一种紧凑式超导电缆及具有其的电缆组件
阅读说明：本技术 一种紧凑式超导电缆及具有其的电缆组件 (Compact superconducting cable and cable assembly with same ) 是由 宋萌 薛济萍 薛驰 黄勇 王邦柱 于 2021-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种紧凑式超导电缆及具有其的电缆组件,属于超导电缆技术领域,其中,紧凑式超导电缆包括：护套及至少一个导体芯,护套内设有绝热层,导体芯设置在绝热层内部,导体芯与绝热层之间具有制冷工质通道,制冷工质通道内设有隔离部,隔离部将制冷工质通道分隔成型有用以制冷工质流入的流入通道,及用以制冷工质折返回流的流出通道。本发明提供的紧凑式超导电缆,通过将回流的制冷工质通道集成在超导电缆内部,而可减少电缆的工作成本,并可降低制冷工质受外界热量的影响,从而减少系统整体的热负荷。(The invention provides a compact superconducting cable and a cable assembly with the same, belonging to the technical field of superconducting cables, wherein the compact superconducting cable comprises: the cable comprises a sheath and at least one conductor core, wherein a heat insulation layer is arranged in the sheath, the conductor core is arranged in the heat insulation layer, a refrigeration working medium channel is arranged between the conductor core and the heat insulation layer, an isolation part is arranged in the refrigeration working medium channel, and the isolation part divides and forms the refrigeration working medium channel into an inflow channel for inflow of the refrigeration working medium and an outflow channel for return and backflow of the refrigeration working medium. The compact superconducting cable provided by the invention has the advantages that the returned refrigerating working medium channel is integrated in the superconducting cable, so that the working cost of the cable can be reduced, the influence of external heat on the refrigerating working medium can be reduced, and the overall heat load of the system can be reduced.)
技术领域
本发明涉及超导电缆技术领域，具体涉及一种紧凑式超导电缆及具有其的电缆组件。
背景技术
超导电缆是利用超导材料零电阻特性和高载流密度特点发展出来的一种新型大容量输电装置，相比于常规电缆，在同等截面下输送能力提高10倍左右，传输损耗降低1/4-1/2，在高负荷密度城市线路扩容、新能源电能输送、电解等大电流工业应用等场景具有显著的技术优势。
三芯式超导电缆尽管电缆本体外形相对紧凑，和三相同轴式相当，但由于还必须采用一根独立的回流管道才能构成完整的液氮循环系统，提高了三芯式超导电缆的占地需求，而独立的回流管道携带了外界热量又增大系统热负荷，提升超导电缆的使用成本，也降低了超导电缆的工作稳定性。
此外，目前的超导电缆在长期工作环境下，其外层的绝热护套层会因使用寿命或环境影响而老化，其局部性能退降会影响超导电缆的局部温度突变，影响超导电缆的稳定工作状态。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中超导电缆需设置独立回流管道来循环降温工质的缺陷，从而提供一种紧凑式超导电缆及具有其的电缆组件。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种紧凑式超导电缆，包括：
护套，所述护套内设有绝热层；
至少一个导体芯，设置在所述绝热层内部，所述导体芯与所述绝热层之间具有制冷工质通道，所述制冷工质通道内设有隔离部，所述隔离部将所述制冷工质通道分隔成型有用以制冷工质流入的流入通道，及用以制冷工质折返回流的流出通道。
可选地，所述隔离部为套设于所述导体芯外的隔离管，所述流入通道成型于所述隔离管和所述导体芯之间，所述流出通道成型于所述隔离管和所述绝热层之间。
可选地，所述隔离管为波纹管。
可选地，所述导体芯具有相互绞合的若干个，绞合的所述导体芯由扎箍结构紧固。
可选地，所述导体芯具有绞合紧固的三个。
可选地，所述导体芯包括由内向外依次设置的支撑骨架、超导导体层、绝缘层及超导屏蔽层，于所述支撑骨架内布设有至少一根测量光纤。
可选地，所述绝热层包括杜瓦管外管，及套设于所述杜瓦管外管内的杜瓦管内管，所述杜瓦管内管和所述杜瓦管外管之间绕设有多层超级绝热材料，且所述杜瓦管内管和所述杜瓦管外管之间真空。
可选地，所述杜瓦管内管和所述杜瓦管外管由铝合金材料制成。
可选地，所述制冷工质为液氮。
本发明还提供了一种电缆组件，包括上述方案中任一项所述的紧凑式超导电缆，还包括设于紧凑式超导电缆两端的电缆终端，至少一端的所述电缆终端内设有适于对所述制冷工质换热降温的低温恒温器。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的紧凑式超导电缆，在绝热层和导体芯之间设置制冷工质通道，并利用隔离部对制冷工质通道分隔成型为用以制冷工质流入的流入通道，及用以制冷工质折返回流的流出通道。经由上述设置，将独立的回流管路集成于超导电缆内部，有利于超导电缆的紧凑化设计；此外，绝热层上对应的制冷工质通道又可作为一层新的低温冷屏隔离层，以对位于通道内部的导体芯起到冷却作用，从而使制冷工质的温度更加稳定，不易发生因绝热层局部性能退降引起的局部温度突变等故障，提升了超导电缆运行的稳定性。
2.本发明提供的紧凑式超导电缆，隔离部为套设于导体芯外的隔离管，隔离管将通道分为流入和流出通道，采用隔离管的方式便于超导电缆整体装配，而将隔离管采用波纹管的结构具有较好的弯曲柔性，不需要额外的支撑骨架支撑，从而具有较好的使用效果。
3.本发明提供的紧凑式超导电缆，将测量光纤设于导体芯的支撑骨架内部，其相对贴近导体芯主体，从而有利于提升测温光纤的测量精度，减少误差。
4.本发明提供的紧凑式超导电缆中，绝热层包括杜瓦管外管，及套设于杜瓦管外管内的杜瓦管内管，杜瓦管内管和杜瓦管外管之间绕设有多层超级绝热材料，且杜瓦管内管和杜瓦管外管之间真空，经由上述结构设置，可使绝热层具有较好的抑制对流、传导和热辐射的效果，从而有利于保证超导电缆正常工作。
5.本发明提供的电缆组件，由于具有上述方案中任一项所述的紧凑式超导电缆，因此具有上述任一项所述的优点；此外，电缆组件中设置于电缆两端的电缆终端中至少一端设有低温恒温器，有利于对流入通道和流出通道中的制冷工质进行高效率的降温冷却，从而有利于保持超导电缆良好的工作环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的超导电缆的断面剖视图；
图2为本发明所述的超导电缆的制冷工质流通方向示意图；
图3为本发明所述的导体芯的断面剖视图。
附图标记说明：
1、导体芯；2、箍扎；3、绝热层；4、隔离管；5、流入通道；6、流出通道；
101、支撑骨架；102、超导导体层；103、绝缘层；104、超导屏蔽层；
301、杜瓦管内管；302、杜瓦管外管；303、超级绝热材料。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，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的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例涉及一种紧凑式超导电缆，包括护套和至少一个导体芯1，护套内设有绝热层3，导体芯1设置在绝热层3内部，导体芯1与绝热层3之间具有制冷工质通道，制冷工质通道内设有隔离部，隔离部将制冷工质通道分隔成型有用以制冷工质流入的流入通道5，及用以制冷工质折返回流的流出通道6。
基于以上整体结构设计，本发明所述的紧凑式超导电缆的一种具体实施方式如图1所示，超导电缆的护套可采用现有成熟的护套材料，而该导体芯1具有相互绞合设置的若干个，在此优选的，导体芯1具有绞合紧固的三个，三个导体芯1结构相同，并由此组成交流三相导体通路，三个导体芯1按照一定的节距和松紧度在长度方向利用箍扎2绞合，绞合后的导体芯1截面构成“品”字型，从而有利于平衡电抗，并有利于处理低温下的导体芯1冷缩问题。需要说明的是，本实施例中均以绞合的三芯电缆作为说明，在下文中对此不再赘述。
本实施例中，绝热层3包括杜瓦管外管302，及套设于所述杜瓦管外管302内的杜瓦管内管301，所述杜瓦管内管301和所述杜瓦管外管302之间绕设有多层超级绝热材料303，且所述杜瓦管内管301和所述杜瓦管外管302之间真空。在此，杜瓦管内管301和杜瓦管外管302可采用低温下机械性能和导热性能良好的不锈钢、钛合金或铝合金等材料制作，该内管和外管通过挤压成型为波纹结构，从而具有较好的弯曲柔性，并降低受挤压变形的影响。在此，前述的超级绝热材料303可采用现有成熟的绝热材料，其直接缠绕于杜瓦管内管301和杜瓦管外管302之间，采用超级绝热材料303及真空处理的方式可最大限度的抑制对流、热传导和热辐射作用，从而使绝热层3具有良好的绝热保温效果。
作为其中的一种实施方式，如图1和图2所示，本实施例中的隔离部采用套设于导体芯1外的隔离管4，流入通道5成型于隔离管4和导体芯1之间，流出通道6成型于隔离管4和绝热层3之间，制冷工质流入通道5设于隔离管4和导体芯1之间，相对于流出通道6中的制冷工质而言，其自身温度更低，可携带的导体芯1产生热量更多，从而有利于保证低温制冷工质对导体芯1较好的制冷环境。在此优选的，该隔离管4采用波纹管结构，以保证受力挤压后具有较好的弯曲柔性，防止弯曲导致隔离管4断裂。而前述的制冷工质优选的采用现有成熟的液体氮气材料，本实施例中对此材料不在详细说明。
需要说明的是，本实施例中对前述隔离部的实施方式还可以是：在导体芯1和绝热层3之间周向均匀布置若干制冷工质通道，相邻各制冷工质通道的流向相反；或是将隔离部采用分割层的方式分割绝热层3和导体芯1之间的工质通道，只要保证在此空间内具有流入和折返流出的双向通道即可。
如图3所示，前述的导体芯1包括由内向外依次设置的支撑骨架101、超导导体层102、绝缘层103及超导屏蔽层104，于所述支撑骨架101内布设有至少一根测量光纤。在此，该支撑骨架101作为电缆芯的支撑机构，其可采用不锈钢或其他材质支撑的波纹管结构，也可采用螺旋弹簧、铜丝束等构型，测温光纤设于该支撑骨架101内部，其相对贴近导体芯1主体，从而有利于提升测温光纤的测量精度，减少误差。在此，测量光纤优选的采用现有成熟的可以测量超导电缆沿线的温度、应力等物理量的光纤。
实施例2
本实施例涉及一种电缆组件，包括如实施例一中的紧凑式超导电缆，还包括设于紧凑式超导电缆两端的电缆终端，电缆终端内设有适于对制冷工质换热降温的低温恒温器。
在此，作为一种优选的实施方式，该低温恒温器设于超导电缆的端部折返处位置，以对回流的携带热量的工质降温换热，而采用在两端分别设置低温恒温器的方式，有利于对流入通道和流出通道中的制冷工质进行高效率的降温冷却，从而有利于保持超导电缆良好的工作环境。而该低温恒温器可采用现有成熟的低温制冷设备，本实施例中对此不再仔细说明。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
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