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宝胜电缆:超导电缆结构_超导电缆的导体结构

更新时间:2019-06-16

超导电缆的导体结构是怎么样的?

答:导体是电缆本体的核心部分,超导电缆的导体结构与常规电缆有较大的差别。常规铜芯或铝芯电缆的导体一般是由多股较细的铜线或铝线绞合而成。使用多股较细的铜线或铝线而不是较粗的单根铜棒或铝棒,不仅是为了提高电缆的柔性,便于运输和铺设,更重要的是为了减少电缆导体交流输电时的涡流损耗。绞合的目的是减低导体交流输电时的趋肤效应,使电流较均匀地分布在各根导线上。低温超导电缆导体的绕制形式与常规电缆相似,也是由多股线绞制而成。不同的是低温超导导线(一般是合金态的多股超导芯线和铜线按一定比例和套装结构组成的复合材料)比通常用来制造电缆的铜线或铝线更细,结构更复杂。
第2章已经介绍了目前可以工业化使用的高温超导导线是扁带形状的复合材料,制作超导电缆使用较多的是铋系超导带材。这种材料是由纯度较高的银作为包套,铋系氧化物超导体作为内芯的多股复合材料。由于高温超导体是一种陶瓷材料(金属氧化物),延展性差,所以在制作电缆导体时不能够像铜、铝等常规金属导线那样扭绞,而是要一层一层地螺旋绕制。另一种目前已经开始使用的第二代高温超导带材——稀土系涂层导体,同样因为超导体是陶瓷材料也经不起扭绞,用其制作电缆导体时也需要采取与铋系超导带材类似的工艺方法。
一般来讲,制作高温超导电缆导体的工艺是将超导带材螺旋状分层均匀缠绕在支撑管上,如图3-1所示。为了使超导电缆也具有一定的柔性,支撑管一般使用金属波纹管(最常用的材料是不锈钢波纹管)或类似常规电缆导体的铜线束。如果使用波纹管作为支撑管,管内中空部分还可以用作液氮流动的通道。
采用高温超导带材绕制的电缆导体结构示意图
电缆导体的设计是与用来制作导体的导线的性质密切相关的。目前可以批量采购的标准高温超导导线是厚0.2~0.25mm、宽4.0~4.5mm的带材。厂家给出的与制作电缆相关的超导带材性能参数主要包括超导临界转变温度T.,无外磁场(常称为自场)时在液氮沸点温度(约77K)时的临界电流值I。、带材的抗拉强度、带材允许的最小弯曲半径、带材的截面尺寸、单根带材的长度及带材的电气绝缘性质等。尽管铋系超导带材的7.为105~110K,稀土系超导带材的7为90~93K,但是一般高温超导电缆设计的工作温度都在液氮温区,即65~78K。这是因为高温超导电缆运行时通常是用液氮作为冷却介质的。与铜、铝线比起来,目前可以使用的超导带材的抗拉强度都较弱,一般在80~200MPa之间,而且不宜过度地弯曲,所以超导电缆导体绕制时对张力和弯曲度都需要较精确地控制。

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