一种基于Q-IS的各向同性导体螺旋股线的管内电缆导体

本发明属于超导电工，尤其涉及一种基于q-is各向同性超导股线的管内电缆导体，可以有效提高超导电缆的机械稳定性和临界电流密度。

背景技术：

1、由于单根rebco超导带材载流能力有限，所以多根并联使用成为必然。rebco带材的带状结构具有很高的宽纵比，但是各向异性的临界电流导致低温超导技术在高温超导电缆中的应用很难实现。为了解决这些技术难题，近些年几种基于第二代高温超导带材的超导导体结构被相继提出，如raac、tstc、corc、hts-croco以及q-is等。第二代高温超导导体不仅可以实现高温低场的电力传输，而且可以在低温高场下用于绕制大型超导磁体。为了实现上述功能，需要以这些导体为基本单元制作成载流更大的管内电缆(cable-in-conduit conductor，cicc)。除此之外，也可将其制成换位大载流导体rutherford电缆，优点是在运行中减小导体产生的交流损耗。以往cicc导体多由低温超导体铌三锡、铌钛制作而成，具有临界电流密度低、临界磁场小、运行温度低、机械性能差等缺点，难以满足更大电流、更稳定的大电流超导电缆的需求。

技术实现思路

1、针对上述技术背景中低温超导体制作的管内电缆导体存在的问题，本发明提出一种基于q-is各向同性超导股线缠绕弯曲的管内电缆导体。本文所述的管内电缆导体的截面为圆形，由不锈钢金属护套、六根q-is超导股线、中心冷却通道组成，所述q-is各向同性超导股线共六根，以中心管道的中轴线为基准，围绕着中心冷却通道管道旋转缠绕包裹一周，每根q-is股线之间平行排列，q-is股线外部包裹一层铜护套，缠绕完成之后，所有q-is各向同性超导股线外围再加装一层金属护套，q-is之间实现完全换位，每根q-is之间、q-is跟冷却通道之间、冷却通道内部通入液氮。

2、所述q-is各向同性超导股线的截面为圆形，由铜护套、填充材料铝和rebco超导芯组成，将堆叠好的超导芯沿着冷却管道的中心轴线旋转完成之后，再安装填充材料和包覆层。

3、所述q-is各向同性超导线芯为正方形形状，由四个小正方形组成，每个小正方形内部由5根rebco各向同性超导带材堆叠而成，这四个小正方形规则排列，按照四个象限分布，第一象限跟第三象限的带材水平堆叠，第二象限跟第四象限的带材竖直堆叠。

4、所述外包裹层14由不锈钢焊接而成，为圆环结构，中间部分放置六根q-is各向同性超导股线和冷却通道，尺寸恰好吻合。

5、所述中心管道为冷却通道，中空，制作材料为不锈钢。

6、本发明的优点在于：

7、本发明提出一种基于q-is各向同性超导股线的缠绕式的管内电缆导体，能够有效的提高机械稳定性和增大运行临界电流密度，易于弯曲，抗扭绞能力强，拓展了超导股线在核聚变大型超导磁体线圈等高能物理装置中的应用。

技术特征：

1.一种基于各向同性超导股线的管内电缆导体,管内电缆导体的截面为圆形,由金属护套、各向同性超导股线,中心导体和冷却通道组成,6根q-is各向同性超导股线围绕着冷却通道进行螺旋缠绕完成换位,在缠绕完成的多根各向同性超导股线的外围加装圆柱形金属护套，金属护套与中心导体之间的空隙以及中心导体中间的空隙形成冷却通道,作为冷却介质的流通通道。

2.根据权利要求所述的一种基于各向同性超导股线的管内电缆导体,其特征在于,所述各向同性超导股线的截面为圆形,由包覆层、填充材料和q-is组成,将堆叠好的超导线芯沿着中心轴线扭转后,然后再加装填充铝填充层和不锈钢包覆层。

3.根据权利要求所述的一种基于各向同性超导股线的管内电缆导体,其特征在于,所述超导线芯的截面为正方形,由20根rebco各向同性超导股线拼接而成，分成4个小正方形，每个小正方形内由5根超导股线堆叠，然后按中心对称旋转，右上方和左下方的带材水平排列，右下方和左上方竖直排列，从而得到一个q-is各向同性超导股线。

4.根据权利要求所述的一种基于各向同性超导股线的管内电缆导体,其特征在于,所述金属护套的外表面为圆环结构,由两个相同的半圆护套焊接而成,中间掏空部分的尺寸形状与排列好的各向同性超导股线的尺寸相吻合,金属护套的制作材料可以选用铜、铝、不锈钢。

技术总结
本发明属于超导电工技术领域，涉及一种基于QIS各向同性超导股线的管内电缆导体。当前低温超导导体制作的管内电缆导体临界电流密度低、运行的工况差、运行温度低且范围较小，击穿磁场强度小、弯曲特性差、机械性能不佳等特点，本发明提出了一种基于QIS各向同性超导股线的管内电缆导体，管内电缆导体由中心导体、REBCO各向同性超导股线构成的QIS超导股线、铜护套、冷却通道和不锈钢外壳构成，6根QIS超导股线作为子股线围绕着中心导体螺旋缠绕，从而实现6根QIS超导股线的完全换位。该管内电缆导体具有临界电流各向同性较好、运行温度较高、适用于大规模生产等优点，电磁性能十分优越，可以在一定程度上减少电力运输中的损耗，增加电力传输容量，进而在电力系统稳定性和电能质量的提升方面发挥一定的作用，拓展QIS各向同性超导股线在核聚变大型超导磁体线圈等高能物理装置中的应用。

技术研发人员：郑砚好,王银顺,沈聿康,李明燕,胡成洋,王嘉诚
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15