CN103594194B - 具有至少一个超导性电缆的装置 - 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(4)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)，所述第一低温恒温器由至少一个绝热管(10)构成并且在其整个长度上包围出空腔，所述电缆安置在所述空腔内。使用二硼化镁作为超导性的材料，并且使用一种温度被冷却至39K或更低的、液态或气态的冷却剂作为第一冷却剂。围绕所述第一低温恒温器(K1)同轴地并且与所述第一低温恒温器(K1)间隔地成型制造出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)由两个同轴的且相互间隔安置的、在之间包含有绝热件(14)的管(12、13)组成，并且在所述装置工作时，通过所述第二低温恒温器(K2)输送具有112K或更低温度的液化的气体。

Description

具有至少一个超导性电缆的装置
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至少一个绝热管构成并且在其整个长度上包围出空腔，所述电缆安置在所述空腔内并且在所述装置工作时通过所述空腔输送第一冷却剂(EP2234122B1)。
背景技术
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。
由前述的EP2234122B1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。
发明内容
由此，本发明要解决的技术问题是，如此设计上述装置，使得所述装置以简单的方式方法也可以应用于为了达到超导状态必须被冷却至39K或更低温度的超导性材料。
按照本发明，所述技术问题被由此解决：
-使用二硼化镁作为超导性的材料，
-使用一种温度被冷却至39K或更低的、液态或气态的冷却剂作为第一冷却剂，并且
-围绕所述第一低温恒温器同轴地并且与所述第一低温恒温器间隔地成型制造出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由两个同轴的且相互间隔安置的、在之间包含有绝热件的管组成，并且在所述装置工作时，通过所述第二低温恒温器输送具有112K或更低温度的液化的气体。
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。在最简单的实施方式中，第一低温恒温器只由绝热管组成，并且第二低温恒温器能够以通常的技术围绕第一低温恒温器成型制造。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。有利地使用液氮作为液化气体。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。
有利的是，在第二低温恒温器内安置有耐高压的绝缘物，所述绝缘物从四周包围着第一低温恒温器，并且例如被安置或贴靠在所述第一低温恒温器的绝热件或包绕该绝缘件的管之上。所述绝缘物被液氮绕流或者浸透并且由此保持了被极为优化的介电值。
附图说明
以下附图中示出发明对象的实施例。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；
图3示出相对于图2的所述装置的补充实施方式的剖面图。
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和3)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和3)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的装置中示意性地标示出超导性电缆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，所述第一低温恒温器K1由被绝热件9围绕的管10构成。绝热件9应防止热量从外部渗透入第一低温恒温器K1的内部空间。绝热件9可以由通常的、用于绝热的材料制成，通过该材料可以实现光滑且封闭的外表面，由此必要时可以避免湿气侵入。这例如也适合采用发泡材料，该发泡材料应设计带有封闭的外表面，即所谓的“表皮”。管10可以由金属制成，但是也可以由稳定的塑料制成。在绝热件9之上可以附加地安置另外的、同样由金属或塑料制成的管。这样一来，绝热件9可以没有光滑的外表面。在第一低温恒温器K1中也可以安置两个或多个超导性电缆。
第一低温恒温器K1包围出安置电缆4于其中的空腔HR，并且在装置工作时将氦气从储备容器5内泵出流过空腔HR。在装置工作时超导性的材料，即二硼化镁被冷却至温度39K或更低。
在保持有同心间隙11的情况下，围绕第一低温恒温器K1安装有第二低温恒温器K2，所述第二低温恒温器K2由两个同心的相互间隔安置的金属管12和13组成，所述管12和13在其之间包括真空隔离14。在管12和13之间还存在有间隔保持件。
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11。间隙11由此例如被冷却至约67K至77K。被冷却至至少112K的液化天然气(LNG)也可以作为第二冷却剂，或者使用被冷却至至少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的绝缘物或电介质原则上可以直接围绕其导体安置。但是有利的是，电缆4的绝缘物15或电介质也可以安置在间隙11中，并且例如作为完全包围第一低温恒温器K1的由耐高压绝缘材料制成的层，所述层被置于第一低温恒温器K1的绝热件9之上或者被置于围绕该绝热件9的管之上。例如可以使用纸或有纸质涂层的塑料作为绝缘材料用作绝缘物15。
绝缘物15在间隙11内被液氮环绕冲刷，并且在相应的实施方式中也被液氮浸透，由此提高了绝缘物15的介电强度。所有被绝缘物15包围的金属元件都可处于具有更高电压的电位，有利的是处于高压电位。如果超导性电缆4使用了超导性的屏蔽罩，则屏蔽罩被安置在间隙11内的绝缘物15之上。有利地使用氧化的超导性的材料作为屏蔽罩。
当作为耐高压的绝缘物15所使用的材料同时也具有绝热性能时，则也可以使在所述装置的实施例中所示的绝热件9和绝缘物15由一层构成，该层被置于第一低温恒温器K1的管10之上。

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至少一个绝热管构成并且在其整个长度上包围出空腔，所述电缆安置在所述空腔内并且在所述装置工作时通过所述空腔输送第一冷却剂，其特征在于，
-使用二硼化镁作为超导性的材料，
-使用一种温度被冷却至39K或更低的、液态或气态的冷却剂作为第一冷却剂，
-所述第一低温恒温器(K1)只由绝热管构成，所述绝热管由管(10)和围绕管(10)的绝热件(9)构成，其中，所述绝热件(9)由绝热的材料制成，从而实现封闭的外表面，
-围绕所述第一低温恒温器(K1)同轴地并且与所述第一低温恒温器(K1)间隔地成型制造出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)由两个同轴的且相互间隔安置的、在之间包含有真空隔离(14)的管(12、13)组成，并且在所述装置工作时，通过所述第二低温恒温器(K2)输送具有112K或更低温度的液化的气体，并且
-在所述第一低温恒温器(K1)和第二低温恒温器(K2)之间的间隙(11)内安置有耐高压的绝缘物(15)，所述绝缘物(15)从四周包围着所述第一低温恒温器(K1)，并且被安置在所述第一低温恒温器(K1)的绝热件(9)之上。
2.如权利要求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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