CN102859613B

CN102859613B - 超导电缆

Info

Publication number: CN102859613B
Application number: CN201180019551.7A
Authority: CN
Inventors: 向山晋一; 八木正史; 米村德伟; 野村朋哉
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; International Superconductivity Technology Center
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2031-05-09
Also published as: JPWO2011142303A1; WO2011142303A1; US9006146B2; JP5877153B2; US20130196857A1; CN102859613A

Abstract

本发明公开了一种具有低材料成本和良好的耐电压性能的超导电缆，所述电缆能够抑制介电损耗。具体公开了具有位于导体外周上的绝缘层(5)的直流超导电缆(10)，并且所述电缆的特征在于：绝缘层(5)由内层至外层依次由第一绝缘层(5a)、第二绝缘层(5b)和第三绝缘层(5c)形成；绝缘层(5)浸渍有液氮；第一绝缘层(5a)的介电常数ε1与介电损耗正切值tanδ1的乘积和第二绝缘层(5b)的介电常数ε2与介电损耗正切值tanδ2的乘积满足ε1×tanδ1>ε2×tanδ2的关系；并且第二绝缘层(5b)的介电常数ε2与介电损耗正切值tanδ2的乘积和第三绝缘层(5c)的介电常数ε3与介电损耗正切值tanδ3的乘积满足ε2×tanδ2<ε3×tanδ3的关系。

Description

超导电缆

技术领域

本发明涉及一种超导电缆。

背景技术

超导电缆作为一种致密并且能够传输大量的电力而损耗低的新型电力电缆越来越得到关注。超导电缆通常包含围绕柔性框架(former)依次分层堆积的超导体层、绝缘层和超导屏蔽层。超导体层通过缠绕多条带状氧化物超导线构造而成。绝缘层通过缠绕绝缘带构造而成。超导屏蔽层通过缠绕多条带状氧化物超导线构造而成。

专利文献1公开了一种超导电缆，其中超导体层3a、绝缘层51a和超导屏蔽层7a等围绕框架1a依次分层堆积，如图4所示。例如，使用钇类氧化物超导线材，如Y₁Ba₂Cu₃O_7-x(0≤X<1)作为用于超导体层3a的带状氧化物超导线材。

绝缘层51a通过缠绕绝缘纸，如合成纸、半合成绝缘纸或牛皮纸构造而成。当超导电缆通过液氮冷却时，绝缘层51a将液氮保持在绝缘纸内和绝缘纸纸张之间的空隙中(不良空隙)。

数值表达式1表示由均一的绝缘材料形成的绝缘层51a中的电场分布。

绝缘层51a的耐电压性能需要高于绝缘层51a中的最大电场。根据以下表达式1，绝缘层51a中的电场在r=r1时达到最大。就绝缘设计而言，超导电缆被设计为使绝缘层51a中的最大电场低于其耐电压性能。

[数值表达式1]

E = \frac{V}{r \ln (r_{2} / r_{1})} \cdot \cdot \cdot (1)

(V：电压；r：半径，r₁：绝缘层的内半径，r₂：绝缘层的外半径)

另一方面，专利文献2公开了一种称作分级(grading)的绝缘层构造。

不同于由均一的绝缘材料形成的专利文献1中所述绝缘层，分级的绝缘层具有两个层。在这两个绝缘层中，内绝缘层的介电常数ε₁高，而外绝缘层的介电常数ε₂低。

通过使内绝缘层的介电常数ε₁高而外绝缘层的介电常数ε₂低，考虑到直流电特性而可实现高耐电压性能。

数值表达式2表示内绝缘层与外绝缘层之间的边界电压Va。

施加于内绝缘层的电压ΔV为(V-Va)。电压ΔV很小，因为内绝缘层的介电常数ε₁被设置得高而外绝缘层的介电常数ε₂被设置得低(ε₁>ε₂)。结果，分级具有减弱(降低)内电场的作用。因此，可使直接作用于导体上的最大电场降低，从而实现高耐电压性能。

[数值表达式2]

V_{a} = \frac{\frac{V}{ϵ_{2}} \ln (\frac{r_{2}}{r_{a}})}{\frac{1}{ϵ_{1}} \ln (\frac{r_{a}}{r_{1}}) + \frac{1}{ϵ_{2}} \ln (\frac{r_{2}}{r_{a}})} \cdot \cdot \cdot (2)

ε₁：内绝缘层的介电常数

ε₂：外绝缘层的介电常数

r₁：内绝缘层的内半径

r₂：外绝缘层的外半径

r_a：内绝缘层与外绝缘层之间交界部分的半径

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-156163号公报

专利文献2：日本特开2006-156328号公报

发明内容

本发明要解决的问题

为通过电缆(如具有绝缘层的超导电缆)传输直流电力，需要施加直流电流和直流电压。当对超导电缆施加直流电压时，因该电压而被极化的偶极根据绝缘层内部的电场的波动而振荡。此时若偶极以延迟模式振荡，则发生介电损耗。介电损耗正切值tanδ可用作表达因该相差所引起的介电损耗的值。

超导电缆的介电损耗由以下数值表达式3和4表示。

[数值表达式3]

W = 2 π \cdot f \cdot C \frac{E^{2}}{3} \tan δ \cdot \cdot \cdot (3)

[数值表达式4]

C = \frac{2 πϵ}{\ln (\frac{r_{2}}{r_{1}})} \cdot \cdot \cdot (4)

(f：频率，C：电容，E：电缆电压，C：电容)

以上表达式3和4表明，为实现具有小介电损耗的超导电缆，只需要选择在超导电缆的工作温度(液氮温度：约70K~77K)具有小介电常数ε和介电损耗正切值tanδ的绝缘材料。

表1显示了通常用作超导电缆的绝缘层的绝缘材料。该表还显示了各绝缘材料的介电常数ε、介电损耗正切值tanδ和材料成本。介电常数和介电损耗正切值各自的值是在液氮浸渍(大气压力77K)下的值。

[表1]

表1中所述的各绝缘材料单独具有作为简单体时为40kV/mm～50kV/mm的电击穿强度。然而，当绝缘材料被缠绕以形成超导电缆的绝缘层时，绝缘层通过使用液氮(介电常数1.43(大气压力77K))浸渍而形成。在这种超导电缆的情形中，无法实现高耐电压性能，因为当绝缘层的介电常数ε很小时，高电场被施加于绝缘层的不良空隙中的液氮。

上表1表明，(1)当使用牛皮纸作为绝缘层时，可以实现高耐电压性能，因为介电常数ε很大；然而，存在介电损耗大的问题，因为介电常数ε和介电损耗tanδ都大。

上表1还表明，(2)当将半合成纸(聚丙烯层压纸：牛皮纸和塑料膜的复合带材)用作绝缘层时，介电常数ε和介电损耗tanδ较为优选；但是由于介电常数ε小而无法实现高耐电压性能。

上表1还表明，(3)当将塑料无纺布(由塑料纤维制造的无纺布)用作绝缘层时，无纺布自身的介电常数ε和介电损耗tanδ是优选的；然而，在将该无纺布用作绝缘层或者用该无纺布来形成绝缘层的大部分的情形中，当超导电缆弯曲时无纺布将起皱，因为无纺布是弹性材料。当绝缘层起皱时，绝缘层中产生空隙，引起具有低介电强度的缺失。这导致即使在施加低电压的情形下也会发生电击穿的问题。除此之外，将无纺布用于绝缘层还存在成本问题。

上表1还表明，(4)当将塑料膜用作绝缘层时，由于介电常数ε和介电损耗tanδ的特性以及成本，该应用难以实行。在聚酰亚胺树脂、作为聚酰胺合成树脂的尼龙(注册商标)和氯乙烯树脂各自的情形中，存在介电损耗大的问题，因为介电常数ε和介电损耗tanδ都大。在作为氟树脂的特氟纶(注册商标)和ABS树脂各自的情形中，虽然介电常数ε和介电损耗tanδ都较为优选，但是存在成本高的问题，此外，还无法实现高耐电压性能，因为介电常数ε小。

此处所评价的成本是指组成材料自身的价格。

本发明的目的在于提供一种具有高耐电压性能的超导电缆，所述电缆能够以低材料成本抑制介电损耗。

解决问题的方法

本发明提供一种具有围绕导体外周的绝缘层的超导电缆，所述电缆的特征在于，绝缘层具有至少三个层，其由内层至外层分别由第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层形成，绝缘层浸渍有液氮，第一绝缘层的介电常数ε1与介电损耗正切值tanδ1的乘积和第二绝缘层的介电常数ε2与介电损耗正切值tanδ2的乘积满足ε1×tanδ1>ε2×tanδ2的关系，并且第二绝缘层的介电常数ε2与介电损耗正切值tanδ2的乘积和第三绝缘层的介电常数ε3与介电损耗正切值tanδ3的乘积满足ε2×tanδ2<ε3×tanδ3的关系。

本发明的效果

本发明可以提供一种具有高耐电压性能的超导电缆，所述电缆能够以低材料成本抑制介电损耗。

附图说明

图1是超导体的截面轮廓图。

图2是显示绝缘层内部电场分布的图。

图3是显示介电损耗的值的图。

图4是常规超导体的构造轮廓图。

具体实施方式

下面将利用附图详细描述实施方式中超导电缆的构造。所述实施方式仅是一个实例，而本发明不限于此。

图1描绘了超导电缆10的截面轮廓图。

超导电缆10包括框架1、平整层2、超导体层3、内半导层4、绝缘层5、外半导层6、超导屏蔽层7、屏蔽保护层8和绝缘保护层9。

平整层2形成在框架1的表面上，其为直径为30mm的柔性铜绞线导体。超导体层3通过围绕平整层2以300mm的螺距螺旋地缠绕20根带状超导线而形成在平整层2的外侧。此处，超导线为YBCO线材，并且其截面尺寸例如为宽4mm，厚0.2mm。内半导层4通过以约1mm的间隙缠绕带状碳纸而围绕超导体层3的表面形成。内半导层4具有减轻导体表面上YBCO线材拐角处和表面上的凸起处的电场集中的作用。绝缘层5围绕内半导层4形成。

绝缘层5包括第一绝缘层5a、第二绝缘层5b和第三绝缘层5c，第一至第三绝缘层(5a～5c)依次由内层至外层分层堆积。

第一绝缘层5a通过围绕内半导层4以1mm的间隙螺旋并连续地缠绕20张复合聚丙烯层压纸(20mm宽，0.15mm厚)而形成。各复合聚丙烯层压纸通过将聚丙烯纸夹在牛皮纸之间而形成。理想的是，第一绝缘层5a的厚度等于或小于绝缘层5总厚度的1/4。因为当第一绝缘层5a的厚度超过绝缘层5总厚度的1/4时介电损耗增加。

虽然将聚丙烯层压纸用于本实施方式的实例中的第一绝缘层5a，但所述构造并不限于此。例如，第一绝缘层5a也可以仅由牛皮纸构成。

此处，第一绝缘层5a仅必须具有等于或大于0.05%的介电损耗正切值tanδ1和等于或大于1.0的介电常数ε1。当介电损耗正切值tanδ1小于0.05%时，耐电压性能将变差。此外，介电损耗正切值tanδ1优选等于或小于0.2%。当介电损耗正切值tanδ1超过0.2%时，存在介电损耗增加的问题。另外，介电常数ε1与介电损耗正切值tanδ1的乘积优选等于或大于0.1%且小于0.4%。当介电常数ε1与介电损耗正切值tanδ1的乘积小于0.1%时，存在耐电压性能变差的问题。当介电常数ε1与介电损耗正切值tanδ1的乘积超过0.4%时，存在介电损耗增加的问题。

第二绝缘层5b通过围绕第一绝缘层5a以1mm的间隙螺旋并连续缠绕20张无纺布(每张20mm宽且0.15mm厚)而形成。无纺布由特氟纶(注册商标)纤维、聚苯乙烯纤维、聚乙烯无纺布或聚丙烯纤维等通过热、机械或化学作用而彼此粘附或者相互缠绕而形成。例如，Tyvek(注册商标)可以用作无纺布。第二绝缘层5b的厚度为绝缘层5总厚度的1/10～1/3，并优选为1/5～1/4。第二绝缘层5b的以上厚度使得绝缘层成本不高。理想的是，第二绝缘层5b的厚度等于或小于5mm。当第二绝缘层5b的厚度超过5mm 时，材料成本增加，这不是优选的。

此处，第二绝缘层5b仅必须具有等于或小于0.02%的介电损耗正切值tanδ2和等于或大于1.0的介电常数ε2。当介电损耗正切值tanδ2超过0.02%时，存在介电损耗增加的问题。此外，介电常数ε2与介电损耗正切值tanδ2的乘积优选等于或小于0.04%。当介电常数ε2与介电损耗正切值tanδ2的乘积超过0.04%时，存在介电损耗增加的问题。

理想的是，第二绝缘层5b被砑光(calendered)以进行致密化。

第三绝缘层5c通过像第一绝缘层5a那样围绕第二绝缘层5b缠绕66张聚丙烯层压纸(每张20mm宽且0.15mm厚)而形成。第三绝缘层5c也不限于聚丙烯层压纸。第三绝缘层5c的厚度是通过从绝缘层5的总厚度中减去第一绝缘层5a和第二绝缘层5b的厚度获得的厚度。

此处，第三绝缘层5c仅必须具有大于0.02%的介电损耗正切值tanδ3和等于或大于1.0的介电常数ε3。当介电损耗正切值tanδ3等于或小于0.02%时，存在耐电压性能变差的问题。此外，介电常数ε3与介电损耗正切值tanδ3的乘积优选大于0.04%且等于或小于0.3%。当介电常数ε3与介电损耗正切值tanδ3的乘积小于0.04%时，存在耐电压性能变差的问题。当介电常数ε3与介电损耗正切值tanδ3的乘积超过0.3%时，存在介电损耗增加的问题。

图2显示了绝缘层5内的电场分布。

通常，电场在第二绝缘层5b内集中，因为介电常数ε很小。然而，第二绝缘层5b内电场的增强小于第一绝缘层5a内电场的增强，因为第二绝缘层5b相对于绝缘层5的总厚度更薄。因此，即使第二绝缘层5b是通过使用具有低耐电压性能的合成纸等形成，绝缘层5作为整体也不会失去电压性能。

再参照图1，尽管绝缘层5的外部构造并非本发明的主题，下面还是将绝缘层5的外部构造作为一个构造实例来进行说明。围绕绝缘层5形成外半导层6。此外，通过围绕外半导层6缠绕30根超导线而形成超导屏蔽层7。用于超导屏蔽层7的超导线的材料、尺寸和缠绕方法与超导体层3中的相同。然后，围绕超导屏蔽层7的表面形成屏蔽保护层8。屏蔽保护层8通过缠绕多层铜带而形成。屏蔽保护层8具有当过量的电流流过屏蔽层时通过分路电流保护超导屏蔽层7的超导线和保护导体的作用。围绕屏蔽保护层8形成厚度为1mm的绝缘保护层9。绝缘保护层9通过围绕屏蔽保护层8以约1mm的间隙螺旋缠绕四层带状牛皮纸而形成，并且具有在电缆芯线与隔热管之间提供电绝缘的作用。

下面将参照表2说明第一实验。

在第一实验中，对根据实施方式和比较例的包含分三层堆积的绝缘层5的超导电缆10施加275kV水平的直流电压。

作为实验结果，获得了绝缘层5的各层(5a～5c)的最大电场、介电损耗和电击穿强度。

此处，最大电场是指形成绝缘层的绝缘体中每1mm的电压梯度最大时的情形。介电损耗通过测量介电常数和介电损耗正切值获得。电击穿强度通过确定当施加275kV的直流电压时电击穿和局部放电的存在而获得。在此评估中，A是当施加直流电压时不存在电击穿或局部放电的情形，B是存在局部放电的情形，C是电击穿和局部放电都存在的情形。

实施例1是包含绝缘层的超导电缆，其中第一绝缘层是聚丙烯层压纸，第二绝缘层是聚乙烯无纺布，第三绝缘层是聚丙烯层压纸。此处，第一绝缘层5a为5mm厚，第二绝缘层5b为5mm厚，第三绝缘层5c为14mm厚。

在实施例2～9各自中，绝缘层通过使用表2中所述的绝缘材料形成，并且各绝缘层的厚度如表2中所述。

在实施例1～4各自中，第一绝缘层和第三绝缘层使用相同的绝缘材料而形成。

在实施例5～7各自中，第一绝缘层和第三绝缘层由不同的绝缘材料形成。

在实施例8中，实施方式的第一至第三绝缘层分别设置在第二至第四层，并将介电常数ε与介电损耗tanδ的乘积很大的绝缘材料设置在第一层。

在实施例9中，实施方式的第一至第三绝缘层分别设置在第一至第三层，并将介电常数ε与介电损耗tanδ的乘积很大的绝缘材料设置在第四层。

作为比较例，对以下超导电缆进行相同的实验：包含介电常数ε与介电损耗tanδ的乘积很大的绝缘层的超导电缆(比较例1)、包含介电常数ε与介电损耗tanδ的乘积很小的绝缘层的超导电缆(比较例2)、包含使用比较例1和2的分两层堆积的绝缘层的超导电缆(比较例3)，和包含分三层堆积的绝缘层的超导电缆，其中介电常数ε与介电损耗tanδ的乘积由内绝缘层至外绝缘层变小(比较例4)。在比较例3中，内绝缘层(第一绝缘层)的厚度为10mm，并且外绝缘层(第二绝缘层)的厚度为14mm。在比较例4中，第一绝缘层的厚度为5mm，第二绝缘层的厚度为5mm，第三绝缘层的厚度为14mm。

在实施例1～9和比较例1～4中，整个绝缘层的厚度均为24mm。

[表2-1]

[表2-2]

[表2-3]

如表2中所示，实施例1～9可以既抑制介电损耗，又实现成本不高的绝缘层或高耐电压性能。下面将具体说明各实施例。

实施例1可以实现高耐电压性能，并将介电损耗抑制到0.4W/m。在实施例1中，介电损耗被降低至比较例1中介电损耗的约70%。实施例1也可以通过将昂贵的第二绝缘层5b的厚度降低至5mm来抑制成本。甚至在施加直流电压时，也不存在如局部放电等有问题的绝缘现象，也更不存在电击穿。

另一方面，与实施例1和其他比较例2、3和4相比，比较例1中介电损耗较高。

在比较例2中，尽管绝缘层具有低耐电压性能，但最大电场为10kV/mm，因此就耐电压性能考虑，比较例2是不优选的。此外，虽然介电损耗低，但比较例2成本很高。

比较例3成本很高，因为使用了厚至14mm的具有低介电常数ε和介电损耗tanδ的昂贵的绝缘层。此外，当超导电缆弯曲时外绝缘层起皱，因为对于外绝缘层使用了作为弹性无纺布的Tyvek(注册商标)。绝缘层的起皱是不优选的，因为在绝缘层中产生了空隙，并出现具有低介电强度的缺失，其导致即使所施加的电压很低也会发生电击穿。

比较例4具有三层结构，并且电击穿强度是足够的。然而，介电损耗略高于实施例1和比较例2和3。此外，比较例4成本很高。

实施例2可以如同实施例1中的情形那样将介电损耗抑制到0.4W/m。然而，当施加直流电压时发生局部放电。与比较例2～4相比，实施例2可以抑制材料成本。实施例2具有类似于比较例3中的介电损耗和电击穿强度。然而，实施例2具有优势，因为材料成本可以比比较例3更多地得到抑制。

实施例3可以如同实施例1中的情形那样将介电损耗抑制到0.4W/m。此外，当施加直流电压时不发生局部放电。实施例3的成本高于实施例1和2，但与比较例2～4相比能够得到抑制。

实施例4可以将介电损耗抑制到0.5W/m，此外，即使施加直流电压时也不发生局部放电。材料成本也类似于实施例1，这是优选的。

实施例5具有0.6W/m的介电损耗，略高于实施例1～4。在施加直流电压时也会发生局部放电。然而，与实施例1～4相比，材料成本可以得到抑制。虽然实施例5具有类似于比较例4中的介电损耗，但电击穿强度略有不如。然而，材料成本是比较例4的一半，这是优选的。

实施例6可以将介电损耗抑制到0.4W/m。然而，在施加直流电压时电击穿和局部放电均会发生。材料成本高于实施例1～5，但与比较例2相比可以降低30%。

实施例7可以将介电损耗抑制到0.2W/m，并且即使施加直流电压时也不发生局部放电。虽然材料成本高，但实施例7可以实现与比较例2中相似的介电损耗，和足够的电击穿强度，这是优选的。

实施例8具有0.6W/m的介电损耗，略高于实施例1～4、6和7。然而，即使施加直流电压时也不发生局部放电。材料成本也可以得到抑制，达到类似于实施例1和4的材料成本。虽然介电损耗和电击穿强度类似于比较例4，但材料成本可以降低40%，这是优选的。

实施例9可以将介电损耗抑制到0.4W/m，此外，即使施加直流电压时也不发生局部放电。另外，材料成本也可以被抑制至低于实施例1的材料成本，这是优选的。

下面，将描述实施例1～9中各绝缘层的介电常数ε与介电损耗正切值tanδ的乘积的优选范围。

比较实施例1与实施例3和4，表明通过使第二绝缘层的介电常数ε与介电损耗正切值tanδ的乘积(ε2×tanδ2)等于或小于0.04%可以提高介电损耗的降低率。该比较还表明，虽然当ε2×tanδ2的值等于或小于0.04%时介电损耗和电击穿强度不变，但是如实施例3中那样使用氟树脂膜会提高材料成本。

比较实施例2与6，表明通过使第一绝缘层的介电常数ε与介电损耗正切值tanδ的乘积(ε1×tanδ1)等于或大于0.1%可以提高电击穿强度。

比较实施例1和5以及比较实施例3和7，表明当第三绝缘层的介电常数ε与介电损耗正切值tanδ的乘积(ε3×tanδ3)等于或小于0.3%时电击穿强度是优选的，并且ε3×tanδ3的值越小，则介电损耗愈加减少，只要ε3×tanδ3的值大于ε2×tanδ2的值即可。

比较实施例8与9，表明介电损耗愈加减少，并且材料成本可以通过以下方式得到降低：当形成的是分四层堆积的绝缘层时，将介电常数ε与介电损耗tanδ的乘积较大的绝缘材料设置在第四层，而不是第一层。

对于介电损耗、电击穿强度和材料成本的总体评价表明最优选的是实施例1、4和9。即，最优选将半合成纸(聚乙烯层压纸)用于第一绝缘层，将塑料无纺布用于第二绝缘层，并将与第一绝缘层相同的材料用于第三绝缘层。

下面将参照图3说明绝缘层的介电损耗与厚度之间的关系。

图3显示了在以下各情形中施加275kV水平的直流电压时的介电损耗的值：其中包含绝缘层5的超导电缆10的第一绝缘层5a和第二绝缘层5b的厚度根据实施方式而改变。

虽然介电损耗在第二绝缘层5b变厚时降低，但是降低率如图3所示从8mm左右的点处开始降低。另一方面，过多使用第二绝缘层5b成本很高。介电损耗在第一绝缘层5a变薄时降低。然而，尽管当第一绝缘层5a为5mm厚时第二绝缘层5b的最大电场为8kV/mm，但是当第一绝缘层5a为2mm厚时第二绝缘层5b的最大电场变得高达约9.5kV/mm，这成为介电强度失去可靠性的一个因素。

由上可以看出，第一绝缘层5a和第二绝缘层5b各自存在最佳厚度范围。即，关于能使本构造产生效果的范围，当绝缘层5为24mm厚时，第一绝缘层5a为2mm～6mm厚(厚度等于或薄于整个绝缘层5的1/4)，第二绝缘层5b为2mm～8mm厚(厚度为整个绝缘层5的1/10～1/3)，并且第三绝缘层5c具有余下的厚度。

如上所述，实施方式使得可以通过具有分级的三层结构的超导电缆10的绝缘层5而降低介电损耗。此外，可以在具有小介电损耗正切值tanδ和低耐电压性能的第二绝缘层5b中保持低电压分布，并且可以降低介电损耗，而不破坏整个超导电缆10的耐电压性能和使绝缘层较厚。

可以使整个绝缘层5具有与常规的具有高绝缘特性的聚乙烯层压纸相同的厚度，由此超导电缆的致密性不会受到破坏。

还可以将介电损耗降低至由聚乙烯层压纸制造的超导电缆的介电损耗的80%，由此降低因电力传输引起的电缆自身的传输损耗。此外，可以减小用于除去损耗所引起的热量的致冷器的所需容量，并由此抑制致冷系统的工程造价。

虽然第二绝缘层5b使用昂贵的无纺布，但其厚度可以得到抑制。由此，总系统成本可以得到降低。

电绝缘的可靠性也类似于常规绝缘层的可靠性。因此，可以避免电缆的长期使用和电缆的电击穿所引起的通向市区的电力传输停止导致的城市功能和市民生活功能紊乱，由此可以维持可靠的社会基础设施。

本发明也可以通过电特性表明而无需指定材料。第一绝缘层的介电常数ε1与介电损耗正切值tanδ1的乘积和第二绝缘层的介电常数ε2与介电损耗正切值tanδ2的乘积仅须满足ε1×tanδ1>ε2×tanδ2的关系，并且第一绝缘层的耐压强度F1和第二绝缘层的耐压强度F2仅须满足F1>F2的关系。介电常数的水平不应受限制。即，介电常数可以具有“第一绝缘层的介电常数>第二绝缘层的介电常数”的关系，或者“第一绝缘层的介电常数<第二绝缘层的介电常数”的关系。第二绝缘层的介电常数ε2与介电损耗正切值tanδ2的乘积和第三绝缘层的介电常数ε3与介电损耗正切值tanδ3的乘积仅须满足ε2×tanδ2<ε3×tanδ3的关系。ε1×tanδ1与ε3×tanδ3无须彼此相同。

作为用于超导体层3和超导屏蔽层7的超导线，可以使用如YBCO线材和HoBCO线材等RE型超导线材，和作为Bi型超导体(如应用了银外层的Bi2223)的Bi型超导线材。RE是稀土元素，Re型超导材料是包含选自Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一种或多种元素的超导材料。

工业实用性

本发明可以用作超导电缆，因为其如上所述构造而成。

附图标记说明

1框架

2平整层

3超导体层

4内半导层

5绝缘层

5a第一绝缘层

5b第二绝缘层

5c第三绝缘层

6外半导层

7超导屏蔽层

8屏蔽保护层

9绝缘保护层

10超导电缆

Claims

1.一种超导电缆，所述超导电缆包括：

围绕导体的外周形成的绝缘层，其中

所述绝缘层具有由内层至外层依次为第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层的至少三个层，并且所述绝缘层浸渍有液氮，

所述第一绝缘层的介电常数ε1与介电损耗正切值tanδ1的乘积和所述第二绝缘层的介电常数ε2与介电损耗正切值tanδ2的乘积满足ε1×tanδ1>ε2×tanδ2的关系，并且

所述第二绝缘层的介电常数ε2与介电损耗正切值tanδ2的乘积和所述第三绝缘层的介电常数ε3与介电损耗正切值tanδ3的乘积满足ε2×tanδ2<ε3×tanδ3的关系，

其中

所述第一绝缘层通过缠绕多张牛皮纸或者多层牛皮纸和塑料膜的复合带材而构造成，

所述第二绝缘层通过缠绕多层由塑料纤维制造的无纺布所形成的带材而构造成，并且

所述第三绝缘层通过缠绕多张牛皮纸或者多层牛皮纸和塑料膜的复合带材而构造成。

2.如权利要求1所述的超导电缆，其中所述第二绝缘层的介电常数ε2与介电损耗正切值tanδ2的乘积等于或小于0.04％。

3.如权利要求1所述的超导电缆，其中

所述第一绝缘层的介电常数ε1与介电损耗正切值tanδ1的乘积等于或大于0.1％，

所述第二绝缘层的介电常数ε2与介电损耗正切值tanδ2的乘积等于或小于0.04％，并且

所述第三绝缘层的介电常数ε3与介电损耗正切值tanδ3的乘积大于0.04％且等于或小于0.3％。

4.如权利要求3所述的超导电缆，其中

所述第三绝缘层为牛皮纸和塑料膜的复合带材，并且围绕所述第三绝缘层的外周进一步缠绕多张牛皮纸。

5.如权利要求3所述的超导电缆，其中构成所述第二绝缘层的由塑料纤维制造的所述无纺布为非极性塑料。

6.如权利要求3所述的超导电缆，其中构成所述第二绝缘层的由塑料纤维制造的所述无纺布被砑光以进行致密化。

7.如权利要求1所述的超导电缆，其中

所述第一绝缘层的厚度等于或小于整个绝缘层厚度的1/4，

所述第二绝缘层的厚度为整个绝缘层厚度的1/10～1/3，

所述第三绝缘层具有通过从整个绝缘层厚度中减去所述第一绝缘层厚度和所述第二绝缘层厚度而获得的厚度。

8.如权利要求1所述的超导电缆，其中

所述第二绝缘层的厚度等于或小于5mm。