CN1771628A - 超导电缆的接线部 - Google Patents

Abstract

一种超导电缆的中间接线部，用于连接超导电缆，每根超导电缆具有线圈架、超导体和绝缘层。通过使连接套圈装配在形成邻接的各线圈架的端部上、以连接套圈的外径等于线圈架的外径的方式压缩连接线圈架、然后彼此连接与连接套圈的外侧形成邻接的超导体同时使外径与超导电缆的超导体的外径相等，可以减小超导电缆的中间接线部的尺寸。

Description

超导电缆的接线部

技术领域

本发明涉及用于超导电缆的接线部(joint)，特别是尺寸可以减小的接线部。

背景技术

在设置有超导体的超导电缆的领域中，所述超导体由例如Bi系高温超导带或超导丝构成，研究者和工程师不仅已经研发了带有一根电缆芯的单相电缆，而且研发了多相电缆，其中多根电缆芯保持在一起以形成多芯捆束成一根(multi-core-bundled-in-one)的类型的电缆。图2(A)和2(B)示出三相超导电缆，其中三根芯保持在一起。超导电缆100具有的结构是三根电缆芯102捻在一起以容放在隔热管101中。

隔热管101形成由外管101a和内管101b构成的双层管。虽然图2(A)未示出，隔热材料放置在两管之间，两管之间的空间抽成真空。防腐蚀层104形成在外管101a上。每根电缆芯102从中心以如下顺序设置有线圈架(former)200、超导体201、电气绝缘层202、屏蔽层203和保护层204。通过将超导丝在线圈架200上螺旋缠绕为多层而构造成超导体201。电气绝缘层202通过包裹半合成的绝缘纸带构造而成。屏蔽层203通过在电气绝缘层202上螺旋缠绕与用作超导体201的超导丝类似的超导丝构造而成。在屏蔽层203中，几乎和在超导体201中流动的电流具有相同量值的电流被感生成稳定状态并且在与导体201中的电流相反方向上流动。感生电流产生的磁场抵偿了由超导体201产生的磁场。结果，泄漏到电缆芯102外部的磁场可以几乎降低至零。通常，内管101b和各根电缆芯102产生的间隙103用作冷却剂通道。

当这种多相超导电缆用于构造长途传输线路时，必须使用接线部来在线路的某个中间点连接抽出于不同电缆的电缆芯。这种接线部的一个示例在专利文献1中陈述。这种接线部的结构示于图3中。图3示出容放在接线盒500中的相邻超导体201的端部用连接套圈510彼此连接，该连接套圈510由常规导体材料如铜制成。应力消除锥形部520放置在超导体201和连接套圈510的端部上方。应力消除锥形部520用由纤维增强塑料(FRP)制成的支杆530支撑。该接线盒中的电缆芯102用由FRP制成的支架540支撑。(参见专利文献1)

专利文献1：公开的日本专利申请特开2000-340274(图1)。

发明内容

本发明要解决的问题：

但是，上述技术具有下述缺点。

(1)接线部发热量大。

前述接线部利用常规导体材料作为连接套圈。因而，该部分的导体电阻大于超导体的，并且由于焦耳损耗(Joule loss)而在接线部产生热。结果，用于冷却剂的冷却系统是有负荷的。

(2)接线部尺寸大。

前述接线部利用了外径大于超导体外径的连接套圈。该结构在层的方向(layer direction)上产生了电应力。为了消除该应力，必须提供应力消除锥形部。该应力消除锥形部例如通过包裹绝缘纸形成。结果，接线部的尺寸在径向上和纵向上都增大。此外，因为应力消除锥形部利用大量具有高热阻系数的绝缘纸形成，应力消除锥形部具有大的热阻。这种大的热阻和由于焦耳损耗导致的连接套圈处的发热共同使得接线部变成冷却系统中的最大瓶颈。

(3)接线部可以在冷却剂中产生压力损失。

前述接线部设置有应力消除锥形部和FRP支杆以支撑应力消除锥形部。支杆可以成为阻挡冷却剂流动的障碍，产生压力损失。该压力损失可能对接线部的冷却能力有不利影响。

鉴于上述情况，本发明的主要目的是提供一种用于超导电缆的接线部，该接线部的尺寸可以减小。

本发明的另一目的是提供一种用于超导电缆的接线部，该接线部可以抑制其中的焦耳损耗的发生。

解决技术问题的手段：

根据本发明，前述目的通过将邻接的(butted)超导体彼此连接从而接线部中的超导体和任何别的地方的超导体具有相同的直径。

本发明的接线部是一种用于超导电缆的接线部。该接线部用于将两段超导电缆彼此连接。超导电缆设置有线圈架、超导体和绝缘层。接线部的制作包括下列步骤：

(a)制备用于连接线圈架的连接套圈；

(b)将连接套圈滑动到将被连接的线圈架的端部上；

(c)在连接套圈中使线圈架的各端面彼此邻接；

(d)压缩连接套圈以连接线圈架，使得受压套圈具有和线圈架相等的直径；

(e)在受压套圈的外侧使将被连接的超导体的端面彼此邻接；和

(f)将超导体彼此连接，使得连接后的超导体具有与超导电缆的超导体相同的直径。

在前述步骤中，首先，将导体连接套圈滑动到邻接的将被连接的线圈架上。该套圈用水压机压缩使得受压套圈实际上具有与线圈架相同的直径。该方法能够使线圈架在不增加连接部直径的情况下连接。因此，还可以防止放置于线圈架上的超导体的直径只在连接部处增加。因此，不必要使用应力消除锥形部，超导体可以通过直接邻接或者通过轻微叠置而连接。结果，可以减小接线部的尺寸，特别是减小直径。

由于超导体可以直接连接，所以不必使用由常规导电导体制成的连接套圈。因此，焦耳损耗的发生可得以抑制。

这里，理想的是通过利用连接套圈的压缩连接方法连接线圈架。为了实现该方法，理想的是线圈架具有实心芯结构或绞股线结构。这类结构包括其中多个金属丝被绞股的结构。

为了能够压缩连接，理想的是连接套圈为可易于塑性变形的金属套圈。更典型的是，可利用铜套圈。确定套圈的厚度使得可以确保压缩之后套圈的横截面积为例如线圈架的标定横截面积的至少50％。通过利用前述套圈，可以进行压缩连接使得受压套圈实际上具有与线圈架相等的直径。该方法易于确保连接部处的机械强度和载流能力。

超导体的类型的一种包括具有超导丝螺旋缠绕在线圈架上的结构。该超导丝通过嵌入多根例如Bi-2223超导长丝于银质矩阵(matrix of silver)等中形成。超导丝通常缠绕为多层。超导体可以通过例如软焊连接。超导体的没有常规导电导体介入的直接连接可以消除由于常规导电导体的存在引起的焦耳损耗。

理想的是，接线部在超导体的外侧设置有复原绝缘层，使得复原绝缘层具有与超导电缆的绝缘层相等的直径。复原绝缘材料是一种用于确保接线部处的电气绝缘的元件。复原绝缘层可以通过例如包裹绝缘纸形成。这种情况下，与应力消除锥形部不同，不必增加厚度和形成纺锤形形状。因此，与传统接线部相比，可以显著降低该接线部的尺寸。

将要利用本发明的接线部连接的超导电缆还可设置屏蔽层。例如，屏蔽层通过螺旋缠绕或者线性布置与用作绝缘层上的超导体的超导丝类似的超导丝而形成。此外这种情况下，上述复原绝缘层设置在接线部中超导体的外侧。复原绝缘层也具有与超导电缆的绝缘层相等的直径。理想的是，邻接于复原绝缘层外侧的屏蔽层彼此连接使得连接后的屏蔽层具有与超导电缆的屏蔽层相等的直径。该结构即使对于具有屏蔽层的电缆也可以抑制接线部的直径增加。该屏蔽层还可以通过例如软焊而彼此连接。

通常，超导电缆具有冷却剂通道，该冷却剂冷却超导体(当提供了屏蔽层时，屏蔽层也用冷却剂冷却)。理想的是本发明的接线部设置有外壳，该外壳可以确保横截面积几乎等于超导电缆的冷却剂通道的横截面积。确保冷却剂通道具有和超导电缆在接线部处的冷却剂通道几乎相等的横截面积可以抑制冷却剂在接线部处的压力损失。外壳例如可以用覆盖接线部的复原绝缘层的隔热壳体构成。当接线部设置有屏蔽层时，外壳可以为覆盖屏蔽层的隔热壳体。理想的是，外壳被构造成其可以在纵向上分开。外壳的分开的结构能够实现接线部在狭窄工作空间中的组装工作。

本发明的接线部不仅可以用于连接单芯的超导电缆，而且可用于连接三根芯扭绞的超导电缆的各根芯。

本发明的有利效果：

根据本发明的接线部，线圈架的连接部可以形成为使得其直径几乎等于线圈架的直径。结果，可以减小接线部的尺寸。此外，对于超导体的连接，不需要常规导电导体的介入。因此，可抑制由于焦耳损耗导致的发热。

附图说明

图1是本发明的接线部的局部纵向剖视图。

图2(A)是示出将要利用本发明的接线部连接起来的超导电缆的横截面视图。

图2(B)是示出一根图2(A)所示的电缆芯的透视图，处于各个元件一阶接一阶露出的状态。

图3是传统接线部的局部剖视图。

附图标记说明：

100：三相芯超导电缆；101，隔热管；101a，外管；101b，内管；102，电缆芯；103，间隙；104，防腐蚀层；200，线圈架；201，超导体；202，绝缘层；203，屏蔽层；204，保护层；300，连接套圈；310，外壳；311，312，分开的半部；320，复原绝缘层；500，接线盒；510，连接套圈；520，应力消除锥形部；530，540，支杆，支架。

具体实施方式

下面说明本发明的实施例。附图中的尺寸比例不必与说明一致。

在说明本发明的接线部之前，首先对将要连接起来的超导电缆的结构进行说明。将利用接线部连接起来的超导电缆具有和参照图2说明的超导电缆100相同的结构。更具体的，三根芯102容纳在隔热管101中。每根芯102从中心以如下顺序设置有线圈架200，超导体201，绝缘层202，屏蔽层203和保护层204。通过将多根铜线绞股为多层而构造成线圈架200。通过将超导丝在线圈架200上螺旋缠绕为多层而构造成超导体201。超导丝通过将多根Bi-2223超导长丝嵌入银质矩阵中而形成。绝缘层202通过将半合成的绝缘纸带包裹在超导体201上构造成，该半合成的绝缘纸带通过层叠绝缘纸和聚丙烯膜制成。屏蔽层203通过在绝缘层202上将与用作超导体201的超导丝类似的超导丝螺旋缠绕成多层构造而成。

图1示出将上述超导电缆100彼此连接的接线部。当超导电缆彼此连接时，单芯从隔热管的端部暴露出一段长度，而且每个层的长度在芯的端部得以调节。更具体的，线圈架200、超导体201和屏蔽层203的长度从芯暴露的那刻保持不变。另一方面，一预定长度的绝缘层202从芯的切割端去掉。为了去掉绝缘层202，通过缠绕超导丝构造成的屏蔽层203的端部通过退绕超导丝而展开，使得绝缘层202露出。这种条件下，去掉绝缘层202的预定长度。所去掉的长度这样确定，使得该长度可以允许下述连接套圈300对线圈架200的压缩操作充分执行。尽管附图中未示出，但还有另一种方法。在该方法中，各预定长度的超导体、绝缘层和屏蔽层从超导电缆的端部切下，使得预定长度的线圈架露出。当采用该方法时，通过单独制备的用于连接的超导丝的介入，使超导体彼此连接。同一步骤也应用于屏蔽层的连接。

为了将一对超导电缆彼此连接，首先，下述的外壳310的分开的半部311和312滑动到耦合的三根芯的端部上。然后，外壳310沿着芯移动到远离芯端部的地方。尽管有上述说明，图1只示出了一根芯。

制备连接套圈300，其具有足以在压缩所述套圈之后确保至少为线圈架200的标定横截面积的50％的横截面积的厚度。线圈架200从每一端插入到所述套圈300中。这种情况下，使用了通过利用紫铜棒(1100BD)生产的并具有稍大于线圈架外径的内径的套圈300。在这种条件下，连接套圈300受到压缩以将线圈架200彼此连接。该连接操作导致套圈戳入线圈架中，从而在压缩套圈之后，连接套圈300的直径在除了受压部分之外的地方变得实际上与线圈架相等。

结果，超导体210通过软焊在连接的线圈架200上而得到连接。因为在受压套圈的表面和线圈架的表面之间不存在直径差，从而，当超导丝利用重绕事先退绕并展开的超导丝或者通过制备用于连接的单独的超导丝而连接时，超导体201自身可以连接，而在导体覆盖受压套圈300的地方和除了该地方之外的其他地方之间没有直径差。另外，不必要使用常规导体材料作为介入元件来连接超导体。因此，该结构可以抑制由于接线部处的焦耳损耗导致的发热。

接着，复原绝缘层320形成在连接的超导体201上。预定长度的绝缘层202预先从超导电缆的各根芯的端部去掉。去掉的部分可以通过包裹例如绝缘纸复原。因此，形成了复原绝缘层320。复原绝缘层320的直径也得到调节从而与芯的绝缘层202的直径一致。由于超导体或者与导体电性连接的元件在任何局部位置都不径向凸出并得以连接，所以不必要形成应力消除锥形部。因此，即使复原绝缘层320具有和芯的绝缘层202相同厚度，也可以保证所要求的电气绝缘。

接着，通过重绕事先退绕并展开的超导丝或者通过制备用于连接的单独的超导丝，用屏蔽层203覆盖复原绝缘层320。在前一种情况中，超导丝通过软焊彼此连接。在后一种情况中，形成屏蔽层的超导丝和单独制备的用于连接的超导丝通过软焊彼此连接。通过上述连接屏蔽层203的方法，屏蔽层203自身可以连接，而在屏蔽层覆盖复原绝缘层320的地方和除了该地方之外的其他地方之间没有直径差。当芯的单个元件通过上述步骤连接时，连接部可以具有和超导电缆的芯相同的直径。换句话说，接线部的尺寸可以降低到可能的最小程度。

随后，事先沿着芯移动到远离芯端部的地方的外壳的分开的半部311和312返回到刚好位于所形成的复原绝缘层320之外的地方，使得它们在该地方彼此连接。分开的半部311和312各自是具有隔热结构的圆柱体。它们一端的直径大于另一端的。分开的半部311较大直径侧的开口端邻接于分开的半部312。该邻接部通过焊接或者通过利用借助螺钉紧固的凸缘得到合并。分开的半部311和312的合并形成外壳310，其在端部具有较小直径而在中心部具有较大直径。尽管图中1未示出，外壳310的两端各自与超导电缆的隔热管101的端部连接(见图2(A))。

外壳310的较小直径部的内径设计成等于或大于超导电缆的隔热管的内径。外壳310的内壁和屏蔽层的外表面之间的空间用作冷冻剂通道。因此，前述设计确保该冷却剂通道具有与超导电缆中的冷却剂通道的横截面积几乎相等的横截面积。从而，接线部的冷却剂的压力损失可得以抑制。

工业应用性

期望本发明的接线部用于在用作电力传输线路等的超导电缆线路中连接超导电缆。

Claims (4)

1.一种用于超导电缆的接线部，该接线部用于将两段超导电缆彼此连接，超导电缆包括线圈架、超导体和绝缘层；接线部的制作包括下列步骤：

(a)制备用于连接线圈架的连接套圈；

(b)将连接套圈滑动到将被连接的线圈架的端部上；

(c)在连接套圈中使线圈架的端面彼此邻接；

(d)压缩连接套圈以连接线圈架，使得受压套圈具有与线圈架相同的直径；

(e)在受压套圈的外侧使将被连接的超导体的端面彼此邻接；和

(f)将超导体彼此连接，使得连接后的超导体具有与超导电缆的超导体相同的直径。

2.如权利要求1所述的用于超导电缆的接线部，其中接线部的制作还包括的步骤是：在超导体的外侧提供复原绝缘层，使得复原绝缘层具有与超导电缆的绝缘层相等的直径。

3.如权利要求2所述的用于超导电缆的接线部，其中：

(a)超导电缆还包括屏蔽层；和

(b)连接部的制作还包括步骤：

(b1)在复原绝缘层的外侧使将被连接的屏蔽层的端面彼此邻接；和

(b2)使屏蔽层彼此连接，使得连接后的屏蔽层具有与超导电缆的屏蔽层相等的直径。

4.如权利要求1至3任一项所述的用于超导电缆的接线部，其中：

(a)超导电缆还进一步包括用于冷却剂的通道，该冷却剂冷却超导体；和

(b)接线部包括外壳，该外壳可以确保横截面积几乎等于超导电缆的冷却剂通道的横截面积。

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