CN101785123A - 超导元件接头、用于提供超导元件接头的方法和超导电缆系统 - Google Patents

超导元件接头、用于提供超导元件接头的方法和超导电缆系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及包括在两个超导元件之间的接头的超导元件接头，其包括至少一个直接SC-SC转接头。通过本发明，可以获得改进的超导元件接头。本发明还涉及用于提供这样的超导元件接头的方法和包括这样的超导元件接头的超导电缆系统。

Description

超导元件接头、用于提供超导元件接头的方法和超导电缆系统
技术领域
本发明涉及超导元件接头、用于提供这样的超导元件接头的方法和包括这样的超导元件接头的超导电缆系统。
背景技术
现有技术的超导元件接头通常通过插入一个插入元件来提供，该插入元件的每一末端连接每一段超导电缆，从而形成双接头。
这样的超导元件接头例如从US2005/006718A1获知。
现有技术中已知期望联接的多种类型的超导元件。这样的超传导元件包括超导母线(以下仅称之为“母线”)、超导电缆、超导电缆的层和其他类似元件。
对于长距离电缆系统，由于单个超导元件在没有联接/接合(splicing)元件时不能制成具有足够的长度，所以需要电缆联接的技术。
目前公知的超导电缆具体地包括三种主要类型，即冷电介质共轴设计、暖电介质单相电缆和三同轴电缆设计，三同轴电缆设计即中心围绕载体、骨架或者类似件并且由共中心的电丝网包围的三个共中心相，例如，在WO06/111170、US 6750399和/或EP1053193中描述的。
三同轴电缆设计具有优于其他的HTS电缆设计的多个优点。优于冷电介质共轴设计的优势包括：
·超导材料的使用减少(例如减少34-50％)，导致成本下降以及能耗下降。
·低温封装材料和冷却表面的使用减少(例如减少30-50％)，使得成本降低并且能效提升。
三同轴电缆设计相比于暖电介质单相电缆的优势包括：
·基本上不存在对电缆产生外部干扰的外部磁场。
·电感和电容的电特性之间的关系得到改善，导致较长的临界长度、改进的稳定性和降低的负载相关电压降。
·电缆内部磁场降低，导致了较低的能耗和改进的超导材料性能。
·低温封装材料和冷却表面的使用减少(例如减少因数为30-50％)，使得成本降低并且能效提升。
·低温封装件的数量下降，导致较少的焊接和制造步骤、较低的制造成本和增加的可靠性。
三同轴电缆设计相比于这两个替代设计的劣势可以包括以下：
·与共轴冷电介质和暖电介质单相相比更复杂的电缆设计和端接设计，导致制造和应用中的较高风险。
如上所述，现有技术已经讨论了插入类型的导体接合件，其构成插入件或者转接件，其或者是Cu，另一种低阻性导体或者是超导线/带嵌入在基体中制成的合成插入件。尽管使用插入类型的插入件降低了接合处理的复杂性，但是对于每个导体其也引入了至少两个导体接头，并且在使用Cu转接件的情况中，其还引入了扩展的欧姆转接(transition)。在现有技术中没有解决的另一个问题是现有技术导体接头的不期望的ac损耗。欧姆损耗可以通过强制制冷降低。然而，对于长的电缆，接头的欧姆损耗累积并且其必须和其它损耗一起通过制冷来降低或者移除。在此情况中，欧姆损耗加到低温损耗以及超导ac电缆的磁生ac损耗上。对于dc电缆，因为在超导体中不产生损耗，所以产生的损耗的作用就会更加显著。
发明内容
本发明涉及超导元件接头，其产生与上述现有技术的插入类的导体接合件/接头相比更小的欧姆和/或低温损耗。更具体地，本发明的超导元件接头在机械强度、额定电流和故障电流以及高电压性能方面具有非常良好的性质。
本发明还涉及用于提供相对简单的超导元件接头的方法。用于提供超导元件接头的方法可以优选地包括联接方法，其提供的技术水平使得可以联接不同几何构形的HTS超导电缆，例如同轴电缆、三同轴电缆、多相以及DC电缆。该解决方案提供在机械强度方面和原始电缆一样强或者比其更强的接头(超导元件接头)。还可以发现超导元件接头在电流方面的特性非常良好，并且在额定电流、故障电流、高电压性能方面其与原始电缆大体相当甚或有所改进。进一步，该电缆相比于原始电缆可以尽可能的细。
术语接头、接头结构、元件接头和接合件可以交换使用来表示两个元件之间的连接结构。超传导元件接头可以包括一个单个接头或者两个或更多个接头，其中超导元件中的并置元件优选的仅涉及一个接头结构。
术语带和线可以交换使用来表示任一类型的超导带/线(SC/HTS)。术语线表示具有诸如圆形、椭圆形、方形等等的任一横截面形状的超导线。带是相对平坦的线，即具有大约为2∶1或者超过2∶1的纵横比的横截面形状。术语线包括带。
在一个实施例中，本发明提供用于联接电缆的途径以及如何测定HTS-HTS交迭(或者HTS-HTS-HTS)的尺寸的严格方案，以便获得期望的或者预定的dc和ac特性。在本发明的一个优选实施例中，提供包括交错布置的超导元件接头，这被提议作为一种选择来获得最终整体细长的电缆接头尺寸，以及使欧姆耗散(虽然可能小)的热负载沿纵向分布。在一个实施例中，以合为一体的三相电缆接头的形式来提供该超导元件接头。
SC表示超导或者超导体。
SC带/线广义上是任一超导线，并且还包括将非超导材料作为该线的中性和集成部分结合的线，该线的中性和集成部分例如但不限于诸如线基体、衬底、层压板、焊料等的材料。
HTS表示高温SC带/线。
SC-SC或者多个SC-SC-SC接头被认为包括由包含部分非超导部件的SC带/线形成的任一个或者大量接头，即使严格地来说该转接是非电超导的。
原始导体表示通常的SC或者普通的带/线。
原始电缆表示没有任一接头的电缆。
术语“交错接头”表示该接头在电缆的纵向方向中互相之间至少部分错位。
本发明在权利要求书中和在此处一样限定。
超导元件可以是优选包括至少一个SC线的任一种超导元件，诸如超导母线、超导电缆、超导电缆层、各相/中性线、导体或者其它类似元件。
术语“相”在没有其他描述的情况下包括任一非中性相和任一中性相。术语“中性”表示中性相。一般而言，中性相具有如同地一样的电势，并且大部分情况下中性相将接地。
本发明的超导接头包括至少一个直接SC-SC转接头。还被称为超导体-超导体接头的直接SC-SC转接头被限定为包括联接在一起的超导元件的两个末端段并且没有非超导导体(普通导体)的中间段的接头。可以理解，只要普通材料是联接装置的一部分，例如焊料、焊接消耗物、胶水等，或者该材料是待联接导体的集成部分，例如层压板、加固件、封条、涂层等，直接SC-SC就包括其中在实际超导段之间出现较小的普通传导材料的接头。例如，和焊接材料(例如，SS)层压并且焊接在一起的HTS带/线，尽管理论上其中在实际超导部件之间并非100％超导连接，但在上下文中其也被认为是直接SC-SC接头。直接SC-SC的特征在于接头/连接的相对面使用中间段并且该中间段带来至少两个接头，中间段的每一末端一个接头。
SC-SC转接头可以位于两个相同的超导元件之间或者两个不同的超导元件之间，例如线-线、层-层、相-相、电缆-电缆、电缆-母线等等。
根据本发明的实施例，超导元件接头包括在两个联接端之间提供的直接SC-SC转接头并且其中一个或者两个联接末端具有至少一个超导股线或者超导层。
包括至少一个直接SC-SC转接头的超导元件可以是任一类型的超导元件，并且它们互相之间可以相同或者不同。在大部分情况中，超导元件接头包括处于具有基本相同的横截面结构的两个超导元件之间的直接SC-SC转接头。
在一个实施例中，超导元件的至少一个是包括至少三相加中性线的电缆。在此实施例中，可以期望包括中性线的所有相使用包括直接SC-SC转接头或者基本由直接SC-SC转接头组成的接头联接到另一个超导元件。在一个实施例中，所述三相使用包括直接SC-SC转接头或者基本由直接SC-SC转接头组成的接头联接到另一个超导元件。而中性线可以简单地接地并且不必联接到另一个超导元件。
在一个实施例中，超导元件的至少一个包括至少一个多相电缆，诸如2、3、4或者5相电缆。
在一个实施例中，超导元件的至少一个包括DC(直流)电缆，诸如例如用于HVDC或者高压、直流电功率传输系统的超导元件。
在一个实施例中，超导元件的至少一个包括AC(交流)电缆。
在一个实施例中，超导元件的至少一个包括三同轴电缆。三同轴电缆是指包括三个共轴相的电缆，例如图1中所示的。
通常，期望超导元件的至少一个包括超导电缆，即被布置成经由超导材料来传送电流的电缆。优选地，这两个超导元件都是超导电缆。
一个或者多个超导元件可以包括一个或者多个非超导元件。非超导元件可以例如是传统传导材料的元件，诸如例如Cu的金属。非超导元件可以例如被全部或者部分缠绕在一个或者多个超导元件上，例如用于降低电流泄漏的危险，或者用于降低由于本地加热而导致的故障的危险。
在一个实施例中，直接SC-SC转接头是两个同轴电缆之间的接头。
在一个实施例中，直接SC-SC转接头是具有相同或者不同横截面结构的多相电缆之间的接头。
在一个实施例中，直接SC-SC转接头是具有相同或者不同的横截面结构的两个DC电缆之间的接头。
可以联接在直接SC-SC转接头中的超导元件的横截面结构的例子是在WO 06/111170、US 6750399和/或EP 1053193的任一个中描述的超导单相或者多相电缆的横截面结构。
在一个实施例中，超导元件接头具有一个或者多个超导体到超导体直接SC-SC转接头(SC-SC接头)，其中可以理解所述SC-SC接头可以包括本质上是所述SC带/线的集成部分的非超导材料，例如带/线基体、衬底、层压板以及焊料并且不限于这些材料。
在一个实施例中，超导元件接头是单相或者多相电缆类型的两个超导电缆或者母线之间的接头，其中各相和中性线/丝网互相围绕且共中心布置(例如，所谓的三同轴电缆或者同轴电缆)，其特征在于仅用一个接头连接/联接电缆末端(在实地应用中接头正对预制的插入件)并且其中所述接头通过多个单独的相-接头(或中性线-接头)来获得并且其中所述相-接头(或者中性线-接头)通过多个层-接头来获得并且其中在所述单独相层或者电缆相(或者中性线)都是超导的情况中，所述超导层或者相包含至少一个如上限定的直接SC-SC转接头。优选地所有超导接头都是直接SC-SC转接头。
在一个实施例中，其中所述超导元件接头包括两个或者多个相/中性线接头，期望这些单独的相/中性线接头具有在所述超导元件接头中关于每一个其他相/中性线接头交错的空间位置。从而，单个接头更易于冷却并且该结构可以不必很大，最终电缆的超导元件接头甚至和原始电缆一样细。
在一个实施例中，超导元件接头包括层的接头，该层诸如超导线的层。超导线的层可以以层与层的接头联接到超导线的相应的层。这些层与层接头可以优选地是直接SC-SC转接头。在一个实施例中，超导元件接头包括层的接头，其中层的接头(层-接头)是所述超导元件接头中的每一相/中性线中的单独的接头。层-接头可以是层与层接头，该接头优选是直接SC-SC转接头。
在一个实施例中，层-接头在所述超导元件接头中的每一相/中性线中交错。
在一个实施例中，超导元件包括至少一个电缆，该电缆包括所述超导元件接头中的各相之间以及非中性相和中性线之间的电介质，其中所述各相之间和相与中性线之间的电介质类似于所述超导元件的电缆末端的电介质。从而该电缆易于联接。
在一个实施例中，超导元件包括至少一根电缆，该电缆包括电介质，其中所述电介质是缠上型电介质或者固体电介质，其可以容易地全部或者部分移除，以便提供超导元件接头。
该电介质可以是用在超导电缆中的任一类型的电介质，诸如在WO06/111170、US 6750399和/或EP 1053193的任一个中的现有技术超导电缆出版物中描述的电介质。
在一个实施例中，超导元件包括至少一根电缆，该电缆包括电介质，该电介质是复合物电介质，其特征是分层结构并且注入冷却流体。这样的材料例如在申请人的共同未决WO申请PCT/DK2008/000208中所描述的。
在一个实施例中，超导元件包括至少一根电缆，该电缆包括电介质，其中所述电介质以电介质接头联接，即所述电介质接头。电介质接头可以优选地在电缆的纵向方向上关于所述直接SC-SC转接头错位(交错)。
在一个实施例中，每一个超导元件包括骨架，所述骨架以骨架接头来联接。骨架接头优选地是超导元件的骨架末端之间的接头并且骨架接头优选地是具有插入件的接头，以通过预制来确保所述电缆末端之间的平滑物理转接，或者被安装来提供平滑物理转接。
骨架原理上可以通过任一方法来联接，诸如在WO 06/111170、US6750399和/或EP 1053193的任一个中的现有技术超导电缆出版物中描述的方法。
在一个实施例中，骨架接头包括用于所述接头的骨架插入件，其中骨架插入件被成形/形成(尺寸、孔大小等)意在通过迫流用作对于所述超导元件接头的部分或者整体的热交换器和热锚/热限制器。
在一个实施例中，骨架接头包括特征为OD(半径尺寸)的骨架插入件，使得接头OD和超导元件(例如母电缆/母线)相同，或者骨架插入件以预定量变更，以便补偿接头的后续建造中所预期的厚度增加。
在一个实施例中，以所述骨架接头联接的骨架是优选包括不锈钢和纤维强化材料的至少一种的材料。
骨架可以具有一定外形和形状，例如它们可以互相之间独立地成形为圆柱、螺旋形、缠绕元件、互锁元件和/或波纹管。
骨架和/或骨架接头可以互相之间单独地是例如对于冷却流体而言流体防漏的、液体半可透的或者可透的。
在一个实施例中，骨架的至少一个是不锈钢互锁骨架，其类似于用于三同轴线和WO 06/111170中所描述的电缆的骨架。
在一个实施例中，包括一个或者多个单独接头的超导元件接头通过诸如夹钳、锡焊、铜焊、焊接、胶合等任一方式实现。
超导元件接头可以例如以集成形式包括流控制、窄段、迫流热交换器等的任一装置。本领域的普通技术人员可以明白如何选择和建立这样的装置。在WO 06/111170、US 6750399和/或EP 1053193的任一个中可以找到对此的信息。
在一个实施例中，超导元件接头包括灵活的超导连接，例如超导薄片/包套(例如100mm宽的YBCO)被用来连接两个超导层/相来提供直接SC-SC转接头。
超导元件接头可以优选地包括至少一个诊断通路(access)，用于提供线缆的单个元件的传导和/或温度的简单诊断。
在一个实施例中，超导元件接头包括冷却供给/排出或者再生式通路(用于再生式冷却装置)。
在一个实施例中，超导元件接头包括单相通路(例如，用于仅具有一个相的电缆或者具有多于一个相的电缆)。
可以通过一个通路或者通过两个或者更多通路来提供这些通路。通常本领域内可以理解提供通路来进行诊断、冷却或者类似操作，并且本领域内的普通技术人员可以在例如WO 06/111170、US 6750399和/或EP1053193的任一个中的现有技术超导电缆出版物中找到进一步信息。
在一个实施例中，超导元件接头包括三同轴直接SC-SC转接头。
在一个实施例中，超导元件接头包括接头套或者夹，其中所述接头套或者夹部分是用来确保热锚或者温度限制的热交换器，部分是可选的再生式冷却通路的第一装置。接头套或者夹可以例如具有到冷却装置的预制的或者预备的接口。
在一个实施例中，超导元件接头包括封闭所述直接SC-SC转接头的接头外罩。接头外罩例如可以封闭包括超导元件接头的部分超导元件。接头外罩可以例如促成诊断和/或再生式冷却通路/端口和/或到超导元件接头的部分的其它通路。
在一个实施例中，一个或者多个直接SC-SC转接头是合成一体的外罩接头。这意味着所有的直接SC-SC转接头封闭在一个外罩(接头外罩)中。
术语“封闭在一个外罩中”意味着在包括联接该电缆的超导元件接头的所联接电缆的长度方向上形成外罩结构。接头外罩可以封闭或者可以不封闭。接头外罩可以包括或者可以不包括其自己的冷却媒介供给/排出。在一个实施例中，接头外罩对于冷却媒介沿着超导元件接头的流动是开放的。
接头外罩可以例如包括到冷却器的预制接口。该预制的接头-冷却器接口可以被布置成使得通过冷却流体(气体、液体、软泥(slush)或者这些的混合物)来交换冷却。
在一个实施例中，预制的接头-冷却器接口被提供使得通过使用热传导材料(典型地是金属)的热传导来交换冷却，接头外罩提供将丝网/屏蔽罩电连接到低温保持器和/或到地的装置。
在一个实施例中，接头外罩优选地通过真空、部分真空、部分泡沫、气凝胶或者类似的微小颗粒的固体或者液体热绝缘体、全泡沫绝缘、气凝胶或者类似物、三同轴热绝缘体和这些的混合物中的至少一个进行热绝缘。
在一个实施例中，超导元件接头是电缆接头，并且电缆接头是细的/紧凑结构的。电缆接头的横截面面积可以超出原始电缆的横截面面积例如高达大约50％，诸如高达大约20％，高达大约5％。在一个实施例中，电缆接头的半径尺寸(OD-外部尺寸)基本相当于待联接的母电缆(原始电缆)。
在一个实施例中，所述超导元件接头是将不同尺寸的两个电缆末端段联接的电缆接头。
在一个实施例中，超导元件接头包括衬垫薄片、包套、热绝缘体或者热阻薄片的其中一个或者其中两个或更多的组合，其目的用于保护下面的层免受联接工艺的热影响，例如锡焊，或者加强接头的机械特性，或者使用良好导体或者超导体来电强化接头。
在一个实施例中，超导元件接头包括SC-SC-SC转接头，其中SC-SC转接头固有包括超导带/线的任一集成部分，即包括但不限于非超导基体、衬底、层压板、焊料或者其它联接装置。
在一个实施例中，超导元件接头包括SC-普通金属-SC接头，该SC-普通金属-SC接头包括衬垫薄片、包套、平滑薄片、机械强化薄片、超导薄片、夹罩和/或类似件。
在一个实施例中，超导元件接头包括互相之间交错布置的一个或者多个相导体的直接SC-SC转接头。
在一个实施例中，超导元件接头包括一个或者多个传导层的直接SC-SC转接头。传导层互相之间以交错方式联接。一个或者多个传导层优选地选自SC(超临界)导体、普通(金属)导体和诸如聚合物导体、陶瓷导体等的其它导体。
在一个实施例中，超导元件接头包括至少一根电缆，该电缆包括至少两个电介质层，其中所述电介质层以电介质接头联接，所述电介质接头优选地在该电缆的纵向方向上关于至少一个超导元件接头错位(交错)。电介质层可以是如上描述的材料。电介质层可以如上以电介质接头联接，所述电介质接头优选地在电缆的纵向方向上互相错位(交错)。
在一个实施例中，超导元件接头包括一个或者多个导体-导体直接SC-SC转接头，其中在SC-SC或者SC-SC-SC之间的最小的交迭足以使得在额定/标称负载下所提供的交迭区域的ac功率损耗基本等于或者低于同样负载下的原始SC的ac功率损耗。
在一个实施例中，超导元件接头包括至少一个直接SC-SC转接头，其包括普通(非超导)导体，其中任一数量的普通导体之间的最小的交迭足以使得所在额定/标称负载下所提供的交迭区域的ac损耗和dc电阻分别基本等于或者小于同样负载下原始导体的ac功率损耗或者dc电阻。
在一个实施例中，超导元件接头包括至少一个直接SC-SC转接头，其包括普通(非超导)导体，其中任一数量的普通导体和超导体之间的最小的交迭足以使得在额定/标称负载下所提供的交迭区域的ac功率损耗或者dc电阻分别基本等于或者小于同样负载下每一个原始导体的ac功率损耗或者dc电阻。
在一个实施例中，超导元件接头包括Cryoflex-Kapton场控制。
在一个实施例中，超导元件接头包括绝缘材料(电介质)，优选地和原始电缆中的绝缘材料(电缆的非联接段中的相应绝缘体)相同。
在一个实施例中，超导元件接头包括不同于原始电缆中的绝缘材料。从而可以提供超导元件接头中的增加或者减少的绝缘效应。在大部分情况中，期望超导元件接头中的绝缘效应基本等于或者高于所联接的原始超导元件中的绝缘效应。
在一个实施例中，超导元件接头包括厚度为原始电缆的0％-100％或者比原始电缆更厚的绝缘体，优选地该绝缘体比原始电缆(超导元件)中的相应的绝缘体的厚度要厚至少是1％，诸如至少5％，诸如至少50％。
在一个实施例中，超导元件接头包括包含其他场控制装置的绝缘体。
超导元件接头可以使用任一冷却媒介进行冷却，诸如在WO06/111170、US 6750399和/或EP 1053193的任一个中的现有技术超导电缆出版物中描述的冷却媒介。
在一个实施例中，超导元件接头被布置成使用液体制冷剂来冷却，例如迫流/传导冷却。
在一个实施例中，超导元件接头被布置成使用气体冷却。
在一个实施例中，超导元件接头包括一个或者多个液体制冷剂供给和排出装置。
在一个实施例中，超导元件接头的外部结合有热交换器(Cu夹罩类型)。
在一个实施例中，超导元件接头包括内部流控制，诸如孔，较窄的骨架段或者类似件，其目的是增加与冷却制冷剂之间的冷却交互。
在一个实施例中，超导元件接头包括热锚，诸如Cu夹罩类型的迫流冷却。
本发明还包括用于提供如上所述的超导元件接头的方法。用于提供超导元件接头的方法包括提供至少一对超导元件并且用直接SC-SC转接头联接该对超导元件。
在一个实施例中，本发明的方法包括使用衬垫薄片、包套、(瘦)夹罩或者类似件的其中一个或者多个，用于保护下面的电绝缘体，固定第一超导(或者普通传导)层，启用或者促成锡焊或者其它连接装置，以机械或者电气方式进行强化或者其它便利的目的。
在一个实施例中，本发明的方法包括使用衬垫薄片、包套、热绝缘体或者热阻薄片的其中一个或者其组合，其目的用于保护下面的层免受联接工艺的热影响，例如锡焊，或者加强直接SC-SC转接头的机械特性，或者使用良好导体或者超导体来电加强直接SC-SC转接头。
在一个实施例中，本发明的方法包括在超导元件上交错建立/定位单个层。
在一个实施例中，本发明的方法包括交错建立/定位超导元件的每一相。
在一个实施例中，本发明的方法中，超导元件包括带/线的形式的一个或者多个导体，则该方法包括通过以低间距缠绕“辅助”带/线或者通过使用例如Cu的编织管来限制/固定传导带/线的步骤。
在一个实施例中，本发明的方法中，超导元件包括一个或者多个导体(例如带/线)，则该方法包括在一个批次里面一起剥落四个或者更多导体的绝缘体。
在一个实施例中，本发明的方法中，超导元件包括一个或者多个导体(例如带/线)，在该方法包括从一束导体或者包含至少三个或者更多导体的束中剥落绝缘体的步骤。
在一个实施例中，本发明的方法中，超导元件包括带/线的形式的一个或者多个导体，则该方法包括重新缠绕一束带/线，并利用或者执行通过围绕该带/线临时缠绕一些带/线来限制所述带/线的动作，以固定相关的HTS或者Cu带/线，即临时固定带/线的步骤。
在一个实施例中，本发明的方法中，超导元件包括一个或者多个导体(例如带/线)，则该方法包括从来自第一超导元件的至少一个导体上剥落绝缘体，将该导体和第二超导元件的导体相联接，将剥落的绝缘体放回去来覆盖所提供的导体直接SC-SC转接头，并且将所述剥落的绝缘体联接到所述第二超导元件上的相应的绝缘体，从而提供关于所述导体直接SC-SC转接头交错的绝缘接头(电介质接头)。
本发明还涉及超导电缆系统，包括：
(1)超导单相或者会多相电缆、下面的三同轴电缆，
(2)至少一个接头，
(3)至少一个端子，
(4)相关的冷却装置。
超导电缆系统包括如上描述的超导元件接头的形式的至少一个接头。
超导电缆系统还包括冷却系统，例如如上描述的和/或在WO06/111170、US 6750399和/或EP 1053193的任一个中的现有技术超导电缆出版物中描述的。
超导电缆系统还包括端子，例如在WO 06/111170、US 6750399和/或EP 1053193的任一个中的现有技术超导电缆出版物中描述的。
附图说明
通过结合优选实施例并且参考附图，下面更全面的解释本发明，其中：
图1示出三同轴电缆设计的横截面切口。
图2示出具有根据本发明的超导元件接头的三同轴电缆设计的一部分的横截面切口。
图3示出具有根据本发明的超导元件接头的另一个电缆设计的一部分的横截面切口。
图4示出具有根据本发明的超导元件接头的另一个电缆设计的一部分的横截面切口。
图5示出SC-SC转接头中两个SC线之间的连接的横截面切口。
图6示出两个Cu线之间的连接的横截面切口。
图7示出衬垫薄片。
图8示出在提供有超导包套的SC-SC转接头中两个SC线之间的连接的横截面切口。
图9示出具有骨架的电缆的横截面切口。
图10示出具有骨架的电缆的横截面切口。
为了清楚起见，附图是示意性的并且被简化，并且这些图仅示出对于理解本发明重要的细节，而其他细节略去。全文来看，同样的附图标记用于相同的或者对应的部分。
已经示出了一些优选实施例，但应当强调指出，本发明不局限于此，而是可以按在以下的权利要求中限定的主题内的其它方式来体现。
具体实施方式
图1示出三同轴电缆设计的横截面切口。该三同轴电缆从内向外包括冷却流体110、骨架111、第一相101、绝缘体(电介质)105、第二相102、绝缘体(电介质)105、第三相103、绝缘体(电介质)105、丝网104、保护层106、冷却流体110和热封套108。在WO 06/111170中描述了具有这样结构的电缆。这样的电缆类型例如构成本发明的超导元件接头中的一个或者两个超导元件。
图2示出具有根据本发明的超导元件接头的三同轴电缆设计的一部分的横截面切口。211标示骨架，205标示绝缘体，206表示保护层，201、202和203标示不同的相(非中性相)并且204标示中性相(丝网)。211J表示骨架接头，201J、202J、203J和204J表示交错的接头形式的SC-SC转接头。在各个相之间可以存在未示出的电介质。该电介质还可以以交错接头的形式联接，例如关于其它电介质接头错位和/或关于一个或者多个导体接头错位。
图3示出具有根据本发明的超导元件接头的另一个电缆设计的一部分的横截面切口。305标示绝缘体，302Cu标示Cu导体接头，302SC标示超导性导体接头。
图4示出具有根据本发明的超导元件接头的另一个电缆设计的一部分的横截面切口。411标示骨架，405标示绝缘体，401Cu标示Cu导体，401/401SC标示超导性导体。411J标示骨架接头。
图5示出在SC-SC转接头中两个SC线之间的连接的横截面切口。505标示绝缘体并且501SC标示两个SC线。
图6示出两个Cu线之间的连接的横截面切口。605标示绝缘体并且601C标示两个Cu线。
图7示出衬垫薄片，其可以用在如上所述的本发明中。
图8示出在提供有超导包套的SC-SC转接头中的两个SC线之间的连接的横截面切口。805标示绝缘体并且801SC表示两个SC线。807标示衬垫薄片、包套或者插入件。
图9示出具有包括焊接头911J的骨架911和具有骨架插入件911JI的接头的电缆的横截面切口。
图10示出具有包括交迭接头1011J和焊接/压制接头1011JS的骨架1011的电缆的横截面切口，其中焊接/压制接头1011JS包括插入件1012。
为了清楚起见，图示并简化这些视图，并且示出对于理解本发明重要的细节，而其他细节略去。全文来看，同样的附图标记用于相同的或者相应的部分
已经示出了一些优选实施例，但应当强调指出，本发明不局限于此，而是可以按在以下的权利要求中限定的主题内的其它方式来体现。

Claims (83)

1.一种超导元件接头，包括两个超导元件之间的接头，其包括至少一个直接SC-SC转接头。
2.权利要求1所述的超导元件接头，其中，在两个联接末端之间提供所述直接SC-SC转接头并且其中一个或者两个联接末端具有至少一个超导股线(strand)或者超导层。
3.权利要求1或2的任一个中所述超导元件接头，其中所述直接SC-SC转接头是合为一体的外罩接头。
4.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件的至少一个包括至少三相加上中性线。
5.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件的至少一个至少包括多相电缆。
6.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件的至少一个至少包括DC电缆。
7.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件的至少一个至少包括三同轴电缆。
8.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件的至少一个至少包括超导电缆。
9.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件的至少一个至少包括超导电缆，优选地所述两个超导元件都是超导电缆。
10.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件的至少一个至少包括非超导元件。
11.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述直接SC-SC转接头是两个同轴电缆之间的接头。
12.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述直接SC-SC转接头是多相电缆之间的接头。
13.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述直接SC-SC转接头是两个DC电缆之间的接头。
14.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头具有一个或者多个超导体到超导体的直接SC-SC转接头(SC-SC接头)，其中应该理解所述SC-SC接头可以包括本质上是所述SC带/线的一个集成部分的非超导材料，例如带/线基体、衬底、层压板以及焊料，但是不限于这些材料。
15.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头是单相或者多相电缆类型的两个超导电缆或者母线之间的接头，其中该相和中性线/丝网互相围绕且共中心布置(例如，所谓的三同轴电缆或者同轴电缆)，其特征在于电缆末端仅连接/联接一个接头(在实地应用时接头正对预制的插入件)并且其中所述接头通过多个单独的相-接头(或中性线-接头)来获得并且其中所述相-接头(或者中性线-接头)通过多个层-接头来获得并且其中在所述单独的相层或者各个电缆相(或者中性线)都是超导的情况中，所述超导层或者相包含至少如上限定的直接SC-SC转接头。
16.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，包括两个或者更多相/中性线接头，其中所述单独的相/中性线接头在所述超导元件接头中具有关于每一个其他相/中性线接头交错的空间位置。
17.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括层的接头，所述层接头是所述超导元件接头中的每一相/中性线中的单独的接头。
18.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述接头包括层的接头，其中层接头在所述超导元件接头中的每一相/中性线中交错。
19.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件包括至少一根电缆，在所述超导元件接头中该电缆包括各相之间以及非中性相和中性线之间的电介质，其中所述各相之间以及相与中性线之间的电介质类似于所述超导元件的电缆末端的电介质。
20.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件包括至少一根电缆，该电缆包括电介质，其中所述电介质是缠上型电介质或者固体电介质。
21.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件包括至少一根电缆，该电缆包括电介质，该电介质是复合物电介质，其特征是分层结构并且注入冷却流体。
22.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件包括至少一根电缆，该电缆包括电介质，其中所述电介质以电介质接头联接，所述电介质接头优选地在该电缆的纵向方向上关于所述直接SC-SC转接头错位(交错)。
23.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述每一个超导元件包括骨架，所述骨架以骨架接头来联接。
24.权利要求22所述的超导元件接头，其中，所述骨架接头是包括插入件的接头，以通过预制来确保所述电缆末端之间的平滑物理转接，或者被安装来提供平滑物理转接。
25.前述权利要求23-25的任一个所述的超导元件接头，其中，所述骨架接头包括用于所述接头的骨架插入件，其中该骨架插入件被成形/形成(尺寸、孔大小等)以意在通过迫流用作所述超导元件接头的部分或者整体的热交换器和热锚/热限制器。
26.前述权利要求23-25的任一个所述的超导元件接头，其中，所述骨架接头包括特征为OD(半径尺寸)的骨架插入件，其使得接头OD和超导元件(例如母电缆/母线)相同，或者骨架插入件以预定的数量变窄，以便补偿所述接头随后建造所预期的厚度增加。
27.前述权利要求23-26的任一个所述的超导元件接头，其中，联接在所述骨架接头中的骨架具有优选包括不锈钢和纤维强化材料的至少一种的材料。
28.前述权利要求23-25的任一个所述的超导元件接头，其中，所述骨架的至少一个具有一定外形和形状，诸如但不限于扩展的圆柱、螺旋形、缠绕形、互锁形和/或波纹形。
29.前述权利要求23-25的任一个所述的超导元件接头，其中，包括骨架接头的所述骨架是流体防漏的、对于冷却流体半可透或者可透的。
30.前述权利要求23-25的任一个所述的超导元件接头，其中，所述骨架的至少一个是不锈钢互锁骨架，类似于用于三同轴线的骨架。
31.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括通过诸如夹钳、锡焊、铜焊、焊接、胶合等任一方式实现的一个或多个接头。
32.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头例如以集成形式包括流控制、窄段、迫流热交换器等的任一装置。
33.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括例如由超导薄片/包套所提供的、用来在直接SC-SC转接头中连接两个超导层/相的柔性的超导连接。
34.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头可以包括至少一个诊断通路。
35.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括冷却供给/排出或者再生式通路(用于再生式冷却装置)。
36.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括单相通路(具有多于一相的电缆)。
37.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括三同轴线直接SC-SC转接头。
38.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括接头-套或者夹，其中所述接头-套或者夹部分是用来确保热锚或者温度限制的热交换器，且部分是可选的再生式冷却通路的第一装置。
39.权利要求37所述的超导元件接头，其中，所述接头套或者夹具有到冷却装置的预制的或者预备的接口。
40.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括用于封闭所述超导元件的接头外罩。
41.权利要求39所述的超导元件接头，其中，所述接头外罩便于形成诊断和/或再生式冷却通路/端口。
42.前述权利要求40-42的任一个所述的超导元件接头，其中，所述接头外罩包括预制的到冷却器的接口。
43.前述权利要求40-42的任一个所述的超导元件接头，其中，所述接头外罩提供将丝网/屏蔽罩电连接到低温保持器和/或到地的装置。
44.前述权利要求40-43的任一个所述的超导元件接头，其中，所述接头外罩优选地通过真空、部分真空、部分泡沫、气凝胶或者类似的微小颗粒的固体或者液体热绝缘体、全泡沫绝缘体、气凝胶或者类似物、三同轴线热绝缘体及其混合物中的至少一个进行热绝缘。
45.前述权利要求42所述的超导元件接头，其中，所述预制的接头-冷却器接口被布置成使得通过冷却流体(气体、液体、泥浆(slush)或者这些的混合物)来交换冷却。
46.前述权利要求42和45中任一所述的超导元件接头，其中，所述预制的接头-冷却器接口被提供使得通过使用热传导材料-典型地是金属-的热传导来交换冷却。
47.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头是电缆接头，并且其中所述电缆接头的半径尺寸(OD)基本上与所联接的母电缆的半径尺寸相同。
48.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头是将不同尺寸的两个电缆末端段联接的电缆接头。
49.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括衬垫薄片、包套、热绝缘体或者热阻薄片的其中一个或者其中两个或更多的组合。
50.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括至少一个导体-导体接头。
51.前述权利要求50所述的超导元件接头，其中，所述导体-导体接头是SC-SC接头。
52.前述权利要求50和51的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括SC-SC-SC转接头，其中所述SC-SC转接头固有包括超导带/线的任一集成部分，即包括但不限于非超导基体、衬底、层压板、焊料或者其它联接装置。
53.前述权利要求50-52的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括SC-普通金属-SC接头，该SC-普通金属-SC接头包括衬垫薄片、包套、平滑薄片、机械强化薄片、超导薄片、夹罩和/或类似件的至少一个。
54.前述权利要求50-53的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括互相之间交错布置的一个或者多个相导体的直接SC-SC转接头。
55.前述权利要求50-54的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括一个或者多个传导层的直接SC-SC转接头，所述传导层互相之间以交错方式联接，所述一个或者多个传导层优选地选自包括SC(超临界)导体、普通(金属)导体和其它导体的组。
56.前述权利要求50-55的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件包括至少一根电缆，该电缆包括至少两个电介质层，其中所述电介质层以电介质接头联接，所述电介质接头优选地在该电缆的纵向方向上关于至少一个超导元件接头错位(交错)。
57.前述权利要求50-56的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件包括至少一根电缆，该电缆包括至少两个电介质层，其中所述电介质层以电介质接头联接，所述电介质接头优选地在该电缆的纵向方向上互相错位(交错)。
58.前述权利要求50-57的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括一个或者多个导体-导体直接SC-SC转接头，其中在SC-SC或者SC-SC-SC之间的最小交迭足以使得在额定/标称负载下所提供的交迭区域的ac功率损耗基本等于或者低于同样负载下的原始SC的ac功率损耗。
59.前述权利要求50-58的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括至少一个直接SC-SC转接头，该直接SC-SC转接头包括普通(非超导)导体，其中任一数量的普通导体之间的最小的交迭足以使得在额定/标称负载下提供的交迭区域的ac功率损耗或dc电阻分别基本等于或者小于同样负载下原始导体的ac功率损耗或者dc电阻。
60.前述权利要求50-59的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括至少一个直接SC-SC转接头，该直接SC-SC转接头包括普通(非超导)导体，其中任一数量的普通导体和超导体之间的最小的交迭足以使得在额定/标称负载下所提供的交迭区域的ac功率损耗或dc电阻分别基本等于或者小于同样负载下每一个原始导体的ac功率损耗或者dc电阻。
61.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括Cryoflex-Kapton场控制。
62.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括绝缘材料(电介质)，优选地和原始电缆中的绝缘材料(电缆的非联接段中的相应绝缘体)相同。
63.前述权利要求1-58的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括不同于原始电缆中的绝缘材料。
64.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括厚度高达原始电缆的100％或者比原始电缆更厚的绝缘体，优选地该绝缘体比原始电缆中的相应的绝缘体的厚度要厚至少是1％，诸如至少5％，诸如至少50％。
65.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括包含其他场控制装置的绝缘体。
66.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头被布置成使用液体制冷剂来，迫流/传导冷却来进行冷却。
67.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头被布置成使用气体冷却。
68.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括一个或者多个液体制冷剂供给和排出装置。
69.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头的外部结合有热交换器，诸如Cu夹罩类型的热交换器。
70.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括内部流动控制，用于增加和冷却制冷剂的冷却交互，所述内部流动控制例如是孔，较窄的骨架段的形式或者包括孔，较窄的骨架段。
71.前述权利要求的任一个所述的超导元件接头，其中，所述超导元件接头包括热锚，诸如Cu夹罩类型的迫流冷却。
72.一种用于提供如上权利要求的任一个所述的超导元件接头的方法，包括提供至少一对超导元件并且将该对超导元件使用直接SC-SC转接头联接。
73.权利要求72所述的方法，包括使用衬垫薄片、包套、瘦夹罩或者类似件的其中一个或者多个，用于保护下面的电绝缘体，固定第一超导或者普通传导层，例如通过启用或者促成锡焊或者其它连接装置，并且可选地提供机械或者电气的加强。
74.权利要求72和73的任一个所述的方法，包括使用衬垫薄片、包套、热绝缘体或者热阻薄片的其中一个或者其中两个或更多的组合，优选地用于保护下面的层免受联接工艺的热影响，例如锡焊，或者加强直接SC-SC转接头的机械特性，或者使用导体或者超导体来电加强直接SC-SC转接头。
75.权利要求72、73和74的任一个所述的方法，包括在所述超导元件上交错建立/定位各单层。
76.权利要求72-75的任一个所述的方法，包括交错建立/定位所述超导元件的每一相。
77.权利要求72-76的任一个所述的方法，所述超导元件包括带/线的形式的一个或者多个导体，所述方法包括通过以低间距缠绕“辅助”带/线或者通过使用例如Cu的编织管来限制/固定传导带/线的步骤。
78.权利要求72-77的任一个所述的方法，所述超导元件包括一个或者多个导体(例如带/线)，所述方法包括在一个批次里面一起剥落四个或者更多导体的绝缘体。
79.权利要求72-78的任一个所述的方法，所述超导元件包括一个或者多个导体(例如带/线)，所述方法包括从一束导体或者包含至少三个导体的束中剥落绝缘体的步骤。
80.权利要求72-79的任一个所述的方法，所述超导元件包括带/线的形式的一个或者多个导体，所述方法包括重新缠绕一束带/线以及利用或执行通过临时围绕该带/线缠绕一些带/线来限制所述带/线的动作，以固定相关的HTS或者Cu带/线的步骤。
81.权利要求72-80的任一个所述的方法，所述超导元件包括一个或者多个导体(例如带/线)，所述方法包括从来自第一超导元件的至少一个导体上剥落绝缘体，将该导体和第二超导元件的导体相联接，将剥落的绝缘体放回来覆盖所提供的导体直接SC-SC转接头，并且将所述剥落的绝缘体联接到所述第二超导元件上的相应的绝缘体，从而提供关于所述导体直接SC-SC转接头交错的绝缘接头(电介质接头)。
82.一种超导电缆系统，包括：(1)超导单相或者多相电缆、下面的三同轴电缆，(2)至少一个接合件(接头)，(3)至少一个端子，(4)冷却装置。
83.权利要求82所述的超导电缆系统，其中所述至少一个接头是根据权利要求1-68的任一个所述的超导元件接头。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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Inventor after: Roden Mark

Inventor after: Tolbert Jerry C.

Inventor after: Nielsen Carsten Thidemann

Inventor after: Traeholt Chresten

Inventor before: Roden Mark

Inventor before: Tolbert Jerry C.

Inventor before: Nielsen Carsten Thidemann

Inventor before: Traeholt Chresten

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Inventor before: Lindsay David

Inventor before: Weil Denis

COR Change of bibliographic data

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