CN107408805A - 用于超导电缆的终端单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于超导电缆(3)的终端单元(1)，超导电缆(3)包括至少两个相导体(3A，3B，3C)，终端单元(1)包括内部电绝缘封套(2)，内部电绝缘封套(2)容纳有超导电缆(3)的位于低温流体中的相导体(3A，3B，3C)，内部封套(2)包括第一电连接器(6A，6B，6C)，每个相导体(3A，3B，3C)对应一个第一电连接器(6A，6B，6C)，第一电连接器(6A，6B，6C)连接至相应的相导体(3A，3B，3C)，并从内部封套(2)中凸出。终端单元(1)还包括包围内部封套(2)和第一电连接器(6A，6B，6C)的导电接地壳体(7)，接地壳体(7)包括衬套(8A，8B，8C)，每个第一电连接器(6A，6B，6C)对应一个衬套(8A，8B，8C)，每个衬套(8A，8B，8C)均借助于第二电连接器(9A，9B，9C)连接至第一电连接器(6A，6B，6C)中的一个第一电连接器，并适合于传输来自与衬套(8A，8B，8C)相关联的相导体(3A，3B，3C)的电压和电流。

Description

用于超导电缆的终端单元

技术领域

本发明涉及一种用于单相或多相超导电缆的终端单元。

背景技术

单相或多相超导电缆由一个或N个同心地布置的(一个或多个)超导相导体以及围绕在管状或块状支撑芯体(其沿着纵轴线延伸)上的外部中性导体或屏蔽导体(screenconductor)构成，使得所有超导相导体以及最外部的超导相导体与中性导体借助于绝缘层而彼此分离。每个超导相导体均可以由多层超导线材或超导带材构成，其中，一个相导体的各层之间可以存在电绝缘。电缆布置在绝热封套中。绝热封套以及管状支撑芯体可以容纳例如液氮等制冷液。通常来说，多相超导电缆为三相电缆(N＝3)。多相超导电缆例如用作安装在输电网络中的电力电缆。

为了将电缆连接至网络(即，为了控制冷却的超导状态与环境温度下的正常导电状态之间的转变)，需要用于单相或多相超导电缆的终端单元。欧洲专利申请EP 2523290A1中描述了这种终端单元的实例。该终端单元包括筒状模块化元件(每个相导体(phase)一个模块化元件)，每个模块化元件均具有绝热和电绝缘的外部封套。外部封套容纳超导电缆的如下部分：这些部分本身被容纳在由绝热且电绝缘的材料制成并且填充有冷却流体的内部封套中。相导体的支路元件布置在模块化元件的端部且直接连接至电缆部分，并且仅支路元件的电连接元件(例如凸起部)从模块化元件中凸出。

然而，这种终端设计意味着在终端单元外部存在外部电场。如果在例如变电站中使用终端单元，则难以管理这些外部电场。事实上，在该情况下，为了确保操作者的安全，必须投入额外的措施和成本。

WO 03/034447 A1涉及一种用于被终端导体包围的超导电缆的超导电缆终端。冷却区段是填充有冷却剂的导管部分。紧接着的区段是紧跟着环境温度区段的过渡管道。该区段容纳有处于导管压力和环境温度下的气态冷却剂。在环境区段中设置有内部连接部和外部连接部。

发明内容

本发明的目的在于提供一种允许操作人员容易且安全使用的紧凑且简单的终端单元。

本发明的各个实施例提供一种用于超导电缆的终端单元，该电缆包括至少一个相导体，终端单元包括内部电绝缘封套，内部电绝缘封套容纳有电缆的位于低温流体中的至少一个相导体，内部封套包括第一电连接器，每个相导体对应一个第一电连接器，第一电连接器连接至相应的相导体，并从内部封套中凸出。终端单元还包括包围内部封套和第一电连接器的导电接地壳体。接地壳体包括衬套，每个第一电连接器对应一个衬套，每个衬套均借助于第二电连接器连接至一个第一电连接器，并适合于传输来自与衬套相关联的相导体的电压和电流。

因此，根据本发明的终端单元除了衬套之外都被绝缘，其中，导体被馈通，以连接至正常导电部件。

优选的是，内部封套包括若干个模块化元件，每个相导体均对应一个模块化元件，每个模块化元件均包括从模块化元件中凸出的第一电连接器。

在一些实施例中，接地壳体包括多个壳体段，每个壳体段均包括一个衬套，并且每个衬套段均与电缆的一个相导体相关联，其中，壳体段彼此电连接。这种壳体允许容易地组装终端单元。

壳体段可以借助于低温导电凸缘而彼此相连。

有利的是，每个衬套均包括电场管理部件。这允许避免各个相导体的端部处的临界电场集中。

优选的是，每个衬套均包括用于与正常导电部件相连的封装连接器。借助于这种连接器，超导电缆可以直接连接至环境温度下的标准网络的正常导电部件，且无需采用额外的安全措施。这种连接器有利地包括限制连接器中的电场的电场管理部件，使得不存在外部电场。因此，终端单元整体接地，从而对操作人员而言不存在风险或约束。

有利的是，接地壳体由不锈钢制成。

在一些实施例中，第二电连接器为插塞式连接器。这种连接器允许容易地组装终端单元。作为选择，第二电连接器由柔性导电元件制成。例如，第二电连接器可以由铜丝网制成。柔性导电元件可以补偿因内部封套与壳体之间的可能温差而造成的变形。

有利的是，内部封套是绝热的。

优选的是，接地壳体与模块化元件之间的空间被抽真空。

超导电缆具有低温封套，该封套电连接至接地壳体。

附图说明

参考附图描述了根据本公开内容的终端单元的示例性实施例，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的终端单元的实施例；

图2示意性地示出了根据本发明的终端单元的第二实施例；以及

图3示意性地示出了根据本发明的终端单元的第三实施例。

具体实施方式

附图和以下描述示出了示例性实施例。在附图中，具有相似结构和/或功能的元件可以用相同的附图标记表示。在本发明的下述实施例中，超导电缆为三相电缆。

图1示意性地示出了根据本公开内容的终端单元1的实施例。终端单元1包括内部封套2，内部封套2容纳有超导电缆3的端部和低温流体。电缆3的三个相导体3A、3B和3C同心地布置，并在内部封套中是裸露的，使得相导体3A、3B和3C中的每一个相导体具有沿纵向延伸且暴露在低温流体中的接触面。电缆3的内部低温封套4被连接至内部封套2，并借助于低温凸缘14来紧密地密封至内部封套2。

内部封套2由电绝缘材料制成。优选的是，内部封套2由如下介电材料制成，例如被称为“G10”的环氧树脂中所含的玻璃纤维层压板等聚合物。在图1至图3所示的实施例中，内部封套2包括均与相导体3A、3B和3C中的一个相导体相关联的三个模块化元件5A、5B和5C。模块化元件5A、5B和5C以介质密封方式(例如借助于凸缘)而彼此接合。优选的是，内部封套2是绝热的。

针对电缆3的相导体3A、3B和3C中的每一个相导体，内部封套2包括电连接器6A、6B和6C。该第一电连接器6A、6B和6C直接电连接至相应的相导体3A、3B和3C，并从内部封套2中凸出。第一电连接器6A、6B和6C可以例如具有围绕相应的相导体3A、3B和3C居中定位的圆盘或圆环的形式，第一电连接器6A、6B和6C至少部分延伸穿过内部封套2，并允许低温流体通过。在附图所示的实施例中，内部封套2包括三个模块化元件5A、5B和5C，模块化元件5A、5B和5C中的每一个模块化元件与第一电连接器6A、6B和6C中的一个第一电连接器相关联。在该情况下，第一电连接器6A、6B和6C可以借助于螺纹件来固定至模块化元件5A、5B和5C的凸缘。

根据本发明，终端单元1还包括由导电材料制成的接地壳体7。该接地壳体7可以由例如不锈钢制成。接地壳体7包围内部封套2以及第一电连接器6A、6B和6C，并与内部封套2相距一段距离。接地壳体7与内部封套2之间的空间优选地被抽真空至足够的真空水平，以保证内部封套2的绝热和电绝缘。该空间可以填充有合适于绝热和电绝缘的材料，例如聚异氰脲酸酯泡沫。还需要该距离允许实现相导体3A、3B和3C的电连通。电缆3的低温封套4电连接至接地壳体7。这在附图中通过标记示出。

壳体7包括衬套8A、8B和8C，每个第一电连接器6A、6B和6C对应一个衬套。衬套8A、8B和8C用于将来自相关联的相导体3A、3B和3C的电压和电流从终端1的低温部分(即内部封套2)中朝向环境温度下的标准正常输导网络传输。

衬套8A、8B和8C中的每一个衬套借助于第二电连接器9A、9B和9C来连接至第一电连接器6A、6B和6C中的一个第一电连接器。第二电连接器9A、9B和9C优选地由柔性导电元件制成。例如，第二电连接器9A、9B和9C可以由铜丝网制成。第二电连接器9A、9B和9C还可以由退火铜部分或例如铝或黄铜等其他材料部分制成。这种柔性导体允许补偿因内部封套2与壳体7之间的温差而造成的变形。作为选择，第二电连接器9A、9B和9C可以为例如多触点薄板(lamella)插塞等插塞式连接器。

超导电缆还包括屏蔽导体(未示出)。屏蔽导体可以以与相导体相同的方式(即，借助于第一电连接器、第二电连接器和衬套)与内部封套和接地壳体连通。这特别适用于屏蔽导体传输显著电流(important current)。

在图2和图3所示的实施例中，接地壳体7包括多个壳体段7A、7B和7C。壳体段7A、7B和7C中的每一个壳体段包括衬套8A、8B和8C中的一个衬套。壳体段7A、7B和7C中的每一个壳体段与电缆3的相导体3A、3B和3C中的一个相导体相关联，并且壳体段7A、7B和7C彼此电连接。如图2和图3所示，壳体段7A、7B和7C可以借助于低温导电凸缘而相连。

如图1和图2所示，衬套8A、8B和8C均可以包括电场管理部件11A、11B和11C。这种电场管理部件11A、11B和11C用于避免从衬套8A、8B和8C中凸出的导体与接地壳体7以及任意其他外部接地部分之间的显著势梯度。场管理部件11A、11B和11C可例如为应力锥。

根据图3所示的另一个优选实施例，衬套8A、8B和8C中的每一个衬套可以包括封装连接器12A、12B和12C。封装连接器12A、12B和12C布置在衬套8A、8B和8C的顶部上。利用这种封装连接器，终端单元1可以直接连接至环境温度下的标准电缆13A、13B和13C。于是，终端单元1被完全绝缘并可安全触摸。当然，接地壳体7可以为如图1所示的单件或包括如图2和3所示的多个壳体段。封装连接器通常包括电场管理部件，使得终端单元1处不存在外部电场，从而消除例如对于变电站中的作业而言的与电场有关的所有风险和约束。

Claims (12)

1.一种用于超导电缆(3)的终端单元(1)，所述超导电缆(3)包括至少一个超导相导体(3A，3B，3C)，所述终端单元(1)包括电绝缘的内部封套(2)，所述内部封套(2)容纳有所述超导电缆(3)的位于低温液体中的所述至少一个相导体(3A，3B，3C)，所述内部封套(2)包括第一电连接器(6A，6B，6C)，每个相导体(3A，3B，3C)对应一个第一电连接器(6A，6B，6C)，所述第一电连接器(6A，6B，6C)连接至相应的相导体(3A，3B，3C)，并从所述内部封套(2)中凸出至外部，所述终端单元(1)的特征在于：

所述终端单元(1)还包括导电的接地壳体(7)，所述接地壳体(7)包围所述内部封套(2)和所述第一电连接器(6A，6B，6C)，并与所述内部封套(2)相距一段距离，所述接地壳体(7)包括衬套(8A，8B，8C)，每个第一电连接器(6A，6B，6C)对应一个衬套(8A，8B，8C)，每个衬套(8A，8B，8C)均借助于第二电连接器(9A，9B，9C)连接至所述第一电连接器(6A，6B，6C)中的一个第一电连接器，并适合于传输来自与所述衬套(8A，8B，8C)相关联的所述相导体(3A，3B，3C)的电压和电流；

所述接地壳体(7)以如下距离包围所述内部封套(2)：该距离使得各个所述第一电连接器(6A，6B，6C)、所述衬套(8A，8B，8C)和所述第二电连接器(9A，9B，9C)被所述接地壳体(7)覆盖；

所述第二电连接器(9A，9B，9C)穿过所述接地壳体(7)的壁部，并从所述壁部凸出至外部；以及

所述终端单元(9)通过将所述接地壳体(7)电连接至所述超导电缆(3)的低温封套(4)来整体地接地。

2.根据权利要求1所述的终端单元(1)，其中，所述内部封套(2)包括模块化元件(5A，5B，5C)，每个相导体(3A，3B，3C)对应一个模块化元件(5A，5B，5C)，每个模块化元件(5A，5B，5C)均包括从所述模块化元件(5A，5B，5C)中凸出的所述第一电连接器(6A，6B，6C)。

3.根据权利要求1或2所述的终端单元(1)，其中，所述接地壳体(7)包括多个壳体段(7A，7B，7C)，每个壳体段(7A，7B，7C)均包括一个所述衬套(8A，8B，8C)，并且每个壳体段(7A，7B，7C)均与所述超导电缆(3)的一个相导体(3A，3B，3C)相关联，所述壳体段(7A，7B，7C)彼此电连接。

4.根据权利要求3所述的终端单元(1)，其中，所述壳体段(7A，7B，7C)借助于低温导电凸缘(10A，10B，10C)彼此相连。

5.根据前述权利要求中任一项所述的终端单元(1)，其中，每个衬套(8A，8B，8C)均包括电场管理部件(11A，11B，11C)。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的终端单元(1)，其中，每个衬套(8A，8B，8C)均包括用于连接至正常导电部件(13A，13B，13C)的封装连接器(12A，12B，12C)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的终端单元(1)，其中，所述接地壳体(7)由不锈钢制成。

8.根据前述权利要求中任一项所述的终端单元(1)，其中，所述第二电连接器(9A，9B，9C)为插塞式连接器。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的终端单元(1)，其中，所述第二电连接器(9A，9B，9C)由柔性导电元件制成。

10.根据权利要求9所述的终端单元(1)，其中，所述第二电连接器(9A，9B，9C)由铜丝网制成。

11.根据前述权利要求中任一项所述的终端单元(1)，其中，所述内部封套(2)是绝热的。

12.根据前述权利要求中任一项所述的终端单元(1)，其中，所述接地壳体(7)与所述内部封套(2)之间的空间被抽真空。