CN103295695A - 具有超导性三相电力传输元件的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有超导性的三相电力传输元件的系统，三个超导性的电力相导体彼此绝缘且相互同心地布置在所述传输元件中，所述传输元件布置在绝热的管状低温恒温器中，所述低温恒温器具有用于引导冷却介质通过的自由空间。所述传输元件具有至少两根结构相同的电缆(K1、K2)，每根电缆具有三个彼此绝缘且相互同心地布置的超导性的电相导体(L1、L2、L3)。所述两根电缆(K1、K2)的相导体(L1、L2、L3)这样并联地导电连接，使得其中一根电缆的相导体分别与另一电缆的相导体相连。

Description

具有超导性三相电力传输元件的系统
技术领域
本发明涉及一种具有超导性三相电力传输元件的系统，三个超导性的电力相导体彼此绝缘且相互同心地布置在所述传输元件中，所述传输元件布置在绝热的管状的低温恒温器中，所述低温恒温器具有用于引导冷却介质通过的自由空间(WO 2004/013868 A2)。
背景技术
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体，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，相应构造的导体的直流电阻为零。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。
按照开头提到的WO 2004/013868 A2的已知系统具有超导性电缆作为传输元件，三个相导体彼此绝缘且相互同心地布置在所述超导性电缆中。此外，在使用另一绝缘层的情况下，围绕所述三个相导体同心地设置中性导体作为第四导体。具有四个由超导材料制成的导体的整个装置位于低温恒温器中并且在传输系统运行时被冷却以实现超导性能。各个相导体通过多个由超导带制成的层组成。超导带的数量和导体横截面取决于待传输的功率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，简化用于开头所述类型的系统的传输元件的结构。
该技术问题按本发明由此解决，即
-所述传输元件具有至少两根结构相同的电缆，每根电缆具有三个彼此绝缘且相互同心地布置的超导性的电相导体，并且
-所述两根电缆的相导体这样并联地导电连接，使得一根电缆的相导体分别与另一电缆的相导体相连。
由于传输元件由至少两根电缆构成，所以两根电缆的相导体横截面可以比一体式传输元件设计得更小，制造也相应得到简化。电缆的结构相同。为此，可以制造长度更长的三相电缆，从其上截取预设长度的电缆作为需要相互连接的电缆。由此进一步简化了用于所述系统的传输元件的制造。在适当设计电缆的相导体的尺寸的情况下，通过所述系统可以传输比已知系统明显更高的功率。在功率相同时，电损耗相对已知系统减小，因为出现于电缆中的磁场减小。此外在电缆之间不会出现磁效应。
在优选的实施形式中，将三个结构相同的电缆用于所述系统的传输元件，所述电缆的相导体通过循环换位导电地并联连接。由此，电力参数对于每个相来说是相同的，因此所述系统也是电对称的。
如果将电缆相互绞合在一起，则可减小在系统冷却时的热学收缩过程中总体形成的力。
附图说明
在附图中示出了本发明技术方案的一个实施例。在附图中：
图1以剖视图示出可使用于按照本发明的系统的超导性电缆的基本结构；
图2以相对图1缩小的视图示出剖切按照本发明的系统的一种实施形式得到的剖视图；
图3示意性地示出使用在所述系统中的电缆的导电连接；
图4同样以剖视图示出所述系统的一种相对图2扩展的实施形式；
图5示意性地示出图4所示电缆的导电连接。
具体实施方式
按照本发明的系统应具有至少两个结构相同的电缆作为传输元件，所述至少两根电缆的相导体并联连接。以下在优选的实施形式中讨论具有三根电缆的系统。在此，首先根据图1阐述在系统中使用的超导性电缆的基本结构。
按照图1的超导性电缆具有三根彼此同心布置的超导性相导体L1、L2和L3。相导体L1和L2通过由绝缘材料构成的层1和2彼此绝缘。围绕位于外侧的相导体L3设置有另一由绝缘材料构成的层3，在该层3上可以附加地设置未显示的中性导体。这种中性导体例如在受到非对称电流系统的负载时可以是用于所有相导体的共同的回线。位于内侧的相导体L1围绕载体4设置，所述载体4在所示实施例中设计为管。载体4也可以是实心的棒。也可以为一根电缆配设管状的载体4，而为另一根电缆配设实心的载体4。载体4可以由金属，尤其是精炼钢制成，但也可以由塑料制成。由金属制成的管也可以横向于其纵向制成波纹状。
图2示出具有超导性传输元件的系统，其在所示实施例中由两根电缆K1和K2组成。所述电缆相同地设计具有相应于按照图1的电缆的结构。所述电缆有利地通过长的扭绞节距相互绞合在一起。相应的扭绞节距长度例如在5×D至15×D之间，D为电缆的直径。电缆K1和K2布置在低温恒温器KR中，所述低温恒温器还围成了用于引导冷却剂通过的空腔HR。如果至少一根电缆K1或者K2的载体4是管，则也可以附加地引导冷却剂流过该管。
低温恒温器KR例如由两个彼此同心地间隔布置的金属管5和6构成，在这两个金属管5和6之间布置有真空隔绝层7。所述低温恒温器应具有至少一个由金属制成的绝热管。管5和6以及可能存在的绝热管优选由精炼钢制成。它们可以有利地横向于其纵向制成波纹状。
在图3中示出了所述两根电缆K1和K2的相导体L1、L2和L3的一种可能的导电连接。两根电缆的相导体L1与其相导体L2和L3一样导电地并联连接，因此它们在连接到电源上并且与更多的电缆连续连接时分别像一个具有相应导电横截面的相导体那样发挥作用。与图3的图示不同地，例如两根电缆之一K1或者K2的相导体L1也可以与另一电缆的相导体L2或者与相导体L3相连。对于相导体的连接可以使用超导性电线8，所述超导性电线具有优选为ReBCO或者BSCCO的超导材料。
在优选实施形式中，按照图4的系统传输元件由三根超导性电缆K1、K2和K3组成，它们有利地仍通过长的扭绞节距绞合在一起。这三根电缆也相同地设计具有相应于图1中电缆的结构。以下出于简单清楚的目的，将电缆的三个相导体L1、L2和L3称为“内部导体L1”、“中间导体L2”和“外部导体L3”。
电缆K1、K2和K3原则上可以这样导电地相互连接，使得它们各自的内部导体L1和其中间导体L2以及其外部导体L3分别并联连接。但是在按照图5所示的优选实施形式中，电缆K1、K2和K3的相导体的贯穿连接通过相导体的循环换位实现。由此，传输元件是电对称的。因此在正常运行中可以防止电缆之间出现磁效应。
在图5中与图3类似地示出了三根电缆的三个相导体。所述相导体可通过超导性电线8(优选使用ReBCO或者BSCCO作为超导性材料)例如按照以下方式相互连接：
电缆K1的外部导体L3与电缆K2的中间导体L2和电缆K3的内部导体L1相连。电缆K1的中间导体L2与电缆K2的内部导体L1和电缆K3的外部导体L3连接。此外，电缆K1的内部导体L1与电缆K2的外部导体L3和电缆K3的中间导体L2相连。三根电缆的相导体这样通过换位彼此并联地连接。因此，在传输元件的输入端和输出端分别具有三根超导性连接导线A1、A2和A3，其具有相当于相导体横截面的导电横截面。

Claims (4)

1.一种具有超导性的三相电力传输元件的系统，三个超导性的电力相导体彼此绝缘且相互同心地布置在所述传输元件中，所述传输元件布置在绝热的管状的低温恒温器中，所述低温恒温器具有用于引导冷却介质通过的自由空间，其特征在于，
-所述传输元件具有至少两根结构相同的电缆(K1、K2)，每根电缆具有三个彼此绝缘且相互同心地布置的超导性的电相导体(L1、L2、L3)，并且
-所述至少两根电缆(K1、K2)的相导体(L1、L2、L3)这样并联地导电连接，使得其中一根电缆的相导体分别与另一电缆的相导体相连。
2.按权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传输元件由三根电缆(K1、K2、K3)组成。
3.按权利要求2所述的系统，其特征在于，所述三根电缆(K1、K2、K3)的相导体(L1、L2、L3)通过循环换位分别这样导电地相互连接，使得第一电缆的内侧相导体(L1)与第二电缆的中间相导体(L2)并且进一步地与第三电缆的外侧相导体(L3)相连，其中，所述三根电缆(K1、K2、K3)对于它们的相导体的贯穿连接来说既是第一电缆也是第二电缆还是第三电缆。
4.按权利要求1至3之一所述的系统，其特征在于，所述电缆(K1、K2、K3)相互绞合在一起。
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