專利名稱：：大功率超導(dǎo)電纜的制作方法一般地說，本發(fā)明涉及在所謂超導(dǎo)性條件下，即在所謂準(zhǔn)零電阻條件下用來傳送電流的電纜。具體地說，本發(fā)明涉及這樣一種具有至少一相的大功率超導(dǎo)電纜，它包括由相線和在相線之外但與相線同軸的中線組成的超導(dǎo)芯子，此相線與中線有包括至少一層超導(dǎo)材料且通過在它們之間設(shè)置介電材料而相互絕緣，上述電纜還包括有冷卻所述芯子至不超過該超導(dǎo)材料臨界溫度的裝置。在下面的描述和后附的權(quán)利要求書中，“大功率超導(dǎo)電纜”指用來輸送的電流量一般超過5000A的電纜，使得感生的磁場開始使在超導(dǎo)條件下實(shí)現(xiàn)的最大電流密度值減少。在下面的描述和后附的權(quán)利要求書中，“超導(dǎo)材料”例如是指特殊的鈮—鈦合金，或是銅、鋇與釔的混合氧化物為基礎(chǔ)的陶瓷，或是鉍、鉛、鍶、鈣、銅、鉈與汞的混合氧化物為基礎(chǔ)的陶瓷，所包括的超導(dǎo)相在定義為臨界溫度或Tc的給定溫度下具有實(shí)質(zhì)上為零的電阻率?！俺瑢?dǎo)體”或簡作“導(dǎo)體”在下面是指任何可在超導(dǎo)條件下傳送電流的元件，例如為管芯支承的超材料層或繞在支承芯子上的超導(dǎo)材料帶。如所周知，在能量輸送領(lǐng)域中較難解決的問題之一是，要盡可能加大在超導(dǎo)條件下所傳輸?shù)碾娏骱吞岣唠娏鱾鬏數(shù)臏囟取１M管如此，當(dāng)前可資利用的“高溫”超導(dǎo)材料是能夠在約70-77°K(約-203/-196℃)的溫度下傳輸電流，而當(dāng)感生的磁場加大，可以看到所述材料的電流傳輸本領(lǐng)將減小。有關(guān)上述現(xiàn)象例如可參看T.Nakahara“日本對(duì)超導(dǎo)的研究與發(fā)展綜述”，《SumitomoElecrticTechnicalReview》，Nr，35，January1933。在超導(dǎo)條件下，超導(dǎo)材料對(duì)感生磁場影響的靈敏性隨著電纜的超導(dǎo)芯子工作溫度的升高而更加顯著(即具有最高臨界溫度的超導(dǎo)材料對(duì)磁場的影響更敏感)，使得在實(shí)踐中，由于不能接受所用超導(dǎo)材料數(shù)量的增加以及隨之而加大的相關(guān)成本，而不能實(shí)現(xiàn)用高溫超導(dǎo)材料傳輸幾個(gè)KA以上的電流。在所具構(gòu)型適于傳輸高負(fù)載的所謂同軸電纜情形，感生的磁場、被傳輸?shù)碾娏饕约皩?dǎo)線直徑存在下述關(guān)系B＝(μ0×I)/(π×D)式中B＝導(dǎo)線表面上的磁場；I＝所傳輸?shù)碾娏鳎沪?＝磁導(dǎo)率；D＝導(dǎo)線直徑。(如所周知，B與I的值理解為直流的實(shí)際值或交流的有效值)。根據(jù)上述關(guān)系式，可知每當(dāng)加大所傳輸?shù)碾娏?，就?huì)成正比地加大感生的磁場，結(jié)果又以較大或較小的程度限制了在超導(dǎo)條件下所能取得的最大電流密度，或技術(shù)臨界電流密度“Je”，后者定義為臨界電流與超導(dǎo)材料層的總的橫剖面積間的比。特別是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，臨界電流密度從低于臨界磁場的磁場的閥值開始急劇減小，有時(shí)會(huì)減小高達(dá)兩個(gè)數(shù)量級(jí)，在此臨界磁場之上超導(dǎo)性受到顯著損害；舉例來說，根據(jù)所用的超導(dǎo)材料和工作溫度，上述數(shù)值可從0.1變至20mT；這方面例如可參看《IEEETRANSAC-TIONSONAPPLIEDSUPPERCONDUCTIVITY》，Vol.5，nr.2，June1995，pp949-952。企圖依據(jù)加大導(dǎo)線直徑來將臨界電流密度保持在可接受的值至今都未能成功，這是由于制造、運(yùn)輸和安裝大直徑電纜在實(shí)際上有困難以及冷卻超導(dǎo)芯子需要很高的費(fèi)用所致，散熱量是同環(huán)境超導(dǎo)芯子的絕緣層的直徑成正比的。鑒于上述工藝性質(zhì)方面的困難，在同軸電纜領(lǐng)域，于是這種技術(shù)實(shí)質(zhì)上限于借助適當(dāng)?shù)慕饘俸吞沾刹牧希谏鲜霈F(xiàn)象較不顯著的4°K溫度下來傳輸所需的大電流量；或是在可與超導(dǎo)條件下的電流傳輸相匹配的最高溫度(65°-90°K)下，采取并非是最佳利用超導(dǎo)材料的方法。在前一種情形，人們不得不再面對(duì)必須在極低溫度下冷卻超導(dǎo)芯子問題上所涉及到的高成本問題，而在后一種情形，就必須采用極大量的超導(dǎo)材料。根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)前可資利用的超導(dǎo)材料的最高工作溫度(65°-90°K，由所用材料與冷卻流體確定)下，于至少具有一相的同軸電纜中傳輸大電流的問題可以由下述方式解決對(duì)各相將電纜內(nèi)的超導(dǎo)材料分成在結(jié)構(gòu)上獨(dú)立，磁性上分開的一批共n個(gè)元件，每個(gè)元件包括一對(duì)同軸的相線與中線，它們相互絕緣，各傳輸總電流I的一部分I/n。根據(jù)本發(fā)明，事實(shí)上已發(fā)現(xiàn)，通過將超導(dǎo)材料作上述分布，就能a)在對(duì)超導(dǎo)材料作相同利用條件下，減小電纜的尺寸，結(jié)果簡化了電纜的制作、運(yùn)輸與裝設(shè)；b)對(duì)相同數(shù)量的超導(dǎo)材料，可采用與常規(guī)電纜中相同數(shù)量的絕緣材料；c)對(duì)相同數(shù)量的超導(dǎo)材料，可限制圍繞電纜超導(dǎo)芯子絕熱層(低溫套)的尺寸，有利于減少其熱損耗；d)在有需要時(shí)，可以獲得能獨(dú)立供應(yīng)不同載荷的超導(dǎo)元件。最好是使各所述元件的同軸的相線與中線包括多個(gè)疊置的超導(dǎo)材料帶，繞在例如由金屬或絕緣材料制成的管筒狀支承件上。為了盡可能減少超導(dǎo)材料帶內(nèi)可能存在的機(jī)械應(yīng)力，這些超導(dǎo)材料帶繞在上述支承件上時(shí)的卷繞角從帶到帶以及在各個(gè)帶內(nèi)或?yàn)槌Ａ炕驗(yàn)樽兞?，?0°至60°內(nèi)。另外，各所述元件內(nèi)同軸的相線與中線可以包括疊置和鋪設(shè)于管筒狀支承件上的多層超導(dǎo)材料。根據(jù)本發(fā)明，同軸的導(dǎo)電元件的最大數(shù)目是由與超導(dǎo)材料制成的帶的卷繞變形相匹配的，或是總能與所選定的超導(dǎo)材料的臨界拉伸變形相匹配的這種元件的最小直徑所決定的。各所述元件的相線的直徑最好從25至40mm。根據(jù)本發(fā)明，電纜的超導(dǎo)芯子應(yīng)冷卻至不高于65°-90°K的溫度，而最好是采用所謂的高溫超導(dǎo)材料和把液氮作為冷卻流體。在這些高溫超導(dǎo)材料中，最好是利用本項(xiàng)技術(shù)中周知的具有以下分子式的BSCCOBiαPbβSrγCaδCuεOx(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是對(duì)應(yīng)于所存在的不同氧化物的化學(xué)計(jì)量值。根據(jù)本發(fā)明，最好是用下述的理想通式(BiPb)2Sr2Can-1CunOx式中n是從1至3的整數(shù)，而x是對(duì)應(yīng)于所存在的不同氧化物的化學(xué)計(jì)量值。其中，能得到最好結(jié)果的混合氧化物已知是BSCCO-2223(亦即在其中n＝3)，或是用上述金屬的混合氧化物的適當(dāng)混合物，其比例能使該混合物的平均化學(xué)計(jì)量值與BSCCO-2223氧化物的相對(duì)應(yīng)。在另一方面，本發(fā)明涉及在具有至少一相的超導(dǎo)電纜內(nèi)傳輸高于預(yù)定值電流量的方法，此方法的特征是，所述電流對(duì)各相分流到多個(gè)磁性上相分開的同軸型導(dǎo)電元件中，這種導(dǎo)電元件數(shù)要使得各個(gè)元件所載的電流份額低于這樣一個(gè)值，此值確定著一個(gè)對(duì)應(yīng)于與能使所用超導(dǎo)材料的電導(dǎo)率減小的磁場相對(duì)應(yīng)的表面電流密度。在一具體的實(shí)施例中，這種電流是多相交流電，而所說的使電流于其中分流的導(dǎo)電元件則載有所說電流的一相。在上述方法的一個(gè)最佳實(shí)施例中，所述預(yù)定量的電流至少等于5000A。在本發(fā)明的方法中，當(dāng)把液氮用作冷卻流體時(shí)，能使所用超導(dǎo)材料的電導(dǎo)率減小的磁場低于200mT，最好低于100mT，而尤為最好低于20mT。通過下面對(duì)照附圖以非限制性說明所描述的本發(fā)明超導(dǎo)電纜的幾個(gè)例子，將能更清楚地理解本發(fā)明的其它特征與優(yōu)點(diǎn)。在附圖中圖1是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的三相超導(dǎo)電纜的透視與部分剖面的示意圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的單相超導(dǎo)電纜的透視與部分剖面的示意圖；圖3表示采用低溫超導(dǎo)體時(shí)依據(jù)本發(fā)明的電纜的又一實(shí)施例；圖4表示本發(fā)明的單相電纜與兩個(gè)獨(dú)立負(fù)載的電連接示意圖；圖5是同軸導(dǎo)線內(nèi)磁場值的定性曲線圖。參看圖1，本發(fā)明的三相超導(dǎo)電纜1具有統(tǒng)一以2標(biāo)明的超導(dǎo)芯子，此芯子包括多個(gè)導(dǎo)電元件3，對(duì)于各個(gè)相以3a，3b，3c標(biāo)明，它們最好松弛地套裝于例如鋼、鋁等金屬制的管殼9內(nèi)。每個(gè)導(dǎo)電元件3又包括一對(duì)同軸導(dǎo)線，它們分別是相線4與中線5，每個(gè)導(dǎo)線包括至少一層超導(dǎo)材料。在這些附圖所示的各例中，超導(dǎo)材料取多層疊置帶的形式，卷繞在由適當(dāng)材料，例如由螺旋式卷繞起的金屬帶或由塑料等構(gòu)成的管件所形成的各個(gè)支承件6以及(可能有的)7上。同軸的相線4與中線5通過在它們中間設(shè)置介電材料層8而相互絕緣。電纜1還包括有適當(dāng)?shù)难b置將超導(dǎo)芯子2冷卻至適當(dāng)?shù)氐陀谒x超導(dǎo)材料的臨界溫度，這種超導(dǎo)材料在圖1電纜中是所謂“高溫型”的。上述的冷卻用裝置包括適當(dāng)?shù)谋盟脱b置(周知技術(shù)，故未于圖中示明)，用來給各導(dǎo)電元件3的內(nèi)部以及這種元件與管殼9之間提供適當(dāng)?shù)睦鋮s流體，例如溫度通常從65°至90°K的液氮。為了盡可能減少將熱散去到外部環(huán)境中，超導(dǎo)芯線2封裝入容器結(jié)構(gòu)或低溫套10內(nèi)，此低溫套包括例如由多個(gè)疊置層組成的隔熱件以及至少一個(gè)護(hù)罩。本項(xiàng)技術(shù)中周知的低溫套例如已于《IEEETRANSACTIONSONPOWERDELIVERY》，vol.7，nr.4，October1992，pp.1745-1753中的一篇論文中描述到。具體地說，在所示例子中，低溫套10包括絕緣材料層11，例如由若干(數(shù)十)條表面鍍金屬的塑料(例如聚酯樹脂)帶制成的在本項(xiàng)技術(shù)中稱之為“超熱絕緣體”，并可能借助中介的分隔物13松弛地卷繞而成。這批帶封裝于由管件14界定的環(huán)形空心間隙12內(nèi)，在此管形件內(nèi)用周知的設(shè)備保持約-10-2N/m2的真空。管件14由金屬制成，能給環(huán)形空心間隙12提供所需的不適流體特性，并由例如聚乙烯制加外套15覆蓋。上述金屬管件14最好由鋼、銅、鋁等板帶彎成管狀并沿縱向焊合而成，或是采用擠壓成的管。要是對(duì)所述電纜有可撓曲性的要求，則管件14可以采用波紋管。除了上述各部件外，根據(jù)電纜的結(jié)構(gòu)和使用要求，還可沿軸向或周邊設(shè)置電纜牽引件，以限制作用到超導(dǎo)元件3上的機(jī)械應(yīng)力；這種未示明的牽引件可以根據(jù)本項(xiàng)技術(shù)中周知的工藝，通過沿周邊設(shè)置金屬增強(qiáng)件形成，例如捆扎上鋼絲，或是用一或多個(gè)軸向金屬索，或是用介電材料例如芳族聚酰胺纖維制的增強(qiáng)件。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于各個(gè)相存在有若干超導(dǎo)元件，具體如圖1中例示，各個(gè)相(a，b，c)分別包括兩個(gè)超導(dǎo)元件，對(duì)于三個(gè)示明的超導(dǎo)元件3a、3b、3c分別加下標(biāo)1，2標(biāo)明，使得各相的電流分流到幾個(gè)導(dǎo)線(所示例中為兩個(gè))中。圖2與3示意地表明了本發(fā)明的兩個(gè)不同的，都涉及到單相電纜的實(shí)施例。在下面的說明以及在附圖中，電纜的在結(jié)構(gòu)或功能上與前面參考圖1所述等效的部件，將用相同的標(biāo)號(hào)指明，不再作討論。在圖2所示的實(shí)施例中，于管殼9內(nèi)裝設(shè)有四個(gè)在結(jié)構(gòu)上獨(dú)立和在磁性上相分開的超導(dǎo)元件3I、3II、3III與3IV。在圖3的電纜中，四個(gè)元件30I、30II、30III、30IV的同軸的相線40與中線50，包括由鈮—鈦合金制成的超導(dǎo)材料，它們的超導(dǎo)條件是通過液氦將超導(dǎo)芯子2冷卻至約4°K達(dá)到的。在上述另一實(shí)施例中，低溫套10除第一層帶11外還包括其中循環(huán)著65°-90°K液氮的空心間隙16以及結(jié)構(gòu)與第一層帶類似的第二層帶17。圖4概要地例示了上述四個(gè)元件的連接，其中將一單相發(fā)電機(jī)G連接到元件3I、3II、3III、3IV各自的超導(dǎo)相線4與中線5上。隨后，元件3I、3II、3III連接第一負(fù)載C1，而元件3IV則獨(dú)立地連接第二負(fù)載C2。參考上面描述過的內(nèi)容，下面以非限制性的解釋方式，說明本發(fā)明的超導(dǎo)電纜的幾個(gè)例子。例1-3(本發(fā)明的例子)根據(jù)本發(fā)明，設(shè)計(jì)了單相型的三種大功率超導(dǎo)電纜，在其超導(dǎo)芯子內(nèi)分別設(shè)有37、19和7個(gè)導(dǎo)體元件3。所有這些電纜均設(shè)計(jì)成用于直流，電壓250KV(高壓)，介電層厚為10mm。在各個(gè)電纜中，所用超導(dǎo)材料都是稱作為BSCCO-2223的混合氧化物。作為其中所用的低溫流體是由溫度從65°至90°K的液氮組成，上述電纜所用的結(jié)構(gòu)概示于圖2中，所用低溫套10的總厚約為10mm。設(shè)計(jì)電流為50KA。電纜的直流設(shè)計(jì)特性為在低溫流體的溫度(約77°K)下，臨界電流密度衰減閾處的工作磁場＝20mT；對(duì)應(yīng)于臨界電流密度等于磁場≤20mT時(shí)的臨界電流密度50％時(shí)的工作磁場，在低溫流體的溫度(約77°K)下＝100mT。對(duì)于直流損耗，近似地設(shè)定成導(dǎo)體元件中的損耗與其它損耗相比可以忽略；與其它損耗相比，介質(zhì)損耗可以忽略；低溫套的散熱損耗與套的表面積成正比，由進(jìn)入的熱功率與低溫套的表面積之比表示，等于3.5W/m2；冷卻設(shè)備效率，表示為裝機(jī)功率Wi與提取的熱功率We之比，等行10W/W。于是，作為一級(jí)近似，必須對(duì)所考慮的電纜安裝功率Wi等于35W/m2的冷卻設(shè)備。然后根據(jù)下面的工作假設(shè)，對(duì)所有的電纜評(píng)價(jià)了其中超導(dǎo)體的平均利用效率超導(dǎo)材料中所產(chǎn)生的磁場必須從各同軸的相線4的內(nèi)表面(半徑R1)并分別在中線5的外表面(半徑R4)上，從0(零)值線性地增加到分別在相線4的外表面(半徑R2)和中線5的內(nèi)表面(半徑R3)上的最大值，如圖5中所概示，而在此相線與中線之間(半徑R2與R3之間)的空心間隙內(nèi)，磁場即依已述的定律B＝(μ0I/2πr)·(R2/r)變化，式中r是導(dǎo)體元件的半徑，I是由導(dǎo)線4與5所傳輸?shù)碾娏?；超?dǎo)材料的利用效率具有沿厚度呈線性下降的趨勢(shì)，對(duì)各相線與中線而言，在具有零磁場和直到此磁場閾值水平的表面，有等于100％的閾值，而在具有最大磁場的表面，則等于對(duì)應(yīng)于最大工作磁場所產(chǎn)生的衰減的水平(具體地說，在0與20mT之間，此利用效率為100％，而在100mT時(shí)，此效率為50％)。所得電纜的結(jié)構(gòu)與功能特性匯集于表I。例4(比較例)為了將本發(fā)明的電纜與先有技術(shù)的比較，在所設(shè)計(jì)的電纜的芯子2中包括具有由液氮冷卻的超導(dǎo)材料BSCCO-2223的單一同軸元件。設(shè)計(jì)條件與前例1-3中的相同，附加的工作限制是保持超導(dǎo)材料的平均利用效率等于100％。所得電纜的結(jié)構(gòu)與功能特性匯集于表I。例5(比較例)再次將本發(fā)明的電纜與先有技術(shù)的比較，所設(shè)計(jì)的電纜的芯子2中包括具有由液氮冷卻的超導(dǎo)材料BSCCO-2223的單一同軸元件。設(shè)計(jì)條件與前例4中的相同，附加的工作限制是將工作磁場確定到100mT。結(jié)果，超導(dǎo)材料的平均利用效率約等于70％。所得電纜的結(jié)構(gòu)與功能特性匯集于表I。例5的副例(比較例)再次將本發(fā)明的電纜與先有技術(shù)的比較，所設(shè)計(jì)的電纜的芯子2中包括具有由液氮冷卻的超導(dǎo)材料BSCCO-2223的單一同軸元件。設(shè)計(jì)條件與前例4中的相同，附加的工作限制是將低溫套的直徑確定為與前例3中的相同(0.195m)。結(jié)果，超導(dǎo)材料的平均利用效率下降到約60％。于是，同本發(fā)明電纜相比，在相同直徑條件下就必須引入較大量的超導(dǎo)材料，使相同電纜的成本與制造工藝的困難都顯著增加。所得電纜的結(jié)構(gòu)與功能特性匯集于表I。例6-8(比較例)為了比較本發(fā)明的電纜與先有技術(shù)的電纜，設(shè)計(jì)了三種電纜，在其芯子2中分別包括超導(dǎo)材料BSCCO-2223(例6)與鈮-鈦合金(例7與例8)。由于所用低溫流體為4°K的液氦，電纜具有圖3概示的結(jié)構(gòu)，低溫套10的總厚約為70mm。在上述條件下，作為設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)已把單一導(dǎo)電元件的最小直徑取定為0.025m，以照顧把機(jī)械應(yīng)力保持于可接受水平內(nèi)的結(jié)構(gòu)尺寸。結(jié)果，直流設(shè)計(jì)特性為，在低溫流體溫度(4°K)下的工作磁場800mT所對(duì)應(yīng)的電流密度對(duì)例6與例8中的例子分別等于臨界電流密度的100％與25％，而在例7中，于低溫流體溫度(4°K)下的工作磁場為260mT。至于直流損耗，通過近似已設(shè)定為導(dǎo)電元件的損耗與其它損耗相比可以忽略；介質(zhì)損耗與其它損耗相比可以忽略；低溫套的散熱損耗與套的表面積成正比，由進(jìn)入的熱功率與低溫套的表面積的比表示，等于0.5W/m2；冷卻設(shè)備效率，表示為裝機(jī)功率Wi與提取的熱功率We之比，等于300W/W。于是，作為一級(jí)近似，必須對(duì)于所考慮的電纜安裝功率Wi等于185W的冷卻設(shè)備。然后根據(jù)前例1-5中闡明的準(zhǔn)則，對(duì)所有的電纜評(píng)價(jià)了其中超導(dǎo)體的平均利用效率。所得電纜的結(jié)構(gòu)與功能特性匯集于表I。例9-11(本發(fā)明的例子)根據(jù)本發(fā)明，設(shè)計(jì)了三種大功率的超導(dǎo)電纜，在其超導(dǎo)芯子2內(nèi)分別包括37、19與7個(gè)導(dǎo)電元件。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與前例1-3中的相同，例外的是直流中所用電壓在此等于1kV(低壓)。于是，所用介電材料層8的厚度等于1mm。在所有這三種電纜中，所用超導(dǎo)材料都是稱之為BSCOO-2223的混合氧化物。由于上述情形下所用低溫流體是溫度為77°K的液氮，這些電纜具有圖1概示的結(jié)構(gòu)，所用低溫套10的總厚約等于10mm。同樣，在上述情形下的設(shè)計(jì)電流為50kA。所得電纜的結(jié)構(gòu)與功能特性匯集于表2。例12(比較例)為了比較本發(fā)明的與先有技術(shù)的電纜，在所設(shè)計(jì)的電纜的芯子2中已包括具有由液氮冷卻的超導(dǎo)材料BSCCO-2223的單一同軸元件。設(shè)計(jì)條件與前例9-11中的相同，附加的工作限制是，將超導(dǎo)體的平均利用效率保持等于100％。所得電纜的結(jié)構(gòu)與功能特性匯集于表II。例13(比較例)為了再次比較本發(fā)明的與先有技術(shù)的電纜，所設(shè)計(jì)的電纜的芯子2中包括具有由液氮冷卻的超導(dǎo)材料BSCCO-2223的單一同軸元件。設(shè)計(jì)條件與前例9-11中的相同，附加的工作限制是，將工作磁場確定為100mT。結(jié)果，超導(dǎo)材料的平均利用效率等于70％。所得電纜的結(jié)構(gòu)與功能特性匯集于表II。例13的副例(比較例)為再一次比較本發(fā)明的與先有技術(shù)的電纜，所設(shè)計(jì)的電纜的芯子2中包括具有由液氮冷卻的超導(dǎo)材料BSCCO-2223的單一同軸元件。設(shè)計(jì)條件與前例9-11中的相同，附加的工作限制是，將低溫套的直徑設(shè)定到等于前例11中的值(0.142m)。結(jié)果，超導(dǎo)材料的平均利用效率等于50％。于是，與本發(fā)明的電纜相比，在相同直徑的條件下必須引入較大量的超導(dǎo)材料，使得成本與制造工藝難度兩方面都顯著增加。所得電纜的結(jié)構(gòu)與功能特性匯集于表II。例14-16(比較例)為了比較本發(fā)明和先有技術(shù)的電纜，設(shè)計(jì)了三種電纜，在其芯子2內(nèi)分別包括超導(dǎo)材料BSCOO-2223(例14)以及鈮—鈦合金(例15與16)。低溫流體采用4°K的液氦，電纜具有圖3所示的結(jié)構(gòu)，所用低溫套的總厚等于約70mm。電纜的設(shè)計(jì)特性與直流損耗按照例6-9所示的相同方式確定。根據(jù)前例1-5所示的準(zhǔn)則評(píng)價(jià)了半導(dǎo)體材料的平均利用效率。所得電纜的結(jié)構(gòu)與功能特性匯集于表II。在后附的表I與II中，業(yè)已分別以例3與例11的電纜為基準(zhǔn)標(biāo)明了冷卻費(fèi)用，對(duì)于這兩個(gè)例子，尺寸與冷卻超導(dǎo)芯子2的費(fèi)用都具有最小值，其代價(jià)是不能最優(yōu)地利用超導(dǎo)材料，結(jié)果就需耗用較大量的超導(dǎo)材料和較高的電能。對(duì)于表I與表II中列出的數(shù)據(jù)還應(yīng)注意到，材料BSCCO-2223在磁場等于800mT(例6與14)時(shí)以100％的效率工作，相反，NbTi合金則是一直到磁場約260mT(例7與15)時(shí)具有100％的效率，而在800mT(例8與16)時(shí)，此效率等于25％。從上面的說明和圖示中立即可知，本發(fā)明能使傳輸大的電流量與高溫超導(dǎo)材料的最佳利用相結(jié)合。以上所有結(jié)果，是在把電纜的尺寸與冷卻費(fèi)用保持于從工藝觀點(diǎn)考慮完全可以接收的數(shù)值下取得的。要是在具體應(yīng)用中，與不能最佳利用高溫超導(dǎo)體相關(guān)聯(lián)的種種問題以及成本等并不構(gòu)成決定因素時(shí)，則本發(fā)明如例3與例11所示，完全可使電纜尺寸減至最小，而有利于構(gòu)制、運(yùn)送與安裝操作，而且可以使電纜尺寸減小到能夠同先有技術(shù)中需要高得多的制造與運(yùn)行費(fèi)用的氦冷卻的電纜幾乎一致的水平。特別是可以看出，在傳輸相同電流的條件下，本發(fā)明的電纜的總體直徑(包括低溫套)不超過0.3m，因而例如可以卷繞到電纜盤上，而對(duì)于采用單一同軸導(dǎo)電元件的已知技術(shù)中的電纜，當(dāng)超導(dǎo)材料是以100％的效率利用時(shí)(磁場低于20mT)，這種電纜的直徑將超過1m。同樣，當(dāng)超導(dǎo)材料有70％的利用效率是可以接受的時(shí)(磁場高達(dá)100mT)，則本發(fā)明的電纜可以有0.14m的直徑，而先有技術(shù)的電纜所具有的直徑不會(huì)小于0.23m，同時(shí)還有其它一些缺點(diǎn)，例如使冷卻費(fèi)用增加了60％。必須注意到，分成若干超導(dǎo)元件的作法并不會(huì)使相同導(dǎo)體的總的表面積加大，因此不會(huì)在實(shí)際上加大所用絕緣材料的體積。此外，根據(jù)本發(fā)明，還能獲得以下優(yōu)點(diǎn)在超導(dǎo)材料有同樣利用率的條件下可以減小電纜的尺寸，從而可使電纜易于制造、運(yùn)輸與安裝(比較例2與例4，同時(shí)比較例3與例5)；與先有技術(shù)的電纜相比，對(duì)于相同數(shù)量的超導(dǎo)材料，可采用同樣數(shù)量的絕緣材料；限制了環(huán)繞電纜超導(dǎo)芯子的絕熱層(低溫套)的尺寸，而有利于減少熱損耗(將例1與2同例4比較，同時(shí)比較例3與例4)；導(dǎo)電元件在磁性上分開，從而能提供不同的負(fù)載；能制造可撓曲的，高效的超導(dǎo)母線；在相同的電纜直徑因而也是相同的冷卻費(fèi)用下，對(duì)于各個(gè)相線與中線中的超導(dǎo)材料能以最佳方式利用，因而也就能減少其所用數(shù)量。應(yīng)該看到，根據(jù)已知技術(shù)，要是希望在0.14m的直徑下來制造高壓(250kV)電纜，亦即同軸型的單一元件時(shí)，就會(huì)達(dá)到175mT的磁場，而這相當(dāng)于超導(dǎo)材料的利用效率等于50％，相比之下，本發(fā)明則可有70％的利用效率(為此可參看例3與例5的副例)。同樣，依據(jù)已知技術(shù)，要是希望在0.2m直徑的條件下制造低壓(1kV)電纜，即同軸形的單一元件，則將達(dá)到130mT的磁場，這相當(dāng)于超導(dǎo)材料的利用效率等于60％，相比之下，本發(fā)明則可實(shí)現(xiàn)70％的利用效率(為此可參看例11與例13的副例)。凡是上面關(guān)系到單相型電纜所作的說明也同樣適用于圖1中所示的三相型，更一般的多相型，其中通過將各相的導(dǎo)電元件分成若干元件，讓每個(gè)元件載運(yùn)此相總電流的一部分，可以獲得顯著的效益。例如，各相用單一導(dǎo)電元件制成的用來在20KV下供應(yīng)1700MVA的三相電纜，對(duì)低溫套需有0.52m的直徑，根據(jù)本發(fā)明，通過將各相分成7相導(dǎo)線，此時(shí)的電纜在低溫套上的直徑為0.43m，而所用超導(dǎo)材料則相同。同樣，對(duì)各相用單一導(dǎo)電元件制成的用來在400V下供應(yīng)35MVA的三相電纜，對(duì)低溫套需有0.48m的直徑；根據(jù)本發(fā)明，通過將各相分成7相導(dǎo)線，此時(shí)的電纜在低溫套上的直徑為0.32m，而所用超導(dǎo)材料相同。至于本發(fā)明的方法，已經(jīng)看到，通過將總的電流分流到一批磁性上獨(dú)立的導(dǎo)線中，使得每一導(dǎo)線載運(yùn)的電流部分小于感生出能限制所用超導(dǎo)材料電導(dǎo)率的磁場的閾值，就能在前述的種種優(yōu)點(diǎn)下載運(yùn)大于一般至少是等于3000A預(yù)定值的電流量。雖然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員是可以對(duì)上述的本發(fā)明形式引入其變型與改進(jìn)形式以滿足某些具體的與特定的要求，但這類變型與改進(jìn)形式都應(yīng)屬于后附權(quán)利要求所規(guī)定的保護(hù)范圍之內(nèi)。表I</tables>權(quán)利要求1.至少具有一相的大功率超導(dǎo)電纜(1)，它包括由相線(4)和相線之外但與此相線同軸的中線(5)組成的超導(dǎo)芯子(2)，此同軸的相線與中線(4，5)各包括至少一層超導(dǎo)材料且通過在它們之間設(shè)置介電材料(8)的相互分開；冷卻所述芯子(2)至不超過該超導(dǎo)材料臨界溫度的裝置；特征在于所述超導(dǎo)電纜對(duì)其各個(gè)相包括多個(gè)磁性上相分開的導(dǎo)電元件(3)，向每個(gè)導(dǎo)電元件(3)包括一對(duì)同軸的相線(4)與中線(5)。2.如權(quán)利要求1所述超導(dǎo)電纜，特征在于所述各同軸的相線(4)與中線(5)包括多個(gè)繞在相應(yīng)管筒形支承件(6，7)上的超導(dǎo)材料帶。3.如權(quán)利要求2所述超導(dǎo)電纜，特征在于所述超導(dǎo)材料帶是在10°至60°的卷繞角繞在所述支承件(6，7)之上的。4.如權(quán)利要求2所述超導(dǎo)電纜，特征在于所述各同軸的相線(4)與中線(5)包括多個(gè)設(shè)置在所述管筒形支承件(6，7)上的超導(dǎo)材料層。5.如權(quán)利要求1所述超導(dǎo)電纜，特征在于所述各元件(3)的相線直徑在25至40mm之間。6.如權(quán)利要求1所述超導(dǎo)電纜，特征在于所述芯子(2)冷卻至65°至90°K的溫度。7.如權(quán)利要求1所述超導(dǎo)電纜，特征在于所述芯子(2)是由溫度在約4°K的液氮冷卻。8.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述超導(dǎo)電纜，特征在于，所述超導(dǎo)材料具有下述分子式BiαPbβSrγCaδCuεOx(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是與存在的不同氧化物所對(duì)應(yīng)的化學(xué)計(jì)量值。9.一種使大于預(yù)定值的電流量在至少具有一相的超導(dǎo)電纜(1)中傳輸?shù)姆椒?，特征在于所述電流?duì)各相分流到多個(gè)磁性上分開的同軸型導(dǎo)電元件(3)中，這些導(dǎo)電元件(3)的數(shù)目要使得在每個(gè)導(dǎo)電元件(3)中所傳輸?shù)碾娏鞣蓊~低于這樣一個(gè)值，此值確定著一個(gè)與能使所用超導(dǎo)材料的電導(dǎo)率減小的磁場相對(duì)應(yīng)的表面電流密度。10.如權(quán)利要求9所述方法，特征在于所述電流是多相交流電，且對(duì)于各相來說，此電流分流到所述各導(dǎo)電元件(3)中。11.如權(quán)利要求9所述方法，特征在于所述電流量的預(yù)定值至少等于5000A。12.如權(quán)利要求9所述方法，特征在于所述能使超導(dǎo)材料的電導(dǎo)率減小的磁場小于200mT。13.如權(quán)利要求12所述方法，特征在于所述能使超導(dǎo)材料的電導(dǎo)率減小的磁場小于20mT。全文摘要至少具有一相的大功率超導(dǎo)電纜，它包括內(nèi)設(shè)有多個(gè)導(dǎo)電元件的芯子，這些元件在結(jié)構(gòu)上獨(dú)立且在磁性上分開，每個(gè)元件對(duì)各相包括一對(duì)同軸的相線與中線，而各相線與中線都由至少一層超導(dǎo)材料形成且通過在這兩者間設(shè)置介電材料而相互絕緣。由于使超導(dǎo)材料分配到若干同軸的導(dǎo)電元件中，使此電纜在采用對(duì)磁場敏感的高溫超導(dǎo)材料的同時(shí)，在超導(dǎo)條件下傳輸大的電流量。文檔編號(hào)H01B12/00GK1155739SQ9611674公開日1997年7月30日申請(qǐng)日期1996年12月27日優(yōu)先權(quán)日1996年12月27日發(fā)明者皮洛·邁切,馬考·南西申請(qǐng)人:皮雷利·卡維有限公司