CN102694289B - 超导电缆系统的端子结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超导电缆系统的端子结构。提供一种超导电缆端子连接装置，将用于电力传输的超导电缆的端子连接到外部电力系统的该超导电缆端子连接装置包括：布置在绝缘壳体内的电场弛豫屏蔽件；固定到超导电缆的被引入电场弛豫屏蔽件中的芯的端部的水平导体；覆盖水平导体的外周的绝缘体；被引入到电场弛豫屏蔽件内并且具有通孔的竖直导体，水平导体和绝缘体穿过通孔以便能在长度方向上滑动；以及将水平导体的端部电连接到竖直导体的柔性导电构件，其中，水平导体的绝缘体的下部的外周部放置在通孔的内周的底部上以便能够滑动，使得水平导体的重量受到竖直导体的通孔的支撑，并且借助于竖直导体的通孔而允许水平导体在长度方向上进行滑动运动。

Description

超导电缆系统的端子结构

技术领域

本公开内容涉及一种超导电缆端子连接装置，并且更具体地，涉及这样一种超导电缆端子连接装置，在这种超导电缆端子连接装置中，竖直导体和水平导体的连接部具有机械稳定的支撑结构。

背景技术

超导电缆端子连接装置是使超导电缆和导电电缆在超导电缆系统的端子部位处互相连接的装置。也就是说，超导电缆端子连接装置是用于将在非常低的温度下传输电力的超导电缆连接到室温下的架空电力传输线路或连接到诸如之类的断路器的电力设备的连接装置。

超导电缆端子连接装置具有这样一种结构，在这种结构中，电场弛豫屏蔽件(electric field relaxation shield)被布置在双金属绝缘壳体内，并且超导电缆和导电电缆被连接在所述电场弛豫屏蔽件内。具体地，在这种结构中，从超导电缆延伸出来的水平导体被引入到电场弛豫屏蔽件内，并且从架空电力传输线路的汇流线、电力设备或类似物延伸出来的竖直导体被引入以便使水平导体和竖直导体互相连接。

此外，因为内绝缘壳体(冷却剂罐)填充有冷却剂(例如低温液氮)，所以电场弛豫屏蔽件被维持在浸入到冷却剂中的状态。冷却剂还被填充在电场弛豫屏蔽件中，并且内绝缘壳体覆盖有维持真空绝缘间隙的外绝缘壳体(真空容器)。

超导电缆系统使用流氮作为主要的绝缘材料，并且处于65k至77k的温度下。因此，由于低温冷却而在超导电缆中发生热收缩，并因此在其上施加机械应力。

为了克服热收缩，需要一种能够允许在超导系统的端子连接装置中有热收缩的结构。

针对对于这种结构的需要，已经考虑了多种方法。然而，在现有方法中，尽管允许在水平方向的热膨胀和收缩，但难以实现将支撑水平导体的重量的结构构件结合进来的结构。因此，结构变得没有用，或变得结构复杂。

此外，现有方法需要这样的额外结构，该额外结构用于将待被固定在绝缘壳体内的中心部分处的电场弛豫屏蔽件隔开。

此外，在现有方法中，支撑电场弛豫屏蔽件的结构构件和支撑水平导体的结构构件是分开的构件，并且被分别支撑，因此结构变得更复杂，并且非常难以制造这种结构。

发明内容

本公开内容旨在提供一种超导电缆端子连接装置，该超导电缆端子连接装置提供了这样一种结构，在这种结构中，竖直导体和水平导体的连接部支撑水平导体的重量，同时平滑地允许水平导体在长度方向的热膨胀和收缩，从而是机械稳定的，并且能稳定地吸收热膨胀和收缩。

本公开内容还旨在提供这样一种超导电缆端子连接装置，通过使支撑水平导体的结构构件和支撑电场弛豫屏蔽件的结构构件成一体，该超导电缆端子连接装置在结构上是简单的。

在一个方面中，超导电缆端子连接装置具有这样一种结构，在这种结构中，水平导体的重量受到竖直导体的支撑，并且水平导体被接合到竖直导体以便能够滑动。

具体地，提供了一种将用于电力传输的超导电缆的端子连接到外部电力系统的超导电缆端子连接装置，该超导电缆端子连接装置包括：电场弛豫屏蔽件，该电场弛豫屏蔽件被布置在绝缘壳体内；水平导体，该水平导体被固定到所述超导电缆的被引入所述电场弛豫屏蔽件中的芯的端部；绝缘体，该绝缘体覆盖所述水平导体的外周；竖直导体，该竖直导体被引入到所述电场弛豫屏蔽件内并且具有通孔，所述水平导体和所述绝缘体穿过所述通孔以便能在长度方向上滑动；以及柔性导电构件，该柔性导电构件将所述水平导体的端部电连接到所述竖直导体，其中，所述水平导体的所述绝缘体的下部的外周部被放置在所述通孔的内周的底部上以便能够滑动，使得所述水平导体的重量受到所述竖直导体的所述通孔的支撑，并且借助于所述竖直导体的所述通孔而允许所述水平导体在长度方向上进行滑动运动。

所述竖直导体的下端部可设置有凸缘，并且所述电场弛豫屏蔽件的下部可被紧固到所述凸缘，使得所述竖直导体支撑所述电场弛豫屏蔽件。

所述电场弛豫屏蔽件的底部可设置有孔，支架可被插入穿过所述孔以被安装，并且所述支架和所述竖直导体的所述凸缘可通过紧固件而彼此固定。

所述绝缘体的热收缩率可小于所述水平导体的热收缩率。

所述柔性导电构件可由编织线(braided wire)或柔性印刷电路板制成。

所述绝缘体可由特氟隆(Teflon)或MC尼龙制成。

所述水平导体的从所述竖直导体伸出的端部的最小伸出长度x_min可以是超导电缆的整个长度×超导电缆的热收缩百分率。

所述柔性导电构件的最小长度可以是并且其最大长度可以是a+(a+x)+y。

附图说明

从以下结合附图的详细描述来看，所公开的示例性的实施方式的上述和其他方面、特征以及优点将更明显，在附图中：

图1是示出根据一个实施方式的超导电缆端子连接装置的剖视图；

图2是沿着图1的线A-A剖取的剖视图；以及

图3是用于说明根据所述实施方式的端子连接装置中的编织线的期望长度的示意图。

具体实施方式

现在将参照示出了示例性实施方式的附图在下文中更充分地描述这些示例性实施方式。然而，本公开内容可以以许多不同的形式体现，并且不应该被解释为限于这里提出的这些示例性实施方式。相反地，提供这些示例性实施方式是为了使得本公开内容充分和完整，并且使本公开内容的范围能被完全传达给本领域技术人员。在描述中，可能会省略众所周知的特征和技术的细节，以避免不必要地使当前的实施方式变得不明显。

本文所使用的术语仅是为了描述具体实施方式并且并不旨在限制本公开内容。如这里所用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”旨在也包括复数形式，除非文中清楚地另外指出。此外，词语“一”、“一个”等的使用并不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个所提到的物品。词语“第一”、“第二”等的使用并不意味着任何特定的顺序，而是包括来用于辨别各个元件。此外，词语“第一”、“第二”等的使用并不表示任何顺序，而相反地，词语“第一”、“第二”等是用于使各元件相互区别。进一步应理解，词语“包含”和/或“包含着”，或者“包括”和/或“包括着”当被用于本说明书时，表示所叙述的特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一个或更多个其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或增加。

除非另外定义，否则这里所用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有和本领域普通技术人员的公知理解相同的含义。进一步应理解，术语，诸如那些在通常使用的字典中定义的术语，应该被解释为具有与它们在相关领域的语境和本公开内容中的含义保持一致的含义，并且将不以理想化或过度形式化方式来解释，除非在这里被非常清楚地定义。

在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。为清楚起见，可能会放大附图的形状、尺寸以及区域等。

图1和图2示出了根据一个实施方式的超导电缆端子连接装置。

参照图1和图2，在根据该实施方式的超导电缆端子连接装置中，用于电力传输的超导电缆100的端子和被引向外部电力系统的竖直导体200的端部被引入电场弛豫屏蔽件50中。电场弛豫屏蔽件50的边缘是圆的，以便形成为使电场集中(electric fieldconcentration)进行弛豫的形状。

尽管图中没有示出，但电场弛豫屏蔽件50被布置在绝缘壳体(冷却剂罐)内的中心部分处，并且所述绝缘壳体填充有冷却剂。

被引入电场弛豫屏蔽件50中的超导电缆100具有通过去除外皮而暴露的作为内部导体的芯110，并且水平导体120通过挤压或类似方法固定到芯110的端部。

水平导体120的外周涂覆有绝缘体130。绝缘体130可形成为与水平导体120分离的管状形状，并且可被装到水平导体120的外周上以便接合到所述水平导体。此外，绝缘体130可通过注射成型、涂覆或类似方法层压到水平导体120的外周上。

在竖直导体200中形成有通孔210，该通孔沿水平方向穿透被引入电场弛豫屏蔽件50中的中心部分。水平导体120和绝缘体130以在厚度方向具有多余间隙的方式穿过通孔210，以便能在长度方向滑动。

也就是说，水平导体120的绝缘体130的下部的外周部被放置在竖直导体200的通孔210的内周的底部上以便能够滑动。这样，通孔210被形成在竖直导体200中，并且水平导体120被插入到通孔210中以便能够滑动。因此，竖直导体200被用作这样的结构构件，该结构构件支撑水平导体120的重量，并且具有允许水平导体120由于热膨胀和收缩而在长度方向滑动运动的功能。

水平导体120的端部和竖直导体200借助于能自由弯曲的柔性导电构件300互相连接，以便自由地允许水平导体120和竖直导体200之间的位移。

柔性导电构件300可由编织线、柔性印刷电路板(FPCB)或类似物制成。编织线可通过水平导体120由于热膨胀和收缩产生的运动而柔性地弯曲，并且因此可以用作允许水平导体120的热膨胀和收缩的导电构件。

此外，竖直导体200的下端部设置有凸缘202，并且电场弛豫屏蔽件50的下部被紧固到凸缘202，以使得竖直导体200还具有支撑电场弛豫屏蔽件50的功能。

也就是说，因为电场弛豫屏蔽件50被吊挂在竖直导体200上并且被固定到该竖直导体200，所以不需要额外的用于将电场弛豫屏蔽件50固定到绝缘壳体的中心的支撑装置或固定装置。

在该实施方式中，为了易于固定电场弛豫屏蔽件50，在电场弛豫屏蔽件50的底部形成有孔54，并且支架60被插入穿过孔54，并且支架60通过焊接或类似方法而被固定到孔54。于是，支架60和竖直导体200的凸缘202通过紧固件52而彼此紧固。

同时，尽管绝缘体130具有绝缘的功能，但因为绝缘体130在水平导体120的热膨胀和收缩期间与竖直导体200滑动接触，所以绝缘体130可由具有良好的绝缘稳定性和低的摩擦系数的材料构造而成。

此外，可以使用热收缩率小于水平导体120的热收缩率的绝缘体130。当绝缘体130的收缩率大于水平导体120的热收缩率时，绝缘体可能会断裂，并且相应地，绝缘性能可能会被破坏，或者摩擦力可能会增加，从而导致妨碍水平导体120的移动。

考虑到这些情况，特氟隆(Teflon，PTEE，聚四氟乙烯)或MC尼龙(单体浇铸尼龙)适合用于绝缘体130。此外，为了便于在没有润滑剂的情况下滑动，绝缘体130可被处理成具有等于或小于100微米的RMS表面粗糙度。

在根据构造成如上所述的实施方式的超导电缆端子连接装置中，由于以下结构，即，在竖直导体200中沿水平方向形成有通孔210并且水平导体120被插入到所述通孔210中以便在长度方向上能够滑动，竖直导体200具有支撑水平导体120的重量的功能，并且具有自由地允许水平导体120在长度方向上移位的功能。

因此，不需要安装用于支撑水平导体120和超导电缆100的重量的额外的结构构件，使得结构变得简单，并且不产生在热膨胀和收缩期间施加到超导电缆100和水平导体120上的机械应力或者施加到支撑结构构件上的机械应力。

此外，通过用绝缘体130涂覆水平导体120的外周，简单地解决了水平导体120和竖直导体200之间的绝缘问题。而且，由于绝缘体130是由诸如特氟隆或MC尼龙之类的材料构造而成的，因此可以增加绝缘稳定性，并且可以使水平导体120和竖直导体200之间的摩擦阻力最小化。

此外，因为电场弛豫屏蔽件50被固定到竖直导体200，所以允许水平导体120由于热膨胀和收缩而移位的功能、支撑水平导体120的功能以及支撑电场弛豫屏蔽件50的功能由于竖直导体200而得到了统一。因此，结构变得更简单，并且可以更简单地实施电场中的安装操作。

图3是用于说明根据该实施方式的端子连接装置中的柔性导电构件300的期望长度的示意图。

当超导电缆从25度冷却到-195度(液氮温度)时，超导电缆收缩，并且水平导体120由于热收缩率而向图中的右侧移动。例如，如果超导电缆的长度是100m，并且其热收缩率是0.2％，则水平导体120向右移动100m×0.2％＝0.2m。

在这种情况下，当水平导体120的从竖直导体200伸出的端部的伸出长度x小于0.2m时，如果水平导体120向图中的右侧移动，则有水平导体120从竖直导体200的通孔210脱出的可能。因此，水平导体120的从竖直导体200伸出的端部的最小伸出长度x_min可以是超导电缆的整个长度×超导电缆的热收缩百分率。

此外，柔性导电构件300可以具有如下长度，该长度维持所述最小长度并且不在轴向方向上与电场弛豫屏蔽件50的内壁接触或者不向外伸出。

为此，柔性导电构件300的最小长度可以是并且其最大长度可以是a+(a+x)+y。这里，a是在轴向方向从水平导体120和柔性导电构件300的连接部到电场弛豫屏蔽件50的内壁的距离，x是水平导体120从竖直导体200伸出的伸出长度，并且y是柔性导电构件300的两侧的连接端部之间的高度。如果柔性导电构件300的实际高度变得大于上述表达式的最大长度，则柔性导电构件300从电场弛豫屏蔽件50向外伸出，并且在此产生边缘(edge)。因此，有可能会在那里产生电场集中，并且破坏绝缘性。

在根据本公开内容的超导电缆端子连接装置中，由于以下结构，即，在竖直导体中沿水平方向形成有通孔并且水平导体被插入到该通孔中以便在长度方向上能够滑动，竖直导体具有支撑水平导体的重量的功能，并且具有自由地允许水平导体沿长度方向移位的功能。

因此，不需要安装用于支撑水平导体的重量和超导电缆的额外的结构构件，使得结构变得非常简单。此外，由于水平导体的自由滑动运动，在热膨胀和收缩期间施加到超导电缆和水平导体上的机械应力或者施加到支撑结构构件上的机械应力不再产生或被最小化。

此外，通过用绝缘体涂覆水平导体的外周，简单地解决了水平导体和竖直导体之间的绝缘问题。此外，由于绝缘体是由诸如特氟隆之类的材料构造而成的，因此可以增加水平导体和竖直导体之间的绝缘稳定性，并且可以使水平导体和竖直导体之间的摩擦阻力最小化。

此外，因为电场弛豫屏蔽件被固定到竖直导体，所以不需要用于支撑绝缘壳体中的电场弛豫屏蔽件的额外的支撑结构构件，因此，这种结构是简单的。

虽然已经示出并描述了示例性的实施方式，但是本领域普通技术人员应理解，在不偏离由所附权利要求限定的本公开内容的精神和范围的情况下，可以对其进行各种形式上和细节上的改变。

另外，在不偏离本公开内容的实质范围的情况下，可以对本公开内容的教导进行许多修改以适应具体情况或材料。因此，本公开内容并不旨在限于作为被预期用于实施该公开内容的最佳方式而公开的具体的示例性实施方式，而是本公开内容将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方式。

Claims (8)

1.一种将用于电力传输的超导电缆的端子连接到外部电力系统的超导电缆端子连接装置，该超导电缆端子连接装置包括：

电场弛豫屏蔽件，该电场弛豫屏蔽件被布置在绝缘壳体内；

水平导体，该水平导体被固定到所述超导电缆的被引入所述电场弛豫屏蔽件中的芯的端部；

绝缘体，该绝缘体覆盖所述水平导体的外周；

竖直导体，该竖直导体被引入到所述电场弛豫屏蔽件内并且具有通孔，所述水平导体和所述绝缘体穿过所述通孔以便能沿长度方向滑动；以及

柔性导电构件，该柔性导电构件将所述水平导体的端部电连接到所述竖直导体，

其中，所述绝缘体的下部的外周部被放置在所述通孔的内周的底部上以便能够滑动，使得所述水平导体的重量受到所述竖直导体的所述通孔的支撑，并且借助于所述竖直导体的所述通孔而允许所述水平导体沿所述长度方向进行滑动运动。

2.如权利要求1所述的超导电缆端子连接装置，其中，所述竖直导体的下端部设置有凸缘，并且所述电场弛豫屏蔽件的下部被紧固到所述凸缘，使得所述竖直导体支撑所述电场弛豫屏蔽件。

3.如权利要求2所述的超导电缆端子连接装置，其中，所述电场弛豫屏蔽件的底部设置有孔，支架被插入穿过所述孔以被安装，并且所述支架和所述竖直导体的所述凸缘通过紧固件而彼此固定。

4.如权利要求1所述的超导电缆端子连接装置，其中，所述绝缘体的热收缩率小于所述水平导体的热收缩率。

5.如权利要求4所述的超导电缆端子连接装置，其中，所述绝缘体由特氟隆或MC尼龙制成。

6.如权利要求1所述的超导电缆端子连接装置，其中，所述水平导体的从所述竖直导体伸出的端部的最小伸出长度（x_min）是超导电缆的整个长度×超导电缆的热收缩百分率。

7.一种超导电缆端子连接装置，其中，

超导电缆的芯被引入到电场弛豫屏蔽件中以将用于电力传输的超导电缆的端子连接到外部电力系统，

水平导体被固定到所述芯的端部，

水平导体被接合到竖直导体以便能沿轴向方向滑动；

所述水平导体的端部和所述竖直导体通过柔性导电构件相连接，并且

所述柔性导电构件的最小长度是并且其最大长度是a+(a+x)+y，其中，a是在所述轴向方向从所述水平导体和所述柔性导电构件的连接部到所述电场弛豫屏蔽件的内壁的距离，x是所述水平导体从所述竖直导体伸出的伸出长度，并且y是所述柔性导电构件的两侧的连接端部之间的高度。

8.如权利要求7所述的超导电缆端子连接装置，其中，所述柔性导电构件由编织线或柔性印刷电路板制成。