一种具有高限流性能的高温超导直流电缆

技术领域

本发明有关高温超导直流电缆，属于超导电工领域。

背景技术

与传统的常规电缆相比，高温超导电缆具有传输电能时损耗更低，输送电能的容量更大，占地面积小等优点，此外还可利用高温超导材料的失超特性，有效的限制故障短路电流，并在故障排除后迅速恢复超导态。鉴于以上超导电缆的诸多长处不难看出，在当代电力工程实际应用中采用高温超导直流电缆，对现有电力系统的容量升级和新电力系统建设都有着重要的意义。

但在目前现有的诸多高温超导直流电缆线路中，大多都为运输电流等级较低的运输线路，这主要是受两点原因的影响，一是当传输电流升高时电缆的自场过大，导致超导电缆的临界电流衰减严重，降低了载流容量和带材的利用率；二是故障电流的限制，由于超导带材在超导态时表现出的零电阻特性，使得出现故障时电缆的电流过大，易造成电缆不可逆的损坏，这也在一定程度上限制了电缆的输电能力。因此急需设计出一种带有更强限流能力的高温直流超导电缆，以增强电缆的输电能力和运行稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高限流性能的高温超导直流电缆，以提高现有直流高温超导电缆的载流容量和运行稳定性。本发明中高温超导直流电缆包括金属骨架、超导带材组子缆线、金属片子缆线、绝缘包套和金属套管。超导组子缆线由超导带材组和金属包套构成；金属片子缆线由金属片带材、金属填充物和金属包套构成，金属片间的填充物为金属铝。上述超导带材组由第二代高温超导REBCO带材紧密堆叠而成，金属片带材则由三根竖放的高电阻率金属片构成。本发明所述子缆线沿正方形的金属骨架或绝缘包套逐层紧密排列。相邻层子缆线间的绝缘包套为橡胶包套，电缆的最外层为金属套管。在金属骨架中空的通道中通液氮以制冷来实现超导运行所需的低温环境。

所述的金属骨架选材为具有高电阻率的金属(如不锈钢)，子缆线能够紧密地排列在正方形金属骨架的外表面。

所述的金属骨架中空通道里输送的冷却介质为液氮。

所述的超导带材组子缆线由超导带材组和金属包套构成；金属片子缆线由高电阻率金属(如不锈钢)片和金属包套、金属填充物组合而成。

所述的位于相同层上的金属片子缆线等距地分布于正方形截面的四个边上，每相邻两根金属片子缆线之间相隔的超导带材组子缆线根数是相同的。

所述的超导带材组由REBCO带材堆叠组成，其堆叠后形成的截面为正方形。

所述的金属包套内层为和超导带材组堆叠后形成的截面尺寸相一致的正方形，材质可取为铜、铝或不锈钢。

所述的高电阻率金属(如不锈钢)片带材的截面为竖放的长宽比为4:1的长方形。

所述的金属填充物为铝填充物。

所述的绝缘包套为橡胶包套，在绝缘包套的内外表面，子缆线均能够紧密排列。

所述的金属套管材质可为铜、铝、不锈钢，且子缆线能够紧密排列在正方形金属套管的内表面。

附图说明

图1为本发明提供的具有高限流性能的高温超导直流电缆的结构示意图；

图2为本发明提供的具有高限流性能的高温超导直流电缆的横截面示意图；

图3为本发明提供的具有高限流性能的高温超导直流电缆的电流方向示意图；

图4为本发明提供的超导带材组子缆线结构示意图；

图5为本发明提供的超导带材组子缆线横截面示意图；

图6为本发明提供的金属片子缆线结构示意图；

图7为本发明提供的金属片子缆线横截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对一种具有高限流性能的高温超导直流电缆发明进行清楚、详细的解释说明。

图一为本发明涉及的一种具有高限流性能的高温超导直流电缆的结构示意图，其由外到内分别为金属套管(1)、绝缘包套(2)、超导带材组子缆线(4)、金属片子缆线(5)和金属骨架(3)。由于子缆线(4)(5)的横截面均为严格的正方形，若要使其能紧密地排列于正方形金属骨架(3)的外表面、绝缘包套(2)的内外表面及金属套管(1)的内表面上，每层设置的子缆线根数需是固定的。本发明中令内层子缆线的总根数为二十根，外层子缆线的总根数为三十二根，则两层中共有超导带材组子缆线四十四根，金属片子缆线八根。

图二为本发明涉及的具有高限流性能的高温超导直流电缆的横截面示意图，金属骨架的中空部分(1)用以输送冷却介质液氮。每根超导子缆线(2)中所用到的第二代REBCO超导带材尺寸为0.6×0.1mm，而每根超导子缆线中的超导带材组都由六根第二代REBCO超导带材紧密堆叠而成，故超导带材组形成的横截面尺寸为0.6×0.6mm，且在本发明中使用的第二代REBCO超导带材的总数为264根。每根金属片子缆线(3)中都使用了三根尺寸设置为0.6×0.15mm的高电阻率金属(如不锈钢)片，空隙间用金属填充物填充，以保持各子缆线的尺寸相同，且在本发明中使用的高电阻率金属(如不锈钢)片总数为24片。

图三为本发明涉及的具有高限流性能的高温超导直流电缆的电流方向示意图，直流电缆相邻层子缆线的电流流向相反，以有效屏蔽电缆层间过大的磁场，提高电缆的临界电流水平，提升超导电缆的电流输送能力。

图四为超导子缆线的结构示意图，其由外到内分别是金属包套(1)超导带材组(2)。

图五为超导子缆线的横截面示意图，在本发明中，六根尺寸为0.6×0.1mm的第二代REBCO超导带材堆叠组成截面边长为0.6mm的正方形超导带材组(2)。

图六为金属片子缆线的结构示意图，其由外到内分别是金属包套(1)、高电阻率金属(如不锈钢)片(2)和金属片与金属包套缝隙间的金属铝填充物(3)、。

图七为金属片子缆线的横截面示意图，在本发明中，为使各子缆线的尺寸相同，将正方形金属包套(1)的内层边长和超导带材组保持为一致的0.6mm，三根横截面长宽比为4:1的竖放长方形金属片(2)尺寸设置为0.6×0.15mm，以片与片之间相距0.075mm的形式等距平行地放置于正方形金属包套(1)之中，间隙部分用金属铝填充物(3)填充。