CN1155739A - 大功率超导电缆 - Google Patents

Abstract

至少具有一相的大功率超导电缆，它包括内设有多个导电元件的芯子，这些元件在结构上独立且在磁性上分开，每个元件对各相包括一对同轴的相线与中线，而各相线与中线都由至少一层超导材料形成且通过在这两者间设置介电材料而相互绝缘。由于使超导材料分配到若干同轴的导电元件中，使此电缆在采用对磁场敏感的高温超导材料的同时，在超导条件下传输大的电流量。

Description

大功率超导电缆

一般地说，本发明涉及在所谓超导性条件下，即在所谓准零电阻条件下用来传送电流的电缆。

具体地说，本发明涉及这样一种具有至少一相的大功率超导电缆，它包括由相线和在相线之外但与相线同轴的中线组成的超导芯子，此相线与中线有包括至少一层超导材料且通过在它们之间设置介电材料而相互绝缘，上述电缆还包括有冷却所述芯子至不超过该超导材料临界温度的装置。

在下面的描述和后附的权利要求书中，“大功率超导电缆”指用来输送的电流量一般超过5000A的电缆，使得感生的磁场开始使在超导条件下实现的最大电流密度值减少。

在下面的描述和后附的权利要求书中，“超导材料”例如是指特殊的铌—钛合金，或是铜、钡与钇的混合氧化物为基础的陶瓷，或是铋、铅、锶、钙、铜、铊与汞的混合氧化物为基础的陶瓷，所包括的超导相在定义为临界温度或Tc的给定温度下具有实质上为零的电阻率。

“超导体”或简作“导体”在下面是指任何可在超导条件下传送电流的元件，例如为管芯支承的超材料层或绕在支承芯子上的超导材料带。

如所周知，在能量输送领域中较难解决的问题之一是，要尽可能加大在超导条件下所传输的电流和提高电流传输的温度。

尽管如此，当前可资利用的“高温”超导材料是能够在约70-77°K(约-203/-196℃)的温度下传输电流，而当感生的磁场加大，可以看到所述材料的电流传输本领将减小。

有关上述现象例如可参看T.Nakahara：“日本对超导的研究与发展综述”，《Sumitomo Elecrtic Technical Review》，Nr，35，January1933。

在超导条件下，超导材料对感生磁场影响的灵敏性随着电缆的超导芯子工作温度的升高而更加显著(即具有最高临界温度的超导材料对磁场的影响更敏感)，使得在实践中，由于不能接受所用超导材料数量的增加以及随之而加大的相关成本，而不能实现用高温超导材料传输几个KA以上的电流。

在所具构型适于传输高负载的所谓同轴电缆情形，感生的磁场、被传输的电流以及导线直径存在下述关系：

    B＝(μ₀×I)/(π×D)式中：B＝导线表面上的磁场；

I＝所传输的电流；

μ₀＝磁导率；

D＝导线直径。(如所周知，B与I的值理解为直流的实际值或交流的有效值)。

根据上述关系式，可知每当加大所传输的电流，就会成正比地加大感生的磁场，结果又以较大或较小的程度限制了在超导条件下所能取得的最大电流密度，或技术临界电流密度“Je”，后者定义为临界电流与超导材料层的总的横剖面积间的比。

特别是已经发现，临界电流密度从低于临界磁场的磁场的阀值开始急剧减小，有时会减小高达两个数量级，在此临界磁场之上超导性受到显著损害；举例来说，根据所用的超导材料和工作温度，上述数值可从0.1变至20mT；这方面例如可参看《IEEE TRANSAC-TIONS ON APPLIED SUPPERCONDUCTIVITY》，Vol.5，nr.2，June 1995，pp949-952。

企图依据加大导线直径来将临界电流密度保持在可接受的值至今都未能成功，这是由于制造、运输和安装大直径电缆在实际上有困难以及冷却超导芯子需要很高的费用所致，散热量是同环境超导芯子的绝缘层的直径成正比的。

鉴于上述工艺性质方面的困难，在同轴电缆领域，于是这种技术实质上限于：借助适当的金属和陶瓷材料，在上述现象较不显著的4°K温度下来传输所需的大电流量；或是在可与超导条件下的电流传输相匹配的最高温度(65°-90°K)下，采取并非是最佳利用超导材料的方法。在前一种情形，人们不得不再面对必须在极低温度下冷却超导芯子问题上所涉及到的高成本问题，而在后一种情形，就必须采用极大量的超导材料。

根据本发明，已经发现，在当前可资利用的超导材料的最高工作温度(65°-90°K，由所用材料与冷却流体确定)下，于至少具有一相的同轴电缆中传输大电流的问题可以由下述方式解决：对各相将电缆内的超导材料分成在结构上独立，磁性上分开的一批共n个元件，每个元件包括一对同轴的相线与中线，它们相互绝缘，各传输总电流I的一部分I/n。

根据本发明，事实上已发现，通过将超导材料作上述分布，就能：

a)在对超导材料作相同利用条件下，减小电缆的尺寸，结果简化了电缆的制作、运输与装设；

b)对相同数量的超导材料，可采用与常规电缆中相同数量的绝缘材料；

c)对相同数量的超导材料，可限制围绕电缆超导芯子绝热层(低温套)的尺寸，有利于减少其热损耗；

d)在有需要时，可以获得能独立供应不同载荷的超导元件。

最好是使各所述元件的同轴的相线与中线包括多个叠置的超导材料带，绕在例如由金属或绝缘材料制成的管筒状支承件上。

为了尽可能减少超导材料带内可能存在的机械应力，这些超导材料带绕在上述支承件上时的卷绕角从带到带以及在各个带内或为常量或为变量，在10°至60°内。

另外，各所述元件内同轴的相线与中线可以包括叠置和铺设于管筒状支承件上的多层超导材料。

根据本发明，同轴的导电元件的最大数目是由与超导材料制成的带的卷绕变形相匹配的，或是总能与所选定的超导材料的临界拉伸变形相匹配的这种元件的最小直径所决定的。

各所述元件的相线的直径最好从25至40mm。

根据本发明，电缆的超导芯子应冷却至不高于65°-90°K的温度，而最好是采用所谓的高温超导材料和把液氮作为冷却流体。

在这些高温超导材料中，最好是利用本项技术中周知的具有以下分子式的BSCCO：

    Bi_αPb_βSr_γCa_δCu_εO_x    (I)式中，1.4≤α≤2.0；0≤β≤0.6；0≤γ≤2.5；0≤δ≤0.25；1.0≤ε≤4.0，而x是对应于所存在的不同氧化物的化学计量值。

根据本发明，最好是用下述的理想通式：

    (BiPb)₂Sr₂Ca_n-1Cu_nO_x式中n是从1至3的整数，而x是对应于所存在的不同氧化物的化学计量值。

其中，能得到最好结果的混合氧化物已知是BSCCO-2223(亦即在其中n＝3)，或是用上述金属的混合氧化物的适当混合物，其比例能使该混合物的平均化学计量值与BSCCO-2223氧化物的相对应。

在另一方面，本发明涉及在具有至少一相的超导电缆内传输高于预定值电流量的方法，此方法的特征是，所述电流对各相分流到多个磁性上相分开的同轴型导电元件中，这种导电元件数要使得各个元件所载的电流份额低于这样一个值，此值确定着一个对应于与能使所用超导材料的电导率减小的磁场相对应的表面电流密度。在一具体的实施例中，这种电流是多相交流电，而所说的使电流于其中分流的导电元件则载有所说电流的一相。

在上述方法的一个最佳实施例中，所述预定量的电流至少等于5000A。

在本发明的方法中，当把液氮用作冷却流体时，能使所用超导材料的电导率减小的磁场低于200mT，最好低于100mT，而尤为最好低于20mT。

通过下面对照附图以非限制性说明所描述的本发明超导电缆的几个例子，将能更清楚地理解本发明的其它特征与优点。

在附图中：

图1是依据本发明一实施例的三相超导电缆的透视与部分剖面的示意图；

图2是依据本发明另一实施例的单相超导电缆的透视与部分剖面的示意图；

图3表示采用低温超导体时依据本发明的电缆的又一实施例；

图4表示本发明的单相电缆与两个独立负载的电连接示意图；

图5是同轴导线内磁场值的定性曲线图。

参看图1，本发明的三相超导电缆1具有统一以2标明的超导芯子，此芯子包括多个导电元件3，对于各个相以3a，3b，3c标明，它们最好松弛地套装于例如钢、铝等金属制的管壳9内。

每个导电元件3又包括一对同轴导线，它们分别是相线4与中线5，每个导线包括至少一层超导材料。

在这些附图所示的各例中，超导材料取多层叠置带的形式，卷绕在由适当材料，例如由螺旋式卷绕起的金属带或由塑料等构成的管件所形成的各个支承件6以及(可能有的)7上。

同轴的相线4与中线5通过在它们中间设置介电材料层8而相互绝缘。

电缆1还包括有适当的装置将超导芯子2冷却至适当地低于所选超导材料的临界温度，这种超导材料在图1电缆中是所谓“高温型”的。

上述的冷却用装置包括适当的泵送装置(周知技术，故未于图中示明)，用来给各导电元件3的内部以及这种元件与管壳9之间提供适当的冷却流体，例如温度通常从65°至90°K的液氮。为了尽可能减少将热散去到外部环境中，超导芯线2封装入容器结构或低温套10内，此低温套包括例如由多个叠置层组成的隔热件以及至少一个护罩。

本项技术中周知的低温套例如已于《IEEE TRANSACTIONSON POWER DELIVERY》，vol.7，nr.4，October 1992，pp.1745-1753中的一篇论文中描述到。

具体地说，在所示例子中，低温套10包括绝缘材料层11，例如由若干(数十)条表面镀金属的塑料(例如聚酯树脂)带制成的在本项技术中称之为“超热绝缘体”，并可能借助中介的分隔物13松弛地卷绕而成。这批带封装于由管件14界定的环形空心间隙12内，在此管形件内用周知的设备保持约-10^-2N/m²的真空。管件14由金属制成，能给环形空心间隙12提供所需的不适流体特性，并由例如聚乙烯制加外套15覆盖。

上述金属管件14最好由钢、铜、铝等板带弯成管状并沿纵向焊合而成，或是采用挤压成的管。

要是对所述电缆有可挠曲性的要求，则管件14可以采用波纹管。

除了上述各部件外，根据电缆的结构和使用要求，还可沿轴向或周边设置电缆牵引件，以限制作用到超导元件3上的机械应力；这种未示明的牵引件可以根据本项技术中周知的工艺，通过沿周边设置金属增强件形成，例如捆扎上钢丝，或是用一或多个轴向金属索，或是用介电材料例如芳族聚酰胺纤维制的增强件。

根据本发明，对于各个相存在有若干超导元件，具体如图1中例示，各个相(a，b，c)分别包括两个超导元件，对于三个示明的超导元件3a、3b、3c分别加下标1，2标明，使得各相的电流分流到几个导线(所示例中为两个)中。图2与3示意地表明了本发明的两个不同的，都涉及到单相电缆的实施例。

在下面的说明以及在附图中，电缆的在结构或功能上与前面参考图1所述等效的部件，将用相同的标号指明，不再作讨论。

在图2所示的实施例中，于管壳9内装设有四个在结构上独立和在磁性上相分开的超导元件3^I、3^II、3^III与3^IV。

在图3的电缆中，四个元件30^I、30^II、30^III、30^IV的同轴的相线40与中线50，包括由铌—钛合金制成的超导材料，它们的超导条件是通过液氦将超导芯子2冷却至约4°K达到的。

在上述另一实施例中，低温套10除第一层带11外还包括其中循环着65°-90°K液氮的空心间隙16以及结构与第一层带类似的第二层带17。

图4概要地例示了上述四个元件的连接，其中将一单相发电机G连接到元件3^I、3^II、3^III、3^IV各自的超导相线4与中线5上。随后，元件3^I、3^II、3^III连接第一负载C₁，而元件3^IV则独立地连接第二负载C₂。

参考上面描述过的内容，下面以非限制性的解释方式，说明本发明的超导电缆的几个例子。

                例1-3(本发明的例子)

根据本发明，设计了单相型的三种大功率超导电缆，在其超导芯子内分别设有37、19和7个导体元件3。

所有这些电缆均设计成用于直流，电压250KV(高压)，介电层厚为10mm。

在各个电缆中，所用超导材料都是称作为BSCCO-2223的混合氧化物。

作为其中所用的低温流体是由温度从65°至90°K的液氮组成，上述电缆所用的结构概示于图2中，所用低温套10的总厚约为10mm。

设计电流为50KA。

电缆的直流设计特性为：

在低温流体的温度(约77°K)下，临界电流密度衰减阈处的工作磁场＝20mT；

对应于临界电流密度等于磁场≤20mT时的临界电流密度50％时的工作磁场，在低温流体的温度(约77°K)下＝100mT。

对于直流损耗，近似地设定成：

导体元件中的损耗与其它损耗相比可以忽略；

与其它损耗相比，介质损耗可以忽略；

低温套的散热损耗与套的表面积成正比，由进入的热功率与低温套的表面积之比表示，等于3.5W/m²；

冷却设备效率，表示为装机功率Wi与提取的热功率We之比，等行10W/W。

于是，作为一级近似，必须对所考虑的电缆安装功率Wi等于35W/m²的冷却设备。

然后根据下面的工作假设，对所有的电缆评价了其中超导体的平均利用效率：

超导材料中所产生的磁场必须从各同轴的相线4的内表面(半径R1)并分别在中线5的外表面(半径R4)上，从0(零)值线性地增加到分别在相线4的外表面(半径R2)和中线5的内表面(半径R3)上的最大值，如图5中所概示，而在此相线与中线之间(半径R2与R3之间)的空心间隙内，磁场即依已述的定律：B＝(μ₀I/2πr)·(R₂/r)变化，式中r是导体元件的半径，I是由导线4与5所传输的电流；

超导材料的利用效率具有沿厚度呈线性下降的趋势，对各相线与中线而言，在具有零磁场和直到此磁场阈值水平的表面，有等于100％的阈值，而在具有最大磁场的表面，则等于对应于最大工作磁场所产生的衰减的水平(具体地说，在0与20mT之间，此利用效率为100％，而在100mT时，此效率为50％)。

所得电缆的结构与功能特性汇集于表I。

                    例4(比较例)

为了将本发明的电缆与先有技术的比较，在所设计的电缆的芯子2中包括具有由液氮冷却的超导材料BSCCO-2223的单一同轴元件。

设计条件与前例1-3中的相同，附加的工作限制是保持超导材料的平均利用效率等于100％。

所得电缆的结构与功能特性汇集于表I。

                    例5(比较例)

再次将本发明的电缆与先有技术的比较，所设计的电缆的芯子2中包括具有由液氮冷却的超导材料BSCCO-2223的单一同轴元件。

设计条件与前例4中的相同，附加的工作限制是将工作磁场确定到100mT。

结果，超导材料的平均利用效率约等于70％。

所得电缆的结构与功能特性汇集于表I。

                    例5的副例(比较例)

再次将本发明的电缆与先有技术的比较，所设计的电缆的芯子2中包括具有由液氮冷却的超导材料BSCCO-2223的单一同轴元件。

设计条件与前例4中的相同，附加的工作限制是将低温套的直径确定为与前例3中的相同(0.195m)。

结果，超导材料的平均利用效率下降到约60％。于是，同本发明电缆相比，在相同直径条件下就必须引入较大量的超导材料，使相同电缆的成本与制造工艺的困难都显著增加。

所得电缆的结构与功能特性汇集于表I。

                    例6-8(比较例)

为了比较本发明的电缆与先有技术的电缆，设计了三种电缆，在其芯子2中分别包括超导材料BSCCO-2223(例6)与铌-钛合金(例7与例8)。

由于所用低温流体为4°K的液氦，电缆具有图3概示的结构，低温套10的总厚约为70mm。

在上述条件下，作为设计数据已把单一导电元件的最小直径取定为0.025m，以照顾把机械应力保持于可接受水平内的结构尺寸。

结果，直流设计特性为，在低温流体温度(4°K)下的工作磁场800mT所对应的电流密度对例6与例8中的例子分别等于临界电流密度的100％与25％，而在例7中，于低温流体温度(4°K)下的工作磁场为260mT。

至于直流损耗，通过近似已设定为：

导电元件的损耗与其它损耗相比可以忽略；

介质损耗与其它损耗相比可以忽略；

低温套的散热损耗与套的表面积成正比，由进入的热功率与低温套的表面积的比表示，等于0.5W/m²；

冷却设备效率，表示为装机功率Wi与提取的热功率We之比，等于300W/W。

于是，作为一级近似，必须对于所考虑的电缆安装功率Wi等于185W的冷却设备。

然后根据前例1-5中阐明的准则，对所有的电缆评价了其中超导体的平均利用效率。

所得电缆的结构与功能特性汇集于表I。

                    例9-11(本发明的例子)

根据本发明，设计了三种大功率的超导电缆，在其超导芯子2内分别包括37、19与7个导电元件。

设计数据与前例1-3中的相同，例外的是直流中所用电压在此等于1kV(低压)。

于是，所用介电材料层8的厚度等于1mm。

在所有这三种电缆中，所用超导材料都是称之为BSCOO-2223的混合氧化物。

由于上述情形下所用低温流体是温度为77°K的液氮，这些电缆具有图1概示的结构，所用低温套10的总厚约等于10mm。

同样，在上述情形下的设计电流为50kA。

所得电缆的结构与功能特性汇集于表2。

                    例12(比较例)

为了比较本发明的与先有技术的电缆，在所设计的电缆的芯子2中已包括具有由液氮冷却的超导材料BSCCO-2223的单一同轴元件。

设计条件与前例9-11中的相同，附加的工作限制是，将超导体的平均利用效率保持等于100％。

所得电缆的结构与功能特性汇集于表II。

                    例13(比较例)

为了再次比较本发明的与先有技术的电缆，所设计的电缆的芯子2中包括具有由液氮冷却的超导材料BSCCO-2223的单一同轴元件。

设计条件与前例9-11中的相同，附加的工作限制是，将工作磁场确定为100mT。

结果，超导材料的平均利用效率等于70％。

所得电缆的结构与功能特性汇集于表II。

                    例13的副例(比较例)

为再一次比较本发明的与先有技术的电缆，所设计的电缆的芯子2中包括具有由液氮冷却的超导材料BSCCO-2223的单一同轴元件。

设计条件与前例9-11中的相同，附加的工作限制是，将低温套的直径设定到等于前例11中的值(0.142m)。

结果，超导材料的平均利用效率等于50％。于是，与本发明的电缆相比，在相同直径的条件下必须引入较大量的超导材料，使得成本与制造工艺难度两方面都显著增加。

所得电缆的结构与功能特性汇集于表II。

                    例14-16(比较例)

为了比较本发明和先有技术的电缆，设计了三种电缆，在其芯子2内分别包括超导材料BSCOO-2223(例14)以及铌—钛合金(例15与16)。

低温流体采用4°K的液氦，电缆具有图3所示的结构，所用低温套的总厚等于约70mm。

电缆的设计特性与直流损耗按照例6-9所示的相同方式确定。

根据前例1-5所示的准则评价了半导体材料的平均利用效率。

所得电缆的结构与功能特性汇集于表II。

在后附的表I与II中，业已分别以例3与例11的电缆为基准标明了冷却费用，对于这两个例子，尺寸与冷却超导芯子2的费用都具有最小值，其代价是不能最优地利用超导材料，结果就需耗用较大量的超导材料和较高的电能。

对于表I与表II中列出的数据还应注意到，材料BSCCO-2223在磁场等于800mT(例6与14)时以100％的效率工作，相反，NbTi合金则是一直到磁场约260mT(例7与15)时具有100％的效率，而在800mT(例8与16)时，此效率等于25％。

从上面的说明和图示中立即可知，本发明能使传输大的电流量与高温超导材料的最佳利用相结合。

以上所有结果，是在把电缆的尺寸与冷却费用保持于从工艺观点考虑完全可以接收的数值下取得的。

要是在具体应用中，与不能最佳利用高温超导体相关联的种种问题以及成本等并不构成决定因素时，则本发明如例3与例11所示，完全可使电缆尺寸减至最小，而有利于构制、运送与安装操作，而且可以使电缆尺寸减小到能够同先有技术中需要高得多的制造与运行费用的氦冷却的电缆几乎一致的水平。

特别是可以看出，在传输相同电流的条件下，本发明的电缆的总体直径(包括低温套)不超过0.3m，因而例如可以卷绕到电缆盘上，而对于采用单一同轴导电元件的已知技术中的电缆，当超导材料是以100％的效率利用时(磁场低于20mT)，这种电缆的直径将超过1m。

同样，当超导材料有70％的利用效率是可以接受的时(磁场高达100mT)，则本发明的电缆可以有0.14m的直径，而先有技术的电缆所具有的直径不会小于0.23m，同时还有其它一些缺点，例如使冷却费用增加了60％。

必须注意到，分成若干超导元件的作法并不会使相同导体的总的表面积加大，因此不会在实际上加大所用绝缘材料的体积。

此外，根据本发明，还能获得以下优点：

在超导材料有同样利用率的条件下可以减小电缆的尺寸，从而可使电缆易于制造、运输与安装(比较例2与例4，同时比较例3与例5)；

与先有技术的电缆相比，对于相同数量的超导材料，可采用同样数量的绝缘材料；

限制了环绕电缆超导芯子的绝热层(低温套)的尺寸，而有利于减少热损耗(将例1与2同例4比较，同时比较例3与例4)；

导电元件在磁性上分开，从而能提供不同的负载；

能制造可挠曲的，高效的超导母线；

在相同的电缆直径因而也是相同的冷却费用下，对于各个相线与中线中的超导材料能以最佳方式利用，因而也就能减少其所用数量。

应该看到，根据已知技术，要是希望在0.14m的直径下来制造高压(250kV)电缆，亦即同轴型的单一元件时，就会达到175mT的磁场，而这相当于超导材料的利用效率等于50％，相比之下，本发明则可有70％的利用效率(为此可参看例3与例5的副例)。

同样，依据已知技术，要是希望在0.2m直径的条件下制造低压(1kV)电缆，即同轴形的单一元件，则将达到130mT的磁场，这相当于超导材料的利用效率等于60％，相比之下，本发明则可实现70％的利用效率(为此可参看例11与例13的副例)。

凡是上面关系到单相型电缆所作的说明也同样适用于图1中所示的三相型，更一般的多相型，其中通过将各相的导电元件分成若干元件，让每个元件载运此相总电流的一部分，可以获得显著的效益。

例如，各相用单一导电元件制成的用来在20KV下供应1700MVA的三相电缆，对低温套需有0.52m的直径，根据本发明，通过将各相分成7相导线，此时的电缆在低温套上的直径为0.43m，而所用超导材料则相同。

同样，对各相用单一导电元件制成的用来在400V下供应35MVA的三相电缆，对低温套需有0.48m的直径；根据本发明，通过将各相分成7相导线，此时的电缆在低温套上的直径为0.32m，而所用超导材料相同。

至于本发明的方法，已经看到，通过将总的电流分流到一批磁性上独立的导线中，使得每一导线载运的电流部分小于感生出能限制所用超导材料电导率的磁场的阈值，就能在前述的种种优点下载运大于一般至少是等于3000A预定值的电流量。

虽然，本领域的技术人员是可以对上述的本发明形式引入其变型与改进形式以满足某些具体的与特定的要求，但这类变型与改进形式都应属于后附权利要求所规定的保护范围之内。

                                                    表I

例	1	2	3	4	5	5副	6	7	8
										材料	BSCCO							NbTi
每相中的元件数	37	19	7	1	1	1	1	1	1
										所传导的临界电流[A]	1350	2630	7140	50000	50000	50000	50000	50000	50000
工作温度[°K]	77	77	77	77	77	77	4	4	4
										工作磁场[mT]	20	20	100	20	100	130	800	260	800
超导材料平均利用效率[％](近似)	100	100	70	100	70	60	100	100	90
										φ单相导体[m]	0.027	0.053	0.285	1	0.2	0.15	0.025	0.077	0.025
φ单一元件[m]	0.057	0.083	0.0585	1.03	0.23	0.18	0.055	0.107	0.055
										φ低温套[m]	0.419	0.435	0.195	1.05	0.25	0.195	0.195	0.247	0.195
冷却费用	2.1	2.2	1	5.4	1.3	1	5.3	6.7	5.3

                                                    表II

例	9	10	11	12	13	13副	14	15	16
										材料	BSCCO							NbTi
每相中的元件数	37	19	7	1	1	1	1	1	1
										所传导的临界电流[A]	1350	2630	7140	50000	50000	50000	50000	50000	50000
工作温度[°K]	77	77	77	77	77	77	4	4	4
										工作磁场[mT]	20	20	100	20	100	175	800	260	800
超导材料平均利用效率[％](近似)	100	100	70	100	70	50	100	100	90
										φ单相导体[m]	0.027	0.053	0.285	1	0.2	0.11	0.025	0.077	0.025
φ单一元件[m]	0.039	0.065	0.0405	1.012	0.212	0.122	0.037	0.089	0.037
										φ低温套[m]	0.293	0.343	0.142	1.032	0.232	0.142	0.177	0.229	0.177
冷却费用	2.1	2.4	1	7.3	1.6	1	6.6	8.6	6.6

Claims (13)

1、至少具有一相的大功率超导电缆(1)，它包括：

由相线(4)和相线之外但与此相线同轴的中线(5)组成的超导芯子(2)，此同轴的相线与中线(4，5)各包括至少一层超导材料且通过在它们之间设置介电材料(8)的相互分开；

冷却所述芯子(2)至不超过该超导材料临界温度的装置；

特征在于：所述超导电缆对其各个相包括多个磁性上相分开的导电元件(3)，向每个导电元件(3)包括一对同轴的相线(4)与中线(5)。

2、如权利要求1所述超导电缆，特征在于：所述各同轴的相线(4)与中线(5)包括多个绕在相应管筒形支承件(6，7)上的超导材料带。

3、如权利要求2所述超导电缆，特征在于：所述超导材料带是在10°至60°的卷绕角绕在所述支承件(6，7)之上的。

4、如权利要求2所述超导电缆，特征在于：所述各同轴的相线(4)与中线(5)包括多个设置在所述管筒形支承件(6，7)上的超导材料层。

5、如权利要求1所述超导电缆，特征在于：所述各元件(3)的相线直径在25至40mm之间。

6、如权利要求1所述超导电缆，特征在于：所述芯子(2)冷却至65°至90°K的温度。

7、如权利要求1所述超导电缆，特征在于：所述芯子(2)是由温度在约4°K的液氮冷却。

8、如上述任一项权利要求所述超导电缆，特征在于，所述超导材料具有下述分子式：

    Bi_αPb_βSr_γCa_δCu_εO_x    (I)式中，1.4≤α≤2.0；0≤β≤0.6；0≤γ≤2.5；0≤δ≤2.5；1.0≤ε≤4.0，而x是与存在的不同氧化物所对应的化学计量值。

9、一种使大于预定值的电流量在至少具有一相的超导电缆(1)中传输的方法，特征在于：所述电流对各相分流到多个磁性上分开的同轴型导电元件(3)中，这些导电元件(3)的数目要使得在每个导电元件(3)中所传输的电流份额低于这样一个值，此值确定着一个与能使所用超导材料的电导率减小的磁场相对应的表面电流密度。

10、如权利要求9所述方法，特征在于：所述电流是多相交流电，且对于各相来说，此电流分流到所述各导电元件(3)中。

11、如权利要求9所述方法，特征在于：所述电流量的预定值至少等于5000A。

12、如权利要求9所述方法，特征在于：所述能使超导材料的电导率减小的磁场小于200mT。

13、如权利要求12所述方法，特征在于：所述能使超导材料的电导率减小的磁场小于20mT。

Images