[发明专利]由于较低的电阻温度系数而展现增加的载流量的电缆

说明书

本发明涉及由于较低的电阻温度系数而展现增加的载流量的电缆。公开了一种电缆，其包括由具有较低电阻温度系数的超导铜导线形成的导体。进一步公开了包括使用超导铜导线的导体的电缆的制造方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月23日提交的、发明名称为“由于较低的电阻温度系数而展现增加的载流量的电缆”的美国临时专利申请第62/702,116号的优先权，由此以其整体作为参考并入该申请。

技术领域

本发明通常涉及一种电缆，其展现增加的载流量并且包括具有比由纯铜形成的导线低的电阻温度系数的导线。

背景技术

电缆的工作温度由对电缆的加热和冷却的累积影响来确定，所述对电缆的加热和冷却包括通过导体电阻损失产生的热量、从外部来源吸收的热量以及通过传导、对流和辐射从电缆排出的热量。反过来，电缆的载流量(例如，载流容量)取决于工作温度。对于由如ASTM国际和SAE国际定义的统一编号系统(“UNS”)110铜或UNS 101铜等传统导电材料形成的电缆，电缆的电阻随着导体温度的升高而增加。

超导金属是指展现比形成超导金属的纯金属大的电导率的合金或复合物。超导金属通过将特定的、高电导率的添加剂掺入到纯金属中以形成具有改善的电导率的合金或复合物而生产。例如，超导铜可以通过将高电导率的纳米碳颗粒如碳纳米管和/或石墨烯掺入高纯度铜中而形成。

发明内容

根据一个实施方案，一种电缆，其包括：包括由超导铜形成的一根以上的导线的导体。所述超导铜由纯铜和纳米碳添加剂形成。所述一根以上的导线展现比仅由纯铜形成的导线低的电阻温度系数。

根据另一实施方案，一种电缆的形成方法，所述电缆的电阻温度系数低，所述方法包括：使得纳米碳添加剂沉积至多个铜金属片上；将所述多个铜金属片一起处理以形成超导铜；将所述超导铜拉拔为一根以上的导线；和由所述一根以上的导线形成电缆。

具体实施方式

导体的温度取决于许多影响因素，所述影响因素包括导体的电特性、导体的物理特性、导体的操作和当地的天气条件。通常，随着电缆的温度升高，由于导体的电阻取决于温度，所以载流量降低。目前已发现，超导金属的电阻可以出人意料地降低随温度升高的电阻增加的比率(例如，展现较低的电阻温度系数)，以及具有使用由此类超导金属形成的导线的导体的电缆可以在高温下展现较高的载流量。引入了由此类超导金属形成的导线的电缆可以具有更高的载流量，因为与使用相比较的传统导体金属形成的电缆相比，该电缆的电阻相对于温度以较低的速率增加。本文中公开了包括此类超导金属的电缆。

如可以理解的，如超导铜等超导金属通过掺入纳米碳添加剂而展现比纯金属大的电导率。例如，不管铜的纯度降低(传统上会降低电导率)，由超导铜形成的导线也可以展现超过100％的国际退火铜标准(“IACS”)电导率。如可以理解的，由传统纯度铜形成的导线的电导率约为100％IACS，超纯铜(例如99.9％以上纯度)上升到约101％的IACS，而铜合金的IACS为小于100％IACS。如本文中所用，100％IACS对应于58.001MS/m的电导率。

据信超导金属电阻温度系数的降低由在超导金属中包含纳米碳添加剂而导致。特别是，据信纳米碳添加剂具有比纯金属小的电阻温度系数，并且可以降低整个超导金属的电阻温度系数。然而，出人意料地，超导金属的电阻温度系数的降低大于仅归因于纳米碳添加剂单独的升高，这表明纳米碳添加剂与金属之间发生了先前未被认识到的协同效应。具体而言，在包含0.001重量％的石墨烯的样品中观察到了1.47％IACS电导率的相对增加。如可以理解的，这种改进大于归因于混合物原理的影响。电阻温度系数的降低随着在超导金属中的纳米碳添加剂的重量百分比的增加而增加。