[发明专利]一种结构紧凑型大电流低损耗三相同轴高温超导电缆

说明书

本发明公开了一种结构紧凑型大电流低损耗三相同轴高温超导电缆。该电缆由内到外依次为内冷却通道、铜骨架、传输组、外绝缘层、屏蔽层和外冷却液通道等；其中，传输组包含三相导体层、相间绝缘层、半导体层，其数量大于等于两组，且相邻的两个传输组的三相相序相反。本发明通过同轴绕制多个相序依次相反的三相传输组，解决了传统三相同轴超导电缆的外侧相的超导带材利用率低的问题。此外，相对于单一相序的多传输组同轴超导电缆，本发明通过改变相邻传输组的三相相序，相邻传输组之间的绝缘层可以舍去，进而降低了绝缘层的介质损耗、减小了电缆的尺寸半径、简化了终端电流引线的布置、提高了电缆的经济性、紧凑性、灵活性与可靠性。

技术领域

本发明涉及超导电工技术领域，属于超导电缆应用，尤其是一种结构紧凑型大电流低损耗三相同轴高温超导电缆的设计方法。

背景技术

高温超导电缆相对比于常规的铜电缆有着损耗低、载流量大、结构紧凑等优点，目前在许多重要场合，比如人口密集的市区，超导电缆已经一部分替代了常规电缆。

相对比于屏蔽层与导体层的超导带材数量一致的单相超导电缆而言，高温超导电缆中的三相同轴超导电缆由于在三相电流平衡时对外无磁场影响，最外层的屏蔽层可以采用铜带绕制，节省了大量的超导带材，极大地提高了电缆的经济性以及结构的紧凑性，有着光明的应用场景。

目前常规的三相同轴超导电缆的导体层由内到外依次为A相、B相和C相，随着超导层的层数增加，A相与C相的半径差距越来越大，在保证各层间隙一致的情况下，A、C两相的超导带材数量也相差越来越大，从而导致了C相超导带材的利用率越来越小。此外，常规的三相同轴超导电缆的同一相的各层超导层是彼此绕制在一起的，当层数增多时，由于磁场影响，各层电流分布不均匀，使得交流损耗增加，增加了电缆的运行费用。

对于常规的A-B-C-A-B-C相序绕制的多传输组同轴电缆，其将同一相的各层超导层分解为多个传输组并联，虽然提高了电流分布的均匀性，但是存在着C相的半径比A相大的情况，这将导致每一根超导带材均流与每一层间隙一致无法同时实现。若采取每一根带材均流的方式，三相带材根数相等，C相导体层在电缆最外侧，其间隙明显大于A相，最终使得C相的交流损耗增大；若采取每一层的间隙一致的方式，则C相超导层的带材数量大于A相，在三相电流平衡的前提下无法实现每一根超导带材流过相同幅值的电流，降低了超导带材的利用率与经济性。此外，普通的A-B-C-A-B-C多传输组同轴超导电缆绕制的绝缘层过多，降低了超导电缆的紧凑性以及增加了绝缘层的介质损耗，并同时使终端电流引线的布置变得复杂。

综上可知，目前急需一种新的结构来改善常规三相同轴超导电缆三相等效半径不均匀、外侧相的超导带材的利用率低以及常规多传输组超导电缆的结构紧凑性差、电缆终端电流引线布置复杂等缺点。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提出了一种结构紧凑型大电流低损耗三相同轴高温超导电缆，通过将超导层分解为相邻之间相序相反的多个传输组，使得三相的等效半径与超导带材数量更加均匀。此外，各个传输组之间无磁场影响，提高了超导带材的利用率、减小了交流损耗。最后，相邻传输组的交接处是同相的超导层，无需绕制绝缘层，从而提高了电缆的紧凑性、降低了绝缘层的介质损耗以及简化了电缆终端电流引线的布置。

本发明的功能可以通过以下技术方案来实现：

一种结构紧凑型大电流低损耗三相同轴高温超导电缆，由内到外依次为内冷却液通道、铜骨架、传输组、外绝缘层、屏蔽层、外冷却液通道、低温容器和外护套。

进一步，传输组的数量大于等于2，且每个传输组都包含三相导体层、相间绝缘层、半导体层。