[发明专利]一种超导电缆的电流引线优化方法

说明书

本发明提供一种超导电缆的电流引线优化方法，包括：获取超导电缆运行时的电流引线的通电电流I、最高温度T_H和最低温度T_L；获取多种电流引线材料在所述室温和液氮温度之间的平均洛伦兹常数L_a；根据通电电流I、最高温度T_H、最低温度T_L、平均洛伦兹常数L_a以及优化函数分别计算所述多种电流引线材料的热损耗；根据上述计算的结果，从中选取热损耗最小的电流引线材料用于制作电流引线。本发明方法对电流引线进行优化设计，使得电流引线的欧姆损耗和传热损耗之和最小。

技术领域

本发明涉及超导电缆技术领域，具体涉及一种超导电缆的电流引线优化方法。

背景技术

高温超导电缆系统是采用无阻的、能传输高电流密度的超导材料作为导电体并能传输大电流的一种电力设施，具有体积小、重量轻、损耗低和传输容量大的优点，可以实现低损耗、高效率、大容量输电。高温超导电缆系统将首先应用于短距离传输电力的场合(如发电机到变压器、变电中心到变电站、地下变电站到城市电网端口)及电镀厂、发电厂和变电站等短距离传输大电流的场合，以及大型或超大型城市电力传输的场合。其中超导电缆系统包括通电导体、低温杜瓦管、终端以及制冷系统，其中终端包括低温恒温容器、电流引线和高压绝缘套管，所述电流引线用于将通电导体的三相导体引出。对于10kV交流高温超导电缆而言，其工作在液氮温区(63-77K)，而与之连接的常规母线工作在平均温度300K自然环境温度，巨大的温度差将导致外部的热量沿着导热率极好的电流引线进入到终端内部的低温环境。同时，超导电缆的额定电流为2.3kA，在运行过程中电流引线会产生热损耗。使用热学的傅里叶热传导定律和电学的欧姆定律做简单分析。我们假定电流引线为等截面圆柱体，长度为L，截面面积S，两侧温差ΔT，引线材料的热导率为k，电阻率为ρ。

傅里叶传热定律指出：

而欧姆定律指出：

从欧姆定律和傅里叶定律的影响因素粗略地看，降低欧姆损耗可以通过增大电流引线截面和减小引线长度的方法实现；而降低传热损耗可通过减小截面并增加引线长度的方法实现。选择较大的电流引线截面可以减小通电流时产生的焦耳热，但却会增加热传导所引起的漏热，加长电流引线长度可降低传导热，但却会增加焦耳热。可见，两者的优化条件是矛盾的，不可能同时降低欧姆损耗和传热损耗。

发明内容

本发明旨在提出一种超导电缆的电流引线优化方法，以对电流引线进行优化设计，使得电流引线的欧姆损耗和传热损耗之和最小。

为此，本发明实施例提出一种超导电缆的电流引线优化方法，包括：

获取超导电缆运行时的电流引线的通电电流I、最高温度T_H和最低温度T_L；

获取多种电流引线材料在所述室温和液氮温度之间的平均洛伦兹常数L_a；

根据通电电流I、最高温度T_H、最低温度T_L、平均洛伦兹常数L_a以及优化函数分别计算所述多种电流引线材料的热损耗；

根据上述计算的结果，从中选取热损耗最小的电流引线材料用于制作电流引线。

所述电流引线材料包括高纯铜、无氧铜、电工铜、电解粗铜、黄铜、高纯铝、1100级铝、6063级铝、5052级铝。