CN101416256B - 超导线缆 - Google Patents

Abstract

提供一种超导线缆，其通过简单的结构吸收常规传导导线随着被冷却而产生的常规传导导线的收缩量。该超导线缆具有超导层(超导导体层12和超导屏蔽层16)和至少设置在超导层的内侧或外侧中的至少一个处的常规传导层(常规传导导体层11C和常规传导屏蔽层17)。超导线缆在常规传导层的内侧具有应力缓和层，并且超导线缆使应力缓和层11B吸收常规传导层随着被冷却剂冷却而产生的径向收缩量。

Description

超导线缆

技术领域

本发明涉及超导线缆。具体地讲，本发明涉及这样一种超导线缆，其能够吸收构造成超导线缆的常规传导层随着被冷却时而引起的收缩。

背景技术

作为超导线缆，已经提出了图4中说明的超导线缆。超导线缆100配置成在热绝缘管20中容纳3个线缆芯10(例如参见专利文献1)。

线缆芯10自其中心开始依次包括线圈架(former)11、超导导体层12、绝缘层15、超导屏蔽层16和保护层18。通常地，线圈架11由绞合线、管形构件等构造成。通过将超导导线在线圈架11上螺旋缠绕多层来构造成导体层12。典型地，使用带状的超导导线，其中包含氧化物超导材料的多条细丝排列在银护套等的基体中。对于交流线缆，导体层12中的外部超导导线减少增加的电流密度，即减少非均匀电流分布的密度，并且因此减少交流损耗。因此，每一层可以使其超导导线以不同的螺距缠绕。通过缠绕绝缘纸来构造成绝缘层15。与传导层12相似地，通过将超导导线螺旋缠绕在绝缘层15上来构造成屏蔽层16。另外，对于保护层18使用绝缘纸等。

热绝缘管20是双层套管，其包括内管21和外管22，在它们之间设置有热绝缘体(未示出)，并且该热绝缘管20内部被抽真空。在热绝缘管20的外侧形成抗蚀层23。另外，使用线缆使得液氮等的冷却剂引入并且通过在线圈架11中形成的空间(如果线圈架11是空心的)或者在内管21和芯10之间流通，并且绝缘层15被冷却剂浸泡。

对于上述的超导线缆，必须保证一个故障电流分路以防止例如在意外的短路等中故障电流流过超导导线并且导致温度过度增加而损坏该线。因此，已经提出将常规传导材料与超导线缆的组成材料结合。例如，专利文献2公开了在由超导导线形成的导体层的外侧提供常规传导金属层用作故障电流分路。此外，专利文献3公开了使用由常规传导材料形成的绝缘包覆线所形成的绞合线结构作为芯构件(或线圈架)的材料以用作故障电流分路。

专利文献1：日本专利公开号2001-202837(图1)

专利文献2：日本专利公开号2000-67663

专利文献3：日本专利公开号2001-325838

发明内容

本发明解决的问题

当上述线缆工作时，线缆使其的组成材料被冷却剂冷却到低温并因此收缩，并且因此需要吸收这种收缩的结构。然而，还没有提出适于吸收由常规传导材料构造成的构件，特别是由超导线缆的组成材料构造成的构件的这种收缩的结构。

对于具有三个线缆芯的结构，可以将芯绞合成缓和状态等等以吸收线缆的组成材料的收缩。然而，在这种情况下，需要增加线缆的外径以对应芯的缓和状态。相反地，单芯超导线缆不能采取对于三芯线缆所实行的方法。当由于冷却线缆而引起的超导和常规传导导线的收缩没有被充分吸收时，应力作用在该线上。这可能引起超导导线的退化，或者由于线缆收缩，可能对位于线缆弯曲部分的一部分上的热绝缘管施加侧压，导致热绝缘削弱。

考虑到上述情况而作出本发明，且本发明的主要目的是提供通过简单的结构能够最大程度地吸收由于冷却线缆而引起的超导线缆的组成材料的常规传导层的收缩量的超导线缆。

此外，本发明的另一目的是提供通过简单的结构能够最大程度地吸收由于冷却线缆而引起的超导线缆的组成材料的常规传导层的收缩量以及另外吸收超导线缆的组成材料的超导层的收缩量的超导线缆。

此外，本发明的又一目的是提供通过简单的结构能够最大程度地吸收由于冷却线缆而引起的常规传导层的收缩量且还能够减少常规传导材料的使用量的超导线缆。

解决问题的方法

根据本发明，提供超导线缆，所述超导线缆包括超导层和设置在超导层的内侧和外侧中的至少一个处的常规传导层，超导线缆配置成：在常规传导层的内侧具有应力缓和层；以及使得应力缓和层吸收常规传导层由于被冷却剂冷却而引起的常规传导层的径向收缩量的至少一部分。

在常规传导层的内侧提供的应力缓和层吸收与伴随着常规传导层由于冷却而引起的收缩的常规传导层的径向收缩量相对应的一部分量(即，常规传导层冷却时直径减少的量)。这可以减少常规传导层中引起的拉力。此外，由于常规传导层径向收缩，所以在超导层也产生径向收缩效应，并且尤其可以减少当以短螺距缠绕的超导导线由于冷却而收缩时所产生的应力。

下面将详细描述根据本发明的超导线缆的结构。

根据本发明的超导线缆典型地由线缆芯和容纳线缆芯的热绝缘管构造成。其中，线缆芯具有应力缓和层、常规传导层、超导导体层和绝缘层作为基本结构。通常地，线缆芯还提供有作为构造成线缆的构件的线圈架。在这种情况下，例如线圈架提供有应力缓和层和常规传导导体层。

应力缓和层是用于吸收常规传导层的热收缩的层。常规传导层指的是由常规传导材料构造成的线缆的组成材料的层。典型地，其对应于由常规传导材料形成的用于分流在短路中引起的故障电流的分路。更具体地，包括使用常规传导材料构造成的线圈架的一部分。

线圈架设置在超导导体层的内侧以维持超导导体层具有预定的几何结构。对于该线缆，适于提供具有常规传导层和应力缓和层的线圈架。例如，应力缓和层设置为靠近中心，并且常规传导导体层设置在应力缓和层外部以使得常规传导导体层的径向收缩量由应力缓和层吸收。

常规传导层例如由常规传导导线形成。更具体地，常规传导导线是铜线、铝线等等。铜线和铝线的电导率高，并因此适合作为过电流分路。它们还是无磁性的并因此在减少交流损耗方面是优选的。常规传导导线不限于具有特殊的横截面；它可以是圆形线或带状线。通常地，将构造成线圈架的一部分的常规传导导体层缠绕在具有小直径的构件上。因此，圆形线的常规传导导线更容易缠绕。然而应该注意到，如果使用圆形线构造成常规传导导体层，那么为了平滑外部圆周表面，优选地在常规传导导体层上提供带状缠绕层，仅在外部圆周表面附近处及附近中使用径向较小的常规传导导线等。

优选地，常规传导层配置成具有绞合线结构。例如，常规传导层由在下述应力缓和层的外侧螺旋缠绕常规传导导线而构造成。螺旋缠绕常规传导导线可以使得常规传导导线本身在被冷却时便于径向收缩。此外，绞合线结构可以由一组的多个分段导体来构造成，其中的每段导体由多个绞合在一起的绞合线来构造成。

常规传导层优选地由常规传导导线构造成，使其绞合线绝缘。由螺旋缠绕的绝缘绞合线形成的常规传导导线使得在这些常规传导导线之间的涡流通路被切断，从而使损耗更小。

仅要求应力缓和层在通过冷却剂冷却线缆至低温时具有可以吸收常规传导层的径向收缩的至少一部分的收缩量。仅要求应力缓和层具有由材料形成的结构，并且具有厚度以获得这个预定的收缩量。

应力缓和层可以适合由牛皮纸、塑料带以及牛皮纸和塑料带的复合带中的至少一个的材料形成。具体地，可适合使用塑料带、聚烯烃、聚丙烯。通常地，牛皮纸便宜，并且在被冷却时其收缩的量小，然而可以预期它的纤维素纤维的缓冲效应。塑料带在被冷却时收缩的量大。牛皮纸和聚丙烯的复合带昂贵。然而，如果使用很大厚度的聚丙烯，可以保证大的收缩量，并且也可以预期构造成牛皮纸的纤维素纤维的缓冲效应。由这些材料形成的应力缓和层可以在常规传导导线具有大的径向收缩时防止常规传导导线承受过多的拉力。对于牛皮纸，绉牛皮纸或湿度控制牛皮纸可以保证大的收缩量。另外，应力缓和层可以由这些材料中的一个或组合物形成，以具有允许吸收常规传导层的径向收缩量的至少一部分的厚度。

在应力缓和层的内侧，可以设置芯构件。芯构件可便于形成应力缓和层，并且也具有允许调整应力缓和层的厚度以调整所吸收的常规传导层的收缩量的直径。芯构件可以是空心的或实心的。芯构件的特定实例包括管、螺旋形成的带等。优选地，考虑到柔性，管是波纹管。实心芯构件的特定实例是绞合线结构。

超导导体层是由超导导线构造成的导体部分。例如，通过将超导导线在线圈架外侧螺旋缠绕多层而形成导体层。超导导线的特定实例是带状的超导导线，其中由铋2223系列氧化物超导材料形成的多个条细丝排列在银护套等的基体中。可以以单层或多层缠绕超导导线。通常地，为了减少导体层的非均匀电流分布以减少交流损耗，对每个层或每几个层以不同的方向缠绕超导导线，或者对每个层或每几个层以不同的螺距缠绕超导导线。另外，当形成多层时，可以提供层间绝缘层。对于层间绝缘层，指出由缠绕牛皮纸的绝缘纸等，或者由SumitomoDenki Kogyo K.K.生产的PPLP复合纸等而提供的层间绝缘层。

绝缘层由具有根据导体层电压的介电强度的绝缘材料构造成。例如，可适合地使用牛皮纸、塑料带以及牛皮纸和塑料带的复合带中的至少一个。

在上述材料中，仅由牛皮纸构造成绝缘层的结构是最便宜的。将复合带和牛皮纸复合在一起可以减少昂贵的复合带的量，通常比单独使用复合带来构造成绝缘层时更小，并且可以因此减少线缆的成本。

复合带的绝缘层在电特性方面是优选的。复合带适合为层压在一起的牛皮纸和聚丙烯薄膜。

在绝缘层的外侧，可以提供超导屏蔽层。超导屏蔽层在其中感应的电流在大小上基本等于超导导体层的电流且与超导导体层的电流方向相反，以消除由超导导体层产生的磁场并且因此防止磁场向外泄漏。与超导导体层相似，也通过螺旋缠绕超导导线来构造成超导屏蔽层。通常地，与对超导导体层所做的相似，对每个层或预定的每几个层以不同的方向缠绕超导导线，或者对每个层或预定的每几个层以不同的螺距缠绕超导导线而形成超导屏蔽层，以减少或防止非均匀电流分布。

相反地，常规传导屏蔽层是例如由常规传导材料形成并且设置为邻近超导屏蔽层的屏蔽层。如上所述当线缆正常工作时，超导屏蔽层在其中感应的电流在大小上基本等于超导导体层的电流且与超导导体层的电流的方向相反。如果短路等突然发生并且过电流流过超导导体层，并且因此超导屏蔽层也具有从其中经过的过电流，常规传导屏蔽层起到分路过电流以防止温度过度增加并且因此最小化或防止超导屏蔽层的损害的作用。

常规传导屏蔽层和常规传导导体层都适合地由螺旋缠绕的常规传导导线构造成。特别地，优选地常规传导屏蔽层由带状的常规传导导线构造成。将常规传导屏蔽层缠绕在具有比常规传导导体层所缠绕的构件的直径大的构件上，并且这使得带状线易于缠绕并且可以将具有所需的横截面的常规传导屏蔽层的厚度形成得小。此外，带状线可以在这样的传导导线之间提供的间隙比圆形线可以提供的间隙小得多，这可以有助于常规传导导线与常规传导层的横截面(体积)比率的增加。

如上所述，适当的是常规传导屏蔽层的径向收缩量也由形成在线圈架上的应力缓和层吸收。换句话说，当线圈架径向收缩时，绝缘层变得可沿径向收缩，这将有助于常规传导屏蔽层的收缩。绝缘层本身也可以用作吸收常规传导屏蔽层的径向收缩的应力缓和层。将绝缘层本身用作应力缓和层可以有助于减少线缆芯的直径。

另外，优选地在线缆芯的最外层圆周上提供保护层。保护层具有从实体上保护外导体层并且与热绝缘管绝缘的功能。保护层可以由牛皮纸等的绝缘纸或塑料带形成。

热绝缘管可以具有能够保持冷却剂的热绝缘的任意结构。例如，将热绝缘材料设置在外管和内管之间，外管和内管一起形成双层套管的双层结构，并且双层套管的内管和外管之间被抽真空。通常地，将由设置在层中的金属箔和塑料网形成的超绝缘布置在内管和外管之间。内管的内部至少容纳导体层，并且填充有用于冷却导体层的液氮等冷却剂。

冷却剂可以将超导导线保持在超导状态。虽然现在最实际地考虑是使用液氮作为冷却剂，也可以想到使用液氦、液氢等。特别地，液氮利用不使聚丙烯膨胀的液体来提供绝缘，并且如果将使用聚丙烯的复合带用于构造成绝缘层，可以提供具有极好的直流耐压特性、极好的Imp.耐压特性等的超导线缆。

优选地，上述线缆具有下列结构中的一个或其组合：

(1)以缠绕直径的4至6倍的螺距缠绕常规传导导线。缠绕直径指的是其上缠绕有常规传导导线的构件的直径，即由常规传导导线构造成的层的内径。如上所述限制缠绕螺距与缠绕直径的比率，可以提供短的缠绕螺距以减少常规传导导线由于冷却而收缩时所产生的常规传导导线的径向收缩量，并且还可以减少常规传导导线的使用量。

当减少常规传导导线的缠绕螺距时，也减少了常规传导导线由于冷却而收缩时产生的常规传导导线的径向收缩量，即由应力缓和层吸收的量，并且因此可以容易形成应力缓和层。然而，当减少缠绕螺距时，增加常规传导导线的使用量从而导致成本增加，并且因此选择缠绕螺距，最小化或防止常规传导导线的使用量增加是重要的。因此，如上所述通过限制缠绕螺距相对于缠绕直径的比率，可以构造成具有短螺距的超导线缆，其可以减少常规传导导线由于冷却而收缩时产生的常规传导导线的径向收缩量，并且还可以相对减少常规传导导线的使用量。

如下所述，通过试验计算或实际测量可以获得常规传导导线的优选缠绕螺距。首先，研究构造成常规传导层的常规传导导线的缠绕螺距与缠绕直径的比率或者“螺距与直径”的比率，以及常规传导导线冷却时产生的径向收缩量之间的关系。然后，研究螺距与直径的比率和常规传导导线的使用量之间的关系。另外，选择常规传导导线的缠绕螺距和缠绕直径，可以使得常规传导导线的径向收缩量等于或小于限定值，并且还可以使得常规传导导线的使用量等于或小于限定值。

注意到如果由常规传导导线缠绕多层而构造成常规传导层(常规传导导体层、常规传导屏蔽层等等)，优选地对于每个层或预定的每几个层以不同的方向缠绕常规传导导线，或者对于每个层或预定的每几个层以不同的螺距缠绕常规传导导线。这可以减少或防止常规传导层中的非均匀电流分布。如果像这样使用不同的螺距缠绕超导导线，期望考虑到径向收缩量和传导导线的使用量，以由线构造成的层的内径的4—6倍范围内的螺距缠绕常规传导导线。

(2)提供半导体层。

例如，可以在绝缘层的内圆周和外圆周的至少一个上，即在超导导体层和绝缘层之间，在绝缘层和超导屏蔽层之间等等提供半导体层。线圈架或内半导体层和内半导体层或外半导体层在稳定电性能方面是有效的。例如可以由缠绕的复写纸构造成半导体层。

(3)使用压力烧结法中产生的铋基氧化物超导导线。

当螺旋缠绕超导导线以构造成超导层(超导导体层、超导屏蔽层等等)时，通常地考虑到减少/防止非均匀电流分布，结合多个不同的螺距以缠绕超导导线。相反地，如果以固定的缠绕直径缠绕超导导线，传导导线对于较大的螺距提供较大的径向收缩量。因此，对于由应力缓和层吸收的一些量，需要的是以大螺距缠绕的超导导线必须承受伴随着收缩的应力作用。这样，如果超导导线的抗拉力极好，则可以构造成能够被充分实际地使用的超导线缆。用于获得这样的抗拉力极好的超导导线的方法是使用压力烧结法制造超导导线。

在用于生产超导导线的粉末装管法中使用压力烧结法。更具体地，在为了超导导线而二次烧结源线中，使用气体加压以对线施加各向同性的外部压力。该加压可以防止该线具有减少的细丝密度，并且可以因此获得具有大的拉力强度的超导导线。该线缆允许由应力缓和层吸收常规传导层的径向收缩量以减轻超导导线上的应力作用。尽管如此，应力，特别是拉应力可以作用在超导导线上。抗拉力极好的超导导线可以承受其上的拉力作用并且可有效地防止退化。

特别地，如果以不同的螺距缠绕超导导线而构造成超导层，优选地以大螺距缠绕的超导导线是由压力烧结法获得的超导导线。以大螺距缠绕的超导导线比以小螺距缠绕的超导导线的径向收缩量更大，并且如果径向收缩量没有被充分吸收，则拉力作用在超导导线上。对拉力更容易作用在其上的超导导线施加由压力烧结法获得的超导导线可以有效地防止超导导线的退化。

在压力烧结法中使用的用于加压的气体适合为惰性气体和氧气的气体混合物，并且适合在15—30MPa的压力下进行加压。例如在下列文献中说明了压力烧结法，“Development of Bismuth-basedSuperconductive Wire”，Kohei YAMAZAKI等，SEI Technical Review，第164期，36—41页，2004年3月。

(4)超导导线提供有加强传导导线的拉力强度的加强层。

如上所述，拉力强度大的超导导线是优选的，因为它可以承受其上的应力作用，提供有加强层的超导导线也可以具有抗拉力。加强层例如包括结合在超导导线上的不锈钢带、覆盖超导导线的搪瓷或类似的树脂等等。

(5)提供保持缠绕层和缓冲层。

可以在超导层(超导导体层、超导屏蔽层等等)的外侧提供保持缠绕层。通过在超导层的外侧形成保持缠绕层，可以期望向内紧固超导层的作用。该紧固作用允许超导层的径向收缩平稳进行。可以由能够在超导层产生预定紧固力的任何材料构造成保持缠绕层。例如，可以适合使用金属带，特别是铜带等。

当使用保持缠绕层时，优选地还在保持缠绕层和超导层之间插入缓冲层。通常地，超导导线由银或类似金属形成，并且如果保持缠绕层由金属带形成，则保持缠绕层和超导层将使各自的金属彼此接触，并且可能损坏超导导线。在这两个层之间设置缓冲层可以避免它们各自的金属直接彼此接触，并且可以保护超导导线免受损坏。具体地，可以适合由绝缘纸、复写纸等形成缓冲层。

发明效果

该超导线缆可以达到下列效果：

(1)在常规传导层的内侧提供的应力缓和层可以吸收至少与伴随常规传导导线由于冷却而产生的收缩的常规传导层的径向收缩的量相对应的一部分量。特别地，这还可以减轻或解决在以小螺距缠绕的超导导线上的应力作用。

(2)至少与常规传导层的径向收缩的量相对应的一部分量可以由应力缓和层吸收，以减少作用在线缆芯上的拉力并且因此减少施加至线缆终端的应力。因此，可以以简单的形式设计线缆终端。此外，由于减少了作用在线缆芯上的拉力，所以也可以防止由于线缆的弯曲部分的侧压力而使热绝缘层的热绝缘减少。

(3)通过对线缆芯本身提供吸收热收缩的机构，不仅对于多芯超导线缆而且对于通常被认为难以具有吸收机构的单芯超导线缆，都可以吸收常规传导导线和超导导线的收缩量的至少一部分。可以以减少的缓和状态将三芯或类似的多芯线缆绞合在一起，并且因此使其具有减少的外径。

(4)通过提供其是常规传导导线的缠绕直径的4至6倍的缠绕常规传导导线的螺距，可以提供能够通过简单的结构吸收常规传导导线冷却时而产生的收缩量，并且还能够使常规传导导线的使用量最小化的超导线缆。

具体实施方式

在下文中将描述本发明的实施方式。

第一实施方式

总体结构

如图1所示，本发明提供ac超导线缆100，其由单线缆芯10和容纳芯10的热绝缘管20构造成。

芯

从中心向外看，芯10具有线圈架11、超导导体层12、缓冲层13、保持缠绕层14、绝缘层15、超导屏蔽层16、常规传导屏蔽层17和保护层18。

线圈架

线圈架11是用作用于形成由超导导线形成的超导导体层12的芯的构件，并且从其中心向外看包括芯构件11A、应力缓和层11B和常规传导导体层11C。这里，芯构件11A由螺旋钢带形成，并且将绝缘带缠绕在芯构件11A上以提供应力缓和层11B，并且此外，将常规传导导线缠绕在应力缓和层11B上以提供常规传导导体层11C。

芯构件11A是缠绕以用作用于形成应力缓和层11B的芯的构件。它由6mm宽且0.8mm厚的SUS316钢带螺旋缠绕而构造成。

应力缓和层11B由一种材料形成并且具有被选择成吸收常规传导导体层11C热收缩时产生的径向收缩量的厚度。更具体地，使用由Sumitomo Denki Kogyo K.K.制造的复合带PPLP形成的并且由牛皮纸和聚丙烯薄膜层压在一起而形成的绝缘带。聚丙烯薄膜的厚度与PPLP复合带的整体厚度的比率是60％。

此外，常规传导导体层11C用于在短路等突然发生时分路故障电流以保护超导导体层12，防止过度的故障电流意外地经过并损坏超导导体层12。这里它由螺旋缠绕在应力缓和层11B上的涂有聚氟乙烯的铜线而形成。常规传导导体层11C由两层构造成：由具有1.5mm直径的铜线构造成的径向内层和由具有1.1mm直径的铜线构造成的径向外层。从内层向外层看，常规传导导体层11C具有依次沿S-Z的方向缠绕的层。

超导导体层

超导导体层12由0.24mm厚且3.8mm宽的铋2223系列银-锰护套带状线实现。由压力烧结法制造该带状线。将该带状线在线圈架11上(常规传导导体层11C)缠绕多层以构造成超导导体层12。这里，从最内层向外看，在4个层中依次沿S-S-Z-Z方向缠绕超导导线。

缓冲层和保持缠绕层

在超导导体层12上设置缓冲层13，并且在其上进一步设置保持缠绕层14。通过在超导导体层12上缠绕几层牛皮纸而构造成缓冲层13，并且通过缠绕铜带而形成保持缠绕层14。缓冲层13防止使超导导体层12和保持缠绕层14它们各自的金属彼此接触，并且保持缠绕层14通过缓冲层13将超导导体层12向内握紧，从而在冷却线缆时，可以使超导导体层12的径向收缩以及常规传导导体层11C的径向收缩平稳进行。

绝缘层

在保持缠绕层14上形成绝缘层15。绝缘层15具有对经过导体层12的交流电电绝缘的功能。这里，使用PPLP构造成绝缘层15。如下所述，绝缘层15还具有作为吸收常规传导屏蔽层17冷却时所产生的常规传导屏蔽层17的径向收缩量的外部应力缓和层的功能。绝缘层15本身作为外部应力缓和层可以消除单独提供外部应力缓和层的需要，并且可以防止线缆芯具有大的外径。

另外，尽管未示出，但是在绝缘层15的内圆周侧提供内半导体层，并且在绝缘层15的外圆周侧提供外半导体层。所述半导体层都由复写纸缠绕形成。

超导屏蔽层

在绝缘层15外侧提供超导屏蔽层16。当线缆工作时，超导屏蔽层16在其中感应的电流在大小上基本等于超导导体层12中的电流并且与超导导体层12中的电流方向相反，以消除由超导导体层12产生的磁场并且因此防止磁场向外泄漏。这里，它由与超导导体层12类似的超导导线构造成。更具体地，它由沿S-S方向缠绕的两层构造成。

常规传导屏蔽层

随后，将常规传导屏蔽层17设置在超导屏蔽层16上。常规传导屏蔽层17用于在短路等突然发生时分路故障电流以保护超导屏蔽层16，防止感应出过度的故障电流并且损坏超导屏蔽层16。这里，它由螺旋缠绕在超导屏蔽层16上的涂有聚氟乙烯的铜线而形成。常规传导屏蔽层17由带状铜线缠绕两层而构造成。从内层向外层看，常规传导屏蔽层17的各层依次沿S-Z方向缠绕。

保护层

在常规传导屏蔽层17的外侧提供有由绝缘材料形成的保护层18。这里，保护层18由缠绕的牛皮纸构造成。通过保护层18，可以从实体上保护常规传导屏蔽层17，热绝缘管(内管21)可以被绝缘，并且可以防止感应电流到热绝缘管20的分路。

热绝缘管

热绝缘管20是双层套管，其包括内管21和外管22，并且在内管21和外管22之间提供真空的热绝缘层。在真空的热绝缘层内侧布置所谓的超绝缘，其由沉积在层中的塑料网和金属箔形成。在内管21的内侧和芯10之间形成的空间提供冷却剂流动通道。另外，需要的时候可以在热绝缘管20的外圆周上形成聚氯乙烯等的抗蚀层23。

示例性的试验计算

在制造上述超导线缆的过程中，执行下面的试验计算使得常规传导导线的使用量最小化，同时力求以短螺距(pitch)缠绕常规传导导线以减少常规传导导线的径向收缩量。

首先，研究构造成常规传导层的常规传导导线的缠绕螺距与缠绕直径的比率或者螺距与直径的比率和常规传导导线的径向收缩量之间的关系。这里，使用三个缠绕直径20mmФ、30mmФ和40mmФ，并且利用每种材料的线性膨胀系数通过试验计算而计算对于每个直径的螺距与直径的比率，以及当线缆在工作中被冷却时如果常规传导导线收缩0.3％时所产生的径向收缩量。其结果在图2的曲线图中示出。

如曲线图所示，可以看出对于单个的螺距与直径的比率，缠绕直径越大，径向收缩量越小。另外，还可以看出对于单个缠绕直径，螺距与直径的比率越小，径向收缩量越小。从这个结果可以看出，当选择短螺距时，要被吸收的径向收缩量小。

然后，研究螺距与直径的比率和常规传导导线的使用量之间的关系。这里，当沿在其上缠绕常规传导导线的物体的纵向放置常规传导导线时，即当纵向地放置常规传导导线时，常规导线的使用量假定为1.0的值，并且由一个相对值表示当螺距与直径的比率变化时，常规传导导线的使用量怎样改变。其结果在图3的曲线图中示出。

如曲线图所示，可以看出对于达到大约6.0的螺距与直径的比率，常规传导导线的使用量没有极大地增加，当比率达到小于4.0时，常规传导导线的使用量迅速增加。

从两个试验计算结果可以看出，大约4.0至6.0的螺距与直径的比率是允许被冷却的常规传导导线的收缩容易被吸收并且还减少常规传导导线的使用量的范围。

工业实用性

根据本发明的超导线缆可以用作电力传输装置。具体地，根据本发明的超导线缆可以特别适合用作单芯ac电力传输装置。

附图说明

图1是根据本发明的超导线缆的横向剖视图。

图2是示出了螺距与直径的比率和常规传导导线冷却时所产生的径向收缩量之间的关系的曲线图。

图3是示出了螺距与直径的比率和常规传导导线的使用量之间的关系的曲线图。

图4是传统超导线缆的横向剖视图。

附图标记的说明

100：超导线缆

10：芯

11：线圈架，11A：芯构件，11B：应力缓和层，11C：常规传导导体层

12：超导导体层，13：缓冲层，14：保持缠绕层

15：绝缘层，16：超导屏蔽层，17：常规传导屏蔽层，18：保护层

20：热绝缘管

21：内管，22：外管，23：抗蚀层

Claims (8)

1.一种超导线缆，包括线缆芯，该线缆芯包括超导层和设置在所述超导层的内侧和外侧中的至少一个处的由常规传导材料构成的常规传导层，所述超导线缆配置为：

使得所述常规传导层作为用于在意外时的故障电流的路径；

在所述常规传导层的内侧具有应力缓和层；以及

使得所述应力缓和层吸收所述常规传导层随着被冷却剂冷却而引起的径向收缩量的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的超导线缆，其中：

所述常规传导层由螺旋缠绕的常规传导导线构造成。

3.根据权利要求2所述的超导线缆，其中；

以所述常规传导导线的缠绕直径的四至六倍的螺距缠绕所述常规传导导线。

4.根据权利要求1至3中的任何一项所述的超导线缆，包括线圈架、设置在所述线圈架外侧作为超导层的超导导体层以及设置在所述超导导体层外侧的绝缘层，其中：

所述线圈架具有所述常规传导层和所述应力缓和层。

5.根据权利要求4所述的超导线缆，还包括：

设置在所述绝缘层外侧的超导屏蔽层；以及

设置在所述超导屏蔽层外侧的由常规传导材料构成的常规传导屏蔽层。

6.根据权利要求1至3中的任何一项所述的超导线缆，其中：

所述超导层由超导导线构造成；以及

所述超导导线是由压力烧结法制造的铋基氧化物超导导线。

7.根据权利要求1至3中的任何一项所述的超导线缆，其中：

所述超导层由超导导线构造成；以及

所述超导导线提供有加强所述超导导线的拉力强度的加强层。

8.根据权利要求1至3中的任何一项所述的超导线缆，其中；

所述应力缓和层由牛皮纸、塑料带以及牛皮纸和塑料带的复合带中的至少一种构造成。

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