一种光电复合超导电缆结构的制作方法

本发明涉及超导传输领域，特别是涉及一种光电复合超导电缆结构。

背景技术：

超导电缆采用超导材料传输电流，其稳态传输电阻接近于零，因此在低电压下也具有较强的输电能力。但是，超导电缆中的超导通电导体必须工作于一定温度下，通常采用液氮进行冷却，工作温度区间为75k以下。但与此同时，由于超导电缆的低温管道存在热损耗，将会导致低温管道内部的液氮温度随着传输距离的增加而不断升高。如何对低温管道内部液氮的温度分布情况进行实时监测，以获得超导电缆的工作状态，就成为超导电缆运行维护的重要内容。但是，目前一般仅对超导电缆进液口和出液口的温度进行测量，低温管道中间的状态并不清楚。

在现有的一些技术方案中，其超导电缆结构，其主体结构包含框架、平整层、超导体层、内半导层、绝缘层、外半导层、超导屏蔽层、屏蔽保护层和绝缘保护层等。该结构的超导电缆能够以低材料成本抑制介电损耗。且在现有的光电复合电缆中不能很方便且经济地实现测温以及通信功能。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种光电复合超导电缆，通过在常规超导电缆的通电导体中加入光缆单元，可以在超导电缆中同时方便且经济地实现温度测量和光纤通信功能。

为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种光电复合超导电缆结构，其包括低温管道，以及设置于低温管道中的超导通电导体，所述低温管道与所述超导通电导体之间形成液氮通道，在所述超导通电导体中内嵌有光缆单元，其中：

所述超导通电导体从内至外依次设置有管形的骨架、超导层、绝缘层以及保护层，所述光缆单元设置于所述绝缘层和保护层之间；

所述低温管道为高真空绝热管道，其包含有外管、至少一个内管，在所述外管与每一内管之间形成真空夹层。

其中，所述骨架采用软铜、铝导体或不锈钢波纹管制作；所述超导层采用多条高温超导带材分层缠绕而成，所述高温超导带材采用bi2223或ybco高温超导带材；所述绝缘层采用pplp纸进行缠绕形成；所述保护层为无纺布材料缠绕而成。

其中，所述光缆单元为一根柔性非金属管道组件，其包含有并排设置的测温光纤和通信光纤。

其中，所述测温光纤为低温测温光纤，所述通信光纤为低温通信光纤，所述柔性非金属管道为聚四氟乙烯管。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明的实施例中，本发明通过在常规超导电缆的通电导体中加入光缆单元，同时实现温度测量和光纤通信功能；一方面解决了超导电缆内部低温液体温度分布测量的问题，另一方面也为超导电缆系统的通信提供了路径。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1本发明提供的一种光电复合超导电缆结构的一个实施例的示意图；

图2是图1中超导通电导体的结构示意图，图中：

图3是图2中的局部a的放大示意图；

图4是图1中低温管道的结构示意图。

其中，各部件的标号如下：超导通电导体1、光缆单元2、低温管道3、超导通电导体1的骨架11、超导通电导体1的超导层12、超导通电导体1的绝缘层13、超导通电导体1的保护层14、光缆单元2的测温光纤21、光缆单元2的通信光纤22、光缆单元2的柔性管道23；低温管道3的内管31、低温管道3的真空夹层32、低温管道3的外管33。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，示出了本发明提供的一种光电复合超导电缆结构的一个实施例的结构示意图；一并结合图2至图4所示。在本实施例中，所述光电复合超导电缆结构，其包括低温管道3，以及设置于低温管道中的超导通电导体1，所述低温管道3与所述超导通电导体1之间形成液氮通道4，在所述超导通电导体1中内嵌有光缆单元2。

所述的超导通电导体1与常规超导电缆相同，放置于低温管道3中央，用于传输电流；所述的光缆单元2为一根柔性非金属管道组件，内部包含1根测温光纤和1根通信光纤，光缆单元2贴合在超导通电导体1表面；所述的低温管道3为高真空绝热管道，内部空间形成液氮通道4充满低温介质（如液氮），用于为超导通电导体1提供低温运行环境。

更加具体地，所述超导通电导体1从内至外依次设置有管形的骨架11、超导层12、绝缘层13以及保护层14，其具体结构因交流或直流、电压等级差异等而有所不同，为本领域专业技术人员的公知常识。其中，所述的骨架11一般采用软铜或铝导体、不锈钢波纹管等制作，用于为外部各层的缠绕提供基础，也可以作为故障条件下的电流传输通道；所述的超导层12用于稳态条件下传输电流，目前使用较多的材料为bi2223和ybco高温超导带材，由多根超导带材分层缠绕在骨架11上实现，若传输总电流为i，单根超导带材的传输电流为i0，则所需高温超导带材的数量为i/i0；所述的绝缘层13用于实现超导层12与外部低温管道3间的绝缘，因为超导层12处于高电位，而低温管道3处于“地”电位，一般采用低温下的绝缘材料缠绕制作，目前较多采用pplp纸进行缠绕绝缘，缠绕的厚度需要根据电压等级进行设计，为本领域专业技术人员的公知常识；所述的保护层14用于防止施工过程对绝缘层13造成损伤，一般采用无纺布等材料缠绕，可以根据需要半叠包缠绕1-2层。

本实施例中，所述的超导通电导体1为单相结构，超导通电导体1的骨架11采用不锈钢波纹管制作，超导层12的传输电流为2ka，单根超导带材载流为100a，则共使用20根超导带材缠绕1层；超导层12的电压为10kv，计算得绝缘层13厚度为1mm，绝缘层13外面包覆无纺布，形成保护层。

所述光缆单元2设置于所述绝缘层13和保护层14之间；所述的光缆单元2用于测温和通信，贴合在超导通电导体1绝缘层13的外侧，通过通电导体1保护层14缠绕固定。所述的光缆单元2包含并排设置的1根测温光纤21和1根通信光纤22，二者放置于一根柔性管道23中。所述的测温光纤21为低温测温光纤，光纤测温是目前使用较为广泛的测温方法，其因无金属部件，特别适用于高电压场合，本发明的光纤测温方法与常规测试相同，唯一的区别在于必须使用低温（-200℃温区）测温光纤21；所述的通信光纤22用于通信，光纤通信是目前广泛使用的通信方法，因其内部无金属部件，特别适用于高电压场合，本发明的光纤通信方法与常规光纤通信相同，唯一的区别在于必须使用低温（-200℃温区）通信光纤22；所述的柔性管道23用于保护光纤，需要使用在低温下可用的非金属材料制作，目前使用较多的材料为聚四氟乙烯管，柔性管道23尺寸以能够放置下测温光纤21和通信光纤22即可，不宜过大。光缆单元2的固定需与超导通电导体1的制作保护层14缠绕同步实施，即先将光缆单元2贴合在超导通电导体1绝缘层13的外侧，然后采用无纺布等材料缠绕制作超导通电导体1的保护层14，同步实现对绝缘层13和光缆单元2的固定。

本实施例中，测温光纤21采用光纤光栅实现，可测量温度范围为-200℃~150℃，通信光纤22为低温通信光纤。测温光纤21和通信光纤22同时安装于一根0.5mm直径的聚四氟乙烯管内。

如图4所示，所述的低温管道3用于为超导通电导体1提供低温运行环境，内部充填有低温液体（液氮），一般采用高真空绝热管道。高真空绝热管道包含内管31、外管33两部分，二者之间为高真空夹层32，该结构的管道是本领域专业技术人员的公知常识。使用时将制作的超导通电导体1放置于低温管道3内部即可。

本实施例中，所述的低温管道3内径为50mm，采用不锈钢材料制作，真空夹层32厚度为10mm，真空度达到10-3pa。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明的实施例中，本发明通过在常规超导电缆的通电导体中加入光缆单元，同时实现温度测量和光纤通信功能；一方面解决了超导电缆内部低温液体温度分布测量的问题，另一方面也为超导电缆系统的通信提供了路径。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。