CN102148074A - 具有至少一根超导电缆的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有至少一根超导电缆(SK)和低温恒温器(KR)的系统，超导电缆至少具有一根超导导体(2)，低温恒温器(KR)围绕电缆设置，由两根金属管，即内管(6)和外管(7)构成；内管和外管同心布置，并相距一定的距离；沿着内管和外管的纵向形成有横向波纹。在内管和外管之间布置有真空绝缘层(8)。电缆(SK)具有一个供冷却剂通过的中心管状支撑体(1)，其上置有超导导线(2)。电缆(SK)被一个保护其不受机械损伤的缓冲层(5)包围，该缓冲层由绝缘材料制成。低温恒温器(KR)的内管(6)至少以一种封闭的形式置于缓冲层(5)上。

Description

具有至少一根超导电缆的系统
技术领域
本发明涉及一个具有至少一根超导电缆和一个低温恒温器的系统。超导电缆至少具有一根超导导体，低温恒温器围绕电缆设置，由两根金属管，即内管和外管构成，所述内管和外管同心布置，相距一定的距离，相对于它们的纵向形成有波纹，且在它们之间布置有真空绝缘层(EP1 720 176 B1)。
背景技术
在现代技术中，超导电缆具有由复合材料制成的导电体，复合材料包括陶瓷材料，其在足够低的温度下可以转变为超导态。如果不超过一定的电流等级，在提供了足够的冷却时，由此形成的导体的直流电阻是0。比如，YBCO(钇钡铜氧化物)、BSCCO(铋锶钙铜氧化物)就是合适的陶瓷材料。再比如，将诸如这些的材料转变为超导态的足够低的温度在67K到110K之间。例如，氮气、氦气、氖气、氢气或者它们的混合物都是合适的冷却剂。
DE601 29 172 T2公开了一种具有低温介电超导电缆的输电系统，超导电缆置于由两根管构成的低温恒温器中，这两根管同心布置，并被真空绝缘层隔开。电缆具有设于管状支撑体上的超导体、围绕该支撑体的介电层和设于该支撑体上的超导回路导体。在低温恒温器中留有用于通过冷却剂的空间，该冷却剂还可以通过管状支撑体。由于电场强度增大，诸如这种的系统的交流损耗比较高，结果需要设置较厚的绝缘介电层。电缆并于是低温恒温器的直径也都相应增大。
在根据本文开头引用的EP1 720 176B1所公开的系统中，带波纹轮廓的超导电缆设置于低温恒温器中，低温恒温器由两根金属管构成，这两根金属管相对于彼此同心布置并相对于它们的纵向横向褶皱。在管间设置有真空绝缘层。电缆上的波纹轮廓由在特定点上与其连接的网状结构构成。这个例子的目的是为了补偿电缆遇冷时的收缩。在这个系统中，由于低温恒温器不仅包围电缆，而且包围冷却剂通过的空穴，因此具有DE601 29 172T2中的系统同样的缺点。
发明内容
本发明的目的是对上面描述的系统进行改进，从而在一方面使得降低交流损耗成为可能，在另一方面使得降低介电层的电场强度成为可能。
在本发明中通过以下方法实现了上述目的：
-电缆具有中心管形支撑体，用于通过冷却剂并支撑超导电缆。
-电缆的周围包围有由绝缘材料构成的缓冲层，该缓冲层用于保护电缆免受机械损害，并且，
-低温恒温器的内管至少以密封方式置于缓冲层上。
在本系统中，低温恒温器的内导体置于超导电缆上并插入缓冲层，在内导体和超导电缆之间没有任何实质性的自由空间。因此，至少低温恒温器在径向上的尺寸可以减小。通过将内导体上的波纹槽(wave trough)挤入缓冲层，上述尺寸被进一步减小。因此，冷却剂实际上只在中心管形支撑体内流动，从而使得超导导体直接被冷却。相比于在低温恒温器中设置围绕电缆的空腔以供冷却剂通过的情况，这种做法使得导体的温度能够以相当好的方式被监测。电缆的交流损耗、以及介电层的电场强度都同样被降低，也就使得介电层的厚度减低成为可能。总之，因此得到的系统具有更好的电力特性和更小的外部尺寸。
在一个优选实施例中，由低温恒温器的内管和超导电缆构成的单元紧密连接，并且以大约0.3％的额外长度布置在低温恒温器的外管内。由于波纹内管是高度柔性的，并且具有机械强度，因此这可通过将上述单元变形成波纹状来实现。这使得可以通过一种简单的方式来补偿电缆冷却时的收缩。
附图说明
本发明的实施例可由下面的附图图解说明：
图1是本发明的系统的横截面图。
图2是图1所示系统的部分纵剖面图。
图3是由图2的系统改进的一个实施例。
具体实施方式
至少一根超导电缆设置于低温恒温器中，并被缓冲层包围，低温恒温器的内管置于该缓冲层上。也可以在低温恒温器内容纳超过一根超导电缆，比如三根，这些电缆共同被缓冲层包围。作为所有实施方式的代表，下文将描述具有一根超导电缆的系统。
图2和图3仅仅概略地显示了超导电缆，缓冲层和围绕缓冲层的低温恒温器的内管将更详细地描述。
1代表一根优选地由铜构成的管，这根管可以是平滑管形式，虽然它也可以沿着它的纵向形成有横向波纹，从而提高其柔性。一方面，管1用作超导电缆SK的管状支撑体，超导电缆SK由围绕管1设置的超导导体2、围绕超导导体2的介电层3、布置在介电层上并由超导材料制成的屏蔽结构4构成。另一方面，管1用于供将电缆SK、电缆的导体2和电缆的屏蔽结构4转变为超导态的冷却剂通过。
电缆SK被用于提供机械保护并由绝缘材料制成的缓冲层5所包围。绝缘材料优选地由塑料构成，比如聚四氟乙烯、聚乙烯，并且例如可以在制造电缆SK的过程中通过挤出从而施加到屏蔽结构4上。然而，缓冲层5也可以通过依次将绝缘材料带缠绕到屏蔽结构4上来制造。举例来说，绝缘材料的壁厚大概在2mm到10mm之间。
在已知的技术中，围绕电缆SK的低温恒温器KR的内管6是围绕缓冲层5形成的，低温恒温器KR由内管6和相距一定距离围绕内管的外管7构成。真空绝缘层8包括在内管6和外管7之间。内管6和外管7各相对于它们的纵向形成有横向波纹。波纹可以是环形的或螺旋形的。内管6的波纹槽是向内的，至少以一种密封的方式置于缓冲层5上。在一个优选实施例中，这些波纹槽至少轻微地穿透入缓冲层5中。如果内管6上的波纹是螺旋型的，在内管6和缓冲层5之间将保留一个沿螺旋形状延伸的中间空间，这个空间具有畅通无阻的变化的尺寸，可以允许冷却剂通过。
为了制造图1和图2中的系统，围绕内管6同心地形成外管7，在它们之间插入分隔物。最后低温恒温器KR的内管6和外管7之间的间隙被抽成真空，从而形成真空绝缘层8。
在图3显示的电缆SK的优选实施例中，首先，由具有缓冲层5的电缆和紧密围绕它的内管6构成的单元首先形成为波纹形状，从而使得它的长度比直线拉伸时长大约0.3％。然后，如上所述，在已经形成为波纹状的单元外，相对于波纹单元的中心轴，相距一定的距离并且精确同心地形成有外管7。这个例子中的分隔物与内管6的波纹形状相配合。

Claims (3)

1.一种具有至少一根超导电缆并具有低温恒温器的系统，所述超导电缆至少具有一根超导导体，低温恒温器围绕该电缆设置，由两根金属管，即内管和外管构成；内管和外管彼此相距一定的距离同心布置，相对于它们的纵向形成有横向波纹，并且在内管和外管之间布置有真空绝缘层，其特征在于：
电缆(SK)具有中心管状支撑体(1)，用于供冷却剂通过，所述超导导体(2)置于该中心管状支撑体(1)上；
电缆(SK)四周被保护其不受机械损伤的缓冲层(5)包围，该缓冲层由绝缘材料构成；以及
所述低温恒温器(KR)的内管(6)至少以密封的形式置于所述缓冲层(5)上。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：低温恒温器(KR)的内管(6)上的面向内的波纹槽至少轻微地挤入缓冲层(5)中。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：电缆(SK)和封闭围绕它的低温恒温器(KR)的内管(6)具有波纹形状，以便其长度比沿直线拉伸时长大约0.3％。
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