一种冷绝缘直流高温超导限流电缆制造技术

本发明专利技术公开了一种冷绝缘直流高温超导限流电缆，包括冷却通道、绞线骨架、半导体导体层Ⅰ、超导层、半导体导体层Ⅱ、绝缘层、屏蔽层和保护层；所述冷却通道设置于绞线骨架内；绞线骨架外包裹有半导体导体层Ⅰ，半导体导体层Ⅰ外绕制有的超导层，超导层外包裹有半导体导体层Ⅱ，半导体导体层Ⅱ外包裹有绝缘层，绝缘层外绕制有屏蔽层，屏蔽层外包裹有保护层；所述冷却通道内流通有冷却介质；所述绞线骨架与超导层并联。本案电缆具有传输和限流的双重作用；电缆无需接入超导限流器，有效降低装置成本和运行维护成本；采用高电阻率金属材料制作绞线骨架，在电缆发生故障时能更好的起到抑制故障电流的作用；绞线骨架的结构可提高电缆机械强度、柔韧性。

A Cold Insulated DC High Temperature Superconducting Current Limiting Cable

【技术实现步骤摘要】
一种冷绝缘直流高温超导限流电缆
本专利技术涉及超导电工
，尤其是涉及一种冷绝缘直流高温超导限流电缆。
技术介绍
随着高温超导技术的发展，超导体的工作温度提高到了液氮温区（77K）。高温超导电缆是高温超导技术在电力系统中的重要应用之一，可以实现大容量低损耗的输电，高温超导电缆正在向着实用化、产业化的方向飞速发展。线路短路故障发生时，短路电流变得很大，甚至超过断路器断开容量，给直流电力系统造成破坏。然而，与交流不同，直流电流不过零，限流困难，尤其是在有超导电缆的线路中，尤其明显。在线路中串入超导限流器是其解决办法之一。但是，串入超导限流器的方法，会增加线路装置成本和运行维护成本。
技术实现思路
本专利技术目的是：提供了一种在超导电缆发生故障时，能有效抑制故障电流方；起到超导电缆传输电流和限流的双重功能，无需超导限流器接入，有效降低装置成本和运行维护成本的冷绝缘直流高温超导限流电缆。本专利技术的技术方案是：一种冷绝缘直流高温超导限流电缆，从内到外依次包括冷却通道、绞线骨架、半导体导体层Ⅰ、超导层、半导体导体层Ⅱ、绝缘层、屏蔽层和保护层；所述冷却通道设置于绞线骨架内；绞线骨架外包裹有半导体导体层Ⅰ，半导体导体层Ⅰ外绕制有的超导层，超导层外包裹有半导体导体层Ⅱ，半导体导体层Ⅱ外包裹有绝缘层，绝缘层外绕制有屏蔽层，屏蔽层外包裹有保护层；所述冷却通道内流通有冷却介质；所述绞线骨架与超导层并联。优选的，所述绞线骨架包括螺旋弹簧及绕制在螺旋弹簧外的扭绞丝；所述螺旋弹簧内部形成冷却通道，并位于电缆中心；所述绞线骨架的设计可以提高电缆的机械强度、柔韧性。优选的，所述绞线骨架为正常工作温度下的电阻率比铜高2个量级的材料，即电阻率比铜高100倍的金属材料；例如可采用锰铜、康铜或不锈钢；当电缆发生故障时，超导层失超后，电流主要流经与超导层并联的绞线骨架，由于绞线骨架的电阻率比较大，从而抑制故障电流，起到限流保护的作用。优选的，所述半导体导体层Ⅰ和半导体导体层Ⅱ的材料采用碳纸；作用是改善电场分布。优选的，所述超导层采用第二代高温超导带材REBCO；将若干第二代高温超导带材REBCO绕制于半导体导体层Ⅰ外部。优选的，所述绝缘层材料采用聚丙烯复合纤维纸（PPLP）。优选的，所述屏蔽层为绕制在绝缘层上的铜材料。优选的，所述保护层材料采用聚氯乙烯材料，即PVC作为层保护。本专利技术的优点是：1、本案电缆具有传输和限流的双重作用；2、电缆无需接入超导限流器，有效降低装置成本和运行维护成本；3、采用高电阻率金属材料制作绞线骨架，在电缆发生故障时能更好的起到抑制故障电流的作用；4、绞线骨架的结构可提高电缆机械强度、柔韧性。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本案所述的一种冷绝缘直流高温超导限流电缆的分层次的立体结构示意图；图2为本案所述的一种冷绝缘直流高温超导限流电缆的截面的剖视结构示意图；其中：1、冷却通道；2、螺旋弹簧；3、扭绞丝；4a、半导体导体层Ⅰ；4b、半导体导体层Ⅱ；5、超导层；6、绝缘层；7、屏蔽层；8、绝缘层。具体实施方式实施例：如附图1-2所示，一种冷绝缘直流高温超导限流电缆，包括冷却通道1、绞线骨架、半导体导体层Ⅰ4a、超导层5、半导体导体层Ⅱ4b、绝缘层6、屏蔽层7和保护层8；所述冷却通道1设置于绞线骨架内；绞线骨架外包裹有半导体导体层Ⅰ4a，半导体导体层Ⅰ4a外绕制有的超导层5，超导层5外包裹有半导体导体层Ⅱ4b，半导体导体层Ⅱ4b外包裹有绝缘层6，绝缘层6外绕制有屏蔽层7，屏蔽层7外包裹有保护层8；所述冷却通道1内流通有冷却介质；所述绞线骨架与超导层5并联；所述绞线骨架包括螺旋弹簧2及绕制在螺旋弹簧外的扭绞丝3；所述螺旋弹簧2内部形成冷却通道1，并位于电缆中心；所述绞线骨架在77K温度下的电阻率比铜高2个量级的材料，即电阻率比铜高100倍的金属材料，例如可采用锰铜、康铜或不锈钢；半导体导体层Ⅰ和半导体导体层Ⅱ的材料采用碳纸；所述超导层采用由稀土、钡、铜、氧元素组成的第二代高温超导带材简写为REBCO；所述绝缘层6材料采用聚丙烯复合纤维纸（PPLP）；所述屏蔽层7为绕制在绝缘层6上的铜线；所述保护层8材料采用聚氯乙烯材料，即PVC作为层保护。本例中的绞线骨架采用不锈钢绞线骨架，那么螺旋弹簧2为不锈钢螺旋弹簧；绕制在螺旋弹簧外的扭绞丝3为不锈钢扭绞丝；将不锈钢扭绞丝以螺旋线状逐层绕制于不锈钢螺旋弹簧上，绕制若干层，直到满足电缆所需的限流和机械特性的要求。不锈钢螺旋弹簧的内径为R1，外径为R2；不锈钢螺旋弹簧内部形成的冷却通道1通入液氮，用以冷却超导层，以保证超导限流电缆正常运行时需要的温度环境；半导体导体层一共有两层，作用是改善电场分布；一层位于不锈钢绞线骨架和超导层5之间的半导体导体层Ⅰ4a，另一层位于超导层5和绝缘层6之间的半导体导体层Ⅱ4b；半导体导体层Ⅰ4a为碳纸将将不锈钢绞线骨架紧紧包裹起来，再将若干第二代高温超导带材REBCO，按照一定角度以螺旋线状绕制在不锈钢绞线骨架外的碳纸层上形成超导层5；半导体导体层Ⅱ4b为碳纸将整个超导层5包裹起来，在半导体导体层Ⅱ4b依次设置有包裹半导体导体层Ⅱ4b的绝缘层6,材料为PPLP、绕制在绝缘层6上的屏蔽层7，材料为铜线和包裹屏蔽层7的保护层8，材料为PVC作为外保护层。具体工作原理如下：当电缆中发生例如短路故障时，故障电流是正常电流的几十倍，这时的电流已经超过了超导层5的临界电流，引起超导层5失超。由于不锈钢绞线骨架与超导层5是并联的关系，不锈钢绞线骨架与超导层5并联，在上述故障时可以分流，利用自身的通流能力使故障的破坏得到缓解。与铜不锈钢绞线骨架相比，由于在77K时不锈钢的电阻率比铜高两个量级，从而不锈钢绞线骨架在抑制故障电流方面更有效，电缆无需超导限流器接入，有效降低装置成本和运行维护成本。也可采用锰铜、和康铜等作为绞线骨架，其电阻率在77K温度时比铜高两个量级。此外，不锈钢材质的柔韧性好，易弯曲，采用不锈钢绞线骨架的结构，一方面提高电缆机械强度、柔韧性，另一方面在超导电缆失超后还能起到分流和限流的作用。上述实施例仅例示性说明本专利技术的原理及其功效，而非用于限制本专利技术的。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
中具有通常知识者在未脱离本专利技术的所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利技术的权利要求所涵盖。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷绝缘直流高温超导限流电缆，其特征在于：包括冷却通道、绞线骨架、半导体导体层Ⅰ、超导层、半导体导体层Ⅱ、绝缘层、屏蔽层和保护层；所述冷却通道设置于绞线骨架内；绞线骨架外包裹有半导体导体层Ⅰ，半导体导体层Ⅰ外绕制有的超导层，超导层外包裹有半导体导体层Ⅱ，半导体导体层Ⅱ外包裹有绝缘层，绝缘层外绕制有屏蔽层，屏蔽层外包裹有保护层；所述冷却通道内流通有冷却介质；所述绞线骨架与超导层并联。

【技术特征摘要】
1.一种冷绝缘直流高温超导限流电缆，其特征在于：包括冷却通道、绞线骨架、半导体导体层Ⅰ、超导层、半导体导体层Ⅱ、绝缘层、屏蔽层和保护层；所述冷却通道设置于绞线骨架内；绞线骨架外包裹有半导体导体层Ⅰ，半导体导体层Ⅰ外绕制有的超导层，超导层外包裹有半导体导体层Ⅱ，半导体导体层Ⅱ外包裹有绝缘层，绝缘层外绕制有屏蔽层，屏蔽层外包裹有保护层；所述冷却通道内流通有冷却介质；所述绞线骨架与超导层并联。2.根据权利要求1所述的一种冷绝缘直流高温超导限流电缆，其特征在于：所述绞线骨架包括螺旋弹簧及绕制在螺旋弹簧外的扭绞丝；所述螺旋弹簧内部形成冷却通道，并位于电缆中心。3.根据权利要求1所述的一种冷绝缘直流高温超导限流电缆，其特征在于：所述绞线骨架采用正常工作温度下的电阻率比铜高2个量级的金属材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁文，康强强，莫思铭，蔡渊，王银顺，
申请(专利权)人：东部超导科技苏州有限公司，华北电力大学，江苏永鼎股份有限公司，苏州新材料研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32