[發明專利]一種太空環境下的超導電纜

有效

• 申請號: 201711368703.X
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108172333B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 楊勇;李曉航;趙博洋
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01B12/02
• 分類號: H01B12/02;H01B12/12;H01B12/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種太空環境下的超導電纜，包括最內層柔性金屬中心管，柔性金屬中心管外包覆有內層絕緣襯套，內層絕緣襯套上包覆外層絕緣襯套，內層絕緣襯套和外層絕緣襯套之間設有內層導體，外層絕緣襯套外包覆有外層導體，外層導體外依次繞包絕緣膜和導冷銅帶；內層絕緣襯套和外層絕緣襯套兩端設有匯流環，匯流環內套有氣液接頭，氣液接頭連接在柔性金屬中心管上。采用本發明超導電纜可以應用于空間太陽能電站中太陽能電池組與微波發射器之間的電能傳輸，節省了火箭發射成本和能量損耗，同時拓寬了超導電纜的應用領域。

技術領域

本發明涉及超導電纜設計技術領域，具體涉及太空特殊環境下超導電纜的設計領域。

背景技術

空間太陽能電站系統(SSPS)中，GW級的電能需要從太陽能電池組傳輸到微波發射器，如果采用傳統電纜，為了減少傳輸過程中的熱損耗則必須使用龐大的升降壓裝置。首先需要將太陽能電池組輸出的電能升壓到100kV以上，減小電纜的傳輸電流，從而減小傳輸過程中的電能損耗；其次，電能傳輸到微波發射裝置端時，需要將電纜傳輸的電能降壓到微波發射設備適合的低電壓。由于超導電纜具有直流無阻和交流低損耗特性，而SSPS太陽能電池組產生的電流是純直流，故適合采用超導直流電纜低電壓強電流傳輸電能到微波發射裝置，不需要龐大的升降壓設備。降低了SSPS系統的重量，節省了火箭發射成本。

由于太空環境屬于無人職守環境，低溫液體浸泡冷卻超導電纜的方式不再適用，所以采用制冷機冷卻是超導電纜在太空環境中應用的有效手段之一，不同的冷卻方式將導致電纜結構的不同。此外，太空環境是真空絕熱環境，故使用制冷機冷卻超導電纜將采用輻射制冷或加銅板傳導冷卻方式。

目前，超導電纜在太空環境下應用的研究處于初級階段，各項技術均不完善。

發明內容

本發明的目的在于提供一種太空環境下的超導電纜，由于太空環境下超導電纜的運行不適合低溫液體浸泡冷卻，故將采用輻射制冷或加銅板傳導冷卻，故太空環境下的超導電纜與地面環境下低溫液體浸泡冷卻的超導電纜不同。采用本發明超導電纜可以應用于空間太陽能電站中太陽能電池組與微波發射器之間的電能傳輸，節省了火箭發射成本和能量損耗，同時拓寬了超導電纜的應用領域。

本發明為實現上述技術目的采用的技術解決方案是：

一種太空環境下的超導電纜，包括最內層柔性金屬中心管，柔性金屬中心管外包覆有內層絕緣襯套，內層絕緣襯套上包覆外層絕緣襯套，所述內層絕緣襯套和外層絕緣襯套之間設有內層導體，外層絕緣襯套外包覆有外層導體，外層導體外依次繞包絕緣膜和導冷銅帶；所述內層絕緣襯套和外層絕緣襯套上連接有匯流環，匯流環內套有氣液接頭，氣液接頭連接在所述柔性金屬中心管上。

優選的，所述內層絕緣襯套外兩側布置有用于墊平匯流環的支撐材料，匯流環上引出有電流引線，匯流環內側焊接電壓引線。

優選的，所述電流引線為軟銅帶或硬銅排；所述電壓引線連接在匯流環內側所設的電壓引線接頭上。

優選的，所述內層導體和外層導體均為超導線或超導帶材，所述超導線或超導帶材焊接在匯流環內側。

優選的，在所述內層絕緣襯套和外層絕緣襯套上開設有螺旋槽，在螺旋槽內并按螺旋線形排布超導線或超導帶材。

優選的，在內層絕緣襯套和外層絕緣襯套上開設的螺旋槽的螺旋角相近，排列方向相反，抵消彼此通過電流產生的磁場。

優選的，設在所述螺旋槽中的內層導體或外層導體至少有兩層，則螺旋槽的擋墻寬度w滿足下式條件：

式中，D為金屬中心管加絕緣襯套后的直徑或內層導體上包覆絕緣襯套后的直徑，n為多層導體中靠內側的超導線或超導帶材的根數，b為超導線或超導帶材的寬度。

優選的，設在所述螺旋槽中的內層導體或外層導體至少有兩層，則螺旋槽的擋墻高度H滿足下式條件：