超导电缆的制作方法

本发明涉及一种超导电缆。更加详细而言，涉及一种增强超导线材的物理强度，进而使故障电流的分流路径多样化，从而能够减小骨架的直径(截面积)或重量的超导电缆。

背景技术：

在一定的温度下，超导线材的电阻接近于零，因此在低电压下也具有较强的输电能力。

具备这样的超导线材的超导电缆采用通过氮等冷媒进行冷却的方法以及/或形成真空层的隔热方法来形成并保持极低温环境。

现有的构成超导电缆的超导线材在制造超导电缆过程中以螺旋形卷绕在骨架等外侧的状态卷绕在卷筒上，或在铺设区间弯曲超导电缆时，会被施加持续的张力或扭曲，这样的应力会引发厚度仅为0.1mm左右的超导线材断裂等问题。特别是，在整个超导电缆中超导线材所占费用的比率最大，因此要求超导线材的耐久性或物理可靠性。

并且，超导电缆的芯部最内部可以设有骨架。骨架可以具备由铜等金属材料构成的多个裸线。将构成骨架的各裸线与超导线材并联，以便在超导系统电力系统中出现故障电流时能够发挥回路导体作用。

但是，构成发挥故障电流回路作用的骨架的线材采用的是一般的金属导体，因此，与超导线材相比，具有相对较大的直径，在超导电缆的整个直径中占据相当大的一部分。

但是，至今未公开具备增强强度并且能够减小骨架直径的超导线材的超导电缆。

技术实现要素：

所要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是提供一种超导电缆，其增强了超导线材的物理强度，进而使故障电流的分流路径多样化，从而能够减小骨架的直径(截面积)或重量。

解决技术问题的方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种超导电缆，其具备芯部，所述芯部依次具备：骨架，由多个铜裸线构成；超导导体层，由多个超导线材构成；绝缘层；以及超导屏蔽层，由多个超导线材构成，所述骨架与构成超导导体层的各超导线材并联，所述超导电缆的特征在于，包括通电层，所述通电层位于各所述超导线材的两表面上，由在常温下具有通电性的金属材料构成，用以增强构成所述超导导体层的各超导线材的机械强度，所述骨架的截面积小于，以未在超导线材上增设通电层的超导电缆中故障电流全部流向骨架为前提进行设计的骨架的截面积。

此时，构成所述芯部的骨架的所述最小截面积可以是满足50KA/sec或25KA/0.5sec最小短路条件的截面积。

并且，所述通电层可以是黄铜材质，当增设有所述通电层的超导线材的厚度为3y至5y时，所述骨架的最小截面积可以是0.6A(mm²)至0.9A(mm²)。

其中，所述超导线材可以包括银(Ag)层，可以通过所述超导线材的侧面焊接或表面金属涂层，对构成所述超导导体层的超导线材的所述通电层以及所述银(Ag)层进行电连接。

其中，以95％电流衰减(IC relentation)为基准时，增设所述通电层的超导线材的拉伸强度可以是200Mpa至800Mpa。

此时，增设在所述超导线材的两表面上的所述通电层的厚度可以是0.1mm至0.2mm。

另外，为了解决所述技术问题，本发明可以提供一种超导电缆，其特征在于，包括：骨架；至少一层超导导体层，其包括沿着所述骨架的长度方向并排配置在所述骨架外侧的多个超导线材；至少一层超导屏蔽层，其包括沿着所述骨架的长度方向并排配置在所述超导导体层外侧的多个超导线材，构成所述超导导体层以及超导屏蔽层的超导线材包括：金属基板层；蒸镀层，以多层蒸镀在所述金属基板层的上部，包括超导层；银(Ag)层，由银材料构成，位于所述蒸镀层的外侧，构成所述超导线材的所述金属基板层的外侧以及所述银(Ag)层的外侧两表面上进一步增设常温下具有通电性的金属材质的通电层。

并且，构成所述通电层的金属可以是黄铜(Brass)材料。

其中，所述通电层的厚度可以是0.1mm至0.2mm。

其中，当在构成所述超导线材的所述金属基板层的外侧以及所述银(Ag)层的外侧均设置具有预定厚度的金属通电层时，与未在所述超导线材上设置金属通电层的情况相比，满足发生电短路事故时预定时间内所要求的最小通电量条件即最小短路条件的所述骨架最小截面积更小。

其中，所述最小短路条件可以是50KA/sec或25KA/0.5sec中的任意一个。

此时，所述通电层可以焊接在所述超导线材上。

并且，用于将所述通电层焊接在所述超导线材上的焊料的构成成分可以是锡(Sn)、铅(Pb)以及银(Ag)，熔点可以是200℃以下。

其中，可以在所述超导线材的表面镀铜，或对所述超导线材的侧面进行焊接，以将所述通电层与构成所述超导线材的金属基板层以及银(Ag)层一同用作故障电流的回路导体。

其中，可以包括：多个导体裸线，被压缩成圆形或圆形管状；多个超导线材，配置在所述多个导体裸线的外侧，形成至少一层超导导体层；绝缘纸，在形成所述超导导体层的多个超导线材的外侧卷绕多圈，从而形成绝缘层；以及多个超导线材，配置在所述绝缘纸的外侧，形成至少一层超导屏蔽层，在构成所述超导导体层以及所述超导屏蔽层的各超导线材的两面增设金属薄膜层。

所述金属薄膜层由厚度为0.1mm至0.2mm的黄铜(brass)构成。

此时，可以使用构成成分为锡(Sn)、铅(Pb)以及银(Ag)的焊料焊接所述金属薄膜层。

并且，为了电连接所述超导线材与所述金属薄膜层，可以对所述超导线材的侧面进行焊接或者在所述超导线材的表面涂覆铜，所述金属薄膜层可以用作故障电流的回路。

其中，以95％电流衰减(IC relentation)为基准时，增设所述金属薄膜层的超导线材的拉伸强度可以是200Mpa至800Mpa。

有益效果

根据本发明涉及的超导电缆，在超导线材上增设金属薄膜层形式的通电层，从而能够增强超导线材的物理强度。

另外，根据本发明涉及的超导电缆，通过所述金属薄膜层形式的通电层，使故障电流的分流路径多样化，因此能够减小骨架的直径(截面积)或重量。

另外，根据本发明涉及的超导电缆，在超导线材自身上增设能够使故障电流流通的通电层，与以往相比，位于超导电缆的中心部以发挥故障电流回路作用的骨架的直径得以减小，从而能够减小超导电缆的整体直径。

另外，根据本发明涉及的超导电缆，减小构成超导电缆的芯的骨架的大小，从而能够减小超导电缆的大小，同时能够节约超导电缆的成本以及其它附带费用。

附图说明

图1示出了分层次剥开本发明涉及的超导电缆的立体图。

图2示出了图1所示的超导电缆的剖视图。

图3示出了可适用于超导电缆的超导线材的示例。

图4示出了可适用于本发明涉及的超导电缆的超导线材的若干示例的剖视图。

图5示出了本发明涉及的超导电缆的另一实施例。

图6示出了沿着水平方向设置图5所示的超导电缆的状态的剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。但是，本发明并非限定于在此说明的实施例，也可以以其它形式具体化。提供在此介绍的实施例的目的在于，使公开的内容彻底且完整，并且向本领域技术人员充分地转达本发明的思想。说明书全文中相同的附图标记表示相同的构成要素。

图1示出了分层次剥开本发明涉及的超导电缆的立体图，图2示出了图1所示的超导电缆的剖视图。

下面说明本发明涉及的超导电缆的基本结构。

图1所示的超导电缆可以包括：芯部100、冷却部200、内部金属管300、隔热部400、真空部500、外部金属管600以及外部护套700，所述芯部包括：骨架110；至少一层超导导体层130，所述超导导体层130包括沿着所述骨架110的长度方向并排配置并围绕所述骨架110外部的多个超导线材；绝缘带140，围绕所述超导导体层130；至少一层超导屏蔽层180，所述超导屏蔽层180包括沿着所述骨架110的长度方向并排配置并围绕所述绝缘带140外部的多个超导线材，所述冷却部200位于所述芯部100的外侧，具备用于冷却所述芯部100的液态冷媒的冷媒流路，以便冷却所述芯部100，所述内部金属管300位于所述冷却部200的外侧，所述隔热部400位于所述内部金属管300的外侧，形成有卷绕多层隔热材料401的隔热层，所述真空部500在所述隔热部400外部的相隔的位置具备多个隔离件560，以便对所述冷却部200进行真空隔热，所述外部金属管600位于所述真空部500的外侧，所述外部护套700位于所述外部金属管600的外侧，形成保护层。

下面依次分析构成超导电缆的各个构成要素。所述骨架110提供将扁长的超导线材安装于骨架110周围的场所，同时发挥用于形成形状的框架作用，可以成为故障电流流动的路径。所述骨架110可以具有将截面为圆形的多个铜(Cu)导体裸线111压缩成圆形的形状。

具体而言，基本上骨架110呈圆的圆筒形状，发挥用于布置扁长的超导线材的框架作用。确定所述骨架110的直径时，考虑超导线材的宽度，要求能够防止超导线材隆起，并且当把超导线材一同布置在骨架110上时能够形成尽量接近圆形的结构。

如图1以及图2所示，所述骨架可以构成为中心部充满的形式，但是所述骨架110可以构成为中空的管道形状，以便同时发挥用于布置超导线材的框架作用以及冷媒在内部移动的路径作用，构成骨架的各导体裸线111可以由铜等构成，也可以将各裸线与各超导线材并联，以便在电力系统中因电力系统短路(骤冷、闪电、绝缘击穿等)而出现故障电流时，能够发挥回路导体作用。

在电力系统中出现故障电流时发挥回路导体作用的除了由导体裸线111构成的骨架以外，还有后述的通电层，所述通电层为金属材质，附着在各超导线材上，并且在常温下具有通电性。所述通电层可以是金属材质的带状。将在后面对此进行详细说明。

可以根据故障电流的容量来确定构成裸线的铜等的导体截面积，高压情况下，铜裸线可以构成为压缩成圆形的绞线形式。

如后面所述，为了增强超导线材的机械强度，构成本发明涉及的超导电缆的超导线材的两表面上设有常温下具有通电性的金属材质的通电层。这样的通电层增强了机械强度，能够在卷绕超导线材时防止扭曲应力引起的断裂等。

这样的通电层在增强超导线材的机械强度的同时，发生短路等事故时与所述骨架一同分担故障电流的回路作用，因此，本发明涉及的超导电缆的骨架的直径可以小于构成现有的一般超导电缆的骨架的直径。将在后面对此进行详细说明。

构成所述骨架110的多束具有圆形截面的导体裸线111是压缩成圆形的绞线形式，因此，骨架110的表面必然凹凸不平。为了使骨架110的凹凸表面变得平滑，可以在骨架110的外部覆盖平滑层120。所述平滑层120可以采用半导电性碳纸或黄铜带等材料。

虽未图示，但是可以在所述平滑层120和超导导体层130之间进一步设置垫层。设置所述垫层时，可以利用半导电碳纸带来保护超导导体层。

因所述平滑层120而变得平滑的所述骨架110外侧可以设有第一超导导体层130a，所述第一超导导体层130a是由多个超导线材131围绕而形成的层。可以将第一超导导体层130a设置成，使多个超导线材并排邻接而围绕所述平滑层120周围。

另外，如图1所示，根据通过超导电缆输电或配电的电流容量，可以构成多个超导导体层130。

图1所示的实施例中示出了共具备两个超导导体层130a、130b。另外，单纯地层叠配置超导导体层时，由于电流的趋肤效应，电流容量不会增加。为了防止这样的问题，当具备多个超导导体层时，可以在超导导体层130a、130b之间设置绝缘带140。所述绝缘带140配置在层叠的超导导体层130a、130b之间，使超导导体层130a、130b彼此绝缘，从而能够防止层叠的超导线材的趋肤效应。通过所述绝缘带140层叠为多层的超导导体层的通电方向可以一致。

图1所示的实施例中示出了所述超导导体层130由两层即第一超导导体层130a和第二超导导体层130b构成的示例，但是根据需要，还可以具备层数更多的超导导体层。

并且，构成各超导导体层130a、130b的各超导线材可以与构成骨架110的各裸线并联。这是为了在短路(骤冷、闪电、绝缘击穿、超导条件的破坏等)等事故中，将流向超导线材的故障电流分流至骨架110的裸线中。通过这样的方法，能够防止超导线材的发热或损伤等。

位于所述第一超导导体层130a外侧的第二超导导体层130b的外部可以设有内部半导电层150。所述内部半导电层150可以用来缓解超导导体层130的不同区域的电场集中，使表面电场均匀。具体而言，可以用来缓解发生在超导线材角落的电场集中，使电场分布均匀。后述的外部半导体层170在这一点上也是相同。

可以通过卷绕半导电带的方式设置所述内部半导电层150。

所述内部半导电层150外侧可以设有绝缘层160。所述绝缘层160可以用来增大超导电缆的绝缘强度。为了使高压电缆绝缘，一般采用XLPE(Cross Linking-Polyethylene：交联聚乙烯)或充油方式(oil filled cable)，但是为了超导线材的超导性，将超导电缆冷却至极低温，而在极低温下XLPE破损而存在绝缘击穿的问题，充油方式(oil filled cable)则会产生环境问题等，因此本发明涉及的超导电缆可以将普通纸质的绝缘纸用作绝缘层160，可以通过卷绕多次绝缘纸的方式构成所述绝缘层160。

所述绝缘纸主要采用牛皮纸或PPLP(Polypropylene Laminated Paper：聚丙烯层压纸)。考虑到卷绕的容易性以及绝缘强度特性，在多种纸绝缘物质中，超导电缆采用PPLP绝缘纸。

所述绝缘层160外部可以设有外部半导电层170。所述外部半导电层同样可以用来缓解超导导体层130的不同区域的电场集中，使表面电场均匀，并且同样可以通过卷绕半导电带的方式设置所述外部半导电层170。

并且，所述外部半导电层170的外侧可以设有超导屏蔽层180。形成所述超导屏蔽层180的方法可以与形成所述超导导体层130的方法相同。当所述外部半导电层170的表面不均匀时，可以根据需要设置平滑层(未图示)，可以在所述平滑层的外部分别沿着圆周方向并排配置用于形成超导屏蔽层180的超导线材。

设计成使流通于由第二代超导线材构成的屏蔽层的电流大约达到流经超导导体层的电流的95％左右，从而能够实现漏磁的最小化。

所述超导屏蔽层180的外侧可以设有发挥芯部100外包装作用的芯外装层190。所述芯外装层190可以包括各种带或粘合剂等，发挥外装作用，使芯部100露出于冷却层，并且发挥紧固芯部100的所有结构物的作用，可以由SUS材质等的金属带构成。

可以通过这样的方法构成超导电缆的芯部100，虽然图1以及图2中示出了所述平滑层以及所述半导电层由相同材质的单层构成，但是可以根据需要增设多种附属层。

所述芯部100外侧可以设有冷却部200。所述冷却部200可以用来冷却所述芯部100的超导线材，所述冷却部200的内侧可以设有液态冷媒的循环流路。所述液态冷媒可以使用液氮，所述液态冷媒(液氮)以冷却至零下200度左右温度的状态在所述冷却流路中循环，能够保持冷却部内部的芯部100所具备的超导线材的超导条件即极低温。

所述冷却部200所具备的冷却流路可以使液态冷媒沿着一个方向流动，在超导电缆的接线盒等中回收且再次冷却，然后再次供应至所述冷却部200的冷却流路中。

所述冷却部200外侧可以设有内部金属管300。所述内部金属管300与后述的外部金属管600一同发挥超导电缆的外装作用，以防止在超导电缆的铺设以及搬运过程中的芯部100的机械损伤。为了容易制造并搬运，将超导电缆卷绕在卷筒上，在设置时展开卷绕在卷筒上的电缆进行设置，因此有可能向超导电缆持续施加弯曲应力或拉伸应力。

为了在持续施加这样的机械应力的情况下仍然保持初始性能，可以设置内部金属管300。因此，为了增强应对机械应力的强度，所述内部金属管300可以具有沿着超导电缆的长度方向重复隆起并凹陷的波纹结构(corrugated)，所述内部金属管300可以由铝等材料构成。

所述内部金属管300位于所述冷却部200的外侧，因此可以处于与液态冷媒温度对应的极低温下。因此，可以将所述内部金属管300区分为低温部金属管。

另外，所述内部金属管300的外周面可以设有隔热部400，所述隔热部400包括隔热层，在高反射率金属薄膜上涂覆较薄的低热导率高分子的隔热材料被卷绕多层而形成所述隔热层。所述隔热层构成MLI(Multi Layer Insulation：多层绝缘)，可以用来阻断热量侵入所述内部金属管300中。

特别是，所述内部金属管300由金属材料构成，容易通过传导发生热侵入或热交换，因此，所述隔热部400能够使主要通过传导发生的热交换或热侵入最小化，并且因高反射率的金属薄膜材料，还能够防止辐射引起的热交换或热侵入。

可以调节所述隔热部400的层数，以使热侵入最小化。当由较多层构成时，虽然提高辐射热阻断效果，但是降低传导热阻断效果，并且因真空层厚度变薄而降低对流热阻断效果，因此采用适当的层数尤为重要。

所述隔热部400的外侧可以设有真空部500。当无法通过所述隔热部400实现充分的隔热时，所述真空部500可以用来使沿着所述隔热层方向的对流等引起的热传递最小化。

可以通过在所述隔热部400的外侧形成隔离空间并对所述隔离空间进行真空化的方法形成所述真空部500。

所述真空部500是隔离空间，用于防止从常温的外部朝向所述芯部侧的对流等引起的热侵入，为了形成物理隔离空间，可以具备至少一个隔离件560。为了在超导电缆的整个区域防止位于所述真空部500内的隔离空间外侧的外部金属管600等与所述真空部500内侧的所述隔热部400接触，可以在所述隔离空间内设置至少一个隔离件560，具体而言，可以根据超导电缆或隔离件的种类或大小进行增减。图1以及图2所示的超导电缆1000示出了具备四个隔离件，但是可以增减其数量。

可以沿着超导电缆的长度方向配置所述隔离件560，可以卷绕成以螺旋形或圆形围绕所述芯部100外侧，具体而言围绕所述隔热部400。

本发明涉及的超导电缆可以具备三至五个隔离件。所述隔离件形成隔离空间，能够防止通过传导进行的热交换，隔离件可以具有单层或多层结构。

所述隔离件560的材质可以是聚乙烯(FEP、PFA、ETFE、PVC、P.E、PTFE)材质。

另外，根据需要，所述隔离件560可以由聚氟乙烯(PTFE，Poly Tetra Fluoro Ethylene)材料构成，或者在由一般树脂或聚乙烯材料构成的后表面涂覆聚氟乙烯等。此时，所述聚氟乙烯可以是聚四氟乙烯。

聚四氟乙烯(Teflon)是氟树脂的一种，通过氟和碳的强化学键形成非常稳定的化合物，具有近乎完美的化学惰性、耐热性、非粘合性、优秀的绝缘稳定性、低摩擦系数等特性。另外，聚四氟乙烯具有一定程度的柔韧性，因此能够以螺旋形围绕所述隔热部400，沿着超导电缆的长度方向卷绕配置，并且由于具有一定程度的强度，因此能够用作防止隔热部400与外部金属管600的接触的隔离单元，从而发挥物理上保持构成真空部500的隔离空间的作用。所述隔离件560的直径可以是4mm至8mm。所述隔离件560的截面可以是圆形、三角形、四边形、星形等多种形状。

具备所述隔离件560的所述真空部500的外侧可以设有外部金属管600。可以以相同的形状和材料构成所述外部金属管600和所述内部金属管300，所述外部金属管600的直径大于所述内部金属管300，以便能够通过隔离件560形成隔离空间。将在后面对所述隔离件560进行详细说明。

并且，所述外部金属管600的外侧可以设有外部护套700，所述外部护套700发挥用于保护超导电缆内部的外装功能。所述外部护套可以采用构成一般电力用电缆的外部护套700的保护材料。所述外部护套700能够防止其内部的金属管600等腐蚀，并且能够防止电缆因外力而损伤。可以由聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)等材料构成。

图3示出了适用于超导电缆的超导线材的示例。具体而言，图3的(a)示出了不具备通电层的现有的超导线材131′的剖视图，图3的(b)示出了增设具有常温通电性的金属材质的通电层的超导线材131。

如前面所述，本发明涉及的超导电缆具备芯部100，所述芯部100依次具备：骨架110，由多个铜裸线111构成；超导导体层130，由多个超导线材131构成；绝缘层；以及超导屏蔽层180，由多个超导线材构成，所述骨架110与构成超导导体层130的各超导线材131并联，所述超导电缆的特征可以是，

为了增强构成所述超导导体层130的各超导线材的机械强度，在各所述超导线材的两表面设置常温下具有通电性的金属材质的通电层me1、me2，

相比于以未在超导线材上增设通电层的超导电缆中故障电流全部流向骨架为前提进行设计的骨架的截面积，所述骨架110的截面积更小。

构成超导电缆的超导线材沿着超导电缆的长度方向卷绕成螺旋形，因此被持续施加扭曲应力，导致有可能在超导电缆的制造过程或卷绕过程中发生超导线材断裂的现象，并且如前面所述，超导电缆在发生短路(骤冷、闪电、绝缘击穿、超导条件的破坏等)等事故时，将骨架110用作回路导体。

在构成本发明涉及的超导电缆的超导线材的两表面上设置具有常温通电性的金属材质的通电层me1、me2，从而增强超导线材自身的机械强度，同时在发生超导系统的短路事故时，通电层me1、me2与骨架一同发挥回路导体的功能，因此与采用不具备通电层me1、me2的超导线材的超导电缆相比，能够减小骨架的直径，因此还能够减小超导电缆的整体直径和重量。具体分析如下。

本发明涉及的超导电缆中，为了增强超导线材的强度，可以在超导线材上增设具有通电性的金属材料的通电层me1、me2，所增设的通电层me1、me2还可以用作故障导体的回路，因此与采用未增设通电层的超导线材的超导电缆相比，能够减小骨架的截面积。

即，未在超导线材上增设具有通电性的金属材质的通电层me1、me2时，故障电流几乎全部流向骨架，将骨架的截面积设计成使其能够应对所有的故障电流，但是，当在超导线材上设置具有通电性的金属材质的通电层me1、me2时，故障电流还会分流至通电层me1、me2，因此，在设计骨架时，可以考虑通电层的整体截面积而确定其截面积。

如图3所示，构成所述超导导体层130的超导线材的宽度为x(mm)，厚度为y(mm)，用于满足发生电短路事故时预定时间内所要求的最小通电量条件、即最小短路条件的所述骨架的最小截面积为A(mm²)以上，为了增强构成所述超导导体层的各超导线材的机械强度而在所述超导线材的两表面增设常温下具有通电性的金属材质的通电层me1、me2时，骨架的最小截面积可以小于A(mm²)。下面进行更加详细的分析。

图3的(a)所示的现有的超导线材的宽度为x(mm)，厚度为y(mm)，图3的(b)所示的适用于本发明涉及的超导电缆的超导线材在现有的超导线材两表面上增设由金属材料构成且宽度为x(mm)，厚度为y(mm)至2y(mm)的通电层me1、me2。

因此，适用于本发明涉及的超导电缆的超导线材131可以在现有的超导线材131′上具备厚度为y(mm)至2y(mm)的通电层，从而整体厚度为3y(mm)至5y(mm)。

如后面所述，可以通过焊接将所述通电层增设到现有的超导线材上。

若将所述通电层me1、me2焊接到现有的超导线材131的两表面上，并且对超导线材131的侧面进行被或者在超导线材131整个表面涂覆金属，则在发生短路等事故时，除了分别与各超导线材131并联的骨架110的裸线以外，故障电流还分流至增设到各超导线材上的通电层侧，因此，通电层me1、me2能够与骨架一同分担回路导体的作用。

另外，各通电层me1、me2的宽度为x(mm)，厚度为y(mm)至2y(mm)，但是由于分别增设到现有的厚度为y(mm)的超导线材的两表面上，因此与仅在现有的超导线材的一表面上增设一个2y(mm)至4y(mm)的通电层时的情况相比，能够进一步增强基于趋肤效应等的通电能力。

与仅在超导线材的一表面上增设通电层的情况相比，在超导线材的两表面上增设通电层的情况下，使弯曲超导线材时的通电层的分离现象最小化，能够增强强度，并且在超导线材的两表面上增设通电层也有利于将通电层用作回路导体，有利于减小骨架的直径。

具体而言，如图3的(b)所示，当增设黄铜材质的通电层me1、me2的超导线材131的厚度为3y至5y时，确认了增设具有常温通电性的金属薄膜层、即所述通电层me1、me2的超导线材的拉伸强度以95％电流衰减(IC relentation)为基准达到200Mpa至800Mpa左右，从而确认了将超导线材卷绕到超导电缆上时能够确保充分的强度，所述骨架的最小截面积可以是0.6A(mm²)至0.9A(mm²)，能够通过实验以及模拟结果对此进行确认。

具体而言，意味着在采用未增设通电层时的宽度为x(mm)、厚度为y(mm)的超导线材的超导电缆中，用于满足发生电短路事故时预定时间内所要求的最小通电量条件、即最小短路条件的所述骨架的最小截面积为A(mm²)以上，所述通电层为黄铜材质，增设所述通电层的超导线材的厚度为3y至5y时，所述骨架的最小截面积可以是0.6A(mm²)至0.9A(mm²)。

95％电流衰减(IC relentation)基准是，对超导线材的两端逐渐增加张力，测定张力直到电流量达到初始通电量的95％的试验方法，因此意味着，当对超导线材施加200Mpa至800Mpa的张力时，能够确保至少95％的通电量。

在这里，现有的超导线材的厚度大约为0.1mm，当各通电层大约为0.1mm至0.2mm时，本发明涉及的超导电缆的超导线材的厚度为0.3mm至0.5mm，看上去厚度与现有的超导线材相比大幅增加了，但是经改善的超导线材的厚度仍然为薄膜水准，对超导电缆整体厚度所产生的影响并不大，但是，如前面所述，未绝缘的裸线构成密集状态的骨架的截面积可以降低10％至40％左右。

并且，有关骨架截面积的模拟中，所述骨架的短路条件所采用的是输电时50KA/sec或配电时25KA/0.5sec等，但是不同国家或供电方会有区别，不过同样根据相同的原理，能够增强超导线材的强度，同时能够减小用于满足最小短路条件的骨架的最小截面积。

因此，进行如上的输电或配电时，满足发生短路事故时最小短路条件的现有超导电缆的骨架最小截面积为A(mm²)的情况下，本发明涉及的超导电缆的骨架最小截面积值可以是0.6A(mm²)至0.9A(mm²)左右，小于1A(mm²)。

但是确认了，超导导体层的面积增大幅度并非单纯地等于骨架的面积减小幅度，骨架的面积减小幅度能够明显大于超导导体层的整个面积增大幅度。推测其理由为，将增设到构成本发明涉及的超导电缆的超导线材上的通电层附着在现有的超导线材的两表面上而产生的趋肤效应所引发的通电能力。

图4是构成本发明涉及的超导电缆的超导线材的截面结构图。

具体而言，图4的(a)示出了能够适用于本发明涉及的超导电缆的超导线材的一个实施例的剖视图，图4的(b)示出了超导线材的另一实施例的剖视图。

为了便于说明，以构成超导导体层的超导线材131为例进行说明。

构成本发明涉及的超导电缆的超导线材可以是第一代超导线材或是第二代超导线材。

在特定温度以下电阻变为“0”的现象称作超导现象，并非在绝对零度0K(-273℃)下而是在100K(-173℃)附近，相对高于绝对温度的温度下出现超导的现象称作高温超导(High Temperature Superconductor)。在电力电缆领域所使用的超导线材采用高温超导体，公开的有以银(Ag)母材以及BSCCO为主要材料的第一代线材和以YBCO或ReBCO为主要材料的涂层导体(Coated Conductor,CC)型的第二代线材。第二代超导线材指的是，超导线材的蒸镀层所具备的超导物质主要采用YBCO或ReBCO(Re＝Sm、Gd、Nd、Dy、Ho)物质等的超导线材。

对第二代超导线材进行详细说明：第二代超导线材可以由金属基板层、蒸镀层、银(Ag)层等构成。金属基板层用作线材的基底构件，发挥保持超导线材的机械强度的作用，可以采用哈斯特合金(Hastelloy)、镍-钨(Ni-W)等物质。所述蒸镀层包括用于在金属基板上蒸镀超导层的缓冲(buffer)层、超导层，所述超导层在通电时用作电流的通电路径。

银(Ag)层可以由银(Ag)或铜(Cu)合金层构成，银(Ag)合金层位于超导层与铜(Cu)合金层之间，以便能够进行蒸镀，铜(Cu)合金层可发挥增强机械强度的作用。根据应用设备，可以构成不同厚度及材质的各合金层，各合金层的特性在于具有常温通电性。

构成本发明涉及的超导电缆的超导线材可以是第一代或第二代超导线材，共同点在于，第一代超导线材以银(Ag)为母材，第二代超导线材包括银(Ag)层，因此可将第一代超导线材的银(Ag)母材以及第二代超导线材的银(Ag)层与后述的通电层一同用作故障电流的回路导体，因此第一代或第二代超导线材有利于减小超导电缆的骨架的直径。

图4所示的构成本发明涉及的超导电缆的超导线材为第二代超导线材，可以采用使用镍-钨(Ni-W)合金材料的金属基板层的超导线材，图4中示出了采用两种超导线材的示例，但是将通电层增设到第一代超导线材时，也能获得类似的效果。

图4的(a)示出了使用YBCO类超导物质的超导线材131，图4的(b)示出了采用ReBCO类超导物质的超导线材131的剖视图。

构成图4的(a)所示的超导线材131的金属基板层1311的材料可以是镍-钨(Ni-W)合金，所述金属基板层1311可以构成为金属材质的带状。

由所述镍-钨(Ni-W)合金材料构成的金属基板层1311的上部可以设有包括多个缓冲层1312、1313、1314以及YBCO材质的超导层1315的蒸镀层。

图4的(a)所示的实施例中，蒸镀了三个缓冲层1312、1313、1314，具体而言，构成缓冲层的各层可以由Y₂O₃、YSZ、CEO₂等材料所形成的层构成。可以在各缓冲层的上部蒸镀YBCO材质的超导层1315，并且出于保护超导线材等目的，在所述超导层1315的外侧设置银(Ag)层1316。第一代超导线材的话采用银(Ag)材质的母材，但是图4所示的超导线材单独具备银(Ag)层。

本发明可以包括：骨架；至少一层超导导体层，其包括沿着所述骨架的长度方向并排配置在所述骨架外侧的多个超导线材131；至少一层超导屏蔽层，其包括沿着所述骨架的长度方向并排配置在所述超导导体层外侧的多个超导线材131，构成所述超导导体层130以及超导屏蔽层180的超导线材131包括：金属基板层1311；蒸镀层1312～1315，多个蒸镀层蒸镀在所述金属基板层1311的上部，包括超导层；银(Ag)层1316，由银材料构成，位于所述蒸镀层1312～1315的外侧，在构成所述超导线材131的所述金属基板层1311的外侧以及所述银(Ag)层1316的外侧两表面上进一步设置由金属材料构成的通电层me1、me2。

图4的(a)所示的超导线材131的上部以及下部、即基板层1311的外侧以及所述银(Ag)层1316上可以设有金属材质的通电层me1、me2。

在所述超导线材131的两侧均设置所述通电层me1、me2的理由在于，与仅在一侧设置通电层的情况相比，能够增强物理强度，并且使弯曲方向上的物理性质偏差最小化，增大回路导体容量，如前所述。

另外，构成各超导导体层或超导屏蔽层的超导线材以保持超导条件为前提，实现基于设计容量的通电功能，但是因系统问题等而破坏超导条件时，流经超导线材131的电流通过前面所述的骨架通电，可以对应用于故障电流通电的容量来确定所述骨架的直径或导体线束的数量等。

但是，骨架110的直径在整个超导电缆的直径中所占的比重较大，因此需要减小用于应对故障电流通电的骨架的直径，才能减小超导电缆整体的直径或重量。

因此，如图4所示，可以在超导线材131的上部和下部设置金属材质，例如黄铜材质的通电层me1、me2，从而增强超导线材131的强度，同时用作故障电流的回路导体，并且使骨架的直径等最小化。

所述金属材质的通电层me1、me2可以构成为金属薄膜层的形式，具体而言，可以由黄铜(Brass)材料构成。

黄铜(brass)是在铜中添加锌而制成的合金。

所述黄铜材质的金属材质通电层me1、me2可以以黄铜等金属薄膜层的形式增设，黄铜薄膜层的厚度可以是0.1mm至0.2mm。假设附着在超导线材131一侧的黄铜带状的金属材质的通电层me的厚度为0.15mm，则整个超导线材131的厚度大约可以达到0.4mm左右。

实验确认，当金属材质的通电层的厚度在0.1mm以下时，难以充分地增强超导线材的强度，当在0.2mm以上时，有可能在弯曲时发生金属材料的通电层从超导线材131上分离的现象以及超导线材131过厚的问题。

一般的超导线材131的厚度为0.1mm左右，可以将厚度为0.15mm的黄铜带状的金属材质通电层附着在两侧，使厚度达到0.4mm，增加到四倍，但是整体厚度足够小，不足1mm，因此，对超导电缆整体厚度产生的影响甚微，但是能够增强超导线材131的强度，并且可用作故障电流的回路导体，结果能够减小骨架的直径或重量。

换言之，在超导线材131的上部和下部设置金属薄膜层形式的黄铜材质的通电层me1、me2，从而能够增强超导线材131的强度，同时能够减小骨架的直径或重量，因此当在构成所述超导线材131的所述金属基板层的外侧以及所述银(Ag)层的外侧均设置预定厚度的通电层时，与不在所述超导线材131上设置通电层的情况相比，能够减小所述骨架的直径或重量。

并且，将构成为黄铜材质的金属薄膜层形式的所述通电层me1、me2增设到超导线材131上时，通过整个超导线材所具备的通电层me1、me2通电的故障电流为1.5％以上，考虑到骨架的占空系数以及趋肤效应，与相同结构的骨架相比，直径(截面积)或重量能够减小10％至40％，这一点如前面所述。

这样，通过焊接等将通电层me1、me2附着在所述超导线材131的两侧的状态下出现故障电流时，为了使通过所述蒸镀层1315的超导层流动的电流流向所述通电层me1、me2，需要将所述超导线材131与所附着的通电层me1、me2电连接。

因此，为了故障电流的通电，分别将所述超导线材131与附着在超导线材131两侧的通电层me1、me2并联，图4中未示出分别将所述超导线材131与附着在超导线材131两侧的通电层me1、me2电连接的方法，但是可以采用以金属基底焊料焊接超导线材131的侧面或者用导电性较好的金属，例如铜(Cu)材料对超导线材131进行镀金的方法。

两种方法均能使附着通电层me1、me2的超导线材131的厚度或体积增幅最小化，且将各通电层me1、me2与超导线材131电连接。

另外，如此通过镀铜或侧面焊接分别电性并联构成超导线材131的金属基板层1311、包含超导层的蒸镀层1312～1315以及银(Ag)层1316时，所述超导层1315与金属基板层1311、银(Ag)层1316以及各通电层me1、me2电连接，除了所述通电层me1、me2之外，故障电流能够分流至所述金属基板层1311以及所述银(Ag)层1316。

当在第一代超导线材上设置通电层时，银(Ag)材质的母材也能够与第二代超导线材的银层一样用作分流故障电流的回路导体，这一点如前面所述。

通过所述通电层me1、me2分流的故障电流在1.5％以上，大部分电流由所述骨架分流，但是可以通过所述金属基板层1311以及所述银(Ag)层1316分流故障电流。

并且，所述金属薄膜层形式的通电层me1、me2可以通过焊接附着在所述超导线材131上。用于将所述通电层me1、me2焊接在所述超导线材131两侧的焊料可以是构成成分为锡(Sn)、铅(Pb)以及银(Ag)，熔点为200℃以下的材料。但是，除上述的焊料材料以外，只要是附着所述通电层me1、me2与构成所述超导线材131的金属基板层1311或银(Ag)层1316，使其能够通电的方法，就可以采用多种焊料或附着方法。

图4的(b)示出了采用ReBCO类超导物质的超导线材′。将省略与参照图4的(a)进行的说明重复的说明。

构成图4的(b)所示的超导线材131′的金属基板层1311′的材料可以是镍-钨(Ni-W)合金，所述金属基板层1311′同样可以以金属薄膜层形式构成。

由所述镍-钨(Ni-W)合金材料构成的金属基板层1311′的上部设有包括至少六层缓冲层1312′、1313′、1314′、1315′、1316′以及所述ReBCO类超导层1317′的蒸镀层1312′～1317′，所述蒸镀层1312′～1317′的外侧可以设有银(Ag)层1318′。

构成所述缓冲层1312′、1313′、1314′、1315′、1316′的各保护层可以由Al₂O₃、Y₂O₃、IBAD-MGo、EPI-MGo以及LaMoO₃层构成。

图4的(b)所示的超导线材131′同样可以在所述金属基板层1311′以及所述银(Ag)层1318′的外侧具备各通电层me1、me2，与图4的(a)示出的超导实施例相同，能够用于增强物理强度并且分流故障电流。

如上所述，通过在超导线材131′的两侧面由黄铜等材料构成形成为金属薄膜层的通电层，将此用作故障电流通电单元的方法，能够减小发挥故障电流回路导体作用的骨架的直径。

当然，构成图4所示的超导线材131′的金属基板层以及银(Ag)层同样由金属材料构成，因而存在故障电流的分流功能，但是以现有的超导线材的厚度为基准，金属基板层以及银(Ag)层所占的截面积并不大，使得故障电流的分流容量也微乎其微。

但是，如前面所述，金属材料的通电层me分别具有0.15mm左右的厚度，因而由此实现的通电量能够影响用于发挥故障电流回路作用的骨架的直径，这一点如前面所述。

因此，在设计骨架的直径时，将构成超导导体层的超导线材131′的金属材质的通电层me包含在内，考虑通过金属基板层以及银(Ag)层的故障电流通电量，可以将骨架的直径设定为小于以往。可以通过基于超导线材的金属材质的通电层me、金属基板层以及银(Ag)层的故障电流通电的热解析方法判断最大可允许电流量，随之可缩小设计骨架的直径。

图5示出了本发明涉及的超导电缆的另一实施例，图6示出了沿着水平方向设置图5所示的超导电缆的状态的剖视图。

将省略与参照图1至图4进行的说明重复的说明。图5以及图6所示的实施例示出了超导电缆所具备的芯部100的数量为三个以上的三相超导电缆。

三相超导电缆可以不是各个芯部100单独具备冷却部200的结构，而是在三个芯部100的外侧共享冷却部200的结构，可以是在所述冷却部200外侧同样共享真空部500的结构。

图5以及图6所示的超导电缆同样在本发明涉及的超导线材上增设金属薄膜层形式的通电层，从而能够增强超导线材的物理强度，根据本发明涉及的超导电缆，通过所述金属薄膜层形式的通电层，使故障电流的分流路径多样化，从而同样能够减小构成各芯部的骨架的直径(截面积)或重量。

虽然本说明书中参照本发明的优选实施例进行了说明，但是该技术领域的普通技术人员可以在不超出权利要求书所记载的本发明的思想以及领域的范围内修改以及变更实施本发明。因此，当变形的实施例基本上包括本发明的权利保护范围的构成要素时，应视为均包含在本发明的技术范畴之内。