一种适用于高温超导城市电力电缆的集成接头拓扑制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于高温超导城市电力电缆的集成接头拓扑，包括高温超导带材和铜管，所述高温超导带材螺旋地绕制在所述铜管内部，在所述铜管内部设有支撑高温超导带材的支架，在铜管外侧绕制有机绝缘层和保温层，在所述铜管外侧设有不锈钢管铠装层；铜管的两端分别设有电气接头，电气接头为铜接头，分为公接头和母接头。本发明专利技术能够满足超导电缆的工作环境，实现超导电缆规模化应用。实现超导电缆规模化应用。实现超导电缆规模化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高温超导城市电力电缆的集成接头拓扑


[0001]本专利技术涉及一种用于高温超导电缆领域的适用于高温超导城市电力电缆的集成接头拓扑。

技术介绍

[0002]近年来，二代高温超导材料(REBCO涂层导体)超导材料因其无直流电阻损耗和高传导电流密度的特性，成为了电力设备领域的研究热点，相关应用发展迅速，如超导电缆、超导储能、超导变压器、超导限流器、超导电机等，由于其零电阻的特性，超导材料在电力传输方面的应用具有巨大的优势，可以节省大量的能耗。集束缆线是由超导带材螺旋地绕制而成的，具有工程电流密度大的特点，层与层之间没有绝缘，电流可以在层与层之间任意流动，因此具有较高的热稳定性和鲁棒性，在电力传输系统中具有广阔的应用前景。高温超导电力电缆在电力传输中需要处于低温的环境，一般用于低温制冷的制冷剂有液氮、固氮、气氦、液氦、超临界氦、液氢等几种，分别具有不同的温度区间。目前最具有商业化应用前景的二代高温超导带材的临界温度在90K左右，综合考虑成本经济性等因素，液氮环境是一种经济、适用的低温环境，常压下的液氮温度一般在77K左右，能够满足二代高温超导电力电缆的制冷需求。
[0003]目前，超导带材已经实现公里级长带化制备，当作为电力电缆应用时，不可避免地会使用接头，常见的超导电力设备接头是使用铟或锡将超导带材与铜接头进行焊接，再将铜接头通过压力压紧，以达到电气连接的目的。当采用液氮作为制冷剂时，还需要考虑的是液氮的密封问题，除了常规电气连接以外，还要保证制冷管路中的制冷剂不发生泄露，目前对于液体管路的连接业界最常用且技术成熟的是采用VCR接头，该接头具有密封性良好，拆装方便等特点，且VCR接头作为一项成熟的产品，有多种不同的尺寸可供选择，因此，如何将超导电气接头与VCR接头相集成配合，并形成可靠的超导电缆连接，是超导电力电缆敷设及应用的关键问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种适用于高温超导城市电力电缆的集成接头拓扑，它能够满足超导电缆的工作环境，实现超导电缆规模化应用。
[0005]实现上述目的的一种技术方案是：一种适用于高温超导城市电力电缆的集成接头拓扑，包括高温超导带材和铜管；
[0006]所述高温超导带材螺旋地绕制在所述铜管内部，在所述铜管内部设有支撑高温超导带材的支架，在铜管外侧绕制有机绝缘层和保温层，在所述铜管外侧设有不锈钢管铠装层；铜管的两端分别设有电气接头，电气接头为铜接头，分为公接头和母接头。
[0007]进一步的，所述有机绝缘层的材料为kapton有机材料或石棉。
[0008]进一步的，所述不锈钢管铠装层内填充有热绝缘材料。
[0009]进一步的，所述铜管的内径为6mm，所述高温超导带材螺旋绕制的入射角度为35
°‑
45
°
。
[0010]进一步的，所述铜管内侧绕制多层高温超导带材层，每层高温超导带材层由若干根高温超导带材共同绕制。
[0011]进一步的，所述高温超导带材的端部与所述电气接头采用油浴控温的方式通过锡或铟焊接到一起。
[0012]进一步的，对于相邻的两段高温超导电缆集成接头，通过公接头和母接头相互连接形成电气连接，铜管通过直插式铜接头连接，铜管与直插式铜接头焊接固定，不锈钢管铠装层通过VCR接头相互连接，不锈钢管铠装层与VCR接头焊接固定。
[0013]本专利技术的一种适用于高温超导城市电力电缆的集成接头，设计了一种77K下的超导电力电缆的集成接头拓扑设计，其优点在于，提出了一种低成本、具有可行性的与液氮制冷相配合的超导电力电缆接头拓扑设计，通过VCR接头与双层不锈钢管来保证超导电力电缆的低温环境，利用液氮的循环流动来实现制冷的目的，通过直插式铜接头来实现方便拆装的目的，。本专利技术设计简单，可以作为一种城市用的超导电力电缆设计方案来推进超导电力设备的大规模商业化应用，能够极大地降低输电的能耗，提高输电容量。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的一种适用于高温超导城市电力电缆的集成接头拓扑的结构示意图。
具体实施方式
[0015]为了能更好地对本专利技术的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例进行详细地说明：
[0016]请参阅图1，本专利技术的一种适用于高温超导城市电力电缆的集成接头拓扑，高温超导带材11螺旋地绕制在铜管12内部，超导带材需要保持紧贴在铜管上，因此内部需要填充一定的支架，防止超导带松散。铜管内侧可绕制多层高温超导带材层，每层高温超导带材层由若干根高温超导带材共同绕制。为了保证缆线有较好的机械弯曲特性，同时保证带材在弯曲绕制过程中临界电流的衰减不超过5％，集束缆线制备方案采用6mm内径的铜管12，高温超导带材11螺旋绕制的入射角度在35
‑
45度的范围内，每层由3根带材共同绕制。铜管内部中空，使液氮可以在管内自由流通，以达到更好的制冷效。为了保证缆线的绝缘与保温，在铜管上还会绕制有机绝缘层6和保温层7，有机绝缘层一般为Kapton有机材料或石棉。
[0017]在铜管外侧设有不锈钢管铠装层2，其内径大于集束缆线以及保温层、绝缘层的外径。不锈钢管内部尽量全部填充热绝缘材料，以达到良好的保温效果。
[0018]铜管的两端分别设有电气接头5，电气接头为铜接头，分为公接头和母接头。高温超导带材的端部与所述电气接头采用油浴控温的方式通过锡或铟焊接到一起，可以利用不同材料的热膨胀系数差距，在低温下(液氮环境中)将铜接头的母头锁紧在公头上。
[0019]对于相邻的两段高温超导电缆集成接头，通过公接头和母接头相互连接形成电气连接，铜管通过直插式铜接头3连接，铜管与直插式铜接头焊接固定，不锈钢管铠装层通过VCR接头4相互连接，不锈钢管铠装层与VCR接头焊接固定。
[0020]在电缆的出线端，采用环状铜端子加绝缘保温套层的方式进行连接，环状铜端子
直接焊接在铜管上，需要注意在铜端子和双层不锈钢管、液氮进口之间都需要有绝缘和保温垫层，以保证整体电缆外部不带电并处于良好的低温环境。在液氮进口，需要用压缩机给液氮一定的压力，强迫液氮在铜管中以一定的流速流动，在缆线另一端流出，同时，如果有两根及以上超导电力电缆并行架设(如直流输电的正负回路、交流输电的三相回路)，液氮的流动可以由多台压缩泵和制冷机形成一个循环的冷却回路。
[0021]本
中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本专利技术，而并非用作为对本专利技术的限定，只要在本专利技术的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本专利技术的权利要求书范围内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于高温超导城市电力电缆的集成接头拓扑，包括高温超导带材和铜管，其特征在于：所述高温超导带材螺旋地绕制在所述铜管内部，在所述铜管内部设有支撑高温超导带材的支架，在铜管外侧绕制有机绝缘层和保温层，在所述铜管外侧设有不锈钢管铠装层；铜管的两端分别设有电气接头，电气接头为铜接头，分为公接头和母接头。2.根据权利要求1所述的一种适用于高温超导城市电力电缆的集成接头拓扑，其特征在于，所述有机绝缘层的材料为kapton有机材料或石棉。3.根据权利要求1所述的一种适用于高温超导城市电力电缆的集成接头拓扑，其特征在于，所述不锈钢管铠装层内填充有热绝缘材料。4.根据权利要求1所述的一种适用于高温超导城市电力电缆的集成接头拓扑，其特征在于，所述铜管的内径为6mm，所述高温超导带材螺旋绕制的入射角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗明，吴滨，陆昱，陈妍君，邓孟华，段若晨，陆超，盛杰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：