CN111029035A - 一种高温超导电缆结构和高温超导电缆*** - Google Patents

一种高温超导电缆结构和高温超导电缆*** Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种高温超导电缆结构和高温超导电缆***，包括一个或多个通电导体以及套装在该通电导体外部的壳体；每个通电导体包括一个或多个单芯；每个单芯包括柔性骨架1，以及自内而外依次环绕柔性骨架布置的半导电层、超导层、半导电层、第一绝缘层、半导电层、屏蔽层、第二绝缘层和保护层；本发明提供的高温超导电缆结构，单芯中不含铜稳定层或铜丝束骨架，吃寸紧凑，具有轻量化的单位长度重量；将高温超导电缆结构应用在三相电路的高温超导电缆***具有故障电流过程中由铜吸收的能量不会积蓄在低温环境中的优点，可大大减少失超后制冷***将超导体温度恢复至运行温度的时间，有利于再合闸运行。

Description

一种高温超导电缆结构和高温超导电缆***
技术领域
本发明涉及超导电力电缆技术领域，尤其涉及一种高温超导电缆结构和高温超导电缆***。
背景技术
高温超导电缆具有线损低、传输容量大、走廊占地小、环境友好等诸多优点，经过十几年的发展，超导电缆在基础研究方面已经取得巨大的进展。考虑电力能源需求持续增长、新能源占比快速上升等诸多因素，能同时实现高效低损耗和大容量电力输送的超导输电技术将在未来发挥更大的作用，应用前景十分广阔。
三芯式是一种常见的超导交流电缆***的组成方式，它使用三条完全相同的单芯12超导电缆，通过绞合和捆扎形成一个整体，而后放置在同一个低温杜瓦管之中。相比三相分立式组成方式，三芯式结构更加紧凑，更加节省制冷资源。对于稍长距离的三芯式***，通常使用制冷机进行闭式循环制冷，一般需要单独敷设一根低温杜瓦管，来处理液氮的回流。
一般而言，超导通电导体111自身的限流能力都不强，需要配合其他措施达到一定的故障电流耐受能力。三芯式超导电缆最常采用的方式就是与超导层122相邻并行设置铜稳定层：有采用铜带的，将铜带以超导带相同的绕法绕在超导层122的外层；也有采用铜丝束的，用铜丝代替骨架，布置在超导层122内侧。
这种使用铜材料与超导带并行布置的方式，一方面确实很好的起到了抗故障电流、保护超导带的功用；另一方面，它的作用原理是提高导体的热容控制温升，这种方法将短路过程的能量仍然留在了低温环境内。这就意味着需要很长的时间制冷***才能将超导电缆***恢复到运行温度范围内。
发明内容
本发明的实施例提供了一种多媒体通信***中的资源管理方法，。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种高温超导电缆结构，包括一个或多个通电导体以及环绕该通电导体布置的壳体；某个通电导体包括一个或多个单芯；
某个单芯包括柔性骨架，以及自内而外依次环绕柔性骨架布置的半导电层、超导层、半导电层、第一绝缘层、半导电层、屏蔽层、第二绝缘层和保护层。
优选地，壳体内具有一个通电导体，位于壳体内的该通电导体具有三个相互绞合的单芯。
优选地，壳体为低温杜瓦管，包括波纹内管和波纹外管，以及位于波纹内管和波纹外管之间的绝热结构。
优选地，绝热结构为真空多层绝热结构。
优选地，柔性骨架为波纹管柔性骨架或螺旋柔性骨架。
第二方面，本发明提供一种高温超导电缆***，包括三相结构的母线，还包括通过该母线相互并联的第一支路与第二支路；第一支路具有上述的高温超导电缆结构，以及与高温超导电缆结构两端电连接的电流引线，高温超导电缆结构通过该电流引线与母线电连接；第一支路还具有环绕电流引线布置的高压套管。
优选地，第一支路还具有两个终端容器，该终端容器分别与高温超导电缆结构的端部相连接；单芯自壳体延伸至终端容器内，位于终端容器内的单芯相互错开。
优选地，还包括分别与第一支路、第二支路电连接的第一连接线和第二连接线，第一支路、第二支路分别通过该第一连接线和第二连接线与母线电连接。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明提供的一种高温超导电缆结构，包括一个或多个通电导体以及套装在该通电导体外部的壳体；每个通电导体包括一个或多个单芯；每个单芯包括柔性骨架，以及自内而外依次环绕柔性骨架布置的半导电层、超导层、半导电层、第一绝缘层、半导电层、屏蔽层、第二绝缘层和保护层；本发明提供的高温超导电缆结构，单芯中不含铜稳定层或铜丝束骨架，吃寸紧凑，具有轻量化的单位长度重量；将高温超导电缆结构应用在三相电路的高温超导电缆***具有故障电流过程中由铜吸收的能量不会积蓄在低温环境中的优点，可大大减少失超后制冷***将超导体温度恢复至运行温度的时间，有利于再合闸运行。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种高温超导电缆结构的结构示意图；
图2为本发明提供的一种高温超导电缆结构的单芯的结构示意图；
图3本发明提供的一种高温超导电缆***的结构示意图。
图中：
1.高温超导电缆结构 11.壳体 111.通电导体 112.波纹内管 113.绝热结构114.波纹外管 12.单芯 121.柔性骨架 122.超导层 123.第一绝缘层 124.屏蔽层 125.第二绝缘层 126.保护层；
21.终端容器 22.高压套管 23.电流引线 31.第一连接线 32.母线 41.第二支路42.第二连接线。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
参见图1，本发明提供的一种高温超导电缆结构，包括一个或多个通电导体111以及套装在该通电导体111外部的壳体11；每个通电导体111包括一个或多个单芯12；
每个单芯12包括柔性骨架121，以及自内而外依次环绕柔性骨架121布置的半导电层、超导层122、半导电层、第一绝缘层123、半导电层、屏蔽层124、第二绝缘层125和保护层126。
本发明提供的高温超导电缆结构，单芯12中不含铜稳定层或铜丝束骨架，吃寸紧凑，具有轻量化的单位长度重量。
在本发明提供的实施例中，单芯12的数目以及通电导体111的数目可以根据实际需要适当设置，例如在一些优选实施例中，将该高温超导电缆应用于三相电路中，其壳体11内具有一个通电导体111，该通电导体111具有三个独立的相互绞合绑扎整体呈品字形结构的单芯12，每个单芯12包括柔性骨架121和自内而外依次套接在柔性骨架121外的超导层122、第一绝缘层123、屏蔽层124、第二绝缘层123和保护层125，在柔性骨架121与超导层122之间，以及第一绝缘层123与屏蔽层124之间还具有半导电层(图中未示出)；在一些优选实施例中，由于去掉了铜稳定结构，柔性骨架121可以采用不锈钢、钛合金或其他具有较好低温性能的波纹管柔性骨架121或螺旋柔性骨架121结构；超导层122也无需近邻绕制铜带层，这样一来，超导电缆单芯12的结构更为紧凑，并且单位重量更轻。
进一步的，在一些优选实施例中，壳体11为低温杜瓦管，包括不锈钢波纹内管112和不锈钢波纹外管114，以及位于波纹内管112和波纹外管114之间的绝热结构113；在该实施例中，绝热结构113采用真空多层的绝热结构113。
第二方面，本发明提供一种高温超导电缆***，应用在三相电路结构中，如图3所示，其包括与外部电路结构相电连接的母线32，以及通过该母线32相互并联的第一支路与第二支路41；在本实施例中，第一支路采用前述的高温超导电缆结构1，还具有连接在该高温超导电缆结构1两端的电流引线23，高温超导电缆结构1通过该电流引线23与母线32电连接；第一支路还具有套装在电流引线23外的高压套管22，高温超导电缆结构1通过电流引线23以及高压套管22过渡到常温环境；
如图3所示，应用在三相电路结构中的高温超导电缆***具有三根母线32，第一支路通过三根电流引线23将高温超导电缆结构1与母线32相电连接；第一支路还具有两个终端容器21，该终端容器21分别与高温超导电缆结构1的端部相连接；单芯12自所述壳体11延伸至终端容器21内，位于终端容器21内的单芯12相互错开；
更进一步的，第二支路41使用一条常规导体导线(电缆、排线或其他形式的导线)在三芯式高温超导电缆的终端处与之并联接入；该第二支路41可以采用铜、铜合金或其他较好的导电性并有一定热容的金属、金属合金或其他材料；第二支路41的导线的截面积选择由预期故障电流大小及其持续时间、导体电阻率、超导支路的超导通电导体111室温电阻率等参数确定；常规导体导线可以采用三相统合的结构(如三芯电缆)，也可以采用三相分立的结构(如三根单芯12电缆)，具体采用何种可根据现场的条件而定；本发明的高温超导电缆***不改变原有液氮回路通路，可以采用杜瓦管内回流或者采用单独的外部回流通道，依现场具体要求而定。
该高温超导电缆***，还包括分别与第一支路、第二支路41电连接的第一连接线31和第二连接线42，在常温环境中，第一支路、第二支路41分别通过该第一连接线31和第二连接线42与母线32电连接。
本发明的三芯式高温超导电缆***的工作原理是：
超导电缆正常运行时，由于超导电缆支路的阻抗远小于常规铜电缆支路的阻抗，几乎全部电流均通过超导电缆支路。三芯式超导电缆的高载流密度、低压大容量传输等技术优势几乎全部得以保留。
当三芯式超导电缆通过故障短路电流时，超导电缆快速失超，呈现为高阻态。这时，旁路常规导体支路的阻抗将小于超导电缆支路，将故障电流的大部分转移至常规导体支路，从而提高超导电缆***的故障电流耐受水平，保护超导通电导体111的安全。
原三芯式电缆***在低温环境内与超导层122并联铜稳定层，故障电流过程中，由于铜层的大热容作用，与之相邻的超导层122温升得以控制。不过，故障电流的能量仍然继续在超导电缆***的低温环境之中。一般而言，典型的故障过程释放的能量约在～10MJ级，这需要制冷***花费很长时间，才能令超导电缆***恢复至安全运行温度。本发明的三芯式超导电缆***的铜稳定层位于常温环境，故障电流过程中由铜吸收的能量不会积蓄在低温环境中，可大大减少失超后制冷***将超导体温度恢复至运行温度的时间，有利于再合闸运行。
上述的故障后支路分流作用，与原技术与超导层122直接在低温环境内并联铜层(铜丝束)的方案一样，无需额外检测和开关动作，全部自动进行。
综上所述，本发明提供的一种高温超导电缆结构，包括一个或多个通电导体以及套装在该通电导体外部的壳体；每个通电导体包括一个或多个单芯；每个单芯包括柔性骨架1，以及自内而外依次环绕柔性骨架布置的半导电层、超导层、半导电层、第一绝缘层、半导电层、屏蔽层、第二绝缘层和保护层；本发明提供的高温超导电缆结构，单芯中不含铜稳定层或铜丝束骨架，吃寸紧凑，具有轻量化的单位长度重量；将高温超导电缆结构应用在三相电路的高温超导电缆***具有故障电流过程中由铜吸收的能量不会积蓄在低温环境中的优点，可大大减少失超后制冷***将超导体温度恢复至运行温度的时间，有利于再合闸运行。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种高温超导电缆结构，其特征在于，包括一个或多个通电导体以及环绕该通电导体布置的壳体；某个所述通电导体包括一个或多个单芯；
某个所述单芯包括柔性骨架，以及自内而外依次环绕所述柔性骨架布置的半导电层、超导层、半导电层、第一绝缘层、半导电层、屏蔽层、第二绝缘层和保护层。
2.根据权利要求1所述的高温超导电缆结构，其特征在于，所述壳体内具有一个所述通电导体，位于所述壳体内的该通电导体具有三个相互绞合的所述单芯。
3.根据权利要求2所述的高温超导电缆结构，其特征在于，所述壳体为低温杜瓦管，包括波纹内管和波纹外管，以及位于所述波纹内管和波纹外管之间的绝热结构。
4.根据权利要求3所述的高温超导电缆结构，其特征在于，所述绝热结构为真空多层绝热结构。
5.根据权利要求2所述的高温超导电缆结构，其特征在于，所述柔性骨架为波纹管柔性骨架或螺旋柔性骨架。
6.一种高温超导电缆***，包括三相结构的母线，其特征在于，还包括通过该母线相互并联的第一支路与第二支路；所述第一支路具有如权利要求2至5任一所述的高温超导电缆结构，以及与所述高温超导电缆结构两端电连接的电流引线，所述高温超导电缆结构通过该电流引线与所述母线电连接；所述第一支路还具有环绕所述电流引线布置的高压套管。
7.根据权利要求6所述的高温超导电缆***，其特征在于，所述第一支路还具有两个终端容器，该终端容器分别与所述高温超导电缆结构的端部相连接；所述单芯自所述壳体延伸至所述终端容器内，位于所述终端容器内的所述单芯相互错开。
8.根据权利要求6所述的高温超导电缆***，其特征在于，还包括分别与所述第一支路、第二支路电连接的第一连接线和第二连接线，所述第一支路、第二支路分别通过该第一连接线和第二连接线与所述母线电连接。
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