CN103545048A - 具有至少一条超导性电缆的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置，其具有至少一个超导性电缆和围绕所述电缆的用于输送第一冷却剂的第一低温恒温器(K1)，第一低温恒温器由两个同轴的且彼此间隔的、在其间包围有绝热层的金属管构成。第一低温恒温器(K1)在其整个长度上包围出一个空腔(HR)，在空腔内设置电缆并且通过空腔在装置运行时输送第一冷却剂。围绕第一低温恒温器(K1)同轴地并且与之间隔地成形有用于输送第二冷却剂的第二低温恒温器(K2)。在第一低温恒温器(K1)和第二低温恒温器(K2)之间的间隙(12)内安置有耐高压的绝缘物(16)，绝缘物(16)包围着第一低温恒温器(K1)的外侧管(10)并且覆盖其上，并且在装置运行时，绝缘物(16)被通过所述间隙(12)输送的液化气体环绕冲刷并且被其浸透。

Description

具有至少一条超导性电缆的装置
技术领域
本发明涉及一种装置，其具有至少一个超导性电缆和围绕所述电缆的用于输送第一冷却剂的第一低温恒温器，所述第一低温恒温器由两个同轴的且彼此间隔的、在其间包围有绝热层的金属管构成，并且所述第一低温恒温器在其整个长度上包围出一个空腔，在所述空腔内设置电缆并且通过所述空腔在所述装置运行时输送第一冷却剂，其中，使用温度被冷却至39K或更低的、液态或气态的冷却剂作为第一冷却剂，并且其中，围绕所述第一低温恒温器同轴地并且与之间隔地成形有用于输送第二冷却剂的第二低温恒温器，所述第二低温恒温器同样由两个同轴且彼此间隔安置的、其间包围有绝热层的金属管构成，并且通过所述第二低温恒温器在所述装置运行时输送温度为112K或更低的液化气体。
背景技术
例如由DE 19 48 520 A1得知这种装置。
超导性电缆具有由一种材料制成的电导体，这种材料在达到足够低的温度时转变为超导状态。相应构成的导体的直流电阻在足够冷却的情况下为零，只要确定的电流强度不超过临界电流强度。适用于作超导物质的例如是以稀土元素为基础的氧化物质(ReBCO)、尤其YBCO(钇钡铜氧化物)、或BSCCO(铋锶钙铜氧化物)。为了使这种材料处于超导状态所达到的足够低的温度例如在67K和110K之间。适合的冷却剂例如是氮、氦、氖、氢或是这些物质的混合物。因为所提供的温度明显高于绝对零度(-273.16℃=0K)，所以由相应物质制成的导体被称为高温超导体(HTS导体)。这也适用于另外的超导性的物质，例如二硼化镁，当其转变为超导状态时，温度约为同样明显高于0K的39K或更低。
由EP 2 234 122 B1获得一种装置，其中超导性电缆安置在低温恒温器内。低温恒温器由两个同心的且相互间隔安置的金属管组成，在两个管之间包含有用作绝热的真空隔离。所述的以稀土元素为基础的氧化物作为超导性物质。例如使用液氮用于电缆的冷却，通过通常的真空隔离的低温恒温器可以在很长的时间内使液氮保持在足够低的冷却温度。在温度低于63K时，不能使用液氮，因为液氮在上述温度下会转变为固态。此外，为了使冷却剂达到相应更低的温度必须提高费用，以便冷却剂在更长的时间内保持足够的冷却。
在JP 2002352645 A中描述了一种具有超导性电缆的系统，其中使用二硼化镁作为超导性材料。该电缆被由两个彼此同心设置的管组成的低温恒温器包围，在这两个管之间设置有绝缘物。此外，这两个管之间的空间被抽成真空。外侧管被电绝缘物包围，其上作为机械保护卷绕两层钢带。
前述的DE 19 48 520 A1说明了一种装置，其具有用于深度冷却电缆的具有两个彼此同心设置的低温恒温器的管道，两个低温恒温器都由两个同心的、其间包围真空的管组成。通过这两个低温恒温器输送具有不同温度的冷却剂，例如液氦通过内侧低温恒温器并且例如液氮通过外侧低温恒温器。对于例如用作超导性电缆的电缆的适宜材料例如是铌和钛的合金或者铌和锆以及铌锡化合物。
发明内容
本发明所要解决的问题在于，如此改进前述装置，使得以简单的方式方法也可以在该装置中使用具有超导性材料的电缆，所述超导性材料为了达到超导状态必须冷却到39K或者更低的温度，同时改善电缆的电气特性。
按照本发明，所述技术问题如此解决，
-使用二硼化镁作为超导性的材料，和
-在所述第一低温恒温器和所述第二低温恒温器之间的间隙内安置有耐高压的绝缘物，所述绝缘物包围着所述第一低温恒温器的外侧管并且覆盖其上，并且在所述装置运行时，所述绝缘物被通过所述间隙输送的液化气体环绕冲刷并且被其浸透。
在所述装置中，相对于氧化的超导材料可以使用价格低廉的二硼化镁作为超导材料。这种材料相对于氧化物还具有更高的载流能力。所述装置整体上被相对简单地构造，因为第二低温恒温器在其结构上与第一低温恒温器相同并且能够以相同的技术围绕第一低温恒温器成形。第二低温恒温器自身对于在第一低温恒温器中引导的冷却剂而言意味着针对来自外部的热渗透增大了防护。通过在装置工作时由第二低温恒温器输送的液化的气体而显著提高了第二低温恒温器的屏蔽效果。第二低温恒温器由此整体上具有第一低温恒温器的隔热罩的效果，使得在其内导引的冷却剂在相对较长的路段(所述装置沿着该路段敷设)上可以保持足够低的冷却温度。在第二低温恒温器内安置的、包围第一低温恒温器的外侧管的并且覆盖其上的耐高压的绝缘物通过液化气体对其环绕冲刷并且通过将绝缘物浸透在液化气体中，而显著改善了介电值。
附图说明
以下附图中示出本发明的技术方案的实施例。在附图中：
图1示出具有按照本发明的装置的电能传输段的示意图；
图2示出按照本发明的装置的剖面放大图。
具体实施方式
适合作为第一冷却剂的例如有冷却温度大约是20.28K的液氢，冷却温度大约是27.07K的液态氖，以及冷却温度大约是39K或更低的氦气。以下对于所有适合的冷却剂代表性选用氦气作为第一冷却剂。
根据图1的传输段具有两个端部接头1和2，在两个端部接头1和2之间安装具有至少一个超导性电缆4(图2)的装置3。传输段可以拥有例如600m的长度。在传输段的延伸中，也可以安装至少一个连接点，用于分别连接两个装置3。在端部接头1和2中，超导性电缆4通过已知现有技术连接在电气元件上。在所示的实施例中，端部接头2与两个各自储存冷却剂的储备容器5和6相连接。在储备容器5中有利地存在有氦气，同时在储备容器6中有利地储存有作为第二冷却剂的液氮。冷却剂通过导管7和8被导入端部接头2中，并且通过已知的技术借助泵在压力下被导入两个围绕电缆4的低温恒温器K1和K2(图2)中。
用于冷却剂的储备容器也可以在端部接头1上，并且在需要的情况下在连接点上。为了保持或维持用于氦气的低温，适宜地使用适合的冷却设备，并且氦气有利地循环流过所述装置。
在根据图2的装置中示意性地示出超导性电缆4，其结构原则上是任意的并且已知有多种实施方式。作为超导材料，在电缆4中使用二硼化镁作为电缆的导体并且在需要时也用作屏蔽罩。电缆4为了传输电能可以在中压范围(约1kV以上)和高压范围(约80kv以上)内使用。
电缆4被第一低温恒温器K1包围，第一低温恒温器K1由两个同心的并且彼此间隔安置的金属管9和10组成。在低温恒温器K1内也可以设置两条或者更多条超导性电缆。在第一低温恒温器K1的两个管9和10之间，除了作为绝热件的间隔保持件外，还设置有真空绝热层或真空隔离区11。管9和10有利地由不锈钢制成。管9和10可以垂直于其纵向被制成波纹形的。第一低温恒温器K1围起一个空腔HR，其内设置电缆4并且通过该空腔HR在装置运行时从储备容器5中泵入氦气。在装置运行时，超导性材料、即二硼化镁被冷却到39K或者更低的温度。
在保持同心的间隙12的情况下，围绕第一低温恒温器K1设置第二低温恒温器K2，所述第二低温恒温器K2与第一低温恒温器K1相似地或者相同地构造。第二低温恒温器K2由两个同心的并且彼此间隔安置的金属管13和14组成。管13和14在其之间包围出一个真空绝热层或真空隔离区15。在管10和13以及管13和14之间具有距离保持件。
在装置工作时，例如作为第二冷却剂的液氮从储备容器6中泵出通过第二低温恒温器K2、也即通过间隙12。间隙由此例如被冷却至约67K至77K。被冷却到至少112K的液化天然气(LNG)也可以作为第二冷却剂，或者使用被冷却到至少90K的液氧。优选以下考虑采用液氮作为第二冷却剂，所述第二冷却剂与第二低温恒温器K2一同形成用于第一低温恒温器K1的有效的隔热罩，从而防止被导引的氦气被从外部侵入的热量快速地加热。
电缆4的耐高压的绝缘物16或者电介质安置在间隙12内，并且作为由耐高压的绝缘材料构成的完全包围第一低温恒温器K1的覆层，其覆盖在第一低温恒温器K1的外侧管10上。作为用于绝缘物16的绝缘材料例如可以使用纸或者涂敷有塑料的纸。绝缘物16在间隙12内被液氮环绕冲刷并且被液氮浸透，由此提高了绝缘物的介电强度。所有由绝缘物16包围的金属元件处于具有更高电压的电位上，有利地处于高压电位上。当电缆使用了超导性的屏蔽罩时，则屏蔽罩被安置在间隙12内的绝缘物16之上。有利地使用氧化的超导性的材料作为屏蔽罩。

Claims (2)

1.一种装置，其具有至少一个超导性电缆和围绕所述电缆的用于输送第一冷却剂的第一低温恒温器，所述第一低温恒温器由两个同轴的且彼此间隔的、在其间包围有绝热层的金属管构成，并且所述第一低温恒温器在其整个长度上包围出一个空腔，在所述空腔内设置所述电缆并且通过所述空腔在所述装置运行时输送第一冷却剂，其中，使用温度被冷却至39K或更低的、液态或气态的冷却剂作为第一冷却剂，并且其中，围绕所述第一低温恒温器(K1)同轴地并且与之间隔地成形有用于输送第二冷却剂的第二低温恒温器(K2)，所述第二低温恒温器(K2)同样由两个同轴且彼此间隔安置的、其间包围有绝热层(15)的金属管(13、14)构成，并且通过所述第二低温恒温器(K2)在所述装置运行时输送温度为112K或更低的液化气体，其特征在于，
-使用二硼化镁作为超导性的材料，和
-在所述第一低温恒温器(K1)和所述第二低温恒温器(K2)之间的间隙(12)内安置有耐高压的绝缘物(16)，所述绝缘物(16)包围着所述第一低温恒温器(K1)的外侧管(10)并且覆盖其上，并且在所述装置运行时，所述绝缘物(16)被通过所述间隙(12)输送的液化气体环绕冲刷并且被其浸透。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，使用氦气作为第一冷却剂。
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