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冷绝缘高温超导电缆温度分布/引言夏立萌,王银顺,赵伟杰,孙迪,戴婧姝,郑一博超导技术随着高温超导材料的不断发展,超导电力技术将成为世纪具有经济战略意义的高新技术⋯。高温超导电缆作为超导电力技术的一个重要应用方面,具有载流容量大、损耗低、体积小等优点,在短距离、大电流输电方面有重要应用前高温超导电缆按照传输电能的形式,分为交流电缆和直流电缆;按照电气绝缘材料运行温度的不同,分为室温绝缘超导电缆和冷绝缘超导电缆;按照常规电力电缆的分类方法,分为单相电缆和多相电缆‘。图5ハ嗟ネǖ酪旱@淙蠢渚缘高温超导电缆结构示意图。且尿低温与超导第卷第期履茉吹缌ο低彻抑氐闶笛槭遥叩缪辜际跤氲绱偶嫒荼本┦兄氐闶笛槭遥华北电力大学电气与电子工程学院,北京摘要:针对单相冷绝缘高温超导电缆及以液氮为低温冷却介质的单通道循环冷却系统,研究超导电缆轴向和径向温度分布。根据冷绝缘高温超导电缆的结构特点,计算了超导电缆的热负荷,建立了超导电缆热分析数学模型和热平衡方程。通过求解热平衡方程,得到了稳态运行时超导电缆的轴向和径向温度分布,为超导电缆低温系统的设计与优化提供了重要的参考价值。关键词:高温超导电缆;冷绝缘;单通道冷却;轴向温度分布;径向温度分布,,瓸珻猟琒图单相冷绝缘高温超导电缆结构示意图投稿日期:——基金项目:国家自然科学基金项目资助。作者简介:夏立萌,男,硕士生,研究方向为超导电力技术在电力系统中的应用。—【.&.琙,琇琒琋,:瑃—.,瑃,:琇—,—·。
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印。埂拙印。警警杜以茂呶鲁嫉缋轮嵯蛭露确植:!—超导技术冷绝缘高温超导电缆主要由铜骨架、导体层、绝缘层、屏蔽层等组成。高温超导带材缠绕在柔性实心的铜质线材骨架上,电绝缘层覆盖在超导导体层上,超导屏蔽层缠绕在电绝缘层上。超导电缆导体最外层的保护层与低温容器内壁构成液氮流通通道。绝热层位于低温容器内、外壁之间的真空中,由牧现瞥傻谋;げ阄挥谕獗诘表面。依此结构设计的超导电缆因为屏蔽层的电流与导体层的电流大小相等、方向相反,其外部的磁通密度基本为零,不会影响周围的电磁环境。超导电力设备在电网中的应用需克服成本过高、可靠性较低等难题。冷却系统的可靠性和系统设计的优化是决定超导电力设备可靠性的两个D壳案呶鲁嫉缋麓蠖疾捎靡旱循环迫流冷却方式,其基本原理是利用过冷液氮将高温超导电缆产生的热量带到冷却装置,通过液氮冷却装置冷却后,再将过冷液氮送到高温超导电缆中去,形成液氮在闭合回路的循环过程。本文针对单相冷绝缘高温超导电缆,设计了以液氮为冷却介质的单通道循环冷却系统。根据冷绝缘高温超导电缆的结构特点,计算了超导电缆的热负荷,建立了超导电缆热分析数学模型和热平衡方程,通过求解热平衡方程,得到了稳态运行时液氮的轴向温度分布和超导电缆的径向温度分布,为超导电缆低温冷却系统的设计与优化提供了重要的参考价值。本文中高温超导电缆主要几何参数如表高温超导电缆轴向温度分布高温超导电缆稳态运行时,电缆热传递可以看成多层圆筒壁的稳态导热以及液氮环形通道内对流换热问题。忽略液氮沿轴向方向的压强变化,忽略电缆两端漏热。电缆本体运行时产生的热量被流动的液氮带走,从而达到一种稳态热平衡状态∞对于铜骨架和继宓囊晃绕胶夥匠可表示为:式中,NC芏/珻,为比热容/琸,为热导率/·珹。为导体的截面积,3嫉缋碌慕涣魉鸷痬琎。为超导电缆导体与液氮通道内液氮之