[发明专利]一种齿轮啮合状高温超导电缆

说明书

本发明涉及一种齿轮啮合状高温超导电缆。针对当前堆叠或平行放置的带材构成的导体的总临界电流受磁场影响而衰减剧烈且交流损耗较大的情况，且机械特性与热稳定性不佳的缺点，本发明提出一种齿轮啮合状高温超导电缆。此电缆由超导带材、外齿轮骨架、内齿轮骨架、绝缘层（包含外绝缘层与内绝缘层）、冷却通道（包含冷却工质传输通道，冷却工质回送通道）、保温层和金属外包套构成。外齿轮骨架与内齿轮骨架相互啮合。超导带材放置于内外齿轮骨架的轮齿处，实现了交错平行，增大了间隔距离，降低了交流损耗。该超导电缆具有稳定性良好，损耗小，体积小等优点。

技术领域

本发明涉及超导电力技术应用领域，特别是涉及一种高温超导电缆，属于超导电工领域。

背景技术

我国未来的能源建设与规划提供了蓝图。随着我国经济的发展以及相应的电力需求的不断增长，缓解城市供电需求增大与供电走廊不足矛盾，更加绿色的超导输电的应用开始提上日程。超导电缆电缆作为目前超导电力技术领域最有发展前景的超导电力设备，其零电阻特性使其在传输电能时相较于传统电缆来说有着显著的优势，可以实现低电压大电流高电能密度输电。相同的电压等级，超导电缆明显比普通电缆有着更高的电能传输能力与更少的占地面积。而第二代超导带材的制备与应用的日趋成熟也为超导电缆的应用奠定了基础。然而目前的超导电缆大多为带材堆叠放置或者是平行放置缠绕，其不足之处有两点：一是带材过近导致磁场对总临界电流的影响较大，总临界电流衰减较为明显；二是带材过近导致交流损耗较大。

为了更好的解决上述两个常见的超导电缆的不足之处，获得大电流，低损耗，同时兼顾热稳定性以及机械特性的超导电缆，可以采用特殊的齿轮啮合状结构的超导电缆。

发明内容

本发明提出一种齿轮啮合状超导电缆。该发明结构的核心部分在于采用了内齿轮骨架与外齿轮骨架相互啮合的结构，将超导带材放置于内外齿轮骨架的轮齿上。超导带材与超导带材之间实现了交错平行。此种结构使得带材与带材之间的距离间隔拉长，使得磁场对于总临界电流衰减影响降至最低，更加有效的利用超导带材，同时降低了交流损耗。由于未采用多根带材的堆叠结构，使得电缆整体的体积较小，一定程度上可以节约城市输电走廊。冷却通道采用冷却工质传输通道和冷却工质回送通道的双通道设计，提高了冷却工质的利用率，某方面来说使得导体层冷却更佳充分的同时节约了冷却工质，提高了电缆的热稳定性。本发明涉及的齿轮啮合状超导电缆从外到内的结构为：金属外包套、保温层、冷却工质回送通道、外绝缘层、外齿轮骨架、内齿轮骨架、内绝缘层和冷却工质传输通道。

所述的金属外包套可以是铜、铝、不锈钢或其他合金。

所述的保温层可以为酚醛树脂或者岩棉或者其他低导热材料或者真空层。

所述冷却工质传输通道位于所述齿轮啮合状高温超导电缆的最内层，其特征在于横截面为圆形，整体结构为圆管状，材料可以为铜或其他高热导率材料；所述冷却工质回送通道位于保温层和外绝缘层之间，其特征在于整体结构为两个一大一小嵌套的圆筒，两个圆桶之间每隔90°有金属条用以冷却工质回送通道的机械支撑，其材料可为铜或其他高热导率材料。所述的冷却工质可以为液氦或者液氮。

所述的内、外绝缘层可以为聚丙烯层压纸或其他绝缘材料。

所述的内齿轮骨架与外齿轮骨架互相啮合，材料为铜、铝或其他合金。超导带材放置于所述内齿轮骨架与外齿轮骨架的轮齿上，实现交错平行。所述的超导带材为二代REBCO带材，宽度可以为4mm或者其他。