CN102646481A

CN102646481A - 超导电缆的超导导线的配置方法

Info

Publication number: CN102646481A
Application number: CN2011102516177A
Authority: CN
Inventors: 崔彰烈; 李秀吉; 金春东; 张铉万; 李根泰; 张锡宪; 金良勋
Original assignee: LS Cable Ltd
Current assignee: LS Cable and Systems Ltd
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2031-08-26
Also published as: US8433381B2; US20120214672A1; CN102646481B

Abstract

一种超导电缆的超导导线的配置方法，包括：在致冷器被安装在被设置在所述超导电缆的两侧的多个终端构件的一个处，冷却流体通过泵流经所述超导电缆以供冷却的情况下，将安装在所述两侧的所述多个终端构件之间的所述超导电缆的片段的超导导线数量根据片段的温度而设置为不同，其中，在保持电流承载能力的情况下，所述超导导线数量从具有最低温度的所述超导电缆的片段到具有最高温度的所述超导电缆的片段递增。

Description

超导电缆的超导导线的配置方法

技术领域

本发明涉及一种超导电缆的超导导线的配置方法，更具体地，涉及一种用于超导导线的配置的超导电缆的超导导线的配置方法，并可在保持电流承载能力的情况下，根据超导电缆(包括超导导线)的片段(section)的温度偏差(deviation)来合适地确定超导导线数量。

背景技术

超导电缆近来作为高密度电流传输电缆而被关注，超导电缆使用超导导线的特性，其中电阻在低温(在高温超导体中，大体100K或低于100K，而在低温超导体中，大体20K或低于20K)和接近零度温度时突然下降。

在这种超导电缆中，使用廉价的液氮，很容易获得高温超导电缆，并保持超导特性，因此它们已经发展到很高的水平。在本发明的实施例中，应用了这种高温超导电缆并对其进行描述。

如图1所示，超导电缆系统包括：两个终端构件20和30，超导电缆10(图1中阴影部分所描绘的线路)连接到该终端构件20和30上；以及致冷器40，设置在一个终端构件20的前侧。

根据现有技术的超导电缆10典型地被制造为具有600m的长度以供使用。为了延伸所需的长度，多个中间引线盒(pull box)11、12、13被连接。

而且，在根据现有技术的超导电缆系统中，冷却流动通路被设置在超导电缆10中，冷却流体(例如，液氮)流经该冷却流动通路(该流动通路以在真空层(vacuum layer)的内部容器(can)与外部容器之间等方式形成)。此外，超导电缆系统被构成为以通过一个终端构件20供应冷却流体，通过另一个终端构件30排放冷却流体，以使其被回收管路50回收，并再次把冷却流体供应到致冷器40。

而且，泵42被安装在致冷器40和终端构件20之间以使冷却流体循环流过超导电缆10和回收管路50。

超导电缆10由超导导线构成，超导导线形成作为导体的芯。在超导电缆10具有600m较短的长度的情况下，超导电缆10的片段很少出现温度偏差，因此在所有片段中使用相同数量的超导导线。

超导导线具有当温度降低时增加电流承载以及温度增加时降低电流承载能力的特性。一般来说，正如我们所知的，当温度降低1℃时，电流承载能力增加8％。

因此，如图1所示，对于长距离来说，如在超导电缆10具有特别长的长度(例如，3200m)的情况下，超导电缆10的入口部分10a的温度较低，该入口部分10a连接到终端构件20，该终端构件20设置在设置有致冷器40的一侧上；在冷却流体流经超导电缆10时，由于热侵袭(heat invasion)以及导体产生的热，连接到位于相反一侧的终端构件30的超导电缆10的出口部分10b的温度增加了，结果导致片段的温度偏差。

在根据现有技术的超导电缆10中，根据超导导线与温度之间的相互关系，基于具有最小电流承载能力的片段(具有最高温度的片段)的电缆侧的温度，通过计算超导导线可以传输的电流来确定超导导线数量。类似于较短距离的超导电缆，对于长距离的超导电缆的全体片段来说，在所有片段中使用相同数量的超导导线。

也就是说，基于具有最高温度的在终端构件30侧的片段的电缆侧的温度来确定的超导导线数量被应用到所有片段L1、L2、L3、L4中。

为了更具体的说明，如下将参考表1对确定超导导线数量的运算进行详细描述。

[表1]

温度(K)	IC电流(A)
		77	90
76	97.2
		75	104.976
74	113.3741
		73	122.444

72	132.2395
		71	142.8187
70	154.2442
		68	166.5837
67	179.9104
		66	194.3032
65	209.8475

表1示出了通过用超导导线上的温度模拟所计算出的数值，其中作为冷却流体的液氮在大气中的温度是77K，此时IC电流是90A。

就参考图1所描述的超导电缆系统的性能而论，超导电缆10的长度是3200m，承载电流是14000A，入口部分10a的温度是65K，出口部分10b的温度是72K。

此外，就超导电缆10的每一个片段的温度而论，片段L1(从入口部分10a到中间引线盒11的800m的间隔)的温度是66.5K，片段L2(位于离入口部分10a 1600m的位置)的温度是68.5K，片段L3(位于离入口部分10a2400m的位置)的温度是70.2K，片段L4(位于离入口部分10a 3200m的位置)的温度是72K。

因此，根据现有技术的超导电缆系统所需的超导导线数量如下。

导线数量＝14000/132.2395(在温度是72K时，一股导线的电流量)＝105.87，大体需要106股。

如图1所示，当具有最高温度的片段L4的超导导线数量被确定为106股时，其它片段L1、L2、L3的超导导线数量被确定为106股。

因而，因为超导导线数量基于具有最高温度的片段来确定，所以，即使随着更靠近超导电缆10的具有最低温度的入口部分10a而温度降低，然而使用的超导导线的股数要多于所必需的超导导线的股数。超导导线对于超导电缆10的制造成本来说是重要的，因此成为超导电缆10的总成本增加的原因。而且，因为超导导线数量多于所必需的数量，所以出现超导体连接时间被不必要地增加的问题，导致操作性变差。

发明内容

本发明提供一种使超导电缆的导线数量最小化而不减少超导电缆的电流承载能力的方法，以减少超导电缆的制造成本和使操作时间减少，以提高运行效率。

在一方面，提供一种超导电缆的超导导线的配置方法，包括：在致冷器被安装在被设置在所述超导电缆的两侧的终端构件的一个处，冷却流体通过泵流经所述超导电缆以供冷却的情况下，将安装在所述两侧的所述终端构件之间的所述超导电缆的片段的所述超导导线数量根据所述片段的温度而设置为不同，其中，在保持电流承载能力的情况下，所述超导导线数量从具有最低温度的所述超导电缆的片段到具有最高温度的所述超导电缆的片段递增。

在另一个方面，提供一种超导电缆的超导导线的配置方法，包括：在致冷器被分别安装在被设置在所述超导电缆的两侧的终端构件处，冷却流体通过泵流经所述超导电缆以供冷却的情况下，将位于两个所述终端构件侧的所述超导电缆的片段的超导导线数量设置为相等，并且将位于两个所述终端构件侧的所述超导电缆的片段以外的片段的超导导线数量设置为小于位于两个所述终端构件侧的所述超导电缆的片段的超导导线数量。

将位于两个所述终端构件侧的所述超导电缆的片段以外的其它片段中配置的超导导线数量设置为相等。

在再一个方面，提供一种超导电缆的超导导线的配置方法，包括：在致冷器被安装在被设置在所述超导电缆的两侧的终端构件之间，通过连接两个回收管路构成循环管路，所述回收管路通过相应的泵使冷却流体经隔离接头单独循环的情况下，将所述循环管路中所述超导电缆的片段的超导导线数量设置为不同，其中，所述超导导线数量随着所述片段从所述终端构件靠近所述致冷器而被设置为更小。

在又一个方面，提供一种超导电缆的超导导线的配置方法，包括：在致冷器被分别安装在被设置在所述超导电缆的两侧的终端构件处，在所述超导电缆中形成两个冷却流动通路的情况下，将位于两个所述终端构件侧的所述超导电缆的片段的超导导线数量设置为小于位于所述两个终端构件侧的所述超导电缆的片段以外的其它片段的超导导线数量。

附图说明

通过下面结合附图的详细说明，本发明公开的示例性实施例的上述和其它方面、特征和优点将变得清楚明了，所述附图中：

图1是示出根据现有技术的超导电缆的连接关系的说明图；

图2是示出根据一个实施例的超导电缆系统的连接关系的说明图；

图3是示出根据另一个实施例的超导电缆系统的连接关系的说明图；

图4是示出根据再一个实施例的超导电缆系统的连接关系的说明图；以及

图5是示出根据另外再一个实施例的超导电缆系统的连接关系的说明图；

具体实施方式

下文将参照附图更为充分地描述示例性实施例，附图中示出了示例性实施例。然而，本发明可以以多种不同形式实现，并且不应当理解为局限于本文列出的示例性实施例。更确切地说，这些示例性实施例的提供使得本公开内容将会详尽而完整，并且将向本领域普通技术人员充分表明本发明的范围。在说明书中，已知的特征和技术细节可以被省略，以避免不必要地使所描述的实施例变得模糊。

本文使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，并不是为了限制本发明。除非上下文中清楚地指出，否则本文用到的单数形式的“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。此外，词语一、一个等的使用不表示量的限制，而是表示所引用的项目至少有一个存在。还应当理解，当本说明书使用词语“包含(comprise)”和/或“包含(comprising)”，或者“包括(includes)”和/或“包括(including)”时，其表明所陈述的特征、局部、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、局部、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或追加。

除非另有定义，否则本文用到的所有词语(包括技术和科学用语)都与本技术领域中普通技术人员通常理解的含义相同。还应当理解，例如在常用词典中定义的词语应当被理解为具有与它们在相关技术领域和本文的上下文中一致的含义，并且除非本文明确定义，否则不应当被理想化或过于形式化地理解。

在图中，相似的附图标记指代相似的元件。为了使图清晰，图的形状、大小以及范围等可能被夸张了。

与根据现有技术的那些相同的相似元件由相似的附图标记指代，并且为了便于说明，与根据现有技术的那些相似的相似元件也由相似的附图标记指代。

图2是示出根据一个实施例的超导电缆系统的连接关系的说明图。如图2所示，超导电缆10连接在终端构件20和30之间，该终端构件20和30被设置在一段间距的两侧，并且从超导电缆10的片段L1至L4，超导导线数量从具有最高温度的片段到具有最低温度的片段递减。

例如，当位于超导电缆10的出口部分10b侧(其具有最高温度)的片段L4的超导导线数量被设置为106股时，片段L3可以有92股，片段L2可以有82股，片段L1可以有74股。

图2示出了只为一个终端构件20设置致冷器40的情况。然而，在另一个实施例中，如图3所示的安装有两个致冷器40和41的情况，正在运行的一个致冷器40的状态被称为正常状态，超导导线数量的确定如参考图2所描述的一样。因此，当一个致冷器40运行时，冷却流体沿实线箭头方向流动。

如果一个致冷器40出现了故障，那么另一个致冷器41运行。在这种情况下，冷却流体的流动是反向的(沿虚线箭头方向)。

也就是说，考虑到致冷器40和41的运行状态，当致冷器40和41两者中的一个出现故障时，因为靠近致冷器40和41的片段的冷却温度可能处于最高温度，所以那些片段的超导导线数量被设置为最高，而它们之间的片段的超导导线数量被设置得相对低。

在这种情况下，超导导线10的片段的超导导线数量例如在片段L1和L4中为106股，而在片段L2和L3中为92股。

在超导电缆10被构建得具有特别长的长度的情况下，考虑到易于制造和运输，用于超导电缆10的分割片段被制造，并通过中间引线盒11、12、13连接以延伸超导电缆10的长度。

因此，根据温度情况为每一个片段设置所需的超导导线数量以制造超导电缆，从而在保持承载电流量的情况下能够减少超导导线的总数量。

在再一个实施例中，如图4所示的一种构造被设置以形成两个冷却循环管路，其中一个致冷器40放置在中央，两个回收管路50和52连接到致冷器40上以形成单独的循环管路，除中间引线盒11和12之外，隔离接头60被设置在超导电缆10上以使从致冷器40输出的冷却流体分开流动。

泵70和72被设置在致冷器40和隔离接头60之间形成的管路中。

隔离接头60连接到具有两个管路的致冷器40上，并且该隔离接头60具有一种结构，在这种结构中，隔离物被安装在隔离接头60的内部中央，从而通过管路流到隔离接头60中的冷却流体独立并分开地循环流动。也就是说，隔离接头60具有一种结构，在这种结构中，配备有两个独立的循环管路，冷却流体经该循环管路流动。

因此，在回收管路50侧的冷却流体沿顺时针方向循环流过，而在回收管路52侧的冷却流体沿逆时针方向循环流过。

此外，在图4中，超导电缆10的片段L1、L2、L3、L4的超导导线数量在左侧和右侧循环管路中是不同的。当在致冷器40中被冷却并流经隔离接头60的冷却流体流到超导电缆10时，片段L1和L3中的冷却流体的温度低于片段L2和L4中的冷却流体的温度，因此片段L1和L3的超导导线数量被设置为小于片段L2和L4的超导导线数量。

如图5所示了一种超导电缆10的不同结构，也就是说，可以如此应用超导电缆10，即形成空心型的骨架中包括两个冷却流动通路，并且冷却流体经超导电缆10的冷却流动通路流动。

图5中所示的具有两个流动通路的超导电缆10在电压电平比较高的情况下很有用。由于电压电平比较高，超导电缆10内的绝缘层必然加厚。因此，在具有这种结构的超导电缆10的情况中，冷却流体被两个致冷器40和41冷却。此时，致冷器40和41都处于运行状态，并且泵42和44被分别安装在致冷器40和41，从而冷却流体流经两个冷却流动通路循环。

因此，沿实线箭头方向，冷却流体流经超导电缆10骨架层内的空心流动通路；相对于上文参考图2和图3描述的实线箭头方向，与之相反，沿虚线箭头方向，冷却流体流经超导电缆10的流动通路(该流动通路形成在真空层的内部容器与外部容器之间)。

在冷却流体经两个冷却流动通路在超导电缆10内沿相反方向流动的超导电缆10的情况中，电压电平比较高，然而超导电缆10的温度能够被充分地降低。

即使在这种情况下，片段L1、L2、L3、L4的超导导线数量仍被设置为不同。具体地，靠近致冷器40和41的片段L1和L4的超导导线数量小于它们之间的片段L2和L3的超导导线数量。然而，片段L1和L4的超导导线数量彼此不相等。

根据本发明，根据超导电缆的片段的温度来合适地确定超导导线数量，从而超导电缆的超导导线数量可以被最小化而不会减少超导电缆的电流承载能力，从而显著地减少超导电缆的制造成本。

而且，根据本发明，不必要数量的超导导线可以被减少，从而解决了现有技术中因设置不必要数量的超导导线而延长导体连接操作时间的问题。

虽然已对示例性实施例进行了展示和描述，但本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离由所附的权利要求书限定的本发明的范围和精神的前提下，可对本发明的形式和细节做出各种其它修改。

此外，在不脱离本发明的本质范围的情况下，可以做出许多其它修改以适应本发明教导的特殊情况或材料。本发明并非限制于为体现本发明的最佳方式而公开的特定示例性实施例，而是本发明将包括在所附的权利要求书范围内的所有实施例。

Claims

1.一种超导电缆的超导导线的配置方法，包括：

在致冷器被安装在被设置在所述超导电缆的两侧的多个终端构件的一个处，冷却流体通过泵流经所述超导电缆以供冷却的情况下，将安装在所述两侧的所述多个终端构件之间的所述超导电缆的片段的所述超导导线数量根据所述片段的温度而设置为不同，

其中，在保持电流承载能力的情况下，所述超导导线数量从具有最低温度的所述超导电缆的片段到具有最高温度的所述超导电缆的片段递增。

2.一种超导电缆的超导导线的配置方法，包括：

在多个致冷器被分别安装在被设置在所述超导电缆的两侧的多个终端构件处，冷却流体通过泵流经所述超导电缆以供冷却的情况下，将位于两个所述终端构件侧的所述超导电缆的片段的超导导线数量设置为相等，并且将位于两个所述终端构件侧的所述超导电缆的片段以外的片段的超导导线数量设置为小于位于两个所述终端构件侧的所述超导电缆的片段的超导导线数量。

3.根据权利要求2所述的超导电缆的超导导线的配置方法，其中，将位于两个所述终端构件侧的所述超导电缆的片段以外的其它片段中配置的超导导线数量设置为相等。

4.一种超导电缆的超导导线的配置方法，包括：在致冷器被安装在被设置在所述超导电缆的两侧的多个终端构件之间，通过连接两个回收管路，并通过相应的泵使冷却流体经隔离接头单独循环以构成多个循环管路的情况下，将所述多个循环管路中所述超导电缆的片段的超导导线数量设置为不同，

其中，所述超导导线数量随着所述片段从所述终端构件靠近所述致冷器而被设置为更小。

5.一种超导电缆的超导导线的配置方法，包括：

在多个致冷器被分别安装在被设置在所述超导电缆的两侧的多个终端构件处，在所述超导电缆中形成两个冷却流动通路的情况下，将位于两个所述终端构件侧的所述超导电缆的片段的超导导线数量设置为小于位于两个所述终端构件侧的所述超导电缆的片段以外的其它片段的超导导线数量。