CN101091294B - 构造超导电缆的普通接点结构的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种构造用于连接超导电缆的普通接点结构的方法，该超导电缆具有电缆芯和沿着该电缆芯设置的光纤。该方法包括下列步骤：从将被连接在一起的两个超导电缆中的每一个的端部拉出光纤，并且将这样拉出的光纤接合；一旦完成接合就将拉出的光纤的额外长度返回到超导电缆侧；以及连接电缆芯，这样可以减少容纳在接点盒中的光纤的量，并且相应地减小接点盒的尺寸。

Description

构造超导电缆的普通接点结构的方法

技术领域

本发明涉及一种构造用于将超导电缆连接在一起的普通接点结构的方法。优选地，本发明涉及一种构造超导电缆的小的普通接点结构的方法。

背景技术

过去，已经研究了利用超导电缆作为用于电源线的电力电缆。在超导电缆的典型结构中，具有超导体的电缆芯容纳在热绝缘管中，并且该超导体通过填充在热绝缘管中的冷却剂进行冷却从而保持在超导状态。近年来，已经研制出具有容纳在热绝缘管中的一个芯的单芯电缆，以及具有容纳在热绝缘管中的多个芯的多芯电缆。

取决于制造、运输、安装以及其他条件，上述的超导电缆在电缆长度方面受到限制。因此，为了利用超导电缆在较长距离上构造电源线，必需提供用于沿着线路连接电缆的中间连接。例如，用于三芯超导电缆的普通接点结构在专利文献1中公开。该公开的普通接点结构被构造为从将被连接的两个超导电缆中的一个的端部拉出的三个芯分别与从另一个超导电缆的端部拉出的相应的三个芯连接，以及芯的端部与这些芯的耦合部分一起容纳在相同的接点合盒中。

在构造电源线之后，冷却剂被导入超导电缆的热绝缘管和上述的接点盒中。如果在冷却的初始阶段执行快速冷却，电缆部件会由于急剧的温度变化而遭到破坏。因此，通常冷却是渐进地执行，同时观察包括上述电缆芯耦合部分的电缆整个长度上的温度，以使得使温度在不会对电缆部件的性能造成影响的程度内改变。然后，在确认电缆芯、电缆芯的耦合部分等充分冷却后，开始电源线的工作。为了观察沿着超导电缆整个长度的温度，通常考虑沿电缆芯设置利用光纤的温度传感器(见非专利文献1)。

当在设置有利用光纤的温度传感器的超导电缆中形成普通接点结构时，除了接合电缆芯之外还必需接合光纤。熔接器通常用于接合光纤。因此，为了在形成普通接点结构的情况下连接光纤，执行了接合操作，并且从各超导电缆的端部拉出光纤，从而使每个光纤的端部可以设置在可放置熔接器的空间中。这样拉出的光纤的额外长度和光纤的接合部分以及电缆芯的耦合部分被容纳在接点盒中。

专利文献1日本专利申请公开No.2000-340274(图1)

非专利文献1 SUPERCONDUCTIVITY COMMUNICATIONS，2002年2月第1期第11卷，题目：Test results of a high temperaturesuperconducting cable are partly published，东京大学School ofEngineering，Department of Superconductivity，Kishio实验室。

2005年6月22日的检索互联网URL

<http://www.chem.t.u-tokyo.ac.jp/appchem/labs/kitazawa/SUPERCOM>

发明内容

本发明要解决的技术问题

然而，传统的普通接点结构的缺点是其尺寸不可避免地过大。在光纤的熔化接合后，如上所述，从超导电缆拉出的光纤的接合部分和整体的额外长度容纳在接点盒中。在这种情况下，光纤的可允许的弯曲半径R比较大：例如，直径为大约1mm的光纤的R是大约100mm。如果对光纤施加超过可允许弯曲半径R的弯曲，将增加传输损耗，导致不能正确的测量和传输。因此，如果在满足可允许半径R的状态下将已拉出的额外长度容纳在接点盒中，导致的缺陷是接合结构(接点盒)的尺寸，特别是外径，相应地增加。例如，在较早形成电缆芯的耦合部分的情况下光纤的额外长度可能会卷绕在芯的耦合部分的外围。然而，在这种情况下，不得不将接点盒设计为具有某种程度的外径。根据接点盒的安装位置，可用的空间受到了限制，并且如果接合结构的尺寸较大，则相应地可能不能在该位置处(例如现有的检查孔)安装接点盒。因此，不期望地增大了接合结构。

本发明的主要目的是提供一种构造超导电缆的普通接点结构的方法，其中可以较小尺寸制造具有沿着电缆芯的光纤的超导电缆的普通接点结构，而不会导致过大的尺寸。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明以这样的方式实现上述目的，即一旦完成接合则从超导电缆拉出的光纤就返回到超导电缆侧。本发明的特征在于用于连接超导电缆的普通接点结构的方法，其中每个超导电缆具有电缆芯和沿着该电缆芯设置的光纤，该方法包括下列步骤1至3：

1.从将被连接在一起的两个超导电缆中的每一个的端部拉出光纤并且将拉出的光纤接合的步骤；

2.一旦完成接合就将拉出的光纤的额外长度返回到超导电缆侧的步骤；以及

3.连接电缆芯的步骤。

下面，将详细描述本发明。

首先，将描述将被用于实施本发明的超导电缆的组成。将被用于实施本发明的超导电缆是具有包括超导体的电缆芯的超导电缆，并且典型地超导电缆配备有用于容纳电缆芯的热绝缘管，在该热绝缘管内部填充有冷却剂。电缆芯的基本成分被构造为使得超导体的外围由电绝缘层包裹。电缆芯的其他组成部件例如是，设置在超导体内部的成形器，与超导体不同且设置在电绝缘层外部的外超导层，以及配置在外超导层外围周围的保护层。此外，电缆芯可以配备有设置在超导体和电绝缘层之间的内半导体层和设置在电绝缘层和外超导体层之间的外半导体层。

成形器是用于保持超导导体的给定形状的装置，其可以是固体或空心的，并且可以具有管状结构或扭绞线结构。成形器的优选材料例如是非磁性金属材料且在大约冷却剂的温度下表现出低电阻的金属，例如铜，铜合金，铝或铝合金。如果由绝缘纸或复写纸(carbon paper)等形成的垫层插入在成形器和超导导体之间，则可避免成形器和包括超导导体的超导线(下文将描述)之间的直接接触，并且因此可以防止超导线由直接接触而破坏。此外，它具有使成形器表面平滑而变得更平坦的功能。例如，可以分别通过围绕成形器和电绝缘层螺旋缠绕由基于氧化超导材料的Bi2223构成的导线而形成超导导体和外超导层。超导线的缠绕可以在一层或多层中形成。在多层缠绕的情况下，可以设置层间绝缘层。例如，层间绝缘层可以由诸如牛皮纸的绝缘纸或例如PPLP(Sumitomo Electric Industries，Ltd.的注册商标)的半合成绝缘纸组成，该半合成绝缘纸由聚丙烯和牛皮纸形成。例如，电绝缘层通过围绕超导导体的外围缠绕而形成，所述绝缘材料是诸如牛皮纸的绝缘纸或诸如PPLP(注册商标)的半合成纸。当超导电缆用于交流电传输时，外超导层用作屏蔽层，其用于抑制流过超导导体的交流磁场的泄漏。当超导电缆用于直流电传输时，外超导层可用作回流导体或中性超导导体。保护层主要用作用于外超导层的机械保护的装置，该保护层通过围绕外超导层缠绕诸如牛皮纸的绝缘纸而形成。

例如，用于容纳上述电缆芯的热绝缘管具有真空绝热结构，其中由外管和内管构成的双管之间的空间被抽真空。除了抽真空，热绝缘材料可以设置在双管之间的空间中。优选地，抽真空应该预先在工厂等地进行。如果构造热绝缘管以使得预先设置有预定真空能级的真空层不会在构造电缆芯的耦合部分时被破坏，则可以减少在安装场所的抽真空工作。为了冷却超导导体和外超导层，在内管中填充诸如液态氮的冷却剂。这样的热绝缘管的优选例子是挠性波纹管。

本发明使用了超导电缆，在该超导电缆中，一个或多个长度的上述电缆芯被容纳在热绝缘管中。例如，超导电缆可以是单芯超导电缆，其中一个电缆芯被容纳在热绝缘管中，或者也可以是多芯超导电缆，其中两个或多个扭绞在一起的电缆芯容纳在热绝缘管中。例如，多芯电缆具有扭绞在一起的三个电缆芯被置于一个热绝缘管中的结构。在多芯电缆的情况下，如果电缆芯弯曲地扭绞在一起，则该弯曲可以容许热收缩。

具体地，本发明涉及一种超导电缆，其中上述的电缆芯和沿着该电缆芯设置的光纤容纳在热绝缘管中。光纤可以以具有最小保护包裹的光纤束的形式或以具有第二涂层的光纤芯线的形式使用。在光纤芯线的情况下，例如可以是单芯线或带状线等形式，在带状线中多个光纤并排设置并且由包裹层包裹在一起。此外，如果光纤以围绕光纤束或光纤芯线的外围设置由高强度材料构成的包裹层的形式使用，则光纤可以得到更可靠的保护，并且可以防止光纤在如下所述的拉入和压入操作中被损坏。例如，将使用的高强度材料是诸如不锈钢等的金属材料。同样，由高强度材料构成的包裹层优选地具有挠性：例如，可以使用由上述材料形成的薄管。例如，当不锈钢管用作由高强度材料形成的包裹层时，其厚度是大约0.1至0.3mm。在这种情况下，在薄管的内圆周和光纤(束或芯线)的外围之间设置的空间优选地由树脂等填充，以使得光纤和管预先联合。如果该空间足够小从而不会导致光纤从薄管中滑脱，则不必填充树脂等。将被置于薄管中的光纤可以是单芯或多芯的形式。薄管的尺寸可以适当地根据将容纳在其中的光纤的数量来选择。同样，光纤可以以具有上述光纤芯线的光纤电缆形式来使用。例如，光纤电缆可以具有包括间隔件和保护层的结构，该间隔件具有设置在其外围侧上用于容纳光纤芯线的槽，该保护层包裹间隔的外围。该间隔件在其中心部分配备有应力部件。

通过沿着电缆芯设置上述的光纤，可以使用光纤用于监视电缆芯的状态。例如，光纤可以用于测量电缆芯的温度和沿着芯的纵向温度分布。更具体地，如果具有激光束源的温度检测装置连接在光纤的端部，并且在光纤的一个端部或两个端部形成入射脉冲形激光束以测量拉曼反向散射光的强度，由于散射光的强度取决于温度，因此可以测量光纤外围附近的温度，即电缆芯的温度。同样，通过测量在光纤上形成入射激光束的时刻与检测到散射光的时刻之间所需的返回时间，可以确定散射光发生的位置。也就是说，可以检测电缆芯的每个位置的温度。因此，如果例如由在工作中的电缆芯的一点造成温度增加的故障导致骤冷，则可以通过检测其温度和位置来确定故障的位置。在这种方式中，光纤可以用作用于检测故障位置的传感器。同样，由于电缆芯的每个点的温度可以通过利用上述光纤进行测量，因此可以获得沿着电缆芯的温度分布。因此，例如，在线的构造之后在导入冷却剂的初期阶段，可以获得电缆芯的纵向的温度分布。也就是说，光纤可以用作用于检测温度分布的传感器。或者，当然，光纤也可以用作通讯线。可以将多个这样的光纤用于不同的用途。

为了沿着电缆芯设置上述光纤，例如可以围绕芯的外围螺旋地缠绕光纤。在这种情况下，缠绕直径将设定在光纤的可允许弯曲范围内。在超导电缆是多芯电缆的情况下，其中多芯电缆具有电缆芯被弯曲地扭绞在一起以使得在扭绞芯的中心部分存在空间(由芯围绕的空间)的结构，光纤可以插入该空间中。或者，可以以这样的方式将电缆芯扭绞在一起，即将光纤提供到芯扭绞设备以使得在将电缆芯扭绞在一起的期间将其设置在上述空间中。

如上所述，光纤可以通过围绕电缆芯的外围缠绕或者插入芯中的空间中而简单地以自身的状态沿着电缆芯设置，即具有如下的形式：束，芯线，具有由高强度材料形成的包裹层的束或芯线，以及光纤电缆。然而，在这种情况下，光纤可能会损坏。同样，由于像上述一样地按照其自身状态地设置光纤，磨擦阻力会在下列情况下趋于增大，所述情况是：为了接合而拉出光纤的情况，或者在如下所述的完成接合之后返回光纤的情况，或者在如上所述的完成插入到电缆芯中的空间中的插入结构的情况。因此，考虑到光纤的保护和磨擦阻力的减小，优选地沿着电缆芯设置管状件以及将光纤容纳在管状件中。在这种情况下，光纤可以预先放入并设置在管状件中，并且因此容纳光纤的管状件可以沿着电缆芯设置。或者，光纤可以插入并设置在先前已沿着电缆芯设置的管状件中。在电缆芯通过弯曲扭绞在一起并且管状件设置在扭绞芯的中心部分提供的空间中的情况下，管状件可以插入到因此形成在电缆芯中的空间中，以使得管状件可以设置在其中。或者，在将多个电缆芯扭绞在一起的时候，管状件可以设置在将被扭绞的电缆芯的中心，以使得该芯围绕管状件的外围扭绞。优选地，管状件具有关于所使用的冷却剂的温度的容差，并且具有热收缩的挠性。例如，管状件可以是波纹管或者网格管，其由诸如不锈钢、铜、铝或包括这些金属的合金的金属材料形成，或者它可以是由硅形成的管。管状件的尺寸(口径)可以适当地选择，以使得可以容纳所需数量的光纤。例如，如果管状件的口径形成地相对较大以使得管状件的内周与光纤的外围之间的空间可以足够地大，则一旦如下所述地接合了光纤，那么可以将光纤的额外长度压入和存贮在管状件中。同样，在具有由高强度材料形成的包裹层的上述光纤被容纳在管状件中的情况下，由于可以利用包裹层和管状件获得双重保护结构，因此可以更可靠地防止光纤损坏。在光纤用于温度测量或者故障点检测等的情况下，优选地管状件被设计为具有容纳在其中的光纤可以与填充在管状件内侧的冷却剂相接触的结构。例如，在管状件中，可以适当地预先设置从外侧通过其壁刺穿到内侧的通孔，以使得当将冷却剂导入热绝缘管中时，该冷却剂可以通过通孔流入管状件的内部。当网格管用作管状件时，冷却剂可以通过网状开口流入。当以光纤电缆的形式使用光纤时，由于通过间隔件、保护层等实现光纤的保护和磨擦阻力的减小，因此不必将光纤容纳在管状件中；然而，可以将其构造为被容纳在管状件中。

上述光纤应该被设计为除了对应于超导电缆的电缆长度的长度之外，还至少具有用于接合光纤所需的足够多的长度(接合额外长度)。此外，在光纤将被连接在一起的情况下，光纤可以具有将从超导电缆拉出的额外长度(拉出额外长度)所需的足够的长度。或者，在结构是在接合时可以拉出所需长度的情况下：例如光纤存贮在如上所述的具有低磨擦力的管状件中的结构，此时光纤不需要具有拉出额外长度。一般，在超导电缆的两端执行光纤的接合，并且由此在光纤具有拉出额外长度的情况下，对于在一端接合的情况，光纤的拉出额外长度可以例如是大约2000mm，或者对于在电缆的两端接合的情况，可以例如是大约2000mm×2＝约4000mm。因此，当光纤具有拉出额外长度时，光纤的长度由于拉出额外长度而变得比电缆芯的长度(在成束结构的情况下的扭绞状态下)更长。因此，必需预先将光纤的拉出额外长度存贮在超导电缆的热绝缘管中。用于容纳拉出额外长度的部分可以是在超导电缆的纵向上任意选择的部分。具体地，如果拉出额外长度的容纳部分被设计在超导电缆的端部附近，即如果超导电缆构造成在电缆的端部预先设置拉出额外长度，则当连接光纤时可以迅速将拉出额外长度拉出，从而得到令人满意的可操作性。为了将光纤的拉出额外长度存贮在超导电缆的热绝缘管中，可以在光纤的可允许弯曲半径内将其缠绕在电缆的外围周围上，或者可以以线圈的形式在可允许弯曲半径的范围内将其卷绕起来并且设置在热绝缘管中。在上述两种情况下，当结构是光纤容纳在管状件中时，拉出额外长度可以保持在暴露状态，而不存贮在管状件中。或者，当结构是光纤容纳在管状件中时，拉出额外长度可以通过对拉出额外长度进行弯曲这样的方式放置光纤而存贮在管状件中。也就是说，拉出额外长度也可以容纳在管状件中。在这种情况下，管状件应该适当地设计为具有容纳拉出额外长度的空间所需的足够的口径尺寸。

为了连接超导电缆，其中光纤如上所述地沿着每个电缆的电缆芯设置，在其安装在诸如输送管的预定安装场所安装之后，分两步执行连接工作：I)光纤的接合，以及II)芯的连接。两个步骤中的每一个都可以先于另一个执行；然而，通常先执行电缆芯的连接。因此，首先将描述电缆芯的连接。在连接步骤之前，预先在超导电缆端部处以预定长度切割的热绝缘管被保持在从热绝缘管暴露电缆芯端部的状态。在这种情况下，优选地热绝缘管被设计成具有这样结构，即热绝缘管的真空层不会由于切割而被破坏，并且因此不必再一次对热绝缘管进行抽真空。当超导电缆是多芯电缆时，可以预先通过在芯的暴露端解除扭绞而扩展电缆芯之间的间隔，从而可以容易地形成芯的接点结构。

例如，如下地执行电缆芯的连接。通过如下步骤形成导体的耦合部分，所述步骤是：如上所述地逐步地对从热绝缘管端部暴露的每个电缆芯的端部进行剥皮以使得暴露超导导体和成形器，并且通过执行成形器和超导导体与连接套管的各个连接。接下来，由诸如环氧树脂的绝缘材料构成的电绝缘层被配置为围绕导体的耦合部分的外围。同样，可以通过围绕导体的耦合部分的外围和电缆芯的端部的外围缠绕诸如绝缘纸，例如牛皮纸，或诸如PPLP(注册商标)的合成绝缘纸等绝缘材料，从而设置加强的电绝缘层。此外，屏蔽层和接地电位层可以围绕加强电绝缘层的外围而设置。当在光纤的接合之前执行电缆芯的连接时，优选地光纤应该由包裹材料包裹，或者移除到不会妨碍连接工作的位置，以使得在连接工作期间不会损坏光纤。具体地，当光纤具有拉出额外长度时，由于在电缆芯的连接工作期间很容易损坏，因此优选地执行上述保护措施以防止损坏。光纤的拉出额外长度比较长，通常大约2000mm。因此，当光纤的拉出额外长度设置在超导电缆端部时，在电缆芯的连接工作期间，拉出额外长度可能会被工作人员、形成耦合部分的部件、所使用的工具等猛拉或触碰，从而会导致光纤损坏或者断裂。因此执行上述损坏保护措施是有效的。

接下来，将描述光纤的接合。当光纤将被连接在一起时，每个光纤从将被连接的两个超导电缆的端部拉出。执行所述拉出，以使得将被接合在一起的光纤的端部可以被设置在如下位置处，所述位置是用于执行光纤接合的熔接器可以放置的位置。在这种情况下，光纤的拉出额外长度设置在超导电缆的端部，则光纤可以轻易地拉出，并且可以立刻完成拉出工作。同样，在光纤被容纳在管状件中的情况下，由于拉出光纤时的磨擦阻力小，因此即使没有拉出额外长度也可以轻易地拉出光纤。上述拉出应该通过可允许应力范围内的力来执行，以使得不会施加诸如会破坏光纤的过大拉力。如果光纤设置有用于执行如上所述的电缆芯的连接工作的包裹，则应该在移除包裹之后进行上述拉出工作。

接下来，将这样拉出的光纤接合在一起。利用上述熔接器等执行该接合。可以在与接合普通光纤的情形相同的步骤中适当地形成光纤的接合部分。本发明最典型的特征是，在形成光纤的接合部分之后，被拉出用于接合的每个光纤的额外长度返回到从其中已经拉出光纤的超导电缆侧。为了将光纤的额外长度返回到超导电缆侧，例如，如果在与电缆中已经形成光纤接合部分的一端相对的光纤端是开口的(下文中称为“开口端”)，可以从该开口端牵引光纤。在光纤从超导电缆的开口端牵引的情况下，这样的牵引应该以光纤可允许的应力范围内的力来执行，如在上述拉出工作中的情况。具体地，如果光纤被容纳在管状件中，可以使得牵引操作期间的磨擦阻力更小。如果使用具有由高强度材料形成的包裹层的光纤，由于它具有极好的强度，因此可以防止发生诸如光纤断裂的故障。可以通过下述方法执行上述的牵引操作，所述方法是从连接的两个超导电缆的任意一个的开口端拉出所接合的两个光缆的额外长度(拉出额外长度)，或者是从各电缆的开口端拉出每个光纤的额外长度。也就是说，光纤的额外长度不总是返回到已经从其中拉出光纤的相同电缆。在光纤的额外长度从两个超导电缆中的任何一个的开口端拉出的情况下，如果从相对短的一个超导电缆的开口端拉出，或者在取决于电缆的安装模式而存在各处(up-and-down)不同的情况下，从位于磨擦力明显较小的一侧的电缆的开口端拉出，则由于减少了拉入所需的时间或者可以容易地执行拉入工作，从而可以得到满意的可操作性。因此，已经从超导电缆拉出的光纤可以通过从超导电缆的开口端拉出而被拉入电缆侧。从超导电缆的开口端牵引出的额外长度可以被用于在开口端侧形成光纤的接合部分，或者可以切除其不必要的部分。在开口端侧完成光纤接合之后，光纤的额外长度可以以相同的方式从另一连接的超导电缆的开口端侧拉出。

除了如上所述地一旦完成光纤的接合就通过从超导电缆的开口端牵引而将光纤的额外长度返回到电缆侧的方法之外，还存在这样的方法，例如将光纤的额外长度压入超导电缆侧。例如，光纤的额外长度可以压入热绝缘管(在内管的内部)中的空间中，或者在光纤容纳被在管状件中的情况下，可以将其压入管状件的内部。在后一种情况下，应该选择管状件的内径以使其具有适于容纳额外长度的尺寸。已经被压入管状件的光纤额外长度成弯曲状态地被容纳在管状件中。这样压入管状件的光纤可以由带等固定到管状件的端部，以使得光纤不会露出管状件。

在形成了光纤的接合部分时，通过牵引或压入将光纤的额外长度返回到超导电缆侧，如果在此之后执行电缆芯的连接，则由于在连接电缆芯的工作期间几乎没有任何东西不利地接触到额外长度，因此可以防止光纤损坏。

如上所述，一旦完成光纤的接合和电缆芯的连接，则将连接的部分存贮在接点盒中。在这种情况下，根据本发明，由于如上所述地光纤的额外长度返回到超导电缆侧，因此光纤不会从超导电缆的端部过多地突出。也就是说，存贮在接点盒中的光纤量与传统的方法相比更少。因此，根据本发明，可以避免接点盒的增大，具体地是避免其外径的增大。接点盒可以由双重结构形成，例如，包括冷却容器，其中填充有用于冷却超导导体和导体的耦合部分的诸如液化氮的冷却剂，以及以罩着冷却容器外围的方式设置的热绝缘容器。具体地，由于该结构允许连接工作容易在诸如检查孔的有限空间中执行，因此优选地设计将要构造的接点盒，以使其在电缆芯纵向上分开的可分离片断部分可以被组合在一起以形成整体单元。当将要进行光纤的接合和电缆芯的连接时，可以预先在超导电缆侧移除接点盒的分开的片断部分，从而使得光纤的端部和芯的端部被暴露，并且在光纤和芯的连接工作结束之后，移除的片断部分可以移动，并且可以通过焊接片断部分的边缘或其他方法连接在一起，以使得它们可以集成在接点盒中。在接点盒形成之后，可以将冷却容器和热绝缘容之间的空间抽真空，从而可以将热绝缘功能赋予热绝缘容器。可以使用装备有真空层的接点盒。除了抽真空以外，诸如super insulation(商标名称)等的热绝缘材料也可以设置在冷却容器和热绝缘容器之间。

超导电缆的普通接点结构通过上述步骤构建。除了普通接点结构之外，单独形成将与正常温度侧的装备连接的终端接点结构，从而构造超导电缆线。在通过将冷却剂适当地填充到电缆的热绝缘管和接点盒中从而充分地冷却电缆芯和导体的耦合部分之后，开始超导电缆线的操作。在这种情况下，如果超导电缆装备有用于温度测量的光纤，则可以通过利用光纤测量电缆芯的温度而确认冷却状态。

本发明的有益效果

根据本发明的构造方法，由于在光纤接合之后已经拉出用于接合的光纤额外长度返回到超导电缆侧，因此可能减少存贮在接点盒中的光纤量。因此，通过利用本发明的构造方法，不必增大接点盒的尺寸，并且可以相应地避免普通接点结构的额外增大。因此，在安装接点盒的空间相对小的安装位置处可以充分地构造普通接点结构。此外，在形成电缆芯的耦合部分的情况下，如果在光纤的额外长度返回到超导电缆侧之后形成电缆芯的接点结构，则可以防止光纤的额外长度妨碍连接工作，并且还可以减少诸如光纤损坏等故障的发生。

附图说明

图1A是示出在安装之前的状态下的超导电缆结构的示意图。

图1B是沿图1A中B-B的截面图。

图2是用于说明超导电缆的普通接点结构的构造程序的图，示出了电缆芯从超导电缆的端部暴露时的状态，其中电缆芯未扭绞。

图3是用于说明超导电缆的普通接点结构的构造程序的图，示出了形成电缆芯的耦合部分时的状态。

图4是用于说明超导电缆的普通接点结构的构造程序的图，示出了拉出了光纤额外长度时的状态。

图5是用于说明超导电缆的普通接点结构的构造程序的图，示出了光纤的端部与熔接器接合时的状态。

图6是用于说明超导电缆的普通接点结构的构造程序的图，示出了形成光纤的接合部分时的状态。

图7是用于说明超导电缆的普通接点结构的构造程序的图，示出了光纤被拉到各超导电缆侧时的状态。

图8是用于说明超导电缆的普通接瀹结构的构造程序的图，示出了电缆芯的耦合部分和光纤的接合部分存贮在接点盒中时的状态。

附图标记的说明

10、10A、10B光纤；11、11A、11B、12光纤的额外长度；20管状件；30接合部分；100、100A、100B超导电缆；101电缆芯；102热绝缘管；102a内管；102b外管；110成形器；111超导导体；112电绝缘层；113外超导层；114保护层；115加强电绝缘层；120接点盒；120a冷却剂容器；120b真空容器；200拉出盖；300固定夹具；301垂直片段部分；302水平片段部分；303槽口；400熔接器

具体实施方式

在下文中，将描述本发明的优选实施例。在附图中，相同的标记表示相同的元件。图中的尺寸比率并不总是与说明书中的保持一致。图1A是示出在安装之前的状态下超导电缆的结构的示意图，以及图1B是沿图1A中B-B的截面图。图2至图8是用于说明超导电缆的普通接点结构的构造程序的图。图2示出了电缆芯从超导电缆的端部暴露时的状态。图3示出了形成电缆芯的耦合部分时的状态。图4示出了拉出光纤的额外长度时的状态，图5示出了光纤的端部利用熔接器接合时的状态。图6示出了形成光纤的接合部分时的状态，图7示出了光纤被拉到各超导电缆侧时的状态。图8示出了光纤的耦合部分和光纤的接合部分存贮在接点盒中时的状态。虽然图2至图8仅示出了在超导电缆中装备的两个电缆芯，但是实际上存在三个电缆芯。

本发明涉及构造超导电缆的普通接点结构的方法。首先，说明超导电缆。在图1A和图1B中示出的超导电缆100是具有三个电缆芯101的三芯电缆，所述芯扭绞在一起并且被容纳在热绝缘管102中。电缆芯101从中心以列举的顺序包括成形器110，超导导体111，电绝缘层112，外超导层113，以及保护层114。在这种情况下使用的成形器110由成束的铜线形成，该铜线由绝缘材料包裹。通过在多层中螺旋形地缠绕基于Bi2223的超导带形线(Ag-Mn护套线)而形成超导导体111和外超导层113。通过缠绕半合成的绝缘纸(来自Sumitomo ElectricIndustries，Ltd.的PPLP，注册商标)而形成电绝缘层112。保护层114通过缠绕牛皮纸而形成。半导体层分别设置在电绝缘层的内圆周侧和电绝缘层的外围侧。制备具有这样的组成的三种长度的电缆芯101，而这些芯101以弯曲的方式扭绞以使得允许热收缩。

热绝缘管102是由内管102a和外管102b构成的双结构管，其由波纹不锈钢形成，并且如图1A所示，外管102b设计地比内管102a长(延伸部分由平形管形成)。在内管102a的端部，内管102a和外管102b之间的间隔被密封，并且对管102a和102b之间的密封空间进行抽真空。绝热材料可以设置在管102a和102b之间的多个层中。在线路工作期间，诸如液化氮等的冷却剂填充在内管102a中，并且由内管102a的内表面和电缆芯101的圆周表面限定的空间用作冷却循环通道。热绝缘管102的外围设置有由聚氯乙烯构成的防腐层(未示出)。

光纤10设置在上述扭绞的电缆芯101中的中心部分处提供的间隙中。在此实施例中使用的光纤10被构造为使得由不锈钢形成的薄管设置在光纤芯线的外围，芯线和不锈钢管由填充在它们之间的树脂集成。在此实施例中，光纤10被容纳在管状件20中，该管状件设置在上述芯101(参考图1B，在图1A中省略)中的空间中。管状件20是由不锈钢构成的波纹管，并且具有多个从外侧到内侧刺穿的通孔。由于这种结构，填充在热绝缘管102(内管102a)中的冷却剂通过上述通孔流入管状件20，填充在管状件20的内侧，以使得光纤10能够接触填充的冷却剂。在图1B中，以放大的尺寸示出了管状件20内侧的空间，且管状件20的尺寸可以适当地确定，以使得光纤10能够被插入并且设置在其中。插入管状件20以使其设置在已经扭绞在一起的上述芯101中的间隙中，之后插入光纤10并设置在管状件20中。在这种方式中，插入光纤10并且设置在沿着电缆芯101纵向地设置的管状件20中，因此光纤10沿着芯101纵向地设置。其中预先插入并设置光纤10的管状件20可以设置在电缆芯101的间隙中。

光纤10的额外长度11和12(当光纤10接合在一起时使用的)设置在电缆芯101的各端部(超导电缆的端部)处。在此实施例中，光纤10的额外长度11和12以在可允许的弯曲半径范围内的卷绕形式存贮在热绝缘管102(内管102a)中。当将要形成光纤的接合结构时，设置在电缆芯101一端的额外长度11(在图1A的左侧)包括接合光纤所需的接合额外长度，和将光纤10的端部设置在工作位置所需的拉出额外长度。设置在另一端部(在图1A的右侧)的额外长度12包括接合额外长度，但不包括拉出额外长度。这些额外长度11和12处于暴露状态，没有存贮在管状件20中。

例如，具有上述组成的超导电缆100在两端配备有拉出盖200并卷绕在电缆盘(drum)上，并且在此状态下运输到安装场所。因此，超导电缆100通过拉出盖200拖拉，并且安装在预定安装位置。在运输和安装工作期间，超导电缆100的热绝缘管102保留在未填充冷却剂的状态。

接下来，将说明在由此安装的超导电缆100端部处形成的普通接点结构的构造程序。

I.电缆芯的暴露

当超导电缆100已经放置在预定位置时，首先，切除在两个电缆中的一个的热绝缘管102的端部以暴露电缆芯101。在此实施例中，仅切除延伸得比内管102a更长的外管102b的延伸部分，从而不会破坏热绝缘管102的真空。

II.热绝缘管的支撑

接下来，如图2所示，热绝缘管102的端部由固定夹具300支撑。在此实施例中，所使用的固定夹具300具有这样的结构，所述结构是，热绝缘管102的端部可以固定到地，并且该结构包括垂直片段部分301和水平片段部分302，其中垂直片段部分具有槽口303，该槽口可使电缆芯101通过该槽口被插入，以及水平片段部分302用于支撑被固定到地的垂直片段部分301。根据在此实施例中使用的固定夹具300的结构，热绝缘管102的外管102b主要地由其支撑，并且内管102a的开口可以通过槽口303充分地观察。

III.电缆芯的连接

接下来，移除设置在超导电缆100的端部的拉出盖(见图1)，然后，如图2所示，芯101的端部未钮绞并且相互分开到足够形成芯的耦合部分的程度。可以适当地设置支撑夹具(未示出)用于保持分开的状态。光纤的额外长度11可以保留以位于热绝缘管102(内管102a)中，或者可以从热绝缘管102拉出并且以其他方式放置以使得不妨碍电缆芯耦合部分的形成。如果额外长度11被拉出，则可以用覆盖物对其进行覆盖以使得在连接电缆芯的工作期间不会被损坏。在此实施例中，它被保留存贮在热绝缘管102中。同样对将被连接的其他超导电缆执行上述的工作。在此实施例中，将说明具有与图1所示相同结构的其他电缆的情况，并且其中超导电缆以这样的方式安装的，即，使得如下所述侧的端部相互面对地设置，在所述侧，在超导电缆中设置了包括拉出额外长度的额外长度11。

如图3所示，接点结构形成在电缆芯101之间，每个芯分别从超导电缆100A和100B拉出。更具体地，以逐步的方式剥出每个芯101的端部以使得暴露成形器和超导导体，对于如此从超导电缆100A和100B拉出的芯101，利用连接套管分别得到成形器之间的连接以及超导导体之间的连接。例如，成形器可以由连接套管通过挤压而联合，而超导导体可以通过焊接而与连接套管联合。通过围着连接套管的外围缠绕带形绝缘材料而形成加强电绝缘层115。因此，形成了芯101的三个耦合部分。

IV.拉出光纤的额外长度

一旦电缆芯的耦合部分形成，则将已经以线圈形式缠绕的额外长度11A和11B释放，并通过固定夹具300的槽口303从热绝缘管102拉出到电缆芯的耦合部分的一侧上，如图4所示，从而可以执行接合光纤的工作。

V.光纤的接合

下面，如图5所示，分别从连接在一起的超导电缆100A和100B的端部拉出的光纤10A和10B的额外长度11A和11B被设置在熔接器400上。因此，光纤10A和10B连接。在这种方式中，形成预定的耦合部分30，如图6所示。

VI.光纤额外长度的拉回

接下来，通过分别在超导电缆100A和100B中的未固定到固定夹具300的端部拉动光纤10A和10B，如图7所示(在下文中称为“开口端”：在图中是电缆100A的左端部和电缆100B的右端部)，分别将从超导电缆100A牵引出的额外长度11A和从超导电缆100B牵引出的额外长度11B拉入电缆100A侧和电缆100B侧。在此实施例中，当执行额外长度11A和11B的接合时，超导电缆100A和100B的另一端(在设置额外长度12(见图1)的一侧的端部(即开口端))假想为打开。通过分别从超导电缆100A和100B的各开口端分别拉动光纤10A和10B，从而使得额外长度11A和11B分别返回到超导电缆100A和100B侧，且因此从电缆100A和100B的端部突出的量减少了，如图7所示。具体地，在此实施例中，由于光纤10A和10B存贮在管状件中从而减小了拉入的磨擦，因此可以简单地执行拉回操作而不会造成光纤损坏等。当光纤的接合部分形成在开口端侧时，拉出到开口端侧的光纤可以用作拉出额外长度。

VII.接点盒的构造

然后，如图8所示，形成冷却容器120a，其包括光纤10的三个电缆芯101和接合部分30的耦合部分。在此实施例中，通过如上所述的将额外长度11拉入超导电缆侧而减小了被容纳在冷却容器120a中的光纤10的额外长度11的量。因此，不必扩大冷却容器120a，且相应地，接点盒120的尺寸可以减小。真空容器120b形成在冷却容器120a的外侧，对冷却容器120a和真空容器120b之间的间隔进行抽真空直到预定的真空能级。这样，形成了接点盒120。通过形成接点盒120，从而完成普通接点结构的构造。

如上所述，根据本发明的构造方法，将光纤接合时已经从超导电缆的端部拉出的光纤的额外长度被拉回超导电缆侧中，从而可以减少存贮在接点盒中的光纤的量。因此，不必形成大尺寸的接点盒，并且相应地可以形成具有小外径的普通接点结构。在此实施例中，拉出的每个光纤的额外长度从将被连接在一起的超导电缆的各开口端拉入，因此光纤的接合部分可以被设置为位于接点盒的中心附近，如同电缆芯的耦合部分的情况。因此，可以存贮光纤的接合部分，以使其基本上在接点盒中位于与电缆芯的耦合部分相同的位置，并且因此可容易地执行维护和控制工作。

上述实施例的结构是将光纤的额外长度从连接在一起的两个超导电缆的开口端拉入。然而，也可以将光纤的额外长度仅从其中一个超导电缆的开口端拉入。在这种情况下，在接点盒中光纤的接合部分被设置为朝着如下位置，所述位置更接近于已经执行了光纤拉入的一侧。如果连接在一起的超导电缆没有开口端(即，在与接合端相对的端部没有开口的情况下)，例如在接点盒已经形成在相对端的情况下，光纤可以通过被压入管状件而返回到超导电缆侧。在这种情况下，可以使用具有足够大尺寸(口径)以容纳额外长度的管状件。如果结构是光纤自身沿着电缆芯设置，而没有存贮在管状件中，则可以将光纤压入热绝缘管中存在的空间中，以使得额外长度可以设置在其中。当将光纤压入时，将在可允许的弯曲半径内对光纤实施弯曲。在没有利用管状件而将光纤沿着电缆芯简单地设置的情况下，光纤的外围将优选地被由高强度材料形成的包裹层包裹。在上述实施例中，光纤具有拉出额外长度；然而，如果可以拉出光纤的端部以使其位于接合光纤的熔接器所设置的位置，则也可以使用没有拉出额外长度的光纤。在这种情况下，优选地，光纤存贮在管状件中以使得可以容易地拉出。

工业实用性

本发明可以用于在构造超导电缆线的情况下制造将超导电缆连接在一起的普通接点结构。装备有根据本发明制造的普通接点结构的超导电缆线可以用于交流电传输和直流电传输。

Claims (6)

1.一种构造用于连接超导电缆的普通接点结构的方法，其每个超导电缆具有电缆芯和沿着该电缆芯设置的光纤，该方法包括下列步骤：

从将被连接在一起的两个超导电缆中的每一个的端部拉出光纤，并且对这样拉出的光纤进行接合；

一旦完成接合，则通过牵引或压入将拉出的光纤的额外长度返回到超导电缆侧；以及

连接电缆芯。

2.根据权利要求1所述的构造用于连接超导电缆的普通接点结构的方法，其中被拉出用于接合的光纤的拉出额外长度设置在将被连接在一起的超导电缆的端部附近。

3.根据权利要求1所述的构造用于连接超导电缆的普通接点结构的方法，其中

沿着电缆芯设置管状件，所述光纤被容纳在该管状件中。

4.根据权利要求2所述的构造用于连接超导电缆的普通接点结构的方法，其中沿着电缆芯设置管状件，所述光纤被容纳在该管状件中。

5.根据权利要求1所述的构造用于连接超导电缆的普通接点结构的方法，所述光纤用于温度的测量，电缆芯或通讯线路的故障点的检测。

6.根据权利要求3或4所述的构造用于连接超导电缆的普通接点结构的方法，其中，

所述管状件被设计为具有能够使容纳在其中的光纤与填充在管状件内侧的冷却剂相接触的结构。

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