一种新型高温超导电缆的制作方法

1.本发明涉及超导电缆技术领域，尤其涉及一种新型高温超导电缆。


背景技术：

2.目前，相对于常规电缆，超导电缆由于其具有高载流、低损耗的特点，在电力传输、强磁场磁体、超导电机和超导磁储能等电力设备的研发制造等方面具有良好的应用前景。
3.常规的超导电缆通常采用多根超导带材简单堆叠绞制成缆，虽然能提高电流的载流能力，但是会导致超导带材上的垂直磁场强度增大，受垂直磁场的影响较大会降低超导带材的临界电流密度，并且形成的电缆半径较大，导致电缆的载流密度较小；另外，通常还采用中心留有一个冷却介质通道的空心支撑骨架，外层的超导导体距离冷却介质通道距离较远，导致电缆内部的热量容易堆积，无法及时散热，冷却速度较慢。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种新型高温超导电缆，用于解决现有的超导电缆受垂直磁场的影响较大、电缆的载流密度较小和冷却速度较慢的技术问题。
5.本发明提供的一种新型高温超导电缆，包括：支撑骨架；
6.所述支撑骨架内开设有第一冷却介质通道和从中心向外依次分布的多组导体通道组；
7.所述导体通道组包括至少三个导体通道，每组导体通道组的导体通道数量相同，所述导体通道内放置有导体；
8.每组导体通道组的导体通道在横截面上以同一圆心对称呈正多边形排列；
9.相邻两组的导体通道组以预设角度错位分布；
10.所述第一冷却介质通道位于相邻两组的导体通道组之间的间隙处。
11.优选地，所述预设角度为180度/所述正多边形的边数。
12.优选地，所述导体通道组由三个导体通道构成。
13.优选地，所述第一冷却介质通道的横截面形状为梯形。
14.优选地，所述支撑骨架内还开设有第二冷却介质通道，所述第二冷却介质通道位于最外侧的导体通道组和所述支撑骨架边缘之间的间隙处。
15.优选地，所述第二冷却介质通道的横截面形状为扇形。
16.优选地，所述支撑骨架和所述导体以相同角度扭转而成。
17.优选地，所述导体为超导堆叠导体。
18.优选地，所述支撑骨架的材料为高强度的金属。
19.优选地，所述第一冷却介质通道和所述第二冷却介质通道内的冷却介质包括液氮、液氢和液氦中的一种或多种。
20.本发明提供了一种新型高温超导电缆，具有以下优点：
21.包括：支撑骨架；所述支撑骨架内开设有第一冷却介质通道和从中心向外依次分
布的多组导体通道组；所述导体通道组包括至少三个导体通道，每组导体通道组的导体通道数量相同，所述导体通道内放置有导体；每组导体通道组的导体通道在横截面上以同一圆心对称呈正多边形排列；相邻两组的导体通道组以预设角度错位分布；所述第一冷却介质通道位于相邻两组的导体通道组之间的间隙处；
22.本发明通过在电缆的支撑骨架内开设从中心向外依次分布的多组导体通道组，导体通道组包括至少三个导体通道，每组导体通道组的导体通道数量相同，每组导体通道组的导体通道在横截面上以同一圆心对称呈正多边形排列，相邻两组的导体通道组以预设角度错位分布，导体通道内放置有导体，这种将导体通道均匀对称排列和分组错位分布的设计，能够降低导体上垂直磁场和自磁场对导体载流能力的影响，同时能够形成较为紧凑的电缆结构，减小了电缆的半径，从而能够提升电缆的载流密度；
23.通过在电缆的支撑骨架内相邻两组的导体通道组之间的间隙处开设冷却介质通道，在保证电缆半径大小的情况下，每组的导体通道组距离冷却介质通道的距离较近，能够有效及时地散热，提高冷却速度。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
25.图1为本发明实施例所述的新型高温超导电缆的结构示意图；
26.图2为本发明实施例所述的新型高温超导电缆的横截面示意图；
27.图3为本发明实施例所述的新型高温超导电缆的导体通道组示意图；
28.图4为本发明实施例所述的新型高温超导电缆的导体通道组横截面示意图；
29.图5为本发明实施例所述的新型高温超导电缆的导体示意图；
30.图6为本发明实施例所述的新型高温超导电缆的导体横截面示意图；
31.图中：1、支撑骨架；2、导体通道组；3、导体通道；4、第一冷却介质通道；5、第二冷却介质通道；6、导体。
具体实施方式
32.为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
33.需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其
相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
35.在本发明的描述中，“多组”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
36.本发明提供了一种新型高温超导电缆，用于解决现有的超导电缆受垂直磁场的影响较大、电缆的载流密度较小和冷却速度较慢的技术问题。
37.请参阅图1至6，本发明的一个实施例提供的新型高温超导电缆，包括：支撑骨架1；
38.支撑骨架1内开设有第一冷却介质通道4和从中心向外依次分布的多组导体通道组2；
39.导体通道组2包括至少三个导体通道3，每组导体通道组2的导体通道3数量相同，导体通道3内放置有导体6；
40.每组导体通道组2的导体通道3在横截面上以同一圆心对称呈正多边形排列；
41.相邻两组的导体通道组2以预设角度错位分布；
42.第一冷却介质通道4位于相邻两组的导体通道组2之间的间隙处。
43.需要说明的是，通过在电缆的支撑骨架1内开设从中心向外依次分布的多组导体通道组2，导体通道组2包括至少三个导体通道3，每组导体通道组2的导体通道3数量相同，每组导体通道组2的导体通道3在横截面上以同一圆心对称呈正多边形排列，相邻两组的导体通道组2以预设角度错位分布，导体通道3内放置有导体6，这种将导体通道3均匀对称排列和分组错位分布的设计，能够降低导体6上垂直磁场和自磁场对导体6载流能力的影响，同时能够形成较为紧凑的电缆结构，减小了电缆的半径，从而能够提升电缆的载流密度；
44.通过在电缆的支撑骨架1内相邻两组的导体通道组2之间的间隙处开设冷却介质通道，在保证电缆半径大小的情况下，每组的导体通道组2距离冷却介质通道的距离都较近，能够有效及时地散热，提高冷却速度；
45.在相同的电缆半径的情况下，通过增加导体通道组2的组数可以增大导体6和外界的换热面积，提升散热效率；
46.导体通道3呈正多边形的排列，并且相邻两组的导体通道组2错位分布的横截面更近似正圆形，从而减小磁场对导体性能的影响；正多边形可以为正三角形、正四边形和正五边形等；
47.导体6可以为超导带、超导堆叠导体、超导电缆或其他任何通电导体。
48.在一个更具体的实施例中，预设角度为180度/所述正多边形的边数。
49.需要说明的是，正多边形可以为正三角形、正四边形和正五边形等；
50.当每组导体通道组2包括三个导体通道3时，三个导体通道3在横截面上以同一圆心对称呈正三角形排列，180度/正三角形的边数＝180/3＝60
°
，因此相邻的两组导体通道组2以60
°
的角度错位分布，导体通道组2的导体通道3和相邻内侧导体通道组2距离最近的两个导体通道3也分别形成60
°
的夹角；
51.当每组导体通道组2包括四个导体通道3时，四个导体通道3在横截面上以同一圆心对称呈正四边形排列，180度/正四边形的边数＝180/4＝45
°
，因此相邻的两组导体通道组2以45
°
的角度错位分布，导体通道组2的导体通道3和相邻内侧导体通道组2距离最近的两个导体通道3也分别形成45
°
的夹角。
52.电缆内的导体整体结构均匀对称，无论堆叠多少组数的导体通道组2都能够保持横截面近似正圆形，减小磁场对导体性能的影响。
53.在一个更具体的实施例中，导体通道组2由三个导体通道3构成。
54.需要说明的是，如图1至4所示，将六个导体通道3分成两个导体通道组2，即每个导体通道组2由三个导体通道3构成，三个导体通道3在横截面上以同一圆心对称呈正三边形排列，相对于相同数量的六个导体通道3在横截面上以同一圆心对称呈正六边形排列，结构更加紧凑，从而能够制得半径更小的电缆，电缆的载流密度更大。
55.在一个更具体的实施例中，第一冷却介质通道4的横截面形状为梯形。
56.需要说明的是，第一冷却介质通道4位于相邻两组的导体通道组2之间的间隙处，当第一冷却介质通道4的横截面形状为梯形时，能够充分利用间隙处的空间，开设横截面积较大的第一冷却介质通道4，提高散热效率，加快冷却速度。
57.在一个更具体的实施例中，支撑骨架1内还开设有第二冷却介质通道5，第二冷却介质通道5位于最外侧的导体通道组2和支撑骨架1边缘之间的间隙处。
58.需要说明的是，导体通道组2的导体通道3的横截面一般为长方形，而电缆的横截面一般为圆形，因此最外侧的导体通道组2和支撑骨架1边缘之间的存在间隙，在该间隙处开设第二冷却介质通道5，能够充分利用空间，提高冷却速度。
59.在一个更具体的实施例中，第二冷却介质通道5的横截面形状为扇形。
60.需要说明的是，当第二冷却介质通道5的横截面形状为扇形，能够充分利用间隙处的空间，开设横截面积较大的第二冷却介质通道5，提高散热效率，加快冷却速度；
61.支撑骨架1上开设的第一冷却介质通道4、第二冷却介质通道5均与导体通道3之间留有一定厚度的壁，互不相通。各个冷却介质通道之间同样留有一定厚度的壁，互不相通。留有一定厚度的壁是为了固定导体的位置，防止导体位移和保证电缆支架具有足够的支撑能力，即保证电缆具有足够的机械强度。
62.请参阅图1和5，在一个更具体的实施例中，支撑骨架1和导体6以相同角度扭转而成。
63.需要说明的是，导体6及支撑骨架1带有一定扭角的，导体6与支撑骨架1的扭转角度与扭转方向均一致，能够降低磁场对导体性能的影响。
64.在一个更具体的实施例中，导体6为超导堆叠导体。
65.需要说明的是，出于对载流大小的需求考虑，优选在导体通道3内放置超导堆叠导体；但是如果对电缆有进一步的其他需求，也可以在导体通道3内放置超导电缆或者其他通电导体。
66.在一个更具体的实施例中，支撑骨架1的材料为高强度的金属。
67.需要说明的是，支撑骨架1的材料为高强度的金属，能够起到足够的支撑作用，制成的电缆的机械强度较高；
68.支撑骨架1的中心部分不开设冷却介质通道，能够保证中心部分不崩塌变形，保证电缆拥有较好的机械强度。
69.在一个更具体的实施例中，第一冷却介质通道和所述第二冷却介质通道内的冷却介质包括液氮、液氢和液氦中的一种或多种。
70.需要说明的是，液氮、液氢和液氦的冷却效果较好，但是在需要时可以采用其他冷
却介质。
71.以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种新型高温超导电缆，其特征在于，包括：支撑骨架；所述支撑骨架内开设有第一冷却介质通道和从中心向外依次分布的多组导体通道组；所述导体通道组包括至少三个导体通道，每组导体通道组的导体通道数量相同，所述导体通道内放置有导体；每组导体通道组的导体通道在横截面上以同一圆心对称呈正多边形排列；相邻两组的导体通道组以预设角度错位分布；所述第一冷却介质通道位于相邻两组的导体通道组之间的间隙处。2.根据权利要求1所述的新型高温超导电缆，其特征在于，所述预设角度为180度/所述正多边形的边数。3.根据权利要求1所述的新型高温超导电缆，其特征在于，所述导体通道组由三个导体通道构成。4.根据权利要求1所述的新型高温超导电缆，其特征在于，所述第一冷却介质通道的横截面形状为梯形。5.根据权利要求1所述的新型高温超导电缆，其特征在于，所述支撑骨架内还开设有第二冷却介质通道，所述第二冷却介质通道位于最外侧的导体通道组和所述支撑骨架边缘之间的间隙处。6.根据权利要求5所述的新型高温超导电缆，其特征在于，所述第二冷却介质通道的横截面形状为扇形。7.根据权利要求1所述的新型高温超导电缆，其特征在于，所述支撑骨架和所述导体以相同角度扭转而成。8.根据权利要求1所述的新型高温超导电缆，其特征在于，所述导体为超导堆叠导体。9.根据权利要求1所述的新型高温超导电缆，其特征在于，所述支撑骨架的材料为高强度的金属。10.根据权利要求1或5所述的新型高温超导电缆，其特征在于，所述第一冷却介质通道和所述第二冷却介质通道内的冷却介质包括液氮、液氢和液氦中的一种或多种。

技术总结
本发明公开了一种新型高温超导电缆，涉及超导电缆技术领域，包括：支撑骨架；所述支撑骨架内开设有第一冷却介质通道和从中心向外依次分布的多组导体通道组；所述导体通道组包括至少三个导体通道，每组导体通道组的导体通道数量相同，所述导体通道内放置有导体；每组导体通道组的导体通道在横截面上以同一圆心对称呈正多边形排列；相邻两组的导体通道组以预设角度错位分布；所述第一冷却介质通道位于相邻两组的导体通道组之间的间隙处。本发明提供了一种新型高温超导电缆，用于解决现有的超导电缆受垂直磁场的影响较大、电缆的载流密度较小和冷却速度较慢的技术问题。小和冷却速度较慢的技术问题。小和冷却速度较慢的技术问题。


技术研发人员：史正军 梅桂华 赵兵 尹海庆 李力
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司电力科学研究院
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/8/24