基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆

1.本发明有关基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆，属于超导电工领域。


背景技术：

2.高质量电力系统的发展至关重要，我国电力系统的规模不断增加，国民用电量不断提升，迫切需要提高电能传输效率。传统电缆各相股线具有互感不一致产生电流分配极为不均现象，也即“均流”问题，普通的提高载流能力的方案不可避免会增加电能损耗，高电压等级的输电走廊占地面积提高，占用农田而导致土地资源不能够充分使用，随着电压等级逐步提高，一旦电力系统发生故障而引起对输电线路故障冲击的情形的危害性越来越大，电磁兼容问题表现突出，对于一些人口稠密的一线及超一线城市来说，要抓住提高土地使用效率这个“牛鼻子”。目前，利用液氮77k环境下的高温超导材料制成的基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆传输电能，可以有效解决上述问题。基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆由于能够解决“均流”问题、运行损耗低、输送容量大、无环境污染、占地少等优势，在建设新型电力系统以及对旧电力系统改造时具有极其重要的意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆，以解决现有高温超导交流电缆各相股线互感不一致产生电流分配极为不均现象。本发明公开基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆，此超导电缆包括金属骨架、abc三相超导股线、金属护套和绝缘保护套，所述金属骨架支撑起abc三相超导股线，同时作为冷却介质内部流道，所述abc三相超导股线由第二代高温超导rebco带材紧密堆叠而成。本发明所述三相同轴超导电缆最内层为金属骨架，abc三相超导股线紧贴金属骨架螺旋缠绕，abc三相超导股线由金属护套包覆，最外层为绝缘保护套。金属骨架中的液氮通道流过冷却介质以提供超导所需的低温环境，三相同轴超导电缆通过abc三相超导股线外层绝缘包套实现相间绝缘。
4.所述的金属骨架材料可以选择铜、铝以及合金，金属骨架一方面作为abc三相超导股线的支撑结构，另一方面也作为液氮通道流过冷却介质以提供超导所需的低温环境。
5.所述液氮通道流过的冷却介质为液氮。
6.所述的abc三相超导股线堆叠为矩形截面的棱柱，外表包覆绝缘包套实现相间绝缘，abc三相超导股线分别通入abc三相交流电流。
7.所述的abc三相超导股线紧贴金属骨架螺旋缠绕，abc三相超导股线起始螺旋角度在空间互差120
°
。
8.所述的abc三相超导股线第二代高温超导rebco带材紧密堆叠而成。
9.所述abc三相超导股线由金属护套包覆。
10.所述金属护套的材料可以选择铜、铝以及合金。
11.所述最外层为绝缘保护套。
12.所述绝缘保护套的材料可以选择橡胶、环氧树脂等。
附图说明
13.图1为本发明提供的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆的结构示意图。
14.图2为本发明提供的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆的abc三相超导股线的单相导线横截面示意图。
15.图3为本发明提供的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆的abc三相超导股线的单相导线结构参数螺距示意图。
16.图4为本发明提供的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆的abc三相超导股线的单相导线结构参数螺旋直径示意图。
17.图5为本发明提供的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆的abc三相超导股线的三相空间位置示意图。
18.图6为本发明提供的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆的abc三相超导股线紧贴金属骨架螺旋缠绕示意图。
19.图7为本发明提供的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆的金属护套示意图。
20.图8为本发明提供的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆的绝缘保护套示意图。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施方式对一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆发明进行详细清晰的解释说明。
22.图1为本发明提供的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆的结构示意图。其由内到外包括金属骨架(1)、abc三相超导股线(2)、金属护套(3)和绝缘保护套(4)。本发明所述三相同轴超导电缆最内层为金属骨架(1)，abc三相超导股线(2)紧贴金属骨架(1)螺旋缠绕，abc三相超导股线(2)由金属护套(3)包覆，最外层为绝缘保护套(4)。金属骨架(1)中的液氮通道流过冷却介质以提供超导所需的低温环境，三相同轴超导电缆的abc三相超导股线(2)外层包覆绝缘包套实现相间绝缘。本文所用带材材料与自场临界电流为160a(77k)的4
×
0.1mm第二代高温超导rebco带材相同。在基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆实施案例中，rebco带材为5根，考虑10％的电流衰减，基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆的临界电流为3
×5×
160
×
0.9＝2160a。
23.图2为abc三相超导股线(2)的单相导线横截面示意图。5根带材重叠组合在一起，外表包覆绝缘包套实现相间绝缘。在基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆实施案例中，rebco带材为5根，考虑10％的电流衰减，abc三相超导股线(2)的单相导线临界电流为5
×
160
×
0.9＝720a。
24.图3为本发明提供的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆的abc三相超导股线(2)的单相导线结构参数螺距示意图。螺距变量记作a。
25.图4为本发明提供的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆的abc三相超导股线(2)的单相导线结构参数螺旋直径示意图。螺旋直径变量记作b。
26.图5为本发明提供的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆的abc三相超
导股线(2)的三相空间位置示意图。abc三相超导股线(2)起始螺旋角度在空间互差120
°
。
27.图6为本发明提供的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆的abc三相超导股线(2)紧贴金属骨架(1)螺旋缠绕。abc三相超导股线(2)起始螺旋角度在空间互差120
°
。
28.图7为本发明提供的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆的金属护套(3)示意图。abc三相超导股线(2)由金属护套(3)包覆。金属护套的材料可以选择铜、铝以及合金。
29.图8为本发明提供的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆的绝缘保护套(4)示意图。基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆的最外层为绝缘保护套(4)。


技术特征：
1.一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆，所述三相同轴超导电缆包括金属骨架、abc三相超导股线、金属护套和绝缘保护套，所述金属骨架支撑起abc三相超导股线，同时作为冷却介质内部流道，所述abc三相超导股线由第二代高温超导rebco带材紧密堆叠而成。本发明所述三相同轴超导电缆最内层为金属骨架，abc三相超导股线紧贴金属骨架螺旋缠绕，abc三相超导股线由金属护套包覆，最外层为绝缘保护套。金属骨架中的液氮通道流过冷却介质以提供超导所需的低温环境，三相同轴超导电缆通过abc三相超导股线外层绝缘包套实现相间绝缘。2.根据权利要求1所述的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆，其特征在于，所述的金属骨架材料可以选择铜、铝以及合金，金属骨架一方面作为abc三相超导股线的支撑结构，另一方面也作为液氮通道流过冷却介质以提供超导所需的低温环境。3.根据权利要求1所述的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆，其特征在于，所述液氮通道流过的冷却介质为液氮。4.根据权利要求1所述的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆，其特征在于，所述的abc三相超导股线堆叠为矩形截面的棱柱，外表包覆绝缘包套实现相间绝缘，abc三相超导股线分别通入abc三相交流电流。5.根据权利要求1所述的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆，其特征在于，所述的abc三相超导股线紧贴金属骨架螺旋缠绕，abc三相超导股线起始螺旋角度在空间互差120
°
。6.根据权利要求1所述的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆，其特征在于，所述的abc三相超导股线第二代高温超导rebco带材紧密堆叠而成。7.根据权利要求1所述的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆，其特征在于，所述abc三相超导股线由金属护套包覆。8.根据权利要求1所述的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆，其特征在于，所述金属护套的材料可以选择铜、铝以及合金。9.根据权利要求1所述的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆，其特征在于，所述最外层为绝缘保护套。10.根据权利要求1所述的一种基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆，其特征在于，所述绝缘保护套的材料可以选择橡胶、环氧树脂等。

技术总结
本发明公开基于准各向同性股线的三相同轴超导电缆，此超导电缆包括金属骨架、ABC三相超导股线、金属护套和绝缘保护套，所述金属骨架支撑起ABC三相超导股线，同时作为冷却介质内部流道，所述ABC三相超导股线由第二代高温超导REBCO带材紧密堆叠而成。本发明所述三相同轴超导电缆最内层为金属骨架，ABC三相超导股线紧贴金属骨架螺旋缠绕，ABC三相超导股线由金属护套包覆，最外层为绝缘保护套。金属骨架中的液氮通道流过冷却介质以提供超导所需的低温环境，三相同轴超导电缆通过ABC三相超导股线外层绝缘包套实现相间绝缘。本发明所述三相同轴超导电缆能够解决电缆“均流”问题——电缆各相股线互感不一致产生电流分配极为不均现象。极为不均现象。极为不均现象。


技术研发人员：皮伟 张恒 王起悦
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/8/1