超导电缆

摘要

本申请涉及一种超导电缆。超导电缆包括通电导体、低温杜瓦管、第一流速增强层。低温杜瓦管包围形成容纳腔，通电导体设置于容纳腔内，且容纳腔中灌注有液氮。第一流速增强层覆盖通电导体的外表面，用于增加流经通电导体外表面的液氮的流速。在超导电缆中，通过在通电导体外表面包覆第一流速增强层，可以破坏通电导体外表面形成的边界层，从而增加流经通电导体外表面的液氮流速。因此，第一流速增强层的设置可以保证通电导体外表面流经的液氮的速度，从而提高液氮对通电导体的降温效果，保证通电导体的超导性能。

权利要求

1.一种超导电缆，其特征在于，包括：通电导体(10)；

低温杜瓦管(20)，包围形成容纳腔(210)，所述通电导体(10)设置于所述容纳腔(210)内，且所述容纳腔(210)中灌注有液氮；以及第一流速增强层(30)，覆盖所述通电导体(10)的外表面，用于增加流经所述通电导体(10)外表面的液氮的流速，所述第一流速增强层(30)包括多个附着颗粒(310)，所述多个附着颗粒(310)设置于所述通电导体(10)的外表面，用于增强流经所述通电导体(10)外表面的液氮的动力，所述附着颗粒(310)沿所述通电导体(10)的外表面呈螺旋状分布，所述附着颗粒(310)为球形或者圆柱形。

2.根据权利要求1所述的超导电缆，其特征在于，所述通电导体(10)包括电缆骨架(110)和导体层(120)，所述导体层(120)形成于所述电缆骨架(110)远离其轴线的表面；

所述超导电缆还包括第二流速增强层(40)，所述第二流速增强层(40)覆盖所述电缆骨架(110)远离所述导体层(120)的内表面，用于增加流经所述电缆骨架(110)内表面的液氮的流速。

3.根据权利要求2所述的超导电缆，其特征在于，所述通电导体(10)还包括：绝缘层(130)，形成于所述导体层(120)远离所述电缆骨架(110)的表面；以及屏蔽层(140)，夹设于所述绝缘层(130)与所述第一流速增强层(30)之间。

4.根据权利要求2所述的超导电缆，其特征在于，所述电缆骨架(110)为金属波纹管。

5.根据权利要求1所述的超导电缆，其特征在于，所述第一流速增强层(30)还包括贴附层(320)，所述贴附层(320)覆盖所述通电导体(10)的外表面，且所述多个附着颗粒(310)设置于所述贴附层(320)远离所述通电导体(10)的表面。

6.根据权利要求5所述的超导电缆，其特征在于，所述贴附层(320)包括导热薄膜层(321)和黏附层(322)，所述导热薄膜层(321)覆盖所述黏附层(322)，且所述黏附层(322)远离所述导热薄膜层(321)的表面覆盖所述通电导体(10)的外表面。

7.根据权利要求1所述的超导电缆，其特征在于，所述附着颗粒(310)的材料为高分子化合物。

8.根据权利要求1所述的超导电缆，其特征在于，还包括第三流速增强层(50)，覆盖所述低温杜瓦管(20)的内壁，用于增强流经所述低温杜瓦管(20)内表面的液氮的动力。

说明书

超导电缆

技术领域

[0001] 本申请涉及输电技术领域，特别是涉及一种超导电缆。

背景技术

[0002] 在超导电缆中，通常采用低温杜瓦管，并在低温杜瓦管中充入液氮为通电导体进行降温。为了实现较好的降温效果，低温杜瓦管中的液氮需要具有一定的流动性。

[0003] 然而，通电导体紧贴液氮的表面会形成边界层，且位于边界层中的液氮几乎没有流速。因此，通电导体表面的边界层极大影响液氮对通电导体的降温效果，使超导电缆面临
失超风险。

发明内容

[0004] 基于此，有必要针对通电导体表面边界层影响液氮对通电导体的降温效果的问题，提供一种超导电缆。

[0005] 本申请提供一种超导电缆，包括：

[0006] 通电导体；

[0007] 低温杜瓦管，包围形成容纳腔，所述通电导体设置于所述容纳腔内，且所述容纳腔中灌注有液氮；以及

[0008] 第一流速增强层，覆盖所述通电导体的外表面，用于增加流经所述通电导体外表面的液氮的流速。

[0009] 在其中一个实施例中，

[0010] 所述通电导体包括电缆骨架和导体层，所述导体层形成于所述电缆骨架远离其轴线的表面；

[0011] 所述超导电缆还包括第二流速增强层，所述第二流速增强层覆盖所述电缆骨架远离所述导体层的内表面，用于增加流经所述电缆骨架内表面的液氮的流速。

[0012] 在其中一个实施例中，所述通电导体还包括：

[0013] 绝缘层，形成于所述导体层远离所述电缆骨架的表面；以及

[0014] 屏蔽层，夹设于所述绝缘层与所述第一流速增强层之间。

[0015] 在其中一个实施例中，所述电缆骨架为金属波纹管。

[0016] 在其中一个实施例中，所述第一流速增强层包括多个附着颗粒，所述多个附着颗粒设置于所述通电导体的外表面，用于增强流经所述通电导体外表面的液氮的动力。

[0017] 在其中一个实施例中，所述第一流速增强层还包括贴附层，所述贴附层覆盖所述通电导体的外表面，且所述多个附着颗粒设置于所述贴附层远离所述通电导体的表面。

[0018] 在其中一个实施例中，所述贴附层包括导热薄膜层和黏附层，所述导热薄膜层覆盖所述黏附层，且所述黏附层远离所述导热薄膜层的表面覆盖所述通电导体的外表面。

[0019] 在其中一个实施例中，所述附着颗粒为球形或者圆柱形。

[0020] 在其中一个实施例中，所述附着颗粒的材料为高分子化合物。

[0021] 在其中一个实施例中，所述附着颗粒沿所述通电导体的外表面呈螺旋状分布。

[0022] 在其中一个实施例中，所述超导电缆还包括第三流速增强层，覆盖所述低温杜瓦管的内壁，用于增强流经所述低温杜瓦管内表面的液氮的动力。

[0023] 在超导电缆中，通过在通电导体外表面包覆第一流速增强层，可以破坏通电导体外表面形成的边界层，从而增加流经通电导体外表面的液氮流速。因此，第一流速增强层的
设置可以保证流经通电导体外表面的液氮的流速，从而提高液氮对通电导体的降温效果，
保证通电导体的超导性能。

附图说明

[0024] 图1为本申请实施例提供的一种超导电缆剖面结构示意图；

[0025] 图2为本申请实施例提供的另一种超导电缆剖面结构示意图；

[0026] 图3为本申请实施例提供的一种第一流速增强层表面结构示意图；

[0027] 图4为本申请实施例提供的一种第一流速增强层剖面结构示意图。

[0028] 附图标号说明

[0029] 100   超导电缆

[0030] 10    通电导体

[0031] 110   电缆骨架

[0032] 120   导体层

[0033] 130   绝缘层

[0034] 140   屏蔽层

[0035] 20    低温杜瓦管

[0036] 210   容纳腔

[0037] 30    第一流速增强层

[0038] 310   附着颗粒

[0039] 320   贴附层

[0040] 321   导热薄膜层

[0041] 322   黏附层

[0042] 40    第二流速增强层

[0043] 50    第三流速增强层

具体实施方式

[0044] 为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申
请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不
违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

[0045] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接
到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

[0046] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具
体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相
关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0047] 请参见图1，本申请提供一种超导电缆100。超导电缆100包括通电导体10、低温杜瓦管20、第一流速增强层30。低温杜瓦管20包围形成容纳腔210，通电导体10设置于容纳腔
210内，且容纳腔210中灌注有液氮。第一流速增强层30覆盖通电导体10的外表面，用于增加
流经通电导体10外表面的液氮的流速。

[0048] 可以理解，低温杜瓦管20可以为双层结构，即分为内管和外管，且内管和外管之间可以设置有多层隔热材料，隔热材料可以隔绝外部环境对设置于低温杜瓦管20内部通电导
体10的超导性能的影响。通电导体10为超导电缆100中的导电部分，在本实施例中，通电导
体10可以为三相同轴电缆。由于三相同轴电缆是通过在柔性电缆骨架上由内到外依次绕制
有绝缘层、三相超导层、绝缘层、屏蔽层和保护层而形成，且三相超导层中的每两相超导层
之间同样绕制有绝缘层。当对三相同轴电缆进行降温时，可以向低温杜瓦管20内灌注液氮，
液氮可以沿柔性电缆骨架内壁流入，并沿通电导体10外表面与低温杜瓦管20内管之间的通
道流出，从而完成液氮对通电导体10降温过程的循环。

[0049] 可以理解，雷诺数为一种可用来表征流体流动情况的无量纲数。利用雷诺数可区分流体的流动是层流还是湍流，也可用来确定物体在流体中流动所受到的阻力。雷诺数越
小表示粘性力影响越显著，越大表示惯性影响越显著。当雷诺数较小时，粘滞力对流场的影
响大于惯性，流场中流速的扰动会因粘滞力而衰减，流体流动稳定，为层流。而雷诺数较大
时，惯性对流场的影响大于粘滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展并增强，
形成紊乱且不规则的紊流流场。

[0050] 当液氮流经通电导体10外表面时，会在通电导体10外表面产生边界层。其中，边界层是高雷诺数绕流中紧贴物面的粘性力不可忽略的流动薄层，又称流动边界层或附面层。
如果粘性很小的流体在大雷诺数时与物体接触并有相对运动，则靠近物面的薄流体层因受
粘性剪应力而使速度减小，即紧贴物面的流体粘附在物面上，与物面的相对速度等于零。同
时，由物面向外，流体速度迅速增大至自由流速度，即理想绕流速度。因而边界层内速度的
法向垂直表面的方向梯度很大，即使流体粘度不大，粘性力相对于惯性力仍然很大，起着显
著作用，因而属粘性流动。而在边界层外，速度梯度很小，粘性力可以忽略，流动可视为无粘
或理想流动。

[0051] 因此，通电导体10外表面存在的边界层会严重影响流经通电导体10外表面液氮的速度，从而影响液氮对通电导体10的降温效果，影响通电导体10的超导性能。通过在通电导
体10外表面设置第一流速增强层30，可以破坏通电导体10外表面形成的边界层，从而增加
流经通电导体10外表面的液氮流速。可以理解，第一流速增强层30表面粗糙，粗糙表面可以
防止通电导体10与液氮接触的表面形成的边界层，从而使通电导体10与液氮接触的表面的
湍流增加。而湍流增加可以提高液氮对通电导体10外表面的降温效果，保证通电导体10的
超导特性。

[0052] 在超导电缆100中，通过在通电导体10外表面包覆第一流速增强层30，可以破坏通电导体10外表面形成的边界层，从而增加流经通电导体10外表面的液氮流速。在其中一个
实施例中，第一流速增强层30可以绕制于通电导体10的外表面。因此，第一流速增强层30可
以保证通电导体10外表面流经的液氮的速度，从而提高液氮对通电导体10的降温效果，保
证通电导体10的超导性能。

[0053] 请一并参见图2，在其中一个实施例中，通电导体10包括电缆骨架110和导体层120，导体层120形成于电缆骨架110远离其轴线的表面。超导电缆100还包括第二流速增强
层40，第二流速增强层40覆盖电缆骨架110远离导体层120的内表面，用于增加流经电缆骨
架110内表面的液氮的流速。在其中一个实施例中，导体层120可以绕制于电缆骨架110远离
其轴线的表面。可以理解，由于三相同轴电缆进行降温时，液氮可以沿电缆骨架110内壁流
入，并沿通电导体10外表面与低温杜瓦管20内管之间的通道流出，从而完成液氮对通电导
体10降温过程的循环。在其中一个实施例中，电缆骨架110为金属波纹管。而液氮流经金属
波纹管内表面时同样会形成边界层。通过在电缆骨架110的内表面形成第二流速增强层40，
可以破坏电缆骨架110与液氮接触的表面形成的边界层，从而使电缆骨架110与液氮接触的
表面的湍流增加，而湍流增加可以提高液氮对通电导体10外表面的降温效果，保证通电导
体10的超导特性。

[0054] 在其中一个实施例中，通电导体10还包括绝缘层130和屏蔽层140。绝缘层130形成于导体层120远离电缆骨架110的表面。屏蔽层140夹设于绝缘层130与第一流速增强层30之
间。可以理解，绝缘层130可以绕制于导体层120远离电缆骨架110的表面，且屏蔽层140可以
绕制于绝缘层130远离导体层120的表面。当设置屏蔽层140时，可以防止流过导体层120的
交流电流的磁场泄露至超导电缆100外。屏蔽层140可以采用导电材料形成。在其中一个实
施例中，可以通过在绝缘层130的外表面绕制铜带材，以形成铜屏蔽层。可以理解，在屏蔽层
140的外侧可以形成保护层，保护层可以覆盖屏蔽层140，可以为屏蔽层140提供机械保护。

[0055] 在其中一个实施例中，第一流速增强层30包括多个附着颗粒310，多个附着颗粒310设置于通电导体10的外表面，用于增强流经通电导体10外表面的液氮的动力。可以理
解，通过采用多个附着颗粒310在通电导体10的外表面形成第一流速增强层30，可以使通电
导体10外表面形成的边界层脱离，增加流经通电导体10外表面的液氮的流速，从而增强液
氮对通电导体10降温效果。可以理解，本申请对多个附着颗粒310的具体形状不作限定，只
要其可以使通电导体10外表面形成的边界层脱离即可。在其中一个实施例中，多个附着颗
粒310可以为不规则形状的颗粒物，可以使流速改变呈无规则分布，可以增强流经通电导体
10外边面的液氮的动力。

[0056] 在其中一个实施例中，第一流速增强层30还包括贴附层320，贴附层320覆盖通电导体10的外表面，且多个附着颗粒310设置于贴附层320远离通电导体10的表面。可以理解，
多个附着颗粒310除了可以直接设置于通电导体10的外表面，还可以设置于贴附层320。贴
附层320覆盖通电导体10的外表面，相比于直接将多个附着颗粒310设置于通电导体10的外
表面，贴附层320可以保证多个附着颗粒310与通电导体10外表面的连接的稳固性。

[0057] 在其中一个实施例中，贴附层320包括导热薄膜层321和黏附层322，导热薄膜层321覆盖黏附层322，且黏附层322远离导热薄膜层321的表面覆盖通电导体10的外表面。可
以理解，黏附层322为胶层，可以将导热薄膜层321固定于通电导体10的外表面。在其中一个
实施例中，黏附层322可以涂覆于通电导体10的外边面，且导热薄膜层321可以绕制于黏附
层322远离通电导体10的表面。而多个附着颗粒310可以按一定规律或随机黏附于导热薄膜
层321远离黏附层322的表面。

[0058] 在其中一个实施例中，附着颗粒310为球形或者圆柱形。当附着颗粒310为圆柱形时，圆柱形颗粒物的底面与通电导体10外表面贴合。此时，液氮在流经圆柱体的前半个柱面
时，流体沿柱面进行增速降压流动，边界层逐渐增加并发展。而当液氮流经后半个柱面时，
液氮进行减速增压运动，边界层中因克服粘性摩擦而损失大量动能，无法补充足够的压力
能来与主流压力平衡，故边界层开始脱离，形成旋涡状尾迹，并向下游发展。由于旋涡状尾
迹可以持续至几倍圆柱直径的距离。因此，通过设置连续且不规则分布的圆柱形颗粒物，可
以持续防止通电导体10外表面边界层的形成，从而增加通电导体10表面的湍流，提高对通
电导体10的降温效果。

[0059] 可以理解，本申请对附着颗粒310的材料不作限定。在其中一个实施例中，附着颗粒310的材料为高分子化合物。

[0060] 请一并参见图3，在其中一个实施例中，附着颗粒310沿通电导体10的外表面呈螺旋状分布。可以理解，通过在通电导体10的外表面设置螺旋状分布的附着颗粒310，可以保
证通电导体10外表面液氮流速的均匀性，可以保证通电导体10外表面的降温效果。在其中
一个实施例中，附着颗粒310也可以在贴附层320表面呈螺旋分布。

[0061] 请一并参见图4，在其中一个实施例中，超导电缆100还包括第三流速增强层50，覆盖低温杜瓦管20的内壁，用于增强流经低温杜瓦管20内表面的液氮的动力。可以理解，通过
在低温杜瓦管20的内壁形成第三流速增强层50，可以破坏低温杜瓦管20与液氮接触的表面
形成的边界层，从而使低温杜瓦管20与液氮接触的表面的湍流增加，可以提高液氮整体的
流动速度，从而确保通电导体10外表面的降温效果，保证通电导体10的超导特性。

[0062] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存
在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0063] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来
说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护
范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。