CN101002290B - 超导电缆线 - Google Patents

Abstract

一种超导电缆线，包括用于流体的隔热导管(2)，该隔热导管(2)用于传输具有低于常温温度的流体(1)，以及包括容纳在该用于流体的隔热导管(2)中的超导电缆(10)。在该用于电缆的隔热导管中的包括电缆芯线的超导电缆(10)被容纳在该用于流体的隔热导管(2)中，以使隔热导管内部和外部之间的温差小于铺设在大气中的情况。此外，该超导电缆(10)具有双隔热结构，形成有用于电缆的隔热导管和用于流体的隔热导管(2)。因此，该超导电缆线可以有效地减小热量从外部侵入电缆。

Description

超导电缆线

技术领域

本发明涉及一种用于电源的电线，包括超导电缆。更具体地说，本发明涉及一种超导电缆线，该超导电缆线有效地减小侵入超导电缆的热量和可以增加性能系数(COP)。

背景技术

包括隔热导管的超导电缆通常是已知的，该隔热导管容纳具有超导导体层的电缆芯线。这种超导电缆包括，例如，具有容纳一个电缆芯线的隔热导管的单芯电缆或捆扎的三个电缆芯线的三芯电缆。图11是用于三相AC输电的三芯超导电缆的剖面图。图12是每个电缆芯线102的剖面图。该超导电缆100具有其中在隔热导管101中容纳三股电缆芯线102的结构。隔热导管101具有一结构，其中在形成有外部导管101a和内部导管101b的双管之间布置隔热材料(未示出)，以及导管101a、101b之间的空气被抽成真空。每个电缆芯线102，从其中心部分，包括，线圈架(former)200、超导层201、电绝缘层202、超导屏蔽层203以及保护层204。用内部导管101b和每个电缆芯线102封闭的空间103变为冷却剂如液态氮的通道。通过用冷却剂冷却，保持电缆芯线102的超导层201和超导屏蔽层203的超导状态。在隔热导管101的外周边上包括抗腐蚀层104。

超导电缆必须用冷却剂如液态氮连续地冷却，以保持超导导体层利超导屏蔽层的超导状态。因此，使用超导电缆的电线通常包括用于冷却剂的冷却系统。利用该系统，执行循环冷却，其中从电缆喷射的冷却剂被冷却并允许再次流入该电缆。

随着冷却剂通过冷却系统冷却到适当的温度，该超导电缆通过充分地减小由于电流的经过和从外部如大气侵入的热量产生的热量导致的冷却剂温度增加，可以保持超导导体层和超导屏蔽层的超导状态。但是，当冷却剂是液态氮时，用于冷却该冷却剂以解决这种发热或热量侵入需要的能量变得高于通过冷却剂冷却该电缆处理的能量的至少10倍。因此，当包括该用于冷却剂的冷却系统的超导电缆作为一个整体考虑时，性能系数(COP)变为约0.1或更低。这种低COP是超导电缆的应用效果减小的一个原因。另一方面，日本专利特许-公开号2002-130851(专利文献1)和日本专利特许-公开号10-092627(专利文献2)的每一个提出了利用液化天然气(LNG)的冷熔(cold heat)冷却超导线圈的冷却剂的方法。

专利文献1：日本专利特许公开号2002-130851

专利文献2：日本专利特许公开号10-092627

发明内容

本发明解决的问题

上述专利文献1和2的每一个仅仅公开了利用LNG的冷熔来冷却超导线圈的冷却剂，而没有考虑减小从外部侵入的热量。

因此，本发明的主要目的是提供一种超导电缆线，该超导电缆线可以减小从外部侵入的热量和增加性能系数。

解决问题的方法

本发明通过在传输低温流体的隔热导管中布置超导电缆获得上述目的。亦即，本发明的超导电缆线包括用于流体的隔热导管(第一隔热导管)，用于传输具有低于常温温度的流体，以及包括被容纳在该用于流体的隔热导管(第一隔热导管)中的超导电缆。下面将更详细地描述本发明。

本发明中利用的超导电缆具有一结构，包括形成有超导材料的超导部分和容纳该超导部分并用用于冷却该超导部分的冷却剂填充的隔热导管(此后称为用于电缆的隔热导管)。该超导部分可以包括用于通过电源用的电流的超导导体层和用于通过具有与相反方向中的超导导体层基本上相同值的电流的外部超导层。该超导部分通常形成在电缆芯线中。因此，该超导电缆可以通过在用于电缆的隔热导管中容纳包括超导层的电缆芯线来构成。该电缆芯线的更具体结构，从其中心部分，可以包括，线圈架、超导导体层、电绝缘层、外部超导层以及保护层。该用于电缆的隔热导管可以容纳一个电缆芯线(单芯(一个线芯))或多个电缆芯线(多个线芯)。更具体地说，当本发明的电线用于三相AC输电时，例如，可以利用三芯电缆，该三芯电缆具有容纳三股线芯的用于电缆的隔热导管，当本发明的电线用于单相AC输电时，可以利用单芯电缆，该单芯电缆具有容纳一个线芯的用于电缆的隔热导管。当本发明的电线用于DC输电(单极输电)，例如，可以利用单芯电缆，该单芯电缆具有容纳一个线芯的用于电缆的隔热导管，以及当本发明的电线用于DC输电(双极输电)，可以利用双芯电缆或三芯电缆，具有容纳两股或三股线芯的用于电缆的隔热导管。如上所述，本发明的超导电缆电线可以被用于DC输电和AC输电的任何一种。

该超导导体层可以通过，例如，螺旋地缠绕带状导线来形成，该带状导线包括多个由布置在矩阵中的Bi-基氧化物超导材料制成的细丝，更具体地说，由Bi2223-基超导材料制成，如银护套。该超导导体层可以具有单层或多层结构。当该超导导体层具有多层结构时，可以在其中设置层间绝缘层。该层间绝缘层可以通过卷绕绝缘纸如牛皮纸或半合成的绝缘纸如PPLP(Sumitomo Electric Industries有限公司的商标)来提供。该超导导体层通过在线圈架周围缠绕由超导材料制成的导线来形成。该线圈架可以是固体或形成有金属材料如铜或铝的中空体，以及可以具有例如多股铜线的结构。具有绝缘涂层的铜线可以被利用。该线圈架用作该超导导体层的形状保持部件。在该线圈架和超导导体层之间可以插入衬垫(cushion)层。该衬垫层避免线圈架和超导线之间的金属的直接接触，以防止超导线被损坏。具体，当该线圈架具有股线结构时，该衬垫层还具有平滑线圈架表面的功能。绝缘纸或碳纸可以被合适地用作衬垫层的具体材料。

该电绝缘层可以通过在超导导体层上缠绕半合成绝缘纸如PPLP(商标)或绝缘纸如牛皮纸来形成。在电绝缘层的内周边和外周边的至少一个上可以用碳纸等等来形成半导电层，亦即，在该超导导体层和电绝缘层之间和在电绝缘层和外部超导层(如下所述)之间。随着内部半导电层，前者，或外部半导电层，后者的形成，在超导导体层和电绝缘层之间粘附或在电绝缘层和外部超导层之间的粘附力被增加，以抑制由于局部放电等等发生的损坏。

当本发明的电线用于DC输电时，电绝缘层可以经受ρ分类(grading)，用于在电绝缘层的内周边侧面上获得低电阻率和在外周边侧面上获得高电阻率，以使其直径方向(厚度方向)上的DC电场分布平稳。如上所述，“ρ分类”意味着电阻率在电绝缘层的厚度方向上以渐进的方式变化，可以平稳电绝缘层的整体厚度方向上的DC电场分布，以及可以减小电绝缘层的厚度。尽管具有变化的电阻率的层数没有被具体限制，但是两个或三个层是实际的。具体，当每个层的厚度相等时，可以更有效地执行DC电场分布的平滑。

ρ分类可以使用具有互相不同电阻率(ρ)的绝缘材料来执行。当利用绝缘纸如牛皮纸时，例如，通过改变牛皮纸的密度或添加双氰胺到牛皮纸，可以改变电阻率。当利用由绝缘纸和塑料薄膜如PPLP(商标)形成的复合纸时，可以通过改变塑料膜的厚度tp与整体复合纸的厚度T的比率k＝(tp/T)×100或通过改变绝缘纸的密度、材料、添加剂等等，可以改变电阻率。比率k的值优选在例如，约40-90％的范围内。通常，电阻率ρ随比率k增加而变高。

此外，当电绝缘层具有靠近超导导体层设置的高ε层和具有高于其它部分的电容率时，除DC耐压性能的增加之外，可以增加Imp.耐压性能。在普通牛皮纸中，电容率(20℃)约为3.2-4.5，在具有40％的比率k的复合纸中，电容率约为2.8，在具有60％比率的复合纸中，约为2.6，以及在具有80％比率的复合纸中，约为2.4。用使用具有高比率k和较高气密性的牛皮纸的复合纸构成的电绝缘层是特别优选的，因为DC耐压和Imp.耐压都增加。

除如上所述的ρ分类之外，通过构造电绝缘层为具有朝内周边侧面增加的电容率e和朝外周边侧面减小的电容率e，也形成适合于AC输电的电缆。还在电绝缘层的直径方向中的整体区域上也执行该“ε分类”。此外，经受如上所述的ρ分类的超导电缆具有良好的DC性能，以及可以被适当地用作DC输电线。另一方面，大部分电流输电线被构造用于AC输电。当输电系统从AC系统改变到DC系统时，其中可能发生，在改变为DC输电之前，使用经受ρ分类的超导电缆瞬时地传送AC的情况。例如，当输电线的部分电缆用经受ρ分类的超导电缆替换但是其他部分仍然是用于AC输电的电缆时，或当用于输电线的AC输电的电缆用经受ρ分类的超导电缆替换，但是连接到该电缆的输电设备仍然是用于AC的设备时，可能发生该情况。在该情况中，用经受ρ分类的超导电缆瞬时地执行AC输电，然后该系统最后改变为DC输电。因此，用于DC和AC输电的超导电缆优选被设计为不仅具有良好的DC性能而且具有考虑的AC性能。当也考虑AC性能时，可以通过构造电绝缘层具有朝内周边侧面增加和朝外周边侧面减小的电容率ε，构成具有良好的脉冲特性如浪涌的超导电缆。然后，当如上所述的瞬变周期结束和执行DC输电时，经受瞬变周期中使用的ρ分类的超导电缆可以被连续地用作DC电缆。亦即，使用经受除ρ分类之外的ε分类的超导电缆的电线可以被合适地用于DC输电和AC输电，以及也可以被合适地用作AC和DC输电的电线。

上述PPLP(商标)通常具有较高ρ值和随比率k增加而降低的s值。因此，当使用具有朝着电绝缘层的外周边侧面的方向增加的比率k的PPLP(商标)构造该电绝缘层时，朝向外周边侧面，ρ可以增加，同时，朝着外周边侧面的方向，ε可以被减小。

另一方面，牛皮纸通常具有较高的ρ值和随气密性增加而增高的ε值。因此，仅仅用牛皮纸构造具有朝向外周边侧面增加的ρ和朝向外周边侧面减小的ε的电绝缘层是困难的。因此，使用牛皮纸与复合纸结合，适合地构造该电绝缘层。例如，可以在电绝缘层的内周边侧面上形成牛皮纸层，以及在其外部上可以形成PPLP层，以使牛皮纸层中的电阻率ρ低于PPLP层和使牛皮纸层中的电容率ε高于PPLP层。

该外部超导层被设置在电绝缘层的外周边上，如上所述。该外部超导层由超导材料形成，就超导导体层而论。在外部超导层中可以使用类似于用来形成超导导体层的超导材料。当本发明的超导电缆线被用于DC输电时，外部超导层可以被用作，例如，单极输电中的回线或双极传输中的中性线。具体，当执行双极输电时，当在正电极和负电极之间发生不平衡时，外部超导层可以被用来通过不平衡电流。此外，当一个电极处于异常状态和双极输电转变为单极输电时，外部超导层可以被用作回线，用于通过相当于流过超导导体层的传输电流的电流。当本发明的超导电缆线用于DC输电时，该外部超导层可以被用作屏蔽层，通过由流过该超导导体层的电流引起的屏蔽电流。在外部超导层的外周边可以设置也用于绝缘的保护层。

用于容纳具有上述结构的电缆芯线的该用于电缆的隔热导管可以具有形成有外部导管和内部导管的双导管结构，包括导管之间的隔热材料，并执行抽真空，以获得形成真空绝缘结构的规定真空度。内部导管内的空间被用作冷却剂通道，循环填充该通道的冷却剂如液态氮，该冷却剂用于冷却电缆芯线(特别，超导导体层和外部超导层)。照这样的用于电缆的隔热导管优选是柔软的皱纹导管。具体，该用于电缆的隔热导管优选由金属材料如具有高强度的不锈钢形成。

本发明具有一结构，其中在隔热导管中容纳具有如上所述的用于电缆的隔热导管的超导电缆，该隔热导管用来传输具有低于常温温度的流体(此后称为用于流体的隔热导管)。利用该结构，在该用于流体的隔热导管中容纳的超导电缆具有外周边，由于该流体具有低于常温的温度，因此在低温环境中，具有低于常温的温度。此外，该超导电缆可以包括形成有用于流体的隔热导管的隔热结构和电缆本身的隔热结构的双隔热结构。因此，与常规电缆相比较，可以有效地减小来自外部的热量侵入，以及可以减小用于冷却填充该超导电缆的冷却剂的能量。

具有对应于其中传输的流体的隔热性能的隔热导管可以被用作用于容纳超导电缆的流体的隔热导管。例如，可以利用具有类似于用于超导电缆的结构的隔热导管，亦即，具有由外部导管和内部导管形成的双导管结构的结构，包括在导管之间布置的保持冷却材料。在该情况下，内部导管内的空间变为用于流体的传输通道。此外，该流体具有低于常温的温度。如上所述，在超导电缆中的用于电缆的隔热导管中，循环该用于冷却超导部分的冷却剂。例如，冷却至77K的液态氮被用作冷却剂。因此，当在大气中铺设该超导电缆时，该用于电缆的隔热导管的内部和外部之间的温差(冷却剂和大气之间的温差)变为至少200K，因此侵入该电缆的热量趋于增加。因此，在常规电缆中，应该增加用于冷却该冷却剂的能量，或应该增加该用于电缆的隔热导管的隔热性能，以减小热量侵入。相反，在用于传输低温流体如低于常温温度的流体用的隔热导管中容纳的超导电缆中，该用于电缆的隔热导管的内部和外部之间的温差，更具体地说，冷却剂和流体之间的温差，可以小于200K。因此，与在大气中铺设电缆相比较，热量侵入变得更小，以及可以减小用于冷却该冷却剂的能量。亦即，当也考虑用于该冷却剂的冷却系统时，与常规电线相比较，本发明的超导电缆线可以增加性能系数。具体，当本发明的电线被用作用于DC输电的电线时，热量侵入的减小对于增加性能系数是极其有效的，其中几乎不随电流的经过而产生热量(导体损耗)，由于在该情况中，热量侵入变为能量损耗的主要原因。此外，由于在本发明中的该用于流体的隔热导管中容纳的超导电缆可以减小如上所述的热量侵入，该用于电缆的隔热导管的隔热结构可以被简化，亦即，可以使用于热量侵入的隔热级别更低。

因而，该流体的温度应该低于常温，以及较低的温度是特别优选的，因为可以减小侵入该电缆的热量。所利用的流体可以与超导电缆的冷却剂相同或不同。亦即，该流体可以具有基本上等于、高于或低于超导电缆的冷却剂温度的温度。当该流体具有类似于超导电缆的冷却剂的温度时，该用于电缆的隔热导管的内部和外部之间的温差可以被进一步减小。

当该流体具有低于超导电缆的冷却剂的温度时，由于基本上没有热量从流体侵入电缆，冷却剂的温度基本上不随热量侵入而增加，相反，该用于电缆的隔热导管内的冷却剂被冷却。因此，在传输流体的该用于流体的隔热导管中容纳的超导电缆中，可以使用于电缆中的冷却剂的冷却系统的冷却性能级别较低，以及可以显著地减小用于冷却该冷却剂的能量。当该流体具有高于超导电缆的冷却剂的温度时，尽管冷却剂的温度可以随热量从流体侵入电缆而上升，但是与在大气中铺设的情况相比较，该热量侵入是极其小的，因此温度上升的程度也是极其低的。因此，与在大气压中布置的情况相比较，在该情况中也可以使用于超导电缆中使用的冷却剂的冷却系统的冷却性能级别较低。流体的具体例子包括液态氦(约4K)、液态氢(约20K)、液态氧(约90K)、液态氮(约77K)和液化天然气(约113K)。

当通过焊接由不锈钢、钢等等制成的金属板形成该用于流体的隔热导管时，通过在板上布置该电缆、弯曲该板以覆盖该电缆、以及焊接该板的边缘，该超导电缆可以被容纳在该用于流体的隔热导管中。当由不锈钢、钢等等制成的金属管被用作该用于流体的隔热导管时，通过将该超导电缆插入管中，该电缆可以被容纳在该用于流体的隔热导管中。在此情况下，可以围绕该电缆螺旋地缠绕防滑(skid)线(防滑线)，以提高该超导电缆的插入性能。具体，当该用于电缆的隔热导管是具有凸出和凹坑的波纹(corrugated)管时，通过缠绕防滑线提高该插入性能，该防滑线具有大于波纹管的凸出和凹坑的间距(长间距)，以防止该防滑线进入波纹管的凹下部分，以将该防滑线定位在凸出和凹坑上，防止波纹管的外周边直接接触该用于流体的隔热导管，亦即，在围绕波纹管缠绕的防滑线和该用于流体的隔热导管之间实现点接触。此外，拉伸部件等等可以被连接到该超导电缆，以抽出该用于流体的隔热导管。

在该用于流体的隔热导管中容纳的超导电缆可以被布置来接触该用于流体的隔热导管内传输的流体或不接触该流体。在前者的情况中，该超导电缆可以被浸于该流体中。在该情况中，由于超导电缆的整个周边接触低温流体，可以有效地减小从外部侵入电缆的热量。

另一方面，当超导电缆被浸于该流体中时，万一该超导电缆被短路，可以根据流体产生诸如爆炸的问题，例如，产生火花。因此，该用于流体的隔热导管内的区域可以被分为用于流体的传输区和用于在其中布置超导电缆的区域。作为用于流体的传输区，例如，用于流体的传输导管可以被分开地布置在该用于流体的隔热导管内部，以及该超导电缆可以沿传输导管，被纵向地布置。在该情况中，当在不被传输导管和超导电缆占据的该用于流体的隔热导管内的空间中布置具有高热导率的热交换器隔片时，亦即，在由用于流体的隔热导管的内周边、传输导管的外周边和电缆的外周边包围的空间中，来自流体的热量可以通过该热交换器隔片，被有效地传到电缆，因此特别当该流体具有低于电缆冷却剂的温度时，可以用流体冷却该电缆。因而该热交换器隔片可以由，例如，具有高热导率的材料如铝形成。更具体地说，该热交换器隔片可以通过缠绕铝箔来形成。

在本发明的超导电缆线中，形成电线的超导电缆的纵向上的整体长度可以被容纳在该用于流体的隔热导管中，或仅仅部分电缆可以被容纳在该用于流体的隔热导管中。例如，该电线可以仅仅具有容纳在该用于流体的隔热导管中的部分超导电缆，以及该超导电缆的其他部分可以被铺设在大气中。另外，该电线可以具有低温区部分，其中该电缆的外周边处于低温环境，该低温环境具有至多为冷却剂温度的温度，以及具有高温区部分，该高温区部分在具有高于冷却剂温度的温度环境中。具体，当该流体具有低于冷却剂的温度时，容纳在该用于流体的隔热导管中的部分超导电缆可能被过度地冷却。随着过度冷却，可能发生部分冷却剂的凝固，这可以抑制电缆的冷却剂的循环。因此，在能保持超导状态的温度范围中，增加用流体冷却的部分超导电缆的温度，以用该流体抑制超导电缆的过度冷却，防止具有最低温度的电缆的部分冷却剂到达凝固温度和抑制冷却剂的循环是合符需要的。因此，提出了在超导电缆线的纵向上设置在超导电缆外部具有不同温度的区域，以保持整体电线的热平衡。更具体地说，提出了在超导电缆线中设置低温区部分和高温区部分，以在高温区部分中增加在低温区部分中过度地冷却的超导电缆的冷却剂温度，或在低温区部分中冷却具有在高温区部分中上升温度的超导电缆的冷却剂。

该用于流体的隔热导管包括第一隔热导管和第二隔热导管。该低温区部分可以通过在该用于流体的隔热导管(第一隔热导管)中容纳超导电缆来构成，该用于流体的隔热导管传输具有低于冷却剂的温度的流体，该冷却剂填充用于电缆的隔热导管。该高温区部分可以通过在大气中铺设超导电缆来构成，或通过在用于流体的另一隔热导管(第二隔热导管)中容纳电缆构成，该用于流体的另一隔热导管传输具有高于冷却剂的温度的流体，该冷却剂填充该电缆的隔热导管。例如，当液态氮被用作超导电缆的冷却剂，液态氢或液态氦可以被用作用于低温区部分的流体(第一流体)，以及液化天然气或液态氧可以被用作用于高温区部分的流体(第二流体)。

在包括低温区部分和高温区部分的本发明的电线中，通过利用多个用于流体的隔热导管可以保持热平衡，该隔热导管用于传输具有各种温度的流体，或通过结合在该用于流体的隔热导管中容纳电缆的结构和在大气中铺设的结构可以保持热平衡，该导管用于传输具有低于超导电缆的冷却剂温度的流体。当在该电线的纵向中交替地包括低温区部分和高温区部分时，低温区部分中的减小温度和高温区部分中的上升温度之间的差值可以被减小。另外，通过改变形成电线的超导电缆的隔热性能，可以保持整个电线的热平衡。亦即，在本发明的电线中，可以根据其中布置超导电缆的区域的温度状态，改变该用于电缆的隔热导管的隔热性能。例如，可以使高温区部分中布置的超导电缆的该用于电缆的隔热导管的隔热性能低于低温区部分中布置的电缆的该用于电缆的隔热导管的隔热性能。在大气中敷设的常规超导电缆线中，由于电缆的整个长度和整个周边外的温度范围是常温，沿整个长度和整个周边的隔热性能应该被设为恒定级别，具体，设为高级别，防止热量从外部侵入。但是，在本发明的电线中，由于通过包括在该用于流体的隔热导管中容纳的部分超导电缆，减小侵入电缆的热量，根据其中敷设电缆的环境，可以酌情改变隔热性能。因此，当该电线包括，例如，该用于流体的隔热导管中容纳的电缆部分和在大气中敷设的电缆部分时，可以使该用于流体的隔热导管中容纳的电缆部分的隔热性能级别低于大气中敷设的电缆部分的隔热性能级别，该隔热导管用于传输具有高于超导电缆的冷却剂温度的流体。这是因为，该用于流体的隔热导管中容纳的超导电缆具有来自外部的小热量侵入，如上所述。因此，在本发明中，可以部分地改变形成电线的超导电缆的隔热性能。当该用于电缆的隔热导管具有由外部导管和内部导管形成的双导管结构时，其中在导管之间布置隔热材料并执行抽成真空，通过，例如，改变外部导管和内部导管之间的真空度，改变在外部导管和内部导管之间布置的隔热材料的绕组数或改变隔热材料的材料，可以改变隔热性能。随着这样保持热平衡，可以进一步减小由整个电线中的冷却剂处理的热能。

此外，当该超导电缆线包括用于在超导电缆的冷却剂和用于冷却该冷却剂的流体之间交换热量的结构时，亦即，当该超导电缆线具有附加地包括用于在电缆的冷却剂和流体之间交换热量的热交换装置时，可以增加热交换的效率。该超导电缆的冷却剂通常用冷却系统冷却，该系统冷却利用热泵，以及在常规超导电缆线中，水或常温大气被用作热泵的冷凝目标。结果，热交换的目标之间的温差变为至少200K。当该冷却剂被冷却至能保持超导状态的温度时，因为温差增加，需要更多热能，以及COP变为至多0.1。相反，当具有低于常温温度的流体被用作与冷却剂热交换的目标时，热交换的目标之间的温差变得较小，与使用常温的大气或水的常规电线相比较，因此获得极其高的热交换效率和COP可以变为至少0.5。尤其，当具有低于超导电缆的冷却剂温度的流体被用作与电缆的冷却剂热交换的目标时，更具体地说，当冷却剂用流体直接冷却时，可能不需要用于电缆的冷却剂的冷冻器。

如上所述，通过使用该用于流体的隔热导管传输的流体作为与超导电缆的冷却剂热交换的目标，代替常温的大气或水，可以增加交换效率。此外，利用流体的潜在汽化热，可以进一步减小用于冷却该冷却剂的能量。当液化天然气被用作流体时，例如，可以利用液化天然气的潜在汽化热(冷熔(cold heat))。在液化天然气的工厂(基本)中，液化天然气被蒸发，以产生天然气。因此，当在超导电缆的冷却剂和液化天然气之间交换热量时，通过从液化天然气接收该汽化潜热，冷却该电缆的冷却剂，以及通过接收来自电缆的冷却剂的热量该液化天然气被加热并蒸发。因此，可以满足两种目标的需要，而不浪费。

当流体和冷却剂之间的热交换的结构也提供用于除利用低温的冷却剂的超导电缆以外的超导设备的冷却剂时，可以进一步增加能量效率，例如，超导变压器、超导磁体能存储(SMES)或超导限流器。

当在其中布置用于传输流体的流体用的隔热导管的位置中构成如上所述的本发明的超导电缆时，可以完全使用该超导电缆的优点，例如，在利用超导电缆提供电源到用来传输流体的各种电源设备的流体工厂中。

如上所述，本发明的超导电缆电线可以用于DC输电和AC输电的任意一种。当执行三相AC输电时，例如，该电缆可以形成为三芯超导电缆，其中每个线芯的超导导体层用于每个相位的传输，以及每个线芯的外部超导层被用作屏蔽层。当执行单相AC输电时，该电缆可以形成为单芯超导电缆，其中线芯中包括的超导导体层用于每个相位的传输，以及每个线芯的外部超导层被用作屏蔽层。当执行单极DC输电时，该电缆可以形成为单芯超导电缆，其中该线芯中包括的超导导体层被用作去线以及外部超导层被回线。当执行双极DC输电时，该电缆可以形成为双芯超导电缆，其中一个线芯的超导导体层用于正电极输电，另一线芯的超导导体层用于负电极输电，以及每个线芯的外部超导层被用作中性导线。

此外，本发明的超导电缆线也可以被用作DC和AC输电，通过利用包括电缆芯线的超导电缆，该电缆芯线具有经受如上所述的ρ分类和ε分类的电绝缘层。在该情况中，不仅超导电缆，而且用于在常温(普通导电电缆，连接到普通导电电缆的引线等等)侧上将超导电缆与导电部分连接的电线的端部中形成的端子结构优选被构造为适合于DC和AC输电。端子结构的代表性结构包括从超导电缆的端部延伸的电缆芯线的端部、连接到常温侧上的导电部分的抽出导体部分、将线芯的端部与该抽出导体部分电连接的连接部分，以及容纳该线芯的端部和连接到线芯侧面上的抽出导体部分的端部的端部连接盒以及连接部分。该端部连接盒通常包括冷却线芯的端部或该抽出导体部分的端部的冷却剂浴室以及在冷却剂浴室的外周边上布置的真空绝缘浴室。在这样的端子结构中，抽出导体部分的导体的横截面积可被希望地改变，因为在AC输电和DC输电中流过抽出导体部分的电流量可以不同。因此，用于AC和DC输电的端子结构的适当结构具有可根据负载变化的抽出导体部分的导体的横截面积。这样的端子结构可以具有一结构，例如，其中该抽出导体部分被分为连接到线芯的端部的低温侧导体部分和在常温侧上的导电部分的侧面上布置的常温侧导体部分，该低温侧导体部分和常温侧导体部分可互相移动。此外，包括这样的多个可移动抽出导体部分，以允许整个抽出导体部分的导体的横截面积根据低温侧导体部分和常温侧导体部分之间的连接数而变化。每个抽出导体部分的导体的横截面积可以互相相同或不同。包括照这样的端子结构的本发明的超导电缆线通过执行该抽出导体部分的固定或移走。可以容易地从DC输电改变为AC输电，或从AC输电改变为DC输电。此外，由于该抽出导体部分的导体的横截面积可以如上所述变化，当在AC输电或DC输电过程中提供的电源量变化时，导体的横截面积也可以酌情变化。

发明效果

根据具有上述结构的本发明的超导电缆可以获得有效地减小侵入电缆的热量和增加性能系数的实质性效果。具体，在包括低温区部分和高温区部分的本发明的超导电缆线中，可以保持整个电线的热平衡，以及可以减小用于冷却电缆的冷却剂的能量。

当在本发明的电线中利用包括具有经受ρ分类的电绝缘层的电缆芯线的超导电缆时，该电线可以具有良好的DC耐压性能和可以适合于DC输电。此外，当在本发明的电线中利用包括具有经受ρ分类的电绝缘层的电缆芯线并在接近超导导体层的部分中提供高ε值的超导电缆时，除增加如上所述的DC耐压性能之外，还可以增加Imp.耐压性能。具体，当电绝缘层被形成为具有朝内周边侧面增加和朝外周边侧面减小的ε值时，本发明的电线还可以具有良好的AC电性能。因此，本发明的超导电缆线可以被适当地用于DC输电和AC输电的每一个。此外，当包括具有经受ρ分类和ε分类的电绝缘层的电缆芯线的超导电缆被用作本发明的电线以及在电线的端部中形成的端子结构具有在超导电缆和常温侧上的导电部分之间布置的抽出导体部分的导体有可变横截面积的结构时，在其中输电系统从AC系统变为DC系统的本发明的电线的瞬变周期中，可以合适地利用本发明的电线。

附图说明

图1是本发明的超导电缆线结构的示意性剖面图。

图2是在本发明的超导电缆线中的超导电缆附近的一部分的结构的示意性剖面图。

图3是本发明的超导电缆线结构的示意性正视图。

图4是本发明的超导电缆线的示意性剖面图，包括用于流体的传输导管、超导电缆和在该用于流体的隔热导管内的热交换器隔片。

图5是本发明的超导电缆线结构的示意性视图，包括低温区部分和高温区部分。

图6是本发明的超导电缆线结构的示意性视图，其中该超导电缆被容纳在用于流体的两个隔热导管的每一个中，该隔热导管用于传输不同的流体。

图7是本发明的超导电缆的例子结构的示意性视图，该超导电缆包括用于冷却超导电缆的冷却剂的冷却系统，该冷却系统包括用于在冷却剂和流体之间交换热量的热交换装置。

图8是本发明的超导电缆线的结构的示意性视图，包括用于用流体直接冷却超导电缆的冷却剂的热交换装置。

图9是在AC输电线的情况中使用三芯型超导电缆的本发明的超导电缆线的端部中形成的端子结构构造的示意性视图。

图10是在DC输电线的情况中使用三芯型超导电缆的本发明的超导电缆线的端部中形成的端子结构的构造的示意性视图。

图11是用于三相的AC输电的三芯型超导电缆的剖面图。

图12是每个电缆芯线102的剖面图。

参考符号的描述

1：流体，2、2M、2N：用于流体的隔热导管，2a：外部导管，2b：内部导管，3：传输导管，4：热交换器隔片，5：温度调节装置，10：超导电缆，10a：管线，11：用于电缆的隔热导管，11a：外部导管，11b：内部导管，12：电缆芯线，13：空间，14：超导导体层，15.外部超导层，20、30：热交换装置，21、31：通道，22：膨胀阀，23：压缩机，24、32：隔热盒，25.管线，40：抽出导体部分，41：低温侧导体部分，41a：低温侧密封部分，42：常温侧导体部分，42a：常温侧密封部分，43：引线，44：接地线，50：端部连接盒，51、52：冷却剂浴室，53：真空绝缘浴室，53a：可伸长部分，60：衬套(bushing)，61：抽出导体部分，62：中空瓷器(porcelain)，63：环氧树脂单元，70：短路部分。100：用于三相AC输电的超导电缆。101：隔热导管，101a：外部导管，101b：内部导管，102：电缆芯线，103：空间，104：抗腐蚀层，200：线圈架，201：超导导体层，202：电绝缘层，203：超导屏蔽层，204：保护层。

具体实施方式

现在将描述本发明的实施例。

例1

图1是本发明的超导电缆线结构的示意性剖面图。图2是在本发明的超导电缆线中的超导电缆附近的一部分结构的示意性剖面图。图3是本发明的超导电缆线结构的示意性正视图。图中的相同字符表示相同的部分。本发明的超导电缆线包括用于流体的隔热导管2，该隔热导管2用于传输具有低于常温温度的流体1，以及包括被容纳在该用于流体的隔热导管2中的超导电缆10。

在该例子中利用的超导电缆10具有一结构，其中三个电缆芯线12被拧成股并容纳在用于电缆的隔热导管11中，该结构基本上类似于图11所示的超导电缆的结构。每个电缆芯线12从其中央部分，包括，线圈架、超导导体层、电绝缘层、外部超导层以及保护层。该超导导体层和外部超导层的每一个用Bi2223-基超导带线(Ag-Mn护套线)形成。该超导导体层和外部超导层分别通过在线圈架的外周边上和在电绝缘层的外周边上螺旋地缠绕超导带线来形成。多股铜线被用作线圈架。在该线圈架和超导导体层之间用绝缘纸形成衬垫层。通过在超导导体层的外周边缠绕半合成的绝缘纸(PPLP：Sumitomo Electric Industries有限公司的商标)该电绝缘层构成。在电绝缘层的内周边侧面和外周边侧面(在外超导层下面)可以分别设置内部半导电层和外部半导电层。该保护层通过在外部超导层的外周边上缠绕牛皮纸来设置。制备这样的三个电缆芯线12，松弛拧成股(strand)，以具有用于热收缩的余量，并被容纳在隔热导管11中。在该例子中，SUS波纹管用来形成隔热导管11，其中在形成有外部导管11a和内部导管11b的双导管之间布置具有多层结构的隔热材料(未示出)，以及外部导管11a和内部导管11b之间的空气被抽成真空，以获得规定的真空度，形成真空多层绝缘结构。用内部导管11b的内部周边和三个电缆芯线12的外周边包围的空间13变为冷却剂的通道。在该通道中使用泵等等循环用于冷却该超导导体层和外部超导层的冷却剂。在该例子中，使用液态氮(约77K)作为冷却剂。

具有上述结构的超导电缆10被容纳在该用于流体的隔热导管2中。该例子中的用于流体的隔热导管2具有由外部导管2a和内部导管2b形成的双导管结构的构造，该构造具有保持导管2a，2b之间布置的冷却材料(未示出)。用内部导管2b的内部周边和超导电缆10的外部周边包围的空间变为用于流体的传输通道1。每个导管2a、2b是由钢制成的焊接导管，以及通过在用于形成内部导管2b的钢板上布置超导电缆10和焊接该钢板的两个边缘，电缆10被容纳在内部导管2b中。在该例子中，超导电缆10被布置在内部导管2b中，同时被浸于流体中。在该例子中，使用液化天然气(约111K)作为流体。

在包括上述结构的本发明的超导电缆线中，由于超导电缆被容纳在该用于流体的隔热导管中，该隔热导管用于传输具有低于常温温度的流体，因此可以使电缆内部的温度和电缆的外周边周围的环境温度之间的差异小于200K。因此，与在大气中敷设的超导电缆线相比，本发明的电线可以减小来自常温环境如大气热量侵入。具体，由于本发明的电线利用该用于流体的隔热导管与超导电缆本身的隔热导管一起形成双隔热结构，因此可以更有效地减小热量从外面等等侵入电缆。因此，本发明的超导电缆线可以减小用于冷却该超导电缆的冷却剂的能量，以及可以充分地增加整个电线的性能系数。

例2

尽管在上述例1中，超导电缆被浸于流体中，但是该超导电缆可以被容纳在该用于流体的隔热导管中，而不被浸于该流体中。例如，在该用于流体的隔热导管中可以分开地设置用于流体的传输通道。图4是本发明的超导电缆线的示意性剖面图，该超导电缆线包括用于流体的传输导管、超导电缆和在该用于流体的隔热导管内的热交换器隔片。该超导电缆线具有一结构，包括在用于流体的隔热导管2的内部导管2b中的用于流体的分开传输导管3。在用内部导管2b、传输导管3的外周边和超导电缆10的外周边包围的空间中布置具有高热导率的热交换器隔片4。利用该结构，超导电缆10具有双隔热结构，形成有用于流体的隔热导管2和电缆10本身的隔热导管11(参见图1，2)，如例1，因此可以减小来自外面热量侵入。此外，由于来自流体的热量通过热交换器隔片4传到超导电缆10，特别当流体是例如具有低于电缆10的冷却剂(液态氮)温度的液态氢(约20K)或液态氦(约4K)时，电缆10也可以用流体1冷却。此外，由于流体1物理上利用热交换器隔片4和传输导管3与超导电缆10隔开，当发生诸如电缆10的短路事故和产生火花时，可以防止诸如流体1的燃烧的问题。在该例子中，该热交换器隔片通过缠绕铝箔来形成。

例3

尽管在例1描述的结构中，整个电线的超导电缆被容纳在用于流体的隔热导管中，但是，在该电线中，部分电缆可以被容纳在该用于流体的隔热导管中，另一部分电缆可以被敷设在大气中。图5是本发明的超导电缆线结构的示意性视图，该超导电缆线包括低温区部分和高温区部分。该超导电缆线包括低温区部分，其中超导电缆10被容纳在用于流体的隔热导管2中，以及高温区部分，其中电缆10被敷设在大气中，而不被容纳在用于流体的隔热导管2中。具体，使用具有低于超导电缆10的冷却剂温度的流体，例如，液态氢作为用于流体的隔热导管2中传输的流体。利用该结构，在用于流体的隔热导管2中容纳的电线的部分超导电缆中，亦即，在低温区部分中，由于电缆的外周边被布置在具有至多为冷却剂温度的低温环境中，以及由于除电缆10本身的隔热导管之外，有用于流体的隔热导管2，因此可以减小侵入电缆的热量。另一方面，由于该超导电缆的外周边具有低于冷却剂的温度，冷却剂可以被过度地冷却并固化，因此可以抑制冷却剂的流通。因此，如图5所示，形成电线的部分超导电缆被敷设在大气中，而不被容纳在该用于流体的隔热导管2中，以用从大气侵入的热量加热该过度地冷却的冷却剂，减轻冷却剂的过度冷却。亦即，该电线可以保持整个超导电缆线的热平衡。应当注意，该用于流体的隔热导管内的超导电缆可以被浸于如例1所示的流体中，或用于流体和电缆的传输通道可以被分开地设置，如例2所示。这一点被类似地应用于如下所述的例子。

例4

尽管在上述例3中使用具有低于超导电缆10的冷却剂温度的流体，但是可以利用具有高于冷却剂温度的流体，例如，液态氧或液化天然气。在该情况下，容纳在该用于流体的隔热导管2中的超导电缆和大气中敷设的超导电缆可以具有不同的隔热性能。容纳在该用于流体的隔热导管2中的超导电缆具有从大气侵入的热量，该热量小于大气中敷设的电缆的热量。因此，可以使该用于流体的隔热导管2中容纳的超导电缆的隔热性能低于大气中敷设的电缆的隔热性能。在本发明的超导电缆线中，如上所述，可以部分地改变隔热性能。通过改变用于容纳电缆芯线的用于电缆的隔热导管中的真空度、改变隔热导管中布置的隔热材料量或改变隔热材料的材料，可以改变该超导电缆的隔热性能。

例5

尽管在例3描述的结构中，电线的部分电缆被容纳在一个用于流体的隔热导管中，但是当有用于传输各种流体的流体用的大量隔热导管时，该超导电缆可以被容纳在该用于流体的每个隔热导管中。图6是本发明的超导电缆线结构的示意性视图，其中该超导电缆被容纳在两个用于流体的隔热导管的每一个中，该隔热导管用于传输不同的流体。该超导电缆线包括用于流体的隔热导管2M，该隔热导管用于传输具有低于超导电缆10的冷却剂(液态氮)温度的流体(例如，液态氢)，以及用于流体的隔热导管2N，该隔热导管2N用于传输具有高于冷却剂温度的流体(例如，液化天然气)，以及超导电缆10被容纳在每个隔热导管2M，2N中。亦即，在该结构中，用于传输低温流体的该流体用的隔热导管2M中容纳的电线的部分超导电缆变为低温区部分，以及用于传输高温流体的该流体用的隔热导管中容纳的部分电缆变为高温区部分，该高温流体低于常温。利用该结构，当低温区部分中的超导电缆的冷却剂被过度地冷却时，利用来自高温区部分中的流体的热量上升该冷却剂的温度，因此可以保持整个电线的热平衡。如图6所示，在该例子中，在低温区部分和高温区部分之间包括用于调整超导电缆10的冷却剂温度的温度调节装置5，以执行冷却剂的温度的细调。由于在该例子中，低温区部分中的超导电缆10的冷却剂和流体(液态氢)之间的温差和高温区部分中的冷却剂和流体(液化天然气)之间的温差相对较小，因此可以利用具有低调整级别的温度调节装置5(用于温差的小跨距可调范围)。

例6

在冷却超导电缆的冷却剂的过程中，本发明的电线也可以利用流体作为热交换的目标。图7是包括用于冷却超导电缆的冷却剂的冷却系统的本发明的超导电缆结构的示意性视图，其为包括在冷却剂利流体交换热量的热交换装置的例子。该超导电缆线包括用于冷却超导电缆10的冷却剂的热交换装置20，利用流体作为热交换的目标。热交换装置20包括循环热交换介质如氦的通道21、膨胀该热-交换介质的膨胀阀22、压缩该膨胀的热交换介质的压缩机23以及容纳这些元件的隔热盒24。然后，在通过膨胀阀22的部分通道21上布置传输电缆10的冷却剂的管线10a，以便利用膨胀的热交换冷却该超导电缆10的冷却剂，以及在通过压缩机23的部分通道21上布置传输流体的管线25，以便利用流体凝缩并加热该压缩的热交换介质。

利用上述结构，利用热交换装置20冷却具有由于导体损耗等等上升温度的超导电缆10的冷却剂并返回电缆10，该导体损耗等与电流的通道相关。在该情况中，由于具有低于常温温度的流体被用作热交换装置20的冷凝目标，与其中常温的大气或水被用作目标的情况相比较，冷却电缆10的冷却剂的能量，更具体地说，如用于驱动膨胀阀22和压缩机23的能量可以被充分地减小。此外，尽管在流体工厂(plant)中，可以用热交换装置20加热和蒸发该流体，但是酌情蒸发和利用流体。因此，可以酌情用冷却装置如附加地包括的冷冻器冷却和液化该蒸发的流体，或可以直接以蒸发状态利用。利用上述超导电缆的冷却剂和流体之间的热交换，可以减小用于冷却冷却剂的能量，以及可以进一步增加该电线的性能系数。此外，由于该电线也可以利用流体的汽化潜热冷却该超导电缆的冷却剂，因此可以进一步减小用于冷却该冷却剂的能量。此外，由于该电线可以用超导电缆的冷却剂的冷却同时蒸发流体，也可以减小与流体的汽化相关的能量。液化天然气适合用作这种流体。

例7

当该流体具有低于超导电缆的冷却剂的温度时，本发明的电线可以具有其中直接用该流体冷却电缆的冷却剂的结构。图8是本发明的超导电缆线结构的示意性视图，包括用于用流体直接冷却该超导电缆的冷却剂的热交换装置。该超导电缆线包括用于冷却超导电缆10的冷却剂的热交换装置30，利用流体作为热交换的目标。热交换装置30包括容纳管线10a和管线31的隔热盒32，管线10a传输从电缆10喷射的冷却剂并允许冷却剂再次流入电缆10，以及管线31传输从用于流体的隔热导管2喷射的流体。传输管线10a被布置在隔热盒32内，以便该用于冷却剂的传输管线10a接触用于流体的传输管线31。利用该结构，可以用低温流体有效地冷却该超导电缆的冷却剂。应当注意，在隔热盒32内可以布置换热器材料，以便于将低温流体热传导到用于冷却剂的传输管线10a。例如，铝材料可以被用作该换热器材料。

在如上所述的例1-7的每一个中所示的本发明的超导电缆线可以被用于DC输电和AC输电的任何一种。在DC输电的情况中，当包括具有经受ρ分类以在内周边侧面上具有低电阻率和在外周边侧面上具有高电阻率的电绝缘层的电缆芯线的超导电缆被利用时，可以平稳电绝缘层的厚度方向上的DC电场分布，以及可以增加DC耐压性能。使用具有各种比率k的PPLP(商标)可以改变该电阻率。该电阻率趋于随k增加而增加。此外，当在超导导体层附近的电绝缘层中设置高ε层时，除增加DC耐压性能之外可以增加Imp.耐压性能。该高ε层可以使用，例如，具有低比率k的PPLP(商标)来形成。在该情况下，高ε层也变为低ρ层。此外，该超导电缆包括具有经受ρ分类的电绝缘层的电缆芯线以及也形成为具有朝内周边侧面增加和朝外周边侧面减小的电容率ε，也具有良好的AC性能。因此，利用这种电缆的本发明的电线也可以被合适地用于AC输电。例如，可以使用如下面所示的具有各种比率k的PPLP(商标)设置电绝缘层，以具有三种不同的电阻率和电容率。可以从内周边侧面(X和Y是常数)连续地设置下列三个层。

低ρ层：比率k＝60％，电阻率ρ(20℃)＝X[Ω·cm]，电容率ε＝Y

中ρ层：比率k＝70％，电阻率ρ(20℃)＝约1.2×[Ω·cm]，电容率ε＝约0.95Y

高ρ层：比率k＝80％，电阻率ρ(20℃)＝约1.4×[Ω·cm]，电容率ε＝约0.9Y

当利用本发明的电线执行单极输电时，使用经受ρ分类和ε分类的超导电缆，三个电缆芯线12当中的两个线芯(参见图2)可以被用作辅助线芯，一个线芯的超导导体层可以被用作去线，以及该线芯的外部超导层可以被用作回线。另外，每个线芯的超导导体层可以被用作去线和每个线芯的外部超导层可以被用作回线，以构成三线单极输电线。另一方面，当执行双极传输时，三芯当中的一个线芯可以被用作辅助线芯，一个线芯的超导导体层可以被用作正电极线，另一线芯的超导导体层可以被用作负电极线，以及两个线芯的外部超导可以被用作中线层。

本发明的电线使用经受ρ分类和ε分类的超导电缆并包括如下所述的端子结构，可以容易地执行DC输电如单极输电，或在AC输电之后执行双极输电，或在DC输电之后执行AC输电。图9和10的每一个是具有可移走的抽出导体部分的端子结构的构造示意性视图，该结构形成在使用三芯型超导电缆的本发明的超导电缆线的端部中。图9表示AC输电线的情况，以及图10表示DC输电线的情况。尽管在图9和10中仅仅示出了两个电缆芯线12，但是实际上是三芯。

该端子结构包括从超导电缆10的端部延伸的电缆芯线12的端部、连接到常温侧上的导电部分(未示出)将线芯12的端部与抽出导体部分40，61电连接的连接部分的抽出导体部分40，61以及容纳线芯12的端部、连接到线芯的侧面上的抽出导体部分40，61的端部以及连接部分的端部连接盒50。端部连接盒50包括用冷却剂填充的冷却剂浴室51，该冷却剂用于冷却超导导体层14，其中引入通过线芯12的端部的台阶剥离露出的超导导体层14，以及包括用冷却剂填充的冷却剂浴室52，该冷却剂用于冷却外部超导层15，其中也引入通过台阶剥离露出的外部超导层15，以及包括在冷却剂浴室51，52的外周边上布置的真空绝缘浴室53。在常温侧上的导电部分和超导导体层14之间布置的衬套60中嵌入的抽出导体部分61通过接头(连接部分)被连接到超导导体层14，以允许在常温侧上的超导电缆10和导电部分之间传输和接收电力。连接到常温侧上的导电部分的衬套60的侧面(常温侧)从真空绝缘浴室53凸出并被容纳在中空的中，该瓷器62被设置从真空绝缘浴室53凸出。

另一方面，外部超导层15经由如下所述的短路部分70(连接部分)连接在常温侧上的导电部分和外部超导层15之间布置的抽出导体部分40，以允许在超导电缆10和常温侧上的导电部分之间传输和接收电力。抽出导体部分40形成有连接到短路部分70的低温侧导体部分41和在该常温侧上布置的常温侧导体部分42，可从低温侧导体部分41移走。在该例子中，以具有规定截面面积的棒形形状形成常温侧导体部分42，以及以柱形形状形成低温侧导体部分41，其中可以装配棒状常温侧导体部分42。当常温侧导体部分42被插入低温侧导体部分41中时，部分41和42被互相电连接，以允许在低温侧和常温侧之间传输并接收电力，以及当从低温侧导体部分41除去常温侧导体部分42时，部分41和42开始导电。在该端子结构中包括这样的多个抽出导体部分40。低温侧导体部分41被固定在冷却剂浴室52上并具有电连接到短路部分70的一端和布置进入真空绝缘浴室53的另一端。在低温侧导体部分41的固定部分的外周边上设置由FRP制成的低温侧密封部分41a，以避免冷却剂的泄漏，冷却剂浴室52和导体部分41的短路等等。常温侧导体部分42被固定在真空绝缘浴室53上并具有布置在真空绝缘浴室53中的一个端子和另一端布置暴露于常温的外面。由FRP制成的常温侧密封部分42a被设置在常温侧导体部分42的固定部分的外周边上，以允许减小热量侵入和避免真空绝缘浴室53和导体部分42等等的短路。此外，在常温侧导体部分42的固定部分附近的真空绝缘浴室53上设置形成有波纹管的可伸长部分53，以在抽出导体部分40的固定和去除过程中，保持真空绝缘浴室53的真空状态。应当注意，在短路部分70中，三芯12的每一个的外部超导层15被短路。此外，连接到外部设备的引线43等等或接地线44被连接到常温侧导体部分42的常温侧上的端部。在冷却剂浴室51，52之间的部分附件布置的部分超导导体层14的外周边上布置环氧树脂单元63。

当包括具有上述结构的端子结构的超导电缆线被用作例如三相AC线时，连接到外部超导层15的抽出导体部分40应该具有要求获得接地电压的导体的截面面积。因此，如图9所示，尽管抽出导体部分40的低温侧导体部分41和常温侧导体部分42需要被互相连接，但是抽出导体部分40的低温侧导体部分41和常温侧导体部分42不需要互相隔开，以获得导体的所需截面面积。在该例子中，用于接地的接地线44被连接到抽出导体部分40的常温侧导体部分42的常温侧面上的端部。

另一方面，当请求从如图9所示的三相AC输电改变为DC输电时，相当于用于超导导体层14的电流流过外部超导层15。亦即，与图9所示的AC输电的情况相比较，流过外部超导层15的电流增加和流过抽出导体部分40的电流也增加。因此，如图10所示，在AC输电过程中被分开的抽出导体部分40的低温侧导体部分41和常温侧导体部分42被互相连接，以保证导体的足够截面面积，用于通过所需的电流量。在该例子中，引线43被连接到抽出导体部分40的常温侧导体部分42的常温侧上的端部，该端部被连接。相反，当请求从如图10所示的DC输电改变为AC输电时，在DC输电过程中开始导电的一个抽出导体部分40被分开，不导电。

工业实用性

本发明的超导电缆线适合用作用于提供电力到各个电力设备或消费者的电线。当该电线被用作用于提供电力到流体工厂内的电力设备的电线时，该电力设备传输具有低于常温的低温的流体，超导电缆的优点，如用低电阻提供大量电力，可以被充分地使用。此外，由于可以在用于流体的传输通道的构造过程中构成该电缆线，因此增加用于铺设的可加工性。

Claims (8)

1.一种超导电缆线，包括：

用于流体的隔热导管(2，2M，2N)，用于传输具有低于常温的温度的流体(1)；以及

被容纳在所述用于流体的隔热导管(2，2M，2N)中的超导电缆(10)，

其中，所述超导电缆包括电缆芯线和用于冷却所述电缆芯线的冷却剂；每个电缆芯线从其中央部分，包括线圈架、超导导体层、电绝缘层、外部超导层以及保护层，

所述流体和所述超导电缆之间的位置关系包括：所述超导电缆被浸于所述流体中；或所述用于流体的隔热导管内的区域被分为用于传输所述流体的传输区和用于在其中布置所述超导电缆的区域；或所述超导电缆线具有低温区部分以及高温区部分，在该低温区部分中，所述超导电缆的外周边处于具有至多为所述冷却剂温度的温度的低温环境，在该高温区部分中，所述超导电缆的外周边处于具有高于所述冷却剂温度的温度的高温环境，并且在所述低温区部分中，所述超导电缆被容纳在所述用于流体的隔热导管中。

2.根据权利要求1的超导电缆线，其中

所述流体(1)是液态氦、液态氢、液态氧、液态氮和液化天然气的任意一种。

3.根据权利要求1的超导电缆线，其中

所述流体(1)不同于所述超导电缆(10)的冷却剂所采用的流体。

4.根据权利要求1的超导电缆线，其中

所述流体包括第一流体和不同于该第一流体的第二流体，

所述用于流体的隔热导管(2，2M，2N)包括传输所述第一流体的第一隔热导管(2M)和传输所述第二流体的第二隔热导管(2N)；

在该高温区部分中，所述超导电缆(10)被容纳在所述第二隔热导管(2N)中；以及

所述超导电缆(10)的冷却剂是液态氮，所述第一流体是液态氢，以及所述第二流体是液化天然气。

5.根据权利要求1的超导电缆线，其中

所述超导电缆线包括用于在所述冷却剂和所述流体(1)之间交换热量的热交换装置(20，30)。

6.根据权利要求1的超导电缆线，其中

所述电绝缘层经受电阻率分类，用于在所述电绝缘层的内周边侧面上获得低电阻率，以及在外周边侧面上获得高电阻率，以平稳其直径方向中的直流电场分布。

7.根据权利要求6的超导电缆线，其中

所述电绝缘层具有邻近所述超导导体层(14)设置并具有高于其它部分中的电容率的高电容率层。

8.根据权利要求6的超导电缆线，其中

所述电绝缘层被构成为具有朝内周边侧面增加并且朝外周边侧面减小的电容率ε。

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