[发明专利]一种适用于液氮温区的高温超导电缆导体结构

说明书

本发明公开了一种适用于液氮温区的高温超导电缆导体结构，包括高温超导带材，高温超导带材外包绕一层铜导线，构成铜导线层；铜导线层外包覆内、外电工铝包覆件；外电工铝包覆件外设置电工铝辅助套管，将高温超导带材、铜导线层，内、外电工铝包覆件套入。本发明在保证大电流稳定运行、磁体的冷却效果和产生高强的稳态均匀磁场梯度的前提下，实现液氮以上温区大电流的稳定传输和复杂超导磁体线圈结构的顺利成型。同时，其特殊的结构特点可以有效保证高温导体在失超等故障下电流的安全泄放。

技术领域

本发明属于电线电缆领域，具体涉及一种适用于液氮温区的高温超导电缆导体结构。

背景技术

高温超导体通常是指在液氮温度（ 77 K）以上超导的材料。自从 1911 年海克·卡末林·昂尼斯 (Kamerlingh Onnes) 发现 4 K 汞具有低温超导特性至 1986年柏诺兹和缪勒发现了 35K 超导的鑭钡铜氧体系，超导材料不断发展和取得突破。 1987 年美籍华人吴茂昆等宣布了 90K 钇钡铜氧超导体的发现，第一次实现了液氮温度（ 77 K）这个温度壁垒的突破。柏诺兹和缪勒也因为他们的开创性工作而荣获了 1987 年度诺贝尔物理学奖。相对于液氦温度下（ 4.5 K）运行的低温超导材料（ Nb3Sn、 NbTi 等），高温超导体的运行温度大大提高，不仅可以大大节约能量，而且可以提供更高更稳定的强磁场。同时，从经济角度，高温超导体在减小超导磁体装置尺寸以及提高能量使用效率方面优势明显。然而，目前的聚变试验装置几乎都采用低温超导磁体，要求在液氦温度下运行。高温超导体没有得到大规模的运用，其主要原因之一是其陶瓷型材料结构导致其在导体成型过程中遇到很大困难。在高温超导关键应用领域的发展过程中，导体结构的设计和关键技术发展始终属于核心技术之一。超导磁体装置实际运用的超导导体结构需要同时满足低温冷却、结构强度和失超安全卸载等诸多条件，尽管高温超导材料技术取得了长足的发展和进步（特别是具有使用价值的高温超导带材研发成功），但其在多股带材的导体成型工艺技术领域发展较为滞后。因此，优质的高温超导电缆导体结构的设计，成为下一步高温超导磁体技术得到广泛运用的关键，对于提高未来高温超导技术在诸如高能粒子加速器、热核聚变、航天、高功率脉冲电源（军用）以及医学核磁共振(MRI)等重要科学和技术领域的发展有着重要意义。将高温超导材料应用到磁体结构设计上来，用高温超导材料制作的高温超导磁体能够提供高强的、稳定的磁场。因此，适用于液氮温区的高温超导电缆导体结构设计成为高温超导磁体技术应用发展的关键，对于推进高温超导技术在磁体应用方面的发展有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用于液氮温区的高温超导电缆导体结构，在保证大电流稳定运行、磁体的冷却效果和产生高强的稳态均匀磁场梯度的前提下，实现液氮以上温区大电流的稳定传输和复杂超导磁体线圈结构的顺利成型。同时，其特殊的结构特点可以有效保证高温导体在失超等故障下电流的安全泄放。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种适用于液氮温区的高温超导电缆导体结构，包括高温超导带材，

所述的高温超导带材外包绕一层铜导线，构成铜导线层；

所述的铜导线层外包覆内、外电工铝包覆件；

所述的外电工铝包覆件外设置电工铝辅助套管，将高温超导带材、铜导线层，内、外电工铝包覆件套入。

进一步，所述的高温超导带材在导体内部为多层堆叠而成。

进一步，所述的电工铝辅助套管设置成内圆外方结构，有利于磁体线圈的成型。

本发明主要实现液氮温区大电流稳定传输的高温超导电缆导体结构，可以同时满足高温超导电缆导体的低温冷却、结构强度和失超保护等诸多条件；其中高温超导带材外的铜导线绕包层可以实现在失超等故障情况下的电流安全泄放；内外电工铝包覆件可以避免高温超导材料成型过程中应力应变导致的性能衰减；冷媒通道能够保障高温超导电缆导体的冷却；本发明对于推进高温超导技术在磁体应用方面的发展有着重要的意义。