧，对导电层的温度监测有滞后性。超导电缆的导电层是由多根超导带材绕制而成的，当超导带材出现失超而导致温度升高时，现有技术不能对每根超导带材的温度进行传感。

超导电缆的超导导电层和超导屏蔽层是由一定数量的超导带材排列组成的。理论上超导带材间的间隙越小越好，交流损耗也会降到更低。目前，高温超导电缆均以圆柱状的模子(former)的外周将相同截面尺寸的多条带状的超导线材，以圆周方向进行多层缠绕，为保证更小的交流损耗值，相邻两根带材间隙应该均匀且越小越好，但由于制作完成的超导电缆在卷绕到盘具上时会发生弯曲，带材间的间隙又不能过小。因此在实际制造过程中，各层带材均会出现间隙不均匀、搭接、重叠、错位等现象。

实用新型内容

为了解决现有技术光电复合超导电缆发生故障时不能对每根超导带材的温度进行传感，且在制造过程中各层带材出现间隙不均匀、搭接、重叠、错位等现象的问题，提供了一种基于光电复合超导带材的凹型骨架超导电缆结构。

一种基于光电复合超导带材的凹型骨架超导电缆结构，包括由内至外同轴心设置的支撑体、导体层、屏蔽层、低温恒温器管道和外保护层，导体层包括光电复合超导层和第一固定层，所述光电复合超导层由多根光电复合超导带材绕制而成且包覆在支撑体外部，所述第一固定层包覆在光电复合超导层外部，第一固定层用于捆扎固定光电复合超导层，所述光电复合超导带材包括超导导电单元、光缆单元和粘接单元，所述超导导电单元与光缆单元均设置在粘接单元上，超导导电单元与光缆单元通过粘接单元组合为一体结构，所述光缆单元包括测温光纤单元，所述测温光纤单元设置在粘接单元上。

进一步，所述超导导电单元包括超导体和保护层，所述保护层包覆在超导体外部，保护层设置在粘接单元上。

进一步，所述光缆单元还包括至少一个通信光纤单元，所述通信光纤单元与测温光纤单元并列设置在粘接单元上。

进一步，所述粘接单元为层状结构，所述超导导电单元与光缆单元相对的设置在粘接单元层状结构的两侧。

进一步，所述粘接单元为柱状结构，所述超导导电单元与光缆单元并列设置在粘接单元的柱状结构内部。

进一步，所述光电复合超导层设有至少两层，相邻的两个光电复合超导层之间设有绝缘层。

进一步，所述光电复合超导层还包括第一凹型螺旋骨架，所述第一凹型螺旋骨架包覆在支撑体外部，第一凹型螺旋骨架上设有第一螺旋凹槽，所述第一螺旋凹槽沿第一凹型螺旋骨架周向均匀设置，第一螺旋凹槽围绕第一凹型螺旋骨架的轴心螺旋延伸，所述光电复合超导带材嵌于第一螺旋凹槽内。

进一步，所述屏蔽层包括第二凹型螺旋骨架、屏蔽层带材和第二固定层，所述第二凹型螺旋骨架与第一凹型螺旋骨架结构相同，所述屏蔽层带材嵌于第二凹型螺旋骨架内，第二固定层包覆在第二凹型螺旋骨架的外部，第二固定层用于捆扎固定嵌有屏蔽层带材的第二凹型螺旋骨架。

进一步，所述第一螺旋凹槽和第二螺旋凹槽的形状分别与光电复合超导带材和屏蔽层带材相互适配。

本实用新型的优点在于：

1.本实用新型通过光电复合超导带材将光缆单元与超导导电单元组成一个整体带材，由多根光电复合超导带材绕制光电复合超导层，当光电复合超导带材出现故障升温时，能对每根超导带材的温度通过测温光纤单元进行温度传感，找到具体出现故障的光电复合超导带材。

2.本实用新型通过光电复合超导带材将光缆单元结合为一体结构，当任何一根光电复合超导带材23出现故障升温时，测温光纤单元233能够第一时间准确的在多根带材中测定出故障带材，且外形可根据实际需求进行多种组合搭配，应用广泛灵活。

3.本实用新型的采用第一凹型螺旋骨架结构，在第一螺旋凹槽内部表面设计有防滑纹路或花纹，光电复合超导带材或屏蔽层带材在进入第一螺旋凹槽后及外部紧固材料固定前，通过成缆设备的张力形成共同作用，能够有效防止在第一螺旋凹槽内进行移动或划出，从而使其绞合节距、带材间隙、带材绞入角度达到设计要求，避免间隙不均匀、搭接、重叠、错位等现象，降低超导电缆的交流损耗值。

4.本实用新型的第一凹型螺旋骨架和第二凹型螺旋骨架为铜、铝等复合材料或其他具备导电性能的复合金属，当光电复合超导带材发生异常时，电流能瞬间透过第一凹型螺旋骨架和第二凹型螺旋骨架结构进行导出，起到保护作用。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的实施例三结构示意图

图3是本实用新型的实施例三的横截面结构示意图；

图4是本实用新型的第一凹型螺旋骨架结构示意图；

图5是本实用新型的光电复合超导带材扁型结构示意图；

图6是本实用新型的光电复合超导带材柱型结构示意图。

附图标记说明：

1、支撑体；2、导体层；21、光电复合超导层；211、第一光电复合超导层； 212、第二光电复合超导层；213、绝缘层；22、第一固定层；23、光电复合超导带材；230、粘接单元；231、超导体；232、保护层；233、测温光纤单元；234、通信光纤单元；24、第一凹型螺旋骨架；241、第一螺旋凹槽；3、屏蔽层；31、第二凹型螺旋骨架；32、屏蔽层带材；33、第二固定层；4、低温恒温器管道；5、外保护层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，本实用新型中提及的各安装方式及各技术术语，都是所属技术领域中早已明确知晓的技术用语，故不再做过多解释。此外，对于相同的部件采用了相同的附图标记，但这并不影响也不应构成本领域技术人员对技术方案的准确理解。

实施例一，

结合图1、图5、图6进行说明：

一种基于光电复合超导带材的凹型骨架超导电缆结构包括由内至外同轴心设置的支撑体1、导体层2、屏蔽层3、低温恒温器管道4和外保护层5，支撑体 1为金属管或金属丝绞线。导体层2包括光电复合超导层21和第一固定层22，光电复合超导层21由多根光电复合超导带材23绕制而成且包覆在支撑体1外部，第一固定层22包覆在光电复合超导层21外部，第一固定层22用于捆扎固定光电复合超导层21，光电复合超导带材23包括超导导电单元、光缆单元和粘接单元230，所述超导导电单元与光缆单元均设置在粘接单元230上，超导导电单元与光缆单元通过粘接单元230组合为一体结构，光电复合超导带材23将光缆单元与超导导电单元组成一个整体带材，由多根光电复合超导带材23绕制光电复合超导层，当光电复合超导带材23出现故障升温时，能够通过光电复合超导带材23上的光缆单元进行故障监测，找到具体出现故障的光电复合超导带材 23，解决了光电复合超导电缆发生故障时不能及时准确测量出超导导电层上具体是哪根超导带材发生故障的问题。

实施例二，

结合图5、图6进行说明：

超导导电单元包括超导体231和保护层232，保护层232包覆在超导体231 外部，保护层232设置在粘接单元230上。光缆单元包括测温光纤单元233，测温光纤单元233设置在粘接单元230上，测温光纤单元233用于监测光电复合超导带材23工作时的温度。光缆单元还包括至少一个通信光纤单元234，通信光纤单元234与测温光纤单元233并列设置在粘接单元230上，通信光纤单元234 用于传输光电信号，实现了传输大电流的同时传输光电信号。通信光纤单元234 是由多个用聚合物颜色涂层染色后制作成的通信光纤带组成，每根通信光纤带包括通信光纤、光纤包层、聚合物颜色涂层和保护套。测温光纤单元233是由用聚合物颜色涂层染色后制作成的测温光纤带组成，测温光纤带包括测温光纤、光纤包层、聚合物颜色涂层和保护套。

粘接单元230为柱状结构，超导导电单元与光缆单元均为与柱状结构相适配的外形结构，超导导电单元与光缆单元并列设置在粘接单元230的柱状结构内部，包覆有保护层232的超导体231嵌入柱状的粘接单元230内，只有测温光纤单元233的光缆单元或包括测温光纤单元与通信光纤单元的光缆单元与包覆有保护层232的超导体231平行设置且嵌入同一个柱状的粘接单元230内，由柱状结构的粘接单元230组成的光电复合超导带材23为柱型。

粘接单元230为层状结构，超导导电单元为扁平型以适配层状结构，超导导电单元在粘接单元230层状的一侧，光缆单元根据所需的测温光纤单元233和通信光纤单元234的数量并列设置形成与层状结构相适配的扁平型且设置在粘接单元230上与超导导电单元相对的一侧，由层状结构的粘接单元组成的光电复合超导带材23为扁平型，层状结构的粘接单元230与超导导电单元和光缆单元连接的方式为粘合或金属带焊接压合。

此结构光电复合超导带材23将光缆单元结合为一体结构，当任何一根光电复合超导带材23出现故障升温时，测温光纤单元233能够第一时间准确的在多根带材中测定出故障带材，且外形可根据实际需求进行多种组合搭配，应用广泛灵活。

实施例三

结合图2、图3进行说明

光电复合超导层21包括第一光电复合超导层211和第二光电复合超导层 212，第一光电复合超导层211与第二光电复合超导层212之间设有绝缘层213，第一光电复合超导层211包覆在支撑体1的外部，第一固定层22包覆在第二光电复合超导层212外部。光电复合超导层21还可以设置为多层结构，相邻两层光电复合超导层21之间增加绝缘层，此结构增加传输量。

实施例四，

结合图1、图4进行说明

光电复合超导层21还包括第一凹型螺旋骨架24，第一凹型螺旋骨架24包覆在支撑体1外部，第一凹型螺旋骨架24上设有第一螺旋凹槽241，第一螺旋凹槽241沿第一凹型螺旋骨架24周向均匀设置，第一螺旋凹槽241围绕第一凹型螺旋骨架24的轴心螺旋延伸，光电复合超导带材23嵌于第一螺旋凹槽241内。第一螺旋凹槽241的形状与要嵌入的带材相互适配，第一凹型螺旋骨架24还可应用于电缆其他需要缠绕带材的层级。

屏蔽层3包括第二凹型螺旋骨架31、屏蔽层带材32和第二固定层33，第二凹型螺旋骨架31包覆在第一固定层22的外部，第二凹型螺旋骨架31与第一凹型螺旋骨架24结构相同，屏蔽层带材32嵌于第二凹型螺旋骨架31内。第二固定层33包覆在第二凹型螺旋骨架31的外部，用于捆扎固定嵌有屏蔽层带材32 的第二凹型螺旋骨架31。

第一凹型螺旋骨架24和第二凹型螺旋骨架31为铜、铝等复合材料或其他具备导电性能的复合金属，当光电复合超导带材23发生异常时，电流能瞬间透过第一凹型螺旋骨架24和第二凹型螺旋骨架31结构进行导出。

由于第一凹型螺旋骨架24与第二凹型螺旋骨架31结构相同，此处以本实施例方案中的第一凹型螺旋骨架24为例进行说明，第一凹型螺旋骨架24的结构可根据光电复合超导带材23的外观形状而进行圆周设计，当光电复合超导带材23 缠绕时使外观保持平整。同时，此机构按各层光电复合超导带材23数量均分出相同数量的第一螺旋凹槽241且宽度稍大于光电复合超导带材23的宽度，深度与光电复合超导带材23的厚度相同，第一螺旋凹槽241间的分割棱宽度与各层光电复合超导带材23理想间隙值相同，可通过公式：

(△t为带材间隙或凹槽间的分割棱宽度，d为支撑体外径，n为带材根数，a为带材宽度，α为绕制角度，x为带材宽度的径向投影)计算得出理想间隙值(即分割棱宽度)，第一螺旋凹槽241的螺旋角度同各层光电复合超导带材23的绞入角度相同，根据各层光电复合超导带材23绞合节距的要求，设计出不同长度的螺旋长度，这样超导电缆成缆绞合时，各层光电复合超导带材23会按照预定设计进入相应的第一螺旋凹槽241中，同时，在第一螺旋凹槽241内部表面设计有防滑纹路或花纹，光电复合超导带材23在进入凹槽后及外部紧固材料固定前，通过成缆设备的张力形成共同作用，能够有效防止在凹槽内进行移动或划出凹槽，从而使其绞合节距、带材间隙、带材绞入角度达到设计要求，避免间隙不均匀、搭接、重叠、错位等现象，降低超导电缆的交流损耗值。此结构也适用于除光电复合超导带材23之外的其他金属带材，解决了在制造过程中各层带材出现间隙不均匀、搭接、重叠、错位等现象的问题。

对于本领域技术人员而言，本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本实用新型；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于光电复合超导带材的凹型骨架超导电缆结构，包括由内至外同轴心设置的支撑体(1)、导体层(2)、屏蔽层(3)、低温恒温器管道(4)和外保护层(5)，其特征在于，导体层(2)包括光电复合超导层(21)和第一固定层(22)，所述光电复合超导层(21)由多根光电复合超导带材(23)绕制而成且包覆在支撑体(1)外部，所述第一固定层(22)包覆在光电复合超导层(21)外部，第一固定层(22)用于捆扎固定光电复合超导层(21)，所述光电复合超导带材(23)包括超导导电单元、光缆单元和粘接单元(230)，所述超导导电单元与光缆单元均设置在粘接单元(230)上，超导导电单元与光缆单元通过粘接单元(230)组合为一体结构，所述光缆单元包括测温光纤单元(233)，所述测温光纤单元(233)设置在粘接单元(230)上。

2.根据权利要求1所述的一种基于光电复合超导带材的凹型骨架超导电缆结构，其特征在于，所述超导导电单元包括超导体(231)和保护层(232)，所述保护层(232)包覆在超导体(231)外部，保护层(232)设置在粘接单元(230)上。

3.根据权利要求2所述的一种基于光电复合超导带材的凹型骨架超导电缆结构，其特征在于，所述光缆单元还包括至少一个通信光纤单元(234)，所述通信光纤单元(234)与测温光纤单元(233)并列设置在粘接单元(230)上。

4.根据权利要求3所述的一种基于光电复合超导带材的凹型骨架超导电缆结构，其特征在于，所述粘接单元(230)为层状结构，所述超导导电单元与光缆单元相对的设置在粘接单元(230)层状结构的两侧。

5.根据权利要求3所述的一种基于光电复合超导带材的凹型骨架超导电缆结构，其特征在于，所述粘接单元(230)为柱状结构，所述超导导电单元与光缆单元并列设置在粘接单元(230)的柱状结构内部。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种基于光电复合超导带材的凹型骨架超导电缆结构，其特征在于，所述光电复合超导层(21)设有至少两层，相邻的两个光电复合超导层(21)之间设有绝缘层(213)。

7.根据权利要求6所述的一种基于光电复合超导带材的凹型骨架超导电缆结构，其特征在于，所述光电复合超导层(21)还包括第一凹型螺旋骨架(24)，所述第一凹型螺旋骨架(24)包覆在支撑体(1)外部，第一凹型螺旋骨架(24)上设有第一螺旋凹槽(241)，所述第一螺旋凹槽(241)沿第一凹型螺旋骨架(24)周向均匀设置，第一螺旋凹槽(241)围绕第一凹型螺旋骨架(24)的轴心螺旋延伸，所述光电复合超导带材(23)嵌于第一螺旋凹槽(241)内。

8.根据权利要求7所述的一种基于光电复合超导带材的凹型骨架超导电缆结构，其特征在于，所述屏蔽层(3)包括第二凹型螺旋骨架(31)、屏蔽层带材(32)和第二固定层(33)，所述第二凹型螺旋骨架(31)与第一凹型螺旋骨架(24)结构相同，所述屏蔽层带材(32)嵌于第二凹型螺旋骨架(31)内，第二固定层(33)包覆在第二凹型螺旋骨架(31)的外部，第二固定层(33)用于捆扎固定嵌有屏蔽层带材(32)的第二凹型螺旋骨架(31)。

9.根据权利要求8所述的一种基于光电复合超导带材的凹型骨架超导电缆结构，其特征在于，所述第一螺旋凹槽(241)和第二螺旋凹槽(311)的形状分别与光电复合超导带材(23)和屏蔽层带材(32)相互适配。

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