CN102545134B - 高温超导电缆多段连接装置 - Google Patents

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Abstract

一种高温超导电缆多段连接装置，两个高温超导电缆通电导体通过过渡铜金属端头、通电导体补偿软线(19)和通电导体压接端子(20)连接在一起。低温杜瓦管真空插接公口(5)插接在低温杜瓦管真空插接母口(7)内。高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层(16)与高温超导电缆本体内半导电屏蔽层(10)连接，高温超导电缆多段连接装置绝缘层(14)与高温超导电缆本体绝缘层(11)连接，高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层(15)与高温超导电缆本体外半导电屏蔽层(13)连接，高温超导电缆多段连接装置金属屏蔽层(21)与高温超导电缆本体金属屏蔽层(25)连接，高温超导电缆多段连接装置保护层(17)与高温超导电缆本体保护层(12)连接。

Description

高温超导电缆多段连接装置
技术领域
本发明涉及一种高温超导电缆多段连接装置，特别涉及多段高温超导电缆的低温杜瓦管连接、通电导体连接和绝缘***连接的装置。
背景技术
高温超导电缆与常规电缆的区别是，高温超导电缆采用了具有零电阻、大电流传输特性的高温超导材料作为导体，以价格低廉的液态氮作为冷却介质，其传输容量是常规电缆的3～5倍，具有传输容量大、电磁污染小、损耗低等优点，是实现大容量、低损耗输电的一个重要途径。高温超导电缆通电导体和低温杜瓦管是高温超导电缆的重要组成部分，分别实现高位超导电缆大密度载流功能和低温环境的保障功能。限于包装运输、真空制备等客观条件和技术条件限制，单根超导电缆不能大长度加工和运输。长距离输电需要多段超导电缆的连接使用，超导电缆的连接包括三部分即通电导体的连接、低温杜瓦管的连接和绝缘***的连接。
超导电缆通电导体由通电导体支撑管、通电导体超导带材和过渡铜金属端头三部分组成。通电导体超导带材绕包在通电导体支撑管上，通电导体支撑管两端的端头分别焊接在过渡铜金属端头上，通电导体超导带材两端的端头分别焊接在铜金属端头外表面上。
低温杜瓦管用于向通电导体提供低温保障，由两个同心的不锈钢组成，内外管夹层间绕包有多层超级绝热材料，夹层设计为高真空。低温杜瓦管两端分别为公口、母口设计。
超导电缆绝缘***包括内半导电层、绝缘层、外半导电层、金属屏蔽层和保护层。绝缘***位于超导电缆低温杜瓦管的外层。相对应，高温超导电缆多段连接装置中绝缘***同样包括内半导电层、绝缘层、外半导电层、金属屏蔽层，保护层。
超导电缆的应用尚处于工程示范阶段，对于长距离输电中多根超导电缆的连接问题涉及较少。专利CN1628400“电缆接头”提出一种是用于多芯小电缆的连接。专利CN2638309提出一种电缆连接装置，但主要用于汽车用电线的连接。《高电压技术》2007，vol33，No 12等文献“110kV国桥线电缆接头故障分析及处理”涉及一种电缆接头，其结构采用套管压接型接头，其原理是采用铜套管将两个电缆导体端头套入套管后，通过压接设备将其挤压变形连接一起。
发明内容
本发明的目的是解决长距离输电多段超导电缆中间连接问题，提出一种高温超导电缆中间连接装置，以解决高温超导电缆通电导体连接、低温杜瓦管连接和绝缘***连接问题。
本发明根据超导电缆结构特点，提出一种高温超导电缆多段连接装置，通过该装置分别将超导电缆通电导体、低温杜瓦管和绝缘***连接为整体，从而实现以高温超导电缆进行长距离输电。本发明高温超导电缆多段连接装置可实现多根高温超导电缆的整体连接。如果超导电缆通电导体为整根设计，本发明高温超导电缆多段连接装置还可实现低温杜瓦管和绝缘***的单项连接。
本发明高温超导电缆多段连接装置包括三个连接部分：超导电缆通电导体连接部分、超导电缆低温杜瓦管连接段和超导电缆绝缘***连接部分。超导电缆通电导体连接部分置于超导电缆低温杜瓦管内，超导电缆绝缘***连接部分位于超导电缆低温杜瓦管的外表面。
所述的超导电缆通电导体连接部分由通电导体补偿软线、过渡铜金属端头、通电导体压接端子组成，通电导体补偿软线端部置于过渡铜金属端头端部外面，通电导体压接端子套装于通电导体补偿软线的端部外面。
所述的超导电缆低温杜瓦管连接段由低温杜瓦管真空插接公口、低温杜瓦管真空插接母口、连接法兰、电场均压板组成。低温杜瓦管真空插接公口通过连接法兰和低温杜瓦管真空插接母口连接在一起，构成低温杜瓦管连接体。两个半圆形的电场均压板扣装在连接法兰外面并焊接为整体。低温杜瓦管连接体和所述的电场均压板共同构成低温杜瓦管连接段。
所述的超导电缆绝缘***连接部分由高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层、高温超导电缆多段连接装置绝缘层、高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层、应力控制层、高温超导电缆多段连接装置金属屏蔽层、高温超导电缆多段连接装置保护层组成。高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层置于最里层，包裹在低温杜瓦管连接段的外表面。高温超导电缆多段连接装置绝缘层包裹在高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层外面。应力控制层绕包或套装在高温超导电缆多段连接装置绝缘层的外层，应力控制层的轴向位置在高温超导电缆多段连接装置绝缘层与高温超导电缆本体绝缘层搭接处。高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层包裹在高温超导电缆多段连接装置绝缘层和应力控制层外面。高温超导电缆多段连接装置金属屏蔽层包裹在高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层外面，最外层是高温超导电缆多段连接装置保护层。
连接高温超导电缆时，两个超导电缆通电导体分别通过压接端子与通电导体补偿软线的两端连接在一起；一根超导电缆低温杜瓦管真空插接公口插接在一个超导电缆低温杜瓦管真空插接母口内；高温超导电缆多段连接装置内屏蔽层、高温超导电缆多段连接装置绝缘层、高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层和高温超导电缆多段连接装置金属屏蔽层、高温超导电缆多段连接装置保护层分别同超导电缆本体绝缘***的内半导电屏蔽层、绝缘层、外半导电屏蔽层、金属屏蔽层和保护层连接在一起。
所述的通电导体补偿软线由多根编制或绞制在一起的铜软线组成，补偿软线的数量可根据超导电缆载流量大小适度调整。
所述的低温杜瓦管真空插接公口、低温杜瓦管真空插接母口均设计为真空夹层。低温杜瓦管真空插接公口插接在低温杜瓦管真空插接母口内。
所述的高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层、高温超导电缆多段连接装置绝缘层、高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层、高温超导电缆多段连接装置保护层均为热缩型管材。
所述的应力控制层由应力控制带绕包或者应力锥组成，应力控制层宽度不超过200mm。
所述的高温超导电缆多段连接装置金属屏蔽层由金属铜网或金属铜带组成。
附图说明
图1a、图1b、图1c分别为高温超导电缆多段连接装置示意图，其中图1a为总图，图1b为超导电缆低温杜瓦管真空插接公口图，图1c为超导电缆低温杜瓦管真空插接母口图；
图中：1低温杜瓦管、2超导电缆低温杜瓦管真空插接公口真空层、3电场均压板、4连接法兰、5超导电缆低温杜瓦管真空插接公口、6超导电缆低温杜瓦管真空插接母口真空层、7超导电缆低温杜瓦管真空插接母口、8低温密封垫、9通电导体、10高温超导电缆本体内半导电屏蔽层、11高温超导电缆本体绝缘层、12高温超导电缆本体保护层、13高温超导电缆本体外半导电屏蔽层、14高温超导电缆多段连接装置绝缘层、15高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层、16高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层、17高温超导电缆多段连接装置保护层、18过渡铜金属端头、19通电导体补偿软线、20通电导体压接端子、21高温超导电缆多段连接装置金属屏蔽层、22通电导体超导带材、23应力控制层、24、通电导体支撑管、25高温超导电缆本体金属屏蔽层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
本发明高温超导电缆多段连接装置包括三个连接部分：超导电缆通电导体连接部分、超导电缆低温杜瓦管连接段和超导电缆绝缘***连接部分。超导电缆通电导体连接部分置于超导电缆低温杜瓦管内，超导电缆绝缘***连接部分位于超导电缆低温杜瓦管的外表面。
所述的超导电缆通电导体连接部分由通电导体补偿软线19、过渡铜金属端头23、通电导体压接端子20组成。通电导体补偿软线19端部置于过渡铜金属端头23端部外面，通电导体压接端子20套装于通电导体补偿软线19端部外面。
所述的超导电缆低温杜瓦管连接段由低温杜瓦管真空插接公口5、低温杜瓦管真空插接母口7、连接法兰4、电场均压板3组成。低温杜瓦管真空插接公口5通过连接法兰4和低温杜瓦管真空插接母口7连接在一起，构成低温杜瓦管连接体。两个半圆形的电场均压板3扣装在连接法兰4外面并焊接为整体。低温杜瓦管连接体和所述的电场均压板共同构成低温杜瓦管连接段。
所述的超导电缆绝缘***连接部分由高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层16、高温超导电缆多段连接装置绝缘层14、高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层15、应力控制层23、高温超导电缆多段连接装置金属屏蔽层21、高温超导电缆多段连接装置保护层17组成。高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层16置于最里层，包裹在低温杜瓦管连接段的外表面。高温超导电缆多段连接装置绝缘层14包裹在高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层16外面。应力控制层21绕包或套装在高温超导电缆多段连接装置绝缘层14的外层，应力控制层23的轴向位置在高温超导电缆多段连接装置绝缘层14与高温超导电缆本体绝缘层11搭接处。高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层15包裹在高温超导电缆多段连接装置绝缘层14和应力控制层23外面。高温超导电缆多段连接装置金属屏蔽层21包裹在高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层13外面，最外层是高温超导电缆多段连接装置保护层17。
如图1所示，本发明高温超导电缆多段连接装置包括过渡铜金属端头18、通电导体补偿软线19、通电导体压接端子20、低温杜瓦管真空插接公口5、低温杜瓦管真空插接母口7、低温密封垫8、连接法兰4、电场均压板3、高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层16、高温超导电缆多段连接装置绝缘层14、高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层15、应力控制层23、高温超导电缆多段连接装置金属屏蔽层25、高温超导电缆多段连接装置保护层17。
两个高温超导电缆通电导体9分别置于左右两个低温杜瓦管1内，两个高温超导电缆通电导体9通过过渡铜金属端头18、通电导体补偿软线19、通电导体压接端子20连接在一起。
低温密封垫8套装在低温杜瓦管真空插接公口5的端头上，低温杜瓦管真空插接公口5插接在低温杜瓦管真空插接母口7内，低温杜瓦管真空插接公口5通过连接法兰4和低温杜瓦管真空插接母口7连接在一起。两个半圆形的电场均压板3扣装在连接法兰4外面并焊接为整体。低温杜瓦管真空插接公口5插接在低温杜瓦管真空插接母口7内，低温杜瓦管真空插接公口5通过连接法兰4和低温杜瓦管真空插接母口7连接在一起，共同构成低温杜瓦管连接体。低温杜瓦管连接体和所述的电场均压板3共同构成低温杜瓦管连接段。
高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层16包裹在低温杜瓦管连接段的外表面。高温超导电缆多段连接装置绝缘层14包裹在高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层16外面。应力控制层23绕包或套装在高温超导电缆多段连接装置绝缘层14的外面，应力控制层23的轴向位置在高温超导电缆多段连接装置绝缘层14与高温超导电缆本体绝缘层11搭接处。高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层15包裹在高温超导电缆多段连接装置绝缘层14和应力控制层23外面。高温超导电缆多段连接装置金属屏蔽层21包裹在高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层21外面，最外层是高温超导电缆多段连接装置保护层17。
高温超导电缆本体内半导电屏蔽层10包裹在低温杜瓦管1外表面。高温超导电缆本体绝缘层11包裹在高温超导电缆本体内半导电屏蔽层10外表面。高温超导电缆本体外半导电屏蔽层13包裹在高温超导电缆本体绝缘层11外面。高温超导电缆本体金属屏蔽层25包裹在高温超导电缆本体外半导电屏蔽层13外面。高温超导电缆本体保护层12包裹在高温超导电缆本体金属屏蔽层25外面。
高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层16与高温超导电缆本体内半导电屏蔽层10连接，高温超导电缆多段连接装置绝缘层14与高温超导电缆本体绝缘层11连接，高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层15与高温超导电缆本体外半导电屏蔽层13连接，高温超导电缆多段连接装置金属屏蔽层21与高温超导电缆本体金属屏蔽层25连接，高温超导电缆多段连接装置保护层17与高温超导电缆本体保护层12连接。
安装前，把高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层16、高温超导电缆多段连接装置绝缘层14、高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层15、高温超导电缆多段连接装置保护层17套装在超导电缆端头。
安装时，首先移动超导电缆内的通电导体，分别把两个通电导体压接端子20套装在两个过渡铜金属端头18外面，然后把通电导体补偿软线19的两端分别置于两个过渡铜金属端头18的端部，移动通电导体压接端子20并套装在通电导体补偿软线19的端部外面，通过压接设备把过渡铜金属端头18、通电导体补偿软线19压接在一起，两个通电导体9通过通电导体压接端子20、通电导体补偿软线19连接在一起。再次移动通电导体至原始位置，完成通电导体连接。
其次，把将低温密封垫8套装在低温杜瓦管真空插接公口5端头上，再把低温杜瓦管真空插接公口5插接在低温杜瓦管真空插接母口7内并通过连接法兰4把两者连接在一起。把两个半圆形电场均压板3扣装在连接法兰4外，并将两个半圆形电场均压板3焊接为整体，形成低温杜瓦管连接段。
最后，依次剥开超导电缆本体保护层12、高温超导电缆本体金属屏蔽层25、高温超导电缆本体外半导电屏蔽层13、高温超导电缆本体绝缘层11、高温超导电缆本体内半导电屏蔽层10。将高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层16移至低温杜瓦管连接段，并使低温杜瓦管连接段的两端与高温超导电缆本体内半导电屏蔽层10搭接，加热高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层16并使高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层16收缩包裹在低温杜瓦管连接段外表面。再将高温超导电缆多段连接装置绝缘层14移至低温杜瓦管连接段，并使低温杜瓦管连接段的两端与高温超导电缆本体绝缘层11搭接在一起，加热高温超导电缆多段连接装置绝缘层14并使高温超导电缆多段连接装置绝缘层14收缩包裹在高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层16的外面。应力控制层23绕包或套装在高温超导电缆多段连接装置绝缘层14的外层，应力控制层23的轴向位置在高温超导电缆多段连接装置绝缘层14与高温超导电缆本体绝缘层11搭接处。将高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层15移至低温杜瓦管连接段并使高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层15的两端与套装在超导电缆端头高温超导电缆本体外半导电屏蔽层13搭接。高温超导电缆多段连接装置金属屏蔽层21套装或绕包在高温超导电缆本体外半导电屏蔽层13的外层，高温超导电缆多段连接装置金属屏蔽层21的两端分别和高温超导电缆本体金属屏蔽层25连接在一起。再将高温超导电缆多段连接装置保护层17移至低温杜瓦管连接段，加热并使高温超导电缆多段连接装置保护层17收缩包裹在低温杜瓦管连接段最外层。
本发明高温超导电缆多段连接装置可用于解决长距离输电多段超导电缆中间连接问题，实现高温超导电缆通电导体连接、低温杜瓦管连接和绝缘***连接问题。如果超导电缆通电导体为整根设计，本发明高温超导电缆多段连接装置还可实现低温杜瓦管和绝缘***的单项连接。
通过该装置可分别将超导电缆通电导体、低温杜瓦管和绝缘***连接为整体，从而实现以高温超导电缆进行长距离输电。

Claims (7)

1.一种高温超导电缆多段连接装置，其特征在于，所述的连接装置包括超导电缆通电导体连接部分、超导电缆低温杜瓦管连接段和超导电缆绝缘***连接部分；超导电缆通电导体连接部分置于超导电缆低温杜瓦管内，超导电缆绝缘***连接部分位于超导电缆低温杜瓦管的外表面；
所述的超导电缆通电导体连接部分由通电导体补偿软线（19）、过渡铜金属端头（18）、通电导体压接端子（20）组成；通电导体补偿软线（19）端部置于过渡铜金属端头（18）端部外面，通电导体压接端子（20）套装于通电导体补偿软线的端部外面；
所述的超导电缆低温杜瓦管连接段由低温杜瓦管真空插接公口（5）、低温杜瓦管真空插接母口（7）、连接法兰（4）、电场均压板（3）组成；低温杜瓦管真空插接公口（5）通过连接法兰（4）和低温杜瓦管真空插接母口（7）连接在一起，构成低温杜瓦管连接体；两个半圆形的电场均压板（3）扣装在连接法兰（4）外面并焊接为整体；低温杜瓦管连接体和所述的电场均压板共同构成低温杜瓦管连接段；
所述的超导电缆绝缘***连接部分由高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层（16）、高温超导电缆多段连接装置绝缘层（14）、高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层（15）、应力控制层（23）、高温超导电缆多段连接装置金属屏蔽层（21）、高温超导电缆多段连接装置保护层（17）组成；高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层（16）置于最里层，包裹在低温杜瓦管连接段的外表面；高温超导电缆多段连接装置绝缘层（14）包裹在高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层（16）外面；应力控制层（23）绕包或套装在高温超导电缆多段连接装置绝缘层（14）的外层，应力控制层（23）的轴向位置在高温超导电缆多段连接装置绝缘层（14）与高温超导电缆本体绝缘层（11）的搭接处；高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层（15）包裹在高温超导电缆多段连接装置绝缘层（14）和应力控制层（23）外面；高温超导电缆多段连接装置金属屏蔽层（21）包裹在高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层（15）外面，最外层是高温超导电缆多段连接装置保护层（17）。
2.根据权利要求1所述的高温超导电缆多段连接装置，其特征在于，所述的连接装置连接高温超导电缆时，两个高温超导电缆通电导体（9）分别置于左右两个低温杜瓦管（1）内，两个高温超导电缆通电导体（9）通过过渡铜金属端头（18）、通电导体补偿软线（19）、通电导体压接端子（20）连接在一起；所述的低温杜瓦管真空插接公口（5）的端头上套装有低温密封垫（8）；所述的低温杜瓦管真空插接公口（5）插接在低温杜瓦管真空插接母口（7）内；所述的高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层（16）与高温超导电缆本体内半导电屏蔽层（10）连接，高温超导电缆多段连接装置绝缘层（14）与高温超导电缆本体绝缘层（11）连接，高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层（15）与高温超导电缆本体外半导电屏蔽层（13）连接，高温超导电缆多段连接装置金属屏蔽层（21）与高温超导电缆本体金属屏蔽层（25）连接，高温超导电缆多段连接装置保护层（17）与高温超导电缆本体保护层（12）连接。
3.根据权利要求1或2所述的高温超导电缆多段连接装置，其特征在于，所述的低温杜瓦管真空插接公口（5）和低温杜瓦管真空插接母口（7）设计为真空夹层。
4.根据权利要求1或2所述的高温超导电缆多段连接装置，其特征在于所述的高温超导电缆多段连接装置内半导电屏蔽层（16）、高温超导电缆多段连接装置绝缘层（14）、高温超导电缆多段连接装置外半导电屏蔽层（15）、高温超导电缆多段连接装置保护层（17）均为热缩型管材。
5.根据权利要求1所述的高温超导电缆多段连接装置，其特征在于所述的通电导体补偿软线由多根编制或绞制在一起的铜软线组成，补偿软线的数量根据超导电缆载流量大小调整。
6.根据权利要求1所述的高温超导电缆多段连接装置，其特征在于所述的应力控制层（23）由应力控制带绕包或者应力锥组成，应力控制层宽度不超过200mm。
7.根据权利要求1所述的高温超导电缆多段连接装置，其特征在于所述的高温超导电缆多段连接装置金属屏蔽层（21）由金属铜网或金属铜带组成。
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