CN102194549A - 超导性的直流电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超导性的直流电缆，其具有至少两个彼此绝缘的导线(7，8)，该直流电缆设置在一个适合于导引冷却剂的低温恒温器(KR)中，该低温恒温器由至少一个金属管构成，该金属管由具有绝热性能的环绕封闭的层包围。在低温恒温器中布置有一个由绝缘材料构成的绳索状载体(4)，该载体(4)具有至少两个沿径向相互对置的、向外敞开的槽(5，6)，在该槽(5，6)中分别布置有导线(7，8)之一。每个导线(7，8)由多个超导性元件构成。

Description

超导性的直流电缆
技术领域
本发明涉及一种超导性的直流电缆，其具有至少两个彼此绝缘的导线，为了使用该直流电缆可将其设置在一个适合于导引冷却剂的低温恒温器中，该低温恒温器由至少一个金属管构成，该金属管由具有绝热性能的环绕封闭的层包围。
背景技术
这种电缆由WO 2008/148390A1已知。
超导性电缆在当今技术中具有由包含陶瓷材料的复合材料制成的电导线，该陶瓷材料在足够低的温度下进入超导性状态。在足够的冷却下，只要不超过特定的电流强度，相应构造的导线的直流电阻为零。适合的陶瓷材料例如为BSCCO(铋-锶-钙-铜-氧化物)作为第一代材料或ReBCO(稀土-钡-铜-氧化物)，尤其是YBCO(钇-钡-铜-氧化物)作为第二代材料。用于使这类材料进入超导性状态的足够低的温度例如在67K至90K之间。适合的冷却剂例如是氮、氦、氖和氢或这些物质的混合物。
直流电缆(以下简称为“电缆”)如开头所述可以例如用作船上的电源电缆，或用作输电网内结点之间的连接电缆以及也可以用作不同输电网之间的连接电缆。在此，输电网例如可以是用于高压直流输电的装置，其可以用于连接较长的距离，例如作为海底电缆。超导性直流电缆相对于超导性交流电缆所具有的优点是不会产生交流电损耗。此外，直流电缆不会被充电电流加载并且不会产生不期望的感应压降。
由开头提到的WO 2008/148390A1已知一种用于为电流负载供电的两相电缆。该电缆设计为带有两个相导体的超导性电缆，这两个相导体彼此共轴地并且通过内部绝缘体相互分隔开地组合为一个单元。电缆布置在由两个同中心的管道组成的低温恒温器中，在这两个管道之间设置有真空绝缘层。通过低温恒温器导引用于产生相导体的超导性状态的冷却剂。这种电缆的冷却存在问题，因为绝缘体对于超导性相导体的冷却表现出绝热性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，这样构造一种开头所述的电缆，使得能够以简化的结构实现超导性导线的良好冷却。
该技术问题通过一种超导性的直流电缆解决，其具有至少两个彼此绝缘的导线，为了使用该直流电缆可将其设置在一个适合于导引冷却剂的低温恒温器中，该低温恒温器由至少一个金属管构成，该金属管由具有绝热性能的环绕封闭的层包围，按本发明，所述直流电缆具有一个由绝缘材料构成的绳索状载体，该载体具有至少两个沿径向相互对置的、向外敞开的槽，在该槽中分别布置有所述导线之一，并且每个导线由多个超导性元件构成。
这种电缆构造得简单而紧凑。每个导线由多个超导性元件组成，这些元件位于载体的外侧区域内，因此这些元件或各导线被移动通过低温恒温器的冷却剂直接冷却。这些超导性元件的数量可以轻易改变，因此能够以简单的方式方法使电缆适应于不同的电流强度，并且相应地适应对超导性材料的不同需求。可以通过不同数量的槽模块化地改变电缆的结构，在这些槽中分别设置有多个超导性元件。增加的槽数量通常是2的整数倍。通过导线在空间上的靠近使电缆的外部磁场最小化。电缆总体上通过低温恒温器热绝缘。
在优选的实施形式中，所述槽沿载体纵向呈螺旋形地环绕该载体延伸。
附图说明
在附图中示出了本发明技术方案的实施例。在附图中：
图1示出了布置在低温恒温器中的按本发明的电缆；
图2示出了电缆的相对于图1变化的实施形式；
图3和4以放大图示出了按图1或2的电缆的细节。
具体实施方式
在图1和2中示出了按本发明的分别只带有两个导线的超导性电缆。当然也可以具有更多的、成2的整数倍数量的导线。
在按图1的实施例中示出了低温恒温器KR，其由两个彼此共轴布置的金属管1和2组成，真空绝缘层3位于金属管1和2之间。当然，如果确保由低温恒温器KR包围的空间有效地受到保护以防止热量从外部进入，该低温恒温器也可以具有其它的结构。在低温恒温器KR中安置有一个作为电缆一部分的、由绝缘材料构成的绳索状载体4，其相对于低温恒温器KR的内管2为冷却剂的导引通过留出了自由空间FR。载体4的绝缘材料必须在运行状况中使用的冷却剂的低温下是稳定的。按照上述设计，相应的温度例如在67K至90K之间。适合的绝缘材料例如是聚四氟乙烯。
载体4在横截面中呈圆形。但它也可以具有其它的横截面几何形状，例如多边形。在载体4中设置有两个向外敞开的槽5和6，这两个槽沿径向相互对置。两个槽有利地呈螺旋形地围绕载体4延伸。
在载体4的槽5和6中布置有作为超导性电缆的相导体的、由超导性材料构成的导线7和8。在图3和4中以更详细的图示展示了该导线的结构。围绕载体4在其整个轴向长度上优选设置一个由绝缘材料构成的螺旋环绕保持件9，通过该螺旋环绕保持件防止导线7和8掉出槽5和6。附加地也可以沿径向在导线7和8上方在槽5和6内设置由绝缘材料构成的封闭元件10和11，必要时封闭元件也一同由螺旋环绕保持件9包围。螺旋环绕保持件9和封闭元件10和11有利地由与载体4相同的材料构成。
载体4在图1中作为实心绳索示出。但它也可以按照图2设计为管道，当电缆运行时在自由空间FR中导引的冷却剂可以同样地或附加地导引通过该管道。图2中载体4的其它结构相应于图1中载体的结构。
电缆的导线7和8分别由多个横截面尺寸更小的超导性元件组成，如图3和4所示：
导线7和8的超导性元件12可以按照图3设计为在堆垛中重叠布置的扁平条带。它们可以通过缠绕堆垛的带子被松弛地保持在一起。这同样适用于按图4的导线7和8的实施形式，其中使用了由圆形线材作为超导性元件12组成的单元。
如已经提到的，之前的实施形式也适用于带有多于两个超导性导线7和8的电缆，其中，导线的数量分别是2的整数倍。

Claims (7)

1.一种超导性的直流电缆，其具有至少两个彼此绝缘的导线(7，8)，为了使用该直流电缆可将其设置在一个适合于导引冷却剂的低温恒温器(KR)中，该低温恒温器由至少一个金属管构成，该金属管由具有绝热性能的环绕封闭的层包围，其特征在于，
-所述直流电缆具有一个由绝缘材料构成的绳索状载体(4)，该载体(4)具有至少两个沿径向相互对置的、向外敞开的槽(5，6)，在该槽(5，6)中分别布置有所述导线(7，8)之一，并且
-每个导线(7，8)由多个超导性元件(12)构成。
2.按权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述超导性元件(12)是扁平条带。
3.按权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述超导性元件(12)是圆形线材。
4.按权利要求1至3之一所述的电缆，其特征在于，在装有导线(7，8)的载体(4)周围缠绕有由绝缘材料制成的螺旋环绕保持件(9)。
5.按权利要求1至3之一所述的电缆，其特征在于，通过沿径向位于所述导线(7，8)之上的、由绝缘材料制成的封闭元件封闭所述槽(5，6)。
6.按权利要求1至5之一所述的电缆，其特征在于，所述载体(4)是一条实心的绳索。
7.按权利要求1至5之一所述的电缆，其特征在于，所述载体(4)是一条管。
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