專利名稱：含有n相的多相超導電纜的構造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種由N個相組成的多相超導電纜的構造方法，其中電纜的各相被分成諸多的導體，而且電纜中還有絕緣設施，這些相被分作n組，各個組有N個不同的相。
超導電纜利用了處在低于所謂的臨界溫度之下的超導材料所表現(xiàn)出的低電阻。這個溫度可以是例如4-7K(低溫超導體LTS)，或是30-10K(高溫超導體，HTS)。若在常溫下使用，一般則需用人工致冷劑及熱絕緣材料將該電纜導體與其環(huán)境作熱隔絕。
超導電纜可按沿一中央冷卻通道外圍圍以超導條帶方式制作；再圍一層同軸的導電材料；之后，再用超導或是普通傳導的一個同軸屏蔽。在該內(nèi)超導層與電絕緣層之間、或是該電絕緣的外邊還可采用熱絕緣層。這樣，該電絕緣不是暴露于高溫(常溫)就是暴露于于一個低溫之下(低溫學意義中的溫度)。還有，這種電纜一般外徑在8-15厘米之間。
采用沿冷卻通道纏繞超導條帶或線的方式可減少該超導體內(nèi)產(chǎn)生的電交流損失，所述的纏繞以一種帶爬升角的方式完成，這樣在所獲得的各個條帶／線中就能有均勻的電流分布。它們也可有如美國專利US 4，327，244中所說的那樣，沿著幾個致冷通道作纏繞。
要使此類電纜的載流能力增加，可增加其超導材料的數(shù)量。但這也會加劇電感力的發(fā)生，由于該電纜的電抗／自感相對變高，這就造成了在電壓和電流傳輸中所不希望有的周相偏移，特別是在長電纜部分，以及在低壓大電流傳輸中的短電纜部分中。通常，為減小這種電抗／自感，可采用增加該內(nèi)部半導體的直徑至如大約30-50厘米。盡管這種電抗／自感因此得以減小，但這種減小也帶來諸如是更大的電纜直徑，增加了材料的消耗，以及因熱絕緣面積加大造成的最終熱傳遞加大等缺點。
以下介紹使一個超導電纜系統(tǒng)的電抗／自感減小的其他方法。一般而言，在已知的交流單相電纜的電纜系統(tǒng)中采用了電絕緣和電屏蔽，各有一相導體的三個電纜被用來提供3種周相。
在歐州專利EP 0786783A1中所公開的一種多相超導電纜中，各相被分作許多單獨的導體。該單獨導體的每一個都相互分離，并裝備有超導的屏蔽隔離。顯然，因為每個單獨導體即構成了帶有導體、屏蔽及兩層絕緣的一根“電纜”，這很自然地是一種相對昂貴和笨重的電纜。
德國專利DE 4340046A1中的超導電纜制成由一個公共回路圍繞、相互同軸布置的三相。由于三相導體共用一個屏蔽，就有可能減少材料消耗。當采用3個單獨電纜時，為了在不增加電壓的前題下減小自感的目的，就必須增大該單相導體的直徑。然而，由于電抗與直徑間的關系是成對數(shù)關系，其缺點是仍然不能充分地降低自感。
與之類似，公開于日本專利JP 1231217中的多相超導電纜當中，是由冷卻通道、超導的相導體、電絕緣構成該單獨相導體，其中各個單獨相導體由一個傳導屏蔽所環(huán)繞。這減少了超導材料的消耗。按這種技術，由于這種普通傳導屏蔽的電阻，則必須將這些單獨的相導體布置成三角形形式，每個單獨的相導體具有與相鄰的相導體不同的相，以使得在這些有電阻的屏蔽中的感應電流降至最小。
以上討論的兩種相間隔技術的優(yōu)點都是降低了該電抗力的產(chǎn)生，參閱關于電抗／自感的平行耦合定律。減小了各單獨相導體中的電流也就減小了該相導體表面的磁場并減少了超導材料中的電交流損失。
因此，現(xiàn)有技術中的不足在于該單獨相導體是由完全的，有冷卻通道、電纜導體、電絕緣和電屏蔽隔離的單獨電纜所組成。在實際應用中，要是需要采用一個有很大數(shù)目的組、而且每組中又有許多相的電纜，則不可能生產(chǎn)出一種結構緊湊且價格便宜的電纜。
本發(fā)明的一個目的是有利于制造一種超導電力電纜、最好是用作1KV-132KV下的電纜，該超導輸電電纜在相當大數(shù)目組的情況下，以及相對其輸電能力而言，既不那么笨重，而且高效和制造成本低。
本發(fā)明再一個目的是使一個超導電纜系統(tǒng)中的電抗／自感降低，不比目前已知的電纜系統(tǒng)更重、更貴。
本發(fā)明的目的是通過在各組中裝配有N組相導體，并且這些組中之一或多個被裝備有一個共用電屏蔽隔離而實現(xiàn)的。
按這種方法，是這樣來制作一種電纜，即，其電絕緣基本是用一個工步生產(chǎn)的，而且是在這些各式相導體被裝配進電纜之前、在該各超導體的相導體上施用絕緣和／或以一種電絕緣膜產(chǎn)生絕緣作用來完成的。因此這樣的產(chǎn)品迄今為止，更小更便宜，這是由于在生產(chǎn)過程中可省去諸多加工操作，各個相之間沒有單獨的電屏蔽隔離。
為使進一步降低生產(chǎn)成本，如權利要求2所限定的、最好是各單獨相只含一個超導電線和一個絕緣系統(tǒng)。
為進一步簡化制作工藝，如在權利要求3中所限定的，這些組可被安排成n個同軸的組內(nèi)，要么是以在各個同軸層內(nèi)設有幾個不同相導體的形式、要么是以在各個同軸層內(nèi)設有各自單一相導體的形式。以此方法可提供以有限數(shù)目的冷凍劑流體通道的更為簡單的致冷系統(tǒng)。
如權利要求4那樣，將這些組布置成N個扁平部分，該部分中由電流感生的磁場會相應地變長，電纜中的磁感應就低。這種方案中，最好能把一個或多個電絕緣膜系統(tǒng)用作電絕緣，而所說的膜系統(tǒng)包括一個或多個絕緣層以及還可包括電導材料。薄膜的電導層或表面涂覆電導層的使用意味著該涂層能夠有選擇地從該膜的選定部分上除去，或是在膜的選定部分上不施用涂覆。
另外，本發(fā)明的適用實施例由從屬權利要求限定。
下面參照以附圖所示的實施例對本發(fā)明作更詳盡的說明，其中

圖1示意性地表示出本發(fā)明的電纜的第一實施例，圖2是按本發(fā)明的第二實施例，圖3是按圖2實施例的第一變型，圖4是按圖2實施例的第二變型，圖5是按圖2實施例的第三變型，和圖6是按本發(fā)明的電纜的第三實施例。
圖1中，1所標示的是按本發(fā)明第一實施例整體方式的一個超導電纜。例中所示電纜為3相，其中各相以字母a，b或c之一表示。這些相被分成許多單獨的導體，以數(shù)字1-n分別表示。這樣，標示na指得是第n個a相的導體。如所示，該導體分成許多組n，各組有一些導體，其數(shù)目與相的數(shù)目相對應，在所示實施例中是3。環(huán)繞著所有各個導體，示出了環(huán)形中性導體4，它即構成一個公共的屏蔽。按本發(fā)明，它也可以環(huán)繞一個或多個相組。冷凍劑可作用于一個單獨的相導體，一個單獨的組，若干組，或者最好是以一個管路系統(tǒng)作用于整個電纜。該管路系統(tǒng)中的冷凍劑可沿一個或多個方向流動。
這種電纜結構、特別是優(yōu)選實施例中的，提供了一種具有諸如低阻抗的優(yōu)化電性能的極其緊湊的結構。
圖2所示為本發(fā)明的第二實例的超導電力線。
與圖1中實施例相比，示出一個扁平3相電纜5，其中各相仍以a，b，c標示。如該例所示，這些相被分作2組6和7，不言而喻，組數(shù)可以是1或更多。如所示，各組中的各相是由成排布置的許多帶子組成。例中所示，各排之間是由同一絕緣體18加以分隔的。如果不是這樣，也可以象在圖5中所示，以一個具有相應幾何形狀的很寬的條帶，通過諸多絕緣層以分離每組中的各相。圖3所示為另一種變型，其中來自各組的各單獨相，具有同一絕緣體，如圖3中標以13和14的那樣，以此方式，即得到一種電絕緣，其中絕緣帶的每一表面只與一個特定相相關。這樣就降低了相間漏電的危險。如圖4所示，若圖3中的兩個屏蔽膜系統(tǒng)以連續(xù)膜形式裝配，參見標號18，則無需增加空間就形成一個進一步擴展的漏泄通道。這樣，在上述例中，導電時在電纜中所產(chǎn)生的感應磁場則須傳送一個更長距離，這樣就導致一個更低的電纜阻抗。
圖6示出與圖5不同的實施例，其中電纜具有圓形截面，其各單獨相10-12按同心布置。如所示，各層以類似于圖4實施例中的方式布置很多條帶，即，各層中有n個帶子。這樣在各層中就有n相導體的幾個組。最后，圖中示出一個冷凍劑共用通道9。然而，冷卻劑可以由一個管路系統(tǒng)以各種方式提供。上述電屏蔽可以是圍繞一個相組或多個相組布置；可全部或部分地由超導，金屬或半導體材料構成，甚至可以由與非導體材料及諸如摻有炭粉的紙之類的復合物結合的合成體組成。
這些合成物其中的一個或多個可以是注入了多孔的或非多孔的聚合物或粘接材料，它們可以具有或高或低的熱傳導性，致使發(fā)生的致冷可以由固體傳導和／或諸如將液態(tài)或氣態(tài)N2，He2或Ne等的一種介質(zhì)滲進該松散材料之中、以及該一個或多個相間或是相組間的方式進行。可以想象這種冷凍劑或其它的冷凍劑可以注入該電絕緣體，以改良其電絕緣性。
雖然本發(fā)明已經(jīng)以圖1至圖3的具體實施例加以討論和說明，不言而喻，還可以有在權利要求書范圍內(nèi)的諸多其他實施例。電纜截面還可以采取其他形狀，比如可以是橢圓，多角形或其類似形狀。
權利要求
1.含有N相的多相超導電纜的構造方法，其中該電纜的每一相分成了許多導體，電纜中還布置有絕緣體，這些相分成n組，每組有N個不同相，其特征為，各組中裝配有N組相導體，而且一個或多個組被配備以一個共用的電屏蔽。
2.按權利要求1的方法，其特征為，各單獨相只包含超導電纜及一個絕緣系統(tǒng)。
3.按權利要求1-2的方法，其特征為，其中的這些組以n個同軸組的方式布置，要么是以每個同軸層內(nèi)設有幾個不同相導體的方式，要么是以在各個同軸層中設有各自單一相導體的方式來布置。
4.按權利要求1-2的方法，其特征為，這些組按N個扁平相的方式布置。
5.按權利要求4的方法，其特征為，這些相中的各相是由一個或多個諸如條帶的單一導體構成。
6.按權利要求1-5的方法，其特征為，組的數(shù)目是1。
7.按權利要求1-3的方法，其特征為，組數(shù)目為1，而且其中該N個相是以各N相相間、與同心絕緣體作同心方式地布置。
8.按權利要求1-7的方法，其特征為，組中的各相相互分隔并且相互間電絕緣。
9.按權利要求1-8的方法，其特征為，每組中的相由一個共同絕緣體相互隔絕。
10.按權利要求1-9中之一的方法，其特征為，其中的組數(shù)n是個大數(shù)目，最好大于10，而更好是大于100。
11.按權利要求1-10的方法，其特征在于，其中該電屏蔽保持以0電勢，并且全部或部分地由半導體或這些材料的結合所組成，并被放置成靠近電絕緣材料。
12.按權利要求1-11的方法，其特征為，每組中的各單獨相所具有的介電常數(shù)相互間是磁性相關的。
13.按權利要求1-12的方法，其特征為，這些相中至少有一個是由不帶電導體構成的。
全文摘要
含N相的多相超導電纜的構造方法,這些相被分成n組,每組中有N相,所有這些組有一個共用屏蔽。各個組從幾何學意義上可做成同軸相或扁平相。每組中的各相可再分作諸如條形的單獨導體。組中各導體之間的絕緣可做成彼此分隔絕緣或有一個共用絕緣。在優(yōu)選實施例中,其組數(shù)為1并且在幾何學上做成扁平式或同心式。以此方式可生產(chǎn)密集式超導輸電電纜,生產(chǎn)成本相對便宜且有幾種加工方法,同時保持有良好的電性能。
文檔編號H01B12/16GK1291337SQ99802290
公開日2001年4月11日 申請日期1999年11月22日 優(yōu)先權日1998年11月20日
發(fā)明者D·維倫 申請人:Nkt研究中心有限公司