[发明专利]一种绝缘绝热一体的超导电缆

说明书

技术领域

本发明属于超导电缆的电力工程应用技术领域，尤其涉及一种绝缘绝热一体的超导电缆。

背景技术

高温超导电缆技术的发展已有十余年的历史。与常规电缆相比，超导电缆具有损耗低、容量大、体积小和无污染等几个方面的优势。超导电缆的运行条件与常规电缆有很大的差异，超导导体需要低温的运行条件(目前为液氮温区，约-196℃)。因此超导电缆除需要绝缘层外，还需要维持低温的绝热层。

高温超导电缆的基本结构与常规电缆有很大的差异，一般从内到外依次为：

(1)内支撑管-通常为罩有密致金属网的金属波纹管，做为超导带材排绕的基准支撑物，同时用做液氮冷却循环管道；

(2)电缆导体-铋系高温超导带材绕制而成，一般为多层；

(3)热绝缘层-通常由同轴双层金属波纹管套制，两层波纹管间抽真空并嵌有多层防辐射金属箔，其功能是使电缆超导导体与外部环境实现热绝缘，保证超导导体安全运行的低温环境；

(4)电绝缘层-电绝缘层置于热绝缘层外面的，因其处于环境温度下，故习惯上被称为常温绝缘超导电缆(或热绝缘超导电缆)，常温绝缘超导电缆的电绝缘层由常规电缆绝缘材料制作。电绝缘层置于热绝缘层里面的，在电缆处于运行状态时处于低温环境，故被称为冷绝缘超导电缆，这类电缆的电绝缘层需要用适合于低温环境的电气绝缘材料制造。

(5)电缆屏蔽层和护层-电缆屏蔽层和护层的功能与常规电力电缆类似，即电磁屏蔽，短路保护及物理、化学、环境防护等。

图3所示的是一种现今有代表性的热绝缘超导电缆结构，包括：former管(骨架)19、多层线材(层间由电绝缘薄膜隔开)18、液氮通道17、低温保持器(真空+多层绝缘)16、半导体层15、主绝缘层14、金属屏蔽层13、防水内衬层12及外护层11。图4所示的是一种有代表性的冷绝缘超导电缆结构，绝缘层位于低温液氮环境中。目前，这些结构的超导电缆普遍采用金属的恒温器，其内部抽高真空以达到绝热保温的目的，另外再加上一层绝缘层，因此其成本较高，高真空的形成和运行维护的成本也较高，且可靠性较低。如现在运行的超导电缆，其绝热层偶尔会有真空泄漏导致真空度降低的故障，另外还需要每隔1年左右就定期停运抽真空维护一次。

目前，世界上已经投入电网运行的超导电缆有四组，分别是丹麦NKT公司、美国Southwire公司和北京云电英纳超导电缆有限公司、美国SuperPower公司制造生产。这四组电缆均为三相交流电力传输用电缆，均采用单独的抽真空绝热层和绝缘层，成本较高。

由于目前超导电缆的造价还很高，超导电缆输电线路的初投资规模巨大，加上超导电缆的工业化生产能力还不高，所以超导电缆的大规模应用还需十年或更长的时间。但在下面几个方面超导电缆有可能很快显示出优势，并在近期得到应用：

1、城市密集居住区，摩天大厦，常规电缆容量不够，没有更大电缆的空间；

2、金属冶炼设备等大电流、短距离、小空间的应用中；

3、电站和变电站内大电流传输母线；

4、电力需求迅猛发展的大城市，要求的供电容量不断扩大，由于城市的拥挤和开挖成本高昂，无法扩大电缆铺设范围，借助超导电缆，可以在原有的管道内更换，使供电容量提高3-5倍。

超导电缆的特性和结构决定了其应用于大电流或长距离大容量电力传输时，经济效益将最为明显。相对于损耗较高的传统的大电流母线，设计更为实用、造价较低、维护简易的超导电缆应用于短距离的大电流传输时，将能在近期体现出更明显的经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单实用、低成本、高可靠性的绝缘绝热一体的超导电缆，其能更为灵活方便地实现与现场设备的连接。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种绝缘绝热一体的超导电缆，包括电缆外壳、内管，电缆外壳和内管间带有夹层，内管内为低温冷却剂通道及装载的超导导体，所述的电缆外壳和内管上均设有波纹伸缩段；电缆外壳和内管间的夹层为绝缘绝热层，且置有至少一组夹层绝缘子。

所述的电缆外壳和内管间构成的绝缘绝热层为抽真空夹层或填充轻质泡沫、粉状绝缘绝热材料层。

本发明绝缘绝热一体的超导电缆主要应用于大电流传输。

本发明的优点是：

1、本发明绝缘绝热层一体化的超导电缆通过在绝热层设计绝缘支持和绝缘密封结构，在外壳和内管上设计波纹伸缩结构，使超导电缆结构大大简化。

2、将绝缘支持结构设计在电缆外壳和内管之间，使得本发明绝缘绝热层一体化的超导电缆抗损能力加强，使用更为可靠。

3、由于结构的简化，使得制造和运行维护成本大幅降低。