[發明專利]一種絕緣絕熱一體的超導電纜

無效

• 申請號: 200710065118.2
• 申請日: 2007-04-04
• 公開（公告）號: CN101281807A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 任安林;席海霞;陳志莉;李歡歡
• 申請（專利權）人: 北京云電英納超導電纜有限公司
• 主分類號: H01B12/14
• 分類號: H01B12/14;H01B12/16
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司
• 代理人: 朱麗華

技術領域

本發明屬于超導電纜的電力工程應用技術領域，尤其涉及一種絕緣絕熱一體的超導電纜。

背景技術

高溫超導電纜技術的發展已有十余年的歷史。與常規電纜相比，超導電纜具有損耗低、容量大、體積小和無污染等幾個方面的優勢。超導電纜的運行條件與常規電纜有很大的差異，超導導體需要低溫的運行條件(目前為液氮溫區，約-196℃)。因此超導電纜除需要絕緣層外，還需要維持低溫的絕熱層。

高溫超導電纜的基本結構與常規電纜有很大的差異，一般從內到外依次為：

(1)內支撐管-通常為罩有密致金屬網的金屬波紋管，做為超導帶材排繞的基準支撐物，同時用做液氮冷卻循環管道；

(2)電纜導體-鉍系高溫超導帶材繞制而成，一般為多層；

(3)熱絕緣層-通常由同軸雙層金屬波紋管套制，兩層波紋管間抽真空并嵌有多層防輻射金屬箔，其功能是使電纜超導導體與外部環境實現熱絕緣，保證超導導體安全運行的低溫環境；

(4)電絕緣層-電絕緣層置于熱絕緣層外面的，因其處于環境溫度下，故習慣上被稱為常溫絕緣超導電纜(或熱絕緣超導電纜)，常溫絕緣超導電纜的電絕緣層由常規電纜絕緣材料制作。電絕緣層置于熱絕緣層里面的，在電纜處于運行狀態時處于低溫環境，故被稱為冷絕緣超導電纜，這類電纜的電絕緣層需要用適合于低溫環境的電氣絕緣材料制造。

(5)電纜屏蔽層和護層-電纜屏蔽層和護層的功能與常規電力電纜類似，即電磁屏蔽，短路保護及物理、化學、環境防護等。

圖3所示的是一種現今有代表性的熱絕緣超導電纜結構，包括：former管(骨架)19、多層線材(層間由電絕緣薄膜隔開)18、液氮通道17、低溫保持器(真空+多層絕緣)16、半導體層15、主絕緣層14、金屬屏蔽層13、防水內襯層12及外護層11。圖4所示的是一種有代表性的冷絕緣超導電纜結構，絕緣層位于低溫液氮環境中。目前，這些結構的超導電纜普遍采用金屬的恒溫器，其內部抽高真空以達到絕熱保溫的目的，另外再加上一層絕緣層，因此其成本較高，高真空的形成和運行維護的成本也較高，且可靠性較低。如現在運行的超導電纜，其絕熱層偶爾會有真空泄漏導致真空度降低的故障，另外還需要每隔1年左右就定期停運抽真空維護一次。

目前，世界上已經投入電網運行的超導電纜有四組，分別是丹麥NKT公司、美國Southwire公司和北京云電英納超導電纜有限公司、美國SuperPower公司制造生產。這四組電纜均為三相交流電力傳輸用電纜，均采用單獨的抽真空絕熱層和絕緣層，成本較高。

由于目前超導電纜的造價還很高，超導電纜輸電線路的初投資規模巨大，加上超導電纜的工業化生產能力還不高，所以超導電纜的大規模應用還需十年或更長的時間。但在下面幾個方面超導電纜有可能很快顯示出優勢，并在近期得到應用：

1、城市密集居住區，摩天大廈，常規電纜容量不夠，沒有更大電纜的空間；

2、金屬冶煉設備等大電流、短距離、小空間的應用中；

3、電站和變電站內大電流傳輸母線；

4、電力需求迅猛發展的大城市，要求的供電容量不斷擴大，由于城市的擁擠和開挖成本高昂，無法擴大電纜鋪設范圍，借助超導電纜，可以在原有的管道內更換，使供電容量提高3-5倍。

超導電纜的特性和結構決定了其應用于大電流或長距離大容量電力傳輸時，經濟效益將最為明顯。相對于損耗較高的傳統的大電流母線，設計更為實用、造價較低、維護簡易的超導電纜應用于短距離的大電流傳輸時，將能在近期體現出更明顯的經濟效益。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡單實用、低成本、高可靠性的絕緣絕熱一體的超導電纜，其能更為靈活方便地實現與現場設備的連接。

為實現上述目的，本發明采取以下設計方案：

一種絕緣絕熱一體的超導電纜，包括電纜外殼、內管，電纜外殼和內管間帶有夾層，內管內為低溫冷卻劑通道及裝載的超導導體，所述的電纜外殼和內管上均設有波紋伸縮段；電纜外殼和內管間的夾層為絕緣絕熱層，且置有至少一組夾層絕緣子。

所述的電纜外殼和內管間構成的絕緣絕熱層為抽真空夾層或填充輕質泡沫、粉狀絕緣絕熱材料層。

本發明絕緣絕熱一體的超導電纜主要應用于大電流傳輸。

本發明的優點是：

1、本發明絕緣絕熱層一體化的超導電纜通過在絕熱層設計絕緣支持和絕緣密封結構，在外殼和內管上設計波紋伸縮結構，使超導電纜結構大大簡化。

2、將絕緣支持結構設計在電纜外殼和內管之間，使得本發明絕緣絕熱層一體化的超導電纜抗損能力加強，使用更為可靠。

3、由于結構的簡化，使得制造和運行維護成本大幅降低。