专利名称：超导多相电缆系统、其制造方法及其使用的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电力分配的AC或DC电缆。本发明特别涉及流体冷却的超导多相的电缆系统。本发明还涉及 制造电缆系统的方法及其使用。本发明例如在诸如用于电力分配的低、中和高压超导电缆那样的 应用中有用。
背景技术：
三同轴线[G.Bogner， Transmission of electrical energy by superconducting cables, in "Superconducting Machines and Devices',(在"超导装置和 设备"中通过超导电缆传输电能)，Ed.S. Foner和B. Schwartz (Plenum Publishing Co., 1974)， pp.430國431和 [T.Tanaka， A.Greenwood, Advanced Power Cable Technology-Volume II: Present and Future(先进的电力电缆技术一第二巻现在和未来)，(1983, CRC Press, Boca Raton， FL)， pp.242-259]描述了具有三个同心相导体的三 轴超导电缆。超导体被涂覆到悬浮在真空的冷却管道的表面。中间导 体被描述为一种涂覆环状冷却管道的两个侧面的双导体。作者指明控 制在第2相的两个导体上的电流分布的困难。这种电流分布对于消除在 第2相中在冷却管道中的涡流损耗是需要的。公共热绝缘(低温恒温装 置)是与导体同心的。电绝缘是通过固体垫层、反射箔和真空而达到的。DE-43 40 046描述具有三个同心导体和公共屏蔽的三轴AC电缆。 电缆组件是与热绝缘体同心的。具有同心的中心和环状冷却通道。这 样，在电缆周围达到均匀的冷却。三相导体由在银包皮中的 BiSrCaCuO带条制成。呈液氮形态的冷却流体可以在中心和环状的同 心冷却通道中流动。各个相导体由形成电绝缘的10-50mm厚的PE或聚 丙烯带条层分隔开。第三相与屏蔽之间的绝缘厚度仅仅是两个相导体之间的绝缘厚度的60%。冷却媒体在中心冷却通道(50-200mm 0> )中送 出去以及返回到环状的环形冷却通道(150-500mm)。由于在这两个流 之间的径向热交换，这个电缆的远端将经历超过在往返的流之间的温 度差的极端的温度偏移。由于与电缆同心地组装的低温恒温装置的大 的尺寸和重量，预期在制造和运输时有某些困难。电相导体的生产和 安装单位长度变成为受低温恒温装置的单元长度的限制。要在电缆导 体组件上制造低温恒温装置的同时达到电缆组装的对中，存在着技术 困难。然而，已经在朝着达到归心度(centricity)方面努力，因为在 电流不平衡的情形下，与偏心位置相比较，归心度是减小涡流损耗的 一个原因。在描述的设计中，如果遭受到在实际的电力网中频繁发生 的过流，则包含BSCCO的导体会过热。如果银外壳被做得更厚以用作 为稳定器，则这个电缆设计会变成昂贵得使人不感兴趣。 同轴线Sato等(IEEE Transactions on Applied Superconductivity, IEEE 学报，关于应用超导性)，Vol.7, No.2， 1997， pp.345-350)描述3相HTS电 缆，它使用BSCCO材料以用于具有平行的非同心的结构形式的导体。 每相包括骨架(former ) 、 HTS导体、浸渍LN2的PPLP绝缘体、和HTSD 绝缘屏蔽。每个电相具有它自己的把LN2安置在中心的冷却通道以及 由构成低温恒温装置和包围3个分开的相的波紋管系统形成的公共外 部冷却通道。这个设计专用于三相AC系统和需要六倍于一个相的载流 量(电流额定值)的HTS材料(三相和三个屏蔽)。在双极性DC系统的情 形下， 一个相容的"二相，，系统需要四倍于相载流量的HTS材料(二相和 二个屏蔽)，即，所描述的设计原理需要2N倍的相载流量。该发明需要 从N倍直到N+1倍相载流量的HTS材料，其中N是相数。该发明只需要 每个N相系统一个骨架，对于N〉1，N〈N+K2N。Leghissa等(IEEE Transactions on Applied Superconductivity (IEEE学报，关于应用超导性，)Vol.9， No.2， 1999， pp.406-411)描述 开发110kV/400 MVA同轴1相HTS型电缆。导体由BPSDCCO多芯带条 制成，以及由浸渍LN2的合成带条的高压绝缘实现电绝缘。电缆具有 同轴超导屏蔽导体。电缆芯被包容在包含超绝缘的波紋管的可弯曲的 低温恒温装置中，以及被安置在该低温恒温装置里面的底部而不需要 定中装置。三相系统可以根据设置在一个公共低温恒温装置里面的三 个这样的单相同轴电缆导体(或者这三个导体也可以分别安置在三个分开的低温恒温装置中)来进行构建。电缆利用封闭循环的LN2系统 进行冷却。热收缩管理JP-09-134624A公开了 一种制造超导电缆的方法，其中按以下方式 来解决管理在大的温度改变期间(诸如从室温到低的工作深冷温度，或 反之亦然)电缆的长度改变的问题在生产期间电缆被馈送到热包封 (envelope),以及同时#_液氮冷却，在该热包封中电缆遵循直线路径。 在随后返回到室温的期间，电缆被限制在相同的长度并允许膨胀，导 致在热包封中非直线(例如，弯曲形)路径。发明内容现有技术的问题在于，流体冷却电缆系统的制造过程复杂而耗费 时间，并且使用大量材料，以及在使用期间，效率相当低。本发明的目的是寻求克服如上所述的现有技术的一个或多个问 题。本发明的另一个目的是提供流体冷却电缆系统的简化的制造和安 装方案。本发明的目的是通过在所附权利要求中描述的和如下面描述的本 发明达到的。超导多相电缆系统本发明的目的是通过一种流体冷却的超导多相的电缆系统来实现 的，该系统包括a) 电缆，它包括构成至少两个电相和一个零或中性导体的至少三 个电导体，所述电导体互相电绝缘；以及b) 热绝缘，它规定中心纵向轴和具有内表面和包围电缆，所述热 绝缘的所述内表面形成对一个保持用于冷却所述电导体的冷却流体的 冷却腔的径向限制，其中所述电缆-至少在它的 一部分长度上一当在垂 直于所述纵向轴的截面上观看时，处在相对于所述中心纵向轴偏心的 位置，以及其中偏心位置具有适应电缆相对于热绝缘的热收缩和/或膨 胀的功能。在本发明的实施例中，"一个包括构成至少两个电相和一个零或
中性导体的至少三个电导体的电缆"被看作为具有例如两个电相和一个中性(对于DC情形)或三个电相和一个屏蔽/中性/接地导体(对于三相 AC情形)的电缆。在本文中，术语"偏心安排，，的意思是非同心的安排，例如是指最 终得到的电缆系统不是圆对称的(即，电缆系统的截面视图只有通过围 绕管状热绝缘的中心纵向轴旋转36(^才转回到其本身)。换句话说，由 处在管状热绝缘内的电导体构成的本体的中心轴(以及它们的互相电 绝缘和可能的内部的冷却腔/通道，合起来被称为"电缆")是与管状热绝 缘的中心纵向轴不一致的。在一个给定的截面上， 一个本体相对于另 一个本体(这里，电缆相对于热包封的内表面或外表面)的偏心度被定 义为相对于最大本体半径的这两个本体的中心之间的差值(假设基本 上为圆形的截面；否则偏心度可以相对于一个特征的(例如，最大或最 小的)截面尺度来定义)。在一个实施例中，电缆基本上在它的全部长度上相对于中心纵向 轴偏心地定位。在一个实施例中，偏心度沿电缆系统的长度变化。替 换地，偏心度沿电缆系统的长度或电缆系统的截面基本上是恒定的。在一个实施例中，热绝缘(低温恒温装置)的内表面相对于热绝缘 (低温恒温装置)的外表面灵活地移动。在一个实施例中，热绝缘的内 表面沿电缆系统的长度具有非直线路径，诸如曲折路径。这具有优点 电缆可以在非深冷温度(例如，室温)时受压缩的情形下甚至更好地利 用低温恒温装置的空间，参阅例如图llc。优选地，电缆(具有外径D。ut，eab,e)相对于热绝缘的内表面(即，具有 直径D一ry。的低温恒温装置内壁)的偏心度被定义为l-(D。ut，caWe/Din，ery。)(即，2x Aex/Din,cry。，参阅下面)，它处在从1%到20%的范围，诸如从5%到15%。优选地，电缆相对于热绝缘的外表面(即，具有直径D。ut，cry。的低温恒温装置外壁)的偏心度处在从1%到50%的范围，诸如从10%到45%，诸如从20%到30%。在一个实施例中，在给定的截面上电缆的偏心度在电缆的不同的温度下是不同的。在一个实施例中，流体冷却的超导多相的电缆系统包括a)电缆，它包括构成至少两个电相和一个零或中性导体的至少三个电导体，所述电导体互相电绝缘，至少一些所述电导体^皮电绝缘分
开、相互环绕地同心安排，所述零或中性导体形成公共回流电导体， 所述电缆系统包括围绕所述电相和所述零或中性导体并与它们电绝缘 的公共电屏蔽，以及b)热绝缘，它规定中心纵向轴和具有内表面并且包围电缆，所述 热绝缘的所述内表面形成对一个保持用于冷却所述电导体的冷却流体 的冷却腔的径向限制，其中所述电缆-至少在它的一部分长度上一当在垂直于所述纵向 轴的截面上观看时，处在相对于所述中心纵向轴偏心的位置，以及其 中该偏心位置具有适应电缆相对于热绝缘的热收缩和/或膨胀的功能， 在此，Aex是电缆中心线到热绝缘中心线的平均距离，以及它按照下面的方式与电缆的纵向热收缩&相联系电缆中心线基本上描述在低温恒温装置里面的螺旋线，Lp是这个 螺旋线的间距长度。偏心定位的同心多相电缆系统(例如，三同轴线)与偏心定位的共 同平行(例如，三元组)系统相比较的优点在于，有可能达到较大的骨 架和相直径(对于相同的热包封内径)，导致较低的磁场和从而较高的 临界电流和从而较低的AC损耗，再次提供减少的材料使用和一个能量 更有效的电缆系统。组装筒易性具有非同心的安排(例如具有包括导体和"分开的"(典型地管状 的)热绝缘(例如，真空绝缘管，低温恒温装置))的"分开的"电缆的 形式的优点在于，这两个"单独的单元，，可以并行生产，然后再以比 同心构建筒单的方式接合在一起，其中在围绕垫衬制造管状热绝缘(例 如，真空绝缘管)之前必须把垫衬安装在'电缆，上。这种不存在中心 衬垫的安排，易于通过例如把电缆导体拉伸、推送或吹炼(blow)到 热绝缘或在电缆导体上对低温恒温装置部分进行细紋连接 (threading),从而在低温恒温装置里面安装电缆导体组件。非同心 解决方案因此具有经济上有利的、逻辑上灵活的和节省制造时间和成 本的潜力。减小流阻电缆相对于热包封定位的偏心度还具有优点与同轴情形相比较，
减小流阻(例如，参阅Frank M. Whiite， "Viscous Fluid Flow (粘滞流 体流)"，McGraw-Hill, p.127 (图3 - 8))。 任选的电缆与装置它具有另外的优点在热包封内提供增加的空间，以便用于一个 或多个例如用于监视或通信目的的任选的另外的电缆或部件。 热收缩另外，偏心度与已有的部分地内建的用于导体的热收缩的补偿相 组合，提供了用于补偿导体在电缆的纵向方向的热收缩的机制。 可靠性在电网中超导电缆系统的可靠性和可用性取决于在故障情形下电 缆系统的修理时间。在电缆系统中故障的最普通的原因是由于诸如挖 掘施工那样的外部因素造成的损坏。所以，多半是热绝缘低温恒温装 置被损坏。由于真空绝缘是最有效的热绝缘，在损坏的事件中，多半 是在电缆中必须通过泵送重建真空。泵送时间对于较长的泵送距离是 较长的。在长的低温恒温装置中有可能插入多个泵送端口。然而，在 本发明中，功能上具有整体性的低温恒温装置的数目大于电缆单元的 数目。这样，在故障情形下需要重建的低温恒温装置的长度被减小为 电缆导体组件的长度的一半或更短。这样，可以减小泵送时间和从而 减小修理时间。另外，泵送站的数目也可以减小。在本发明的一个实 施例中，电缆导体组件长于l公里，低温恒温装置部分的数目大于IO， 以及在挖掘损坏后修理期间的泵送端口和泵送站的数目是l。这导致对于用户具有更高的可用性的更可靠的电缆系统。 发明详细说明定义在本上下文中，术语"电缆导体组件"或简称"电缆"被使用于包括 电导体和在相邻的电导体之间的对应的电绝缘(和任选地，与它有关的 另外的层)的电缆系统的一部分。按照本发明的电缆系统因此包括在以 上的意义上的"电缆"和围绕电缆的热绝缘，其中电缆相对于热绝缘 的中心纵向轴(至少在它的纵向延伸的一部分)偏心地定位。术语"低、中和高电压，，在本上下文中分别是指从24V到6kV，从 10kV到30kV,和从50kV开始再往上。按照本发明的电缆系统适用于 分布在kV区域中的电压，例如，在从5kV到50kV的范围内的电压或大 于50kV的电压，诸如大于60kV的电压，诸如大于100kV的电压。
在本上下文中，术语"多相，，是指一个以上的电相，例如两个或三 个或多个电相。术语"深冷包封"，"热包封"，"热绝缘"对于包围电导体和它们的 相应的电绝缘和保护层(电缆)与形成用于容纳用于冷却所述电导体的 冷却流体的冷却腔的结构单元可互换地使用。在一个实施例中，由电导体(和它们的电绝缘与可能的"内部"冷却 腔/通道)构成的电缆位于管状热绝缘内，以便物理接触管状热绝缘的内 表面，至少是在由该热绝缘的纵向轴规定的方向上它的长度的一部分。按照本发明的电缆系统的纵向方向是指例如由围绕电缆的热绝缘 的轴规定的该电缆系统的电力传输的预定的方向。术语三同轴线和三元组结构在本专利申请中分别被使用于包括具有以同心安排(三同轴线，参阅图8a的801)方式和具有锥形结构(三元组 。°。'，参阅图8b)方式的三电相的电缆结构。 偏心度定义与部件在物体的给定的截面上的位置有关的术语"偏心"是指"定 位于不同于物体的几何中心的任何地方"，即，"电缆"相对于"热绝缘，， 偏心地定位，是指"电缆，，的几何中心与热绝缘的几何中心不一致。在本上下文中的术语"偏心度，，是指在垂直于纵向方向的截面上， 管状热绝缘的外壁或内壁的中心分别相对于管状热绝缘(例如，它的半 径，如果内部是圆形的)的最大内径尺寸(即，中心到壁)之间的距离。图8显示按照本发明的流体冷却高电压电缆系统，图8a是具有公共 的电屏蔽的同心安排的3相结构，以及图8b是具有公共的电屏蔽并排安 排的3相结构。图8显示按照本发明的电缆系统800的尺度参数。电缆801和热包封 816的中心840， 840分别用'x，表示(这些中心在这里分别被确定为电缆 和热包封的外部界限的几何中心)。它们的彼此的中心到中心的距离被表示为Aex 。电缆801的外径dcab和热包封816的内径dce被示出。热包封816的内壁8161和外壁8162,皮示出。在本上下文中，电缆系统的偏心度被定义为中心到中心距离Am与热包封的内半径dce/2的比值。偏心度Ex可4皮表示为Ex-2 x Aex/dce。 热收缩偏心电缆设计的 一个目的是当冷却时适应电缆导体组件的热收
缩。这在本发明中通过在温暖(室温，RT)电缆系统中引入电缆相对于 热绝缘的一个过长度(over-length)而部分地达到的。电缆的RT过 长度被设计成使得，当电缆被冷却到它的工作温度时，电缆和低温恒 温装置具有不超过它们的各个机械约束条件的类似的长度。在本例中， 在不同的方法中的过长度被量化。适应某些过长度的能力对于以下的情形进行计算1) 在直的低温恒温装置内壁里面，像正弦曲线那样起伏的电缆导体2) 在直的低温恒温装置内壁里面，在偏心的螺旋线上的导体。3) 在直的低温恒温装置外壁里面，像正弦曲线那样一起起伏的电 缆和低温恒温装置内壁。4) 在直的低温恒温装置外壁里面， 一起处在螺旋线上的导体和内 部低温恒温装置壁。5) 像正弦曲线那样起伏的低温恒温装置外壁，与低温恒温装置内 壁一起弯曲达到90°，并且电缆在外部和内部弯曲中处于极端的偏心位 置。计算是针对具有65mm外径(OD)的电缆导体组件以及具有84mm 内径(ID)和lSOmm外径的热包封(低温恒温装置)来执行的。计算是通过使用来自美国微软的Excel电子表格软件执行的。正弦 路径P的长度通过近似式被估计Lp是间距长度，或正弦的周期长度，以及Aex是正弦的幅度。螺 旋线的长度被计算为其中
以下是这些计算的例子。1. 3kA(rms) AC三同轴线电缆情形的实现可以类似于情形#4(螺旋 线)与情形#5(弯曲)相组合。这需要电缆导体弯曲(buckle)到12-17% 的偏心度Ex，相应于约18-25mm的Aex，具有1.5m到3m的间距长度。 如果外部低温恒温装置也在几个位置弯曲，则热收缩更好地适应。这 可以有助于电缆导体变形。然而，这在组装到低温恒温装置中的期间 会增加对电缆的拉力。2. 用于适应于热膨胀的能力在内部低温恒温装置ID与电缆OD之 间需要一个约20mm的缝隙，而同时保持内部低温恒温装置在外部低 温恒温装置内的约20 -25mm的移动性。这样，电缆的偏心度可以高 i^Ex=30%，相应于Aex =(20+25)/2=22.5mm。在特定实施例中，电缆至少在由所述纵向方向规定的它的长度的 一部分上具有与所述热绝缘的所述内表面的物理接触。这具有不需要 衬垫的优点。在特定实施例中，电缆在由重力和诸如弯曲和热收缩那样的机械 约束条件确定的位置上具有与所述热绝缘的所述内表面的物理接触。 这具有避免对衬垫的需要，使得能够分开地组装低温恒温装置和导体/ 电缆的优点。而且，使得有可能部分适应导体的热收缩。在特定实施例中，电缆的位置相对于管状热绝缘的中心纵向轴的 偏心度，至少在它的一部分长度上，优选地，在它的大部分长度上， 大于5%，诸如大于10%，诸如大于20%，诸如大于35%。对于规定的 电缆设计的实际选择的偏心度是截面尺寸与必须的热补偿之间的折 衷。偏心越多，可应用的过长度越大，但是一般地，热包封的截面越 大，因此材料消耗越大。在特定实施例中，电缆导体组件从一个偏心位置移动到另一个偏 心位置可补偿在电缆冷却和加温期间经受的、或由过流或故障电流造 成的热收缩和膨胀。这具有的优点是，不需要额外的补偿环路或其它 端接预防措施，诸如加强的机械夹具或滚轮，以使得能够进行端接的 补偿。径向收缩本发明的电缆导体组件可被构建成使得与超导元件和正常导电元 件的固有的材料特性相比较，减小它的纵向热收缩。电绝缘层可以以
大的间距角度(40-90度)松弛地缠绕，以使得径向热收缩在冷却时变大， 例如当从环境温度冷却到70K时为l-5。/。。径向收缩的进一步增强可以 通过在介质层底下的可弯曲层而得到。这种可弯曲层由多孔聚合物材 料制成，或由呈现弹簧作用的、宽的(5-20mm)可弯曲金属或聚合物带 条制成。这种大的径向收缩适应在电缆中金属或超导带条的部分或全 部纵向收缩，它例如可以是0.25%，0.3%，或0.4%。这把电缆的纵向收 缩减小到例如0.25%， 0.2%， 0.1%或0%。大的径向热收缩也可以部分 藉助于在介质带条中的纤维方向而得到。例如，纤维加固的聚合物在 纵向收缩方面几乎是中性的，以及如果纤维平行于电缆轴的话，具有 大的径向收缩。这样，电缆导体组件的部件的部分热收缩通过径向收缩而被调节，其余的纵向热收缩通过导体组件从一个偏心位置移动到 第二个偏心位置而被调节。定量的偏心度在一个实施例中电缆相对于管状热绝缘的中心纵向轴的偏心度大 于5%，诸如大于10%,诸如大于15%，诸如大于20%,诸如大于30%。在本发明的优选实施例中，中心到中心距离Aex按以下公式与电缆 的剩余纵向热收缩sl相联系乂,是电缆的中心线到外部低温恒温装置的中心线的平均距离。电 缆中心线描述低温恒温装置里面的螺旋线。Lp是这个螺旋线的间距长 度。在一个实施例中，Aex按以下公式与电缆的弯曲半径相联系其中Rbend是由例如弯曲测试确定的电缆特性保持完好的场合下的最小的弯曲半径，。这具有这样的效果低温恒温装置内部的外套(热包封的内表面)对电缆的曲折不施加任何约束条件，但外部外套(热包 封的外表面)-并且特别是外部外套的曲折和弯曲-被利用来最大程 度或足够地适应于在冷却电缆时的预期的热收缩。术语"由例如弯曲测试确定的电缆特性保持完好的最小的弯曲半
径"在本上下文中是指最小弯曲半径，对于它，在电缆受到给定的弯曲 测试后(诸如，例如在围绕预定的最小的弯曲半径Rmin的20倍弯曲后的 lHV/mlc指标)，电缆把它的基本特性，诸如Ic，max(l nV/mle指标，其中包括热包封的冷却特性等没有显著改变)保持到至少90%，诸如 到至少95%，从而，按照IEEE或CIGRE标准保持高压特性。在一个实施例中，电缆系统被构建成使得中心到中心距离Aex满足 两个要求在一个实施例中，厶尸=〃1^>1其中Ls是在电缆中超导带条或线的最长的绞合的间距长度，以及n 是整数。参数n被选择为大于l,诸如等于2，或更优选地等于3。在下面的 表格中，显示了本发明的可能的例子1例子匕pMinMax#阔n阔fmmj〖mm)fmm岡Ex f%10,320,60,0021,56,046,076,100,106,120,42,510,00251,211,2614,6721,490'1212,230,330,90,0031,7"，1011,6312,160,157,840,43,51,40,0025215,7718,1125,140，16"，350,5420,0031,424,6732,0576,320,1422,9本发明的这样的实施例的优点首先在于，电缆的偏心度可以适应于在从环境温度到例如4K， 9K， 30K， 50K, 70K,或100K的工作温度下 电缆的纵向热收缩SL。在冷却或加温期间，电缆从偏心设置的、具有 间距长度"的螺旋线改变到具有间距长度L〉 Lp的螺旋线或偏心设置 的直线。第二，电缆导体组件绝不弯曲到小于可允许的弯曲半径的半 径。第三，具有高达Lp的间距长度的HTS带条能够在结构内滑移，以 便允许形成所需要的螺旋线，而不恶化它们的超导特性。 同心相-材料节省 在特定实施例中，零或中性导体形成乂^共回流电导体。这比三个单独的中线/屏蔽(AC情形)具有提供材料节省的优点。在特定实施例 中，该零或中性导体安排成围绕至少 一个电相同心地设置。在特定实施例中，至少某些(诸如全部)所述电导体互相同心地 安排，由电绝缘分隔开。这具有提供快速和低成本生产的基础的生产 的容易/简化性的优点。在特定实施例中，电相数是3。超导三同轴线概念与单相超导电缆 和三元组配置的超导电缆相比较，由于以下特性，在许多方面是更有 利的1) 使用较少的材料。2) 较少的制冷损耗(与单相电缆相比较)。3) 由于较低的流阻而不具有增长的涡流损耗所造成的有利的偏 心结构，这是因为在电磁方面是中性的(而且也在局部尺度上与三元组 不同)。4) 通过偏心度(+过长度)和热收缩的内建材料/径向适配，有利于 组合地补偿轴向热收缩。5) 三同轴线概念使得能够灵活地适合于客户要求、生产简易性和 动态性、材料灵活性、以及对不同的HTS带条结构的形式适配功能的 概念。超导材料用于电导体和任选地用于电屏蔽的超导材料可以是在构建时针对 所讨论的应用而优化(有关损耗、工作条件、和成本)的任何适当的种 类。在特定实施例中，至少一个所述电导体包括从包含例如铅掺杂的 BSCCO的BSCCO(BiSrCaCu03), YBCO(钇钡铜氧化物)，RE-BCO(稀 土钡铜氧化物)，MgB2， Nb3Sn， Nb3Ti和它们的组合的材料组中选择的 超导材料。这具有利用已知的严格测试和严格确定的、特别是具有超 导的特性的产品的优点。使用在高达液氮的沸点以上的温度下呈现超 导特性的HTS材料当然是有利的。骨架在特定实施例中，同心安排的电导体包围一个相对于所述同心安 排的电导体中心放置的体积。这具有原理简单、允许使用中心空穴用 于冷却、热惯性、诊断和其它信息与物理输送的装置的优点。
在特定实施例中，定位在中心的体积被用作为一个在其中流动冷 却流体的冷却通道。在特定实施例中，电缆包括由金属、塑料或复合材料制成的具有 螺旋管、管、波紋管、或互锁管的形式的中心骨架。这具有提供用于 缠绕/构建电缆的其余部分的物理载体的优点。它还提供导体的尺度规 定的基础。它任选地可被使用于冷却。它可以提供用于任选地附加诊 断、信息或材料输送的空穴/机会。低的AC损耗在特定实施例中，超导材料以带条或线的形式呈现，要以这样的 次序和这样的间距角度来安排这些带条或线使得可通过优化超导带 条的数目和超导层中的电流分布而给出在交流或瞬变电流下的低的电 损耗和增加的热稳定性。这具有提供产品灵活性(便于实现一定的程度 的设计定制)的优点。它还便于使用其它间距，以及特别是不同总数的 层/带条。其它参数，诸如或多或少的电流承载能力、或多或少的故障 电流保护、低或高电压、AC或DC，可受到影响/优化。在特定实施例中，每个电相导体包含一层或几层超导带条，这些 层在每相被划分成一个或多个组，每个组包含具有相同的间距方向(被 称为"S，，或"Z"，其中Z涉及"右手"绕组以及S涉及"左手"绕组)的一层 或几层带条。在每个电相的所有的第一组中，这些层具有相同的间距 方向。在第一例中，在电缆中每个相导体包括三层超导带条。在每个相 导体中头两层形成具有相同的间距方向"S，，的一个组。在每个相导体中 的第三层具有间距方向"z"。这具有减小在电缆中心处的轴向磁场的优点。这减小在电缆的任何金属部分中的涡流，以及它减小电缆的阻抗。在第二例中，在电缆中每个相导体包括两层超导带条。在每个相导体中第 一组带条包括具有间距方向"z，，的一个层。在每个相导体中 第二组带条也包括单个层，但具有间距方向"s"。这具有造成在每相中 两个组之间的更相等的电流分布的优点。在特定实施例中，至少一个电相导体具有最后一组超导带条或线， 该最后一组具有与第一組相反的间距方向。这具有造成在该相中两个 组之间的更相等的电流分布的优点。
在特定实施例中，在二相DC电缆中每个电导体包含两层超导带条 或线。间距方向顺序是SZ-SZ。这具有在DC电缆的电流浪涌、诸如故 障电流或陡峭的电流斜坡的瞬态的期间形成在各层之间的均匀电流分 布的优点。这导致DC电缆的减小的瞬态损耗和提高的热稳定性。在特定实施例中，在三相三同轴线AC电缆中每个电导体包含两个 超导层，其中间距方向顺序是SZ-SZ-SZ。这具有通过改进在不同的超 导层之间的电流分布而减小电缆中AC损耗的优点。过流保护在网络中短路的情形下，在电网中可以出现达到多个kA的非常大 的电流。如果在超导电力电缆中的超导体面临这样的显著超过它的临 界电流的大电流，则在电缆中超导特性和从而电流的实际上无损输送 将被丟失。所有的(或大部分)这样的电流现在必须在电力电缆的相当 小(比起常规的电缆中的截面小得多)的其余的金属截面中被栽送。 所以，会发生急速发热，有可能导致损坏。有几种方法对付这个问题。 一种方法是仅增加正常导体截面。这 可以通过增加在其本身是一个复合体的超导带条中正常导体对超导的 比值。然而，这需要修改带条设计，由于各种原因这不是容易而可能 的或者不是所希望的。对于问题的另一个解决方案是把额外的正常导 体(一般是铜)添加到电缆，用于在超导体失去超导特性的情形下载送 电流。然而，困难的方面是要把铜安置成使得在正常工作条件下电缆 电流几乎无损耗地在超导体中流动，而在过载条件下电流必须转到正 常导体中。同时，由于在正常导体中的涡流造成的感应损耗必须被最小化。 一种解决方案是例如通过把具有铜编织物形式的正常导体安置 在单相超导电力电缆的中心。在正常工作条件下，电流在超导体中流 动，这是由于它的较低的电阻和较低的电感。在过流事件中，在超导 体中的电阻强烈地增加，从而电流转到铜编织物中。然而，在本发明 中描述的多相超导电缆中，由于它的几何结构，这个解决方案对于所 有的相是不可能的。把铜安置在中心仅对于中心相是可能的，而对于 其它相，额外的正常导体必须按它们各自的电压电平来安排。在本发明中，包含正常导体(或额外超导体)的额外的层可被添加 到多相电力电缆的每个相，以用于过流保护。通过按特定的图案缠绕 所有的层以使得电流在正常工作条件下在某些层(包含超导体)中流
动，而不在其它层(一般包含正常导体)中流动，从而使这些层中的电 流被控制。按特定的图案进行层的缠绕，可控制这些层的自感和互感 以及它们的电阻，从而使得在不需要电流的层中的感应电流将其自身 抵消到零，或将其自身减小到可接受的数值。除了平衡切向分量和轴 向分量之外，使得局部磁场最小化也是可能的收益。在过流的情形下， 在超导体中增加的电阻使得电流转到正常导电层。任务是要设计在包含用于过流保护的额外的正常导体层(一般是 铜或铝)的多相电缆中的层电流分布。在正常工作时，尽可能多的电流 要在包含超导体的各层中流动，而在短路事件中，电流要传送到正常 导体铜层中。在三相AC电缆的情形下，设计原理可被概述为如下 内部相受到由中间相和外部相产生的累积的轴向(而非切向)场的 影响。如果没有这样的轴向场，则外部相和中间相对于内部相的影响 是最小的。另一方面，外部相将仅仅受到由中间相和内部相产生的切 向场的影响。中间相受到来自内部相的切向场的影响，以及还有可能 受到来自外部场的轴向场的影响。如果包含超导体的电流载送层具有大约相等的绕组间距但缠绕方 向相反的话，则一个相产生的轴向场可被最小化。其最终结果是，在 中心处没有或只有非常小的轴向磁场，在那里可以安置用于内部相的 正常导电层。这导致在这些最里面的铜层中没有感应电流，不管实际 上它们的绕组间距(和截面)是多少。对于外部层可以进行类比-在这样许安置正常层以用于那里的外部相。在中间相S中，仅仅通过允许完全 屏蔽的电流(分别对相T或R偏离180度)在与各个相直接相邻的每个电 流载送层中流动，以便在相S的中部产生一个没有场或接近于没有场的 空间，从而可以在该空间相S的中心处产生零或小的磁场。然而，这在 相S中需要增加的超导材料的量，其高达正常相载流量的两倍。也有可能找到一种解决方案，其中正常导电层被安置在有磁场的 位置，但在那里所感应的电压是均衡的，从而使得非常小的电流在正 常导电层中流动。在这样的均衡解决方案中，在某些层中产生非常小 的电流，即使它们包含超导体(R4)。已经找到一个这样的解决方案。 在这个解决方案中，如图3所示，S相的两个正常导电层(项213，)分别被
安置在两个超导层(项213)的里面和外面。在中间相中的正常导电层被 暴露给从相R产生的小的轴向场和从在相S和T中的电流的和值产生的 切向场。因此两个场的相位差是180度，因此仅仅是符号相反。相S的 正常导电内层被暴露给来自相T的切向场和来自相S和R的组合的轴向 场。再次地，这两个场的相位差是180度。为了达到在正常导体中最小 的电流量，它们的绕组间距必须是使得由切向场感生的电压被由轴向 场感生的电压所补偿。由于由轴向场和切向场感生的较佳的补偿电压， 在正常导电层中的较短的间距导致在中心正常导电层中较小的电流。 优选实施例包括-对于正常和超导层，每相偶数个层。-对于外部相，正常导电层安置在最外面。-对于内部相，正常导电层安置在最里面。 正常导电层安置在中间相的每一側(里面和外面)。'对于内部相和外部相，交织超导和正常层。 所有的相中的电流载送层的+-模式同时伴随着每个相中的电流 栽送层的大致相等的间距长度(低的轴向场)。在本发明的特定实施例中，至少一个电导体与例如具有包括Cu或 Al的带条或线的形式的保护导电分路材料层热和/或电接触。这具有易 于在电缆/导体设计中综合预定的故障电流额定值的优点。在特定实施例中，导电分路材料被安排成分散在超导带条的至少 一个层，该导电分路材料与半导电的衬垫材料和/或与超导带条热和电 接触。这具有提供生产和材料灵活性、允许形式适配功能、和防护超 导材料免受故障电流影响的优点。在特定实施例中，导电分路材料被 安排在与超导带条层分隔开的一个或几个层中，该导电分路材料与半 导电的衬垫材料和/或与超导带条热和电接触。这具有使可能的涡流耗 散最小化的优点。分路层的带条的形状或分路层中的上缩(ride-ups)由 此对于HTS层只有较小的影响，以及反之亦然。而且，它在故障电流 功率耗散的情形下提供热惯性。在特定实施例中，至少一个电导体与例如具有衬垫带条形式的半 导电的材料热和电接触。这具有提供热惯性以便在故障电流的情形下 吸收耗散功率的优点。在特定实施例中，以这样的次序和这样的间距角度来安排超导带 条或线以及所述的导电分路带条或线使得可通过优化超导带条或线 的数目和超导层中的电流分布，以及通过使导电分路层中部分的标称 电流最小化，同时把导电分路层安排成在故障电流的情形下起保护性 的分流器的作用，从而给出在交变电流或瞬态电流下的低的电损耗。 这具有避免需要专门设计的具有综合的分路保护的HTS带条的优点。 提供了在选择材料和生产以及适合于客户要求的能力方面的更多的灵 活性。才几械加固性在特定实施例中，至少一个电导体由包含钢合金、青铜、黄铜合 金、碳纤维基部件或聚酰亚胺基部件的机械加强部件来进行加固。这 具有提高导体的鲁棒性的优点，由此不太需要提醒小心搬运。而且， 电缆可被牵引到较长的长度的管道中。介质 固体介质在特定实施例中，在电导体之间和在电导体与电屏蔽之间的电绝 缘由聚合物制成，它们例如是PPLP， PE，丙埽酸，纸，其中包括通 过挤压加工的或通过应用带状构造的合成纸。在特定实施例中，电绝缘体和/或电导体通过诸如纤维或带条机械 加固装置被综合在一起。 厚度绝缘的厚度(在带状物的情形下，是带状物的厚度和数目)，绝缘 流体和工作压力的选择是按照需要的绝缘特性(藉助于脉沖电压来测试的基本绝缘级别BIL、藉助于直流电压或随时间的交变电压来测试 的标称电压)进行选择的。 介质流体在特定实施例中，电绝缘包括加压力的和电绝缘的流体单元，诸 如液氮，氮气，氦，氖，氢，氧或它们的组合。与真空或低压气体相 比较，这具有提供高的介质强度和因而紧凑的电绝缘系统以及增加的 导热性的优点。压力膜/压力管
力，温度和流量的差别的优点。由此有可能保持绝缘浸渍干净/纯净， 而同时具有带有较低的纯净度的冷却剂。在某些出版物中，建议用氢 冷却，以便使用输送的氢作为配置的燃料，在这种情形下，保持氮或 氦作为绝缘浸渍剂仍旧是明智的。在特定实施例中，绝缘流体通过压力膜与冷却媒体分隔开，压力 膜阻挡冷却媒体进入电绝缘。这个压力膜可以是由金属或人造材料制 成的不渗透的压力容器，或它可以是电缆中的不渗透层，例如暴露在 高于外部压力的电缆内部压力中的一个或几个衬垫带条的层。作为例子，绝缘流体可以是纯N2，或纯He，而冷却流体是He气体或局部引入 的液态空气或包含具有例如相对较大的热容量的成分的固体/液体混 合物。在特定实施例中，电缆的中心部分整个地或部分地被使用来传送 电绝缘流体的内部过压。换句话说，电缆的中心部分不被使用来输送 冷却流体。这具有防止低温恒温装置过压的优点。在特定实施例中，电绝缘流体等同于冷却流体。在一个实施例中， 电绝缘流体和冷却流体被保持在类似的压力(例如液体]\2的压力)下。 在特定实施例中，共同的电绝缘流体和冷却流体具有增加的纯度(与两 个分开的流体的情形相比较)，由此导电的或介质的污染被最小化。封闭的骨架在特定实施例中，位于中心的冷却体积在每个末端处被封闭，以 形成一个热贮存库。这具有只需要最少地关心纯度(分类一次)的优点， 因为不存在与该封闭的体积的外部材料交换。另外的优点是由小的轴 向对流造成的温度梯度的局部平滑。电屏蔽Al，Cu或SC在特定实施例中，公共电屏蔽包括Cu， Al或另外的常规的导体或 超导材料或所述材料的组合。这具有提供在选择材料和生产方面的灵 活性的优点。机械加固性在特定实施例中，电屏蔽包括Cu或Al,任选地包括半导电的材料 和/或超导材料和/或高强度机械加固材料，例如具有钢等级、镍等级、 青铜、黄铜合金、碳或芳伦(keval)纤维或高强度复合带条的形式。 这具有提供更强的加固、更鲁棒的电缆和对搬运不太敏感和提供相对 较长的导体分段可以被牵引通过低温恒温装置/管道的可能性的优点。 低摩擦层在特定实施例中，电屏蔽配备有低摩擦部件。在一个实施例中，例如，电屏蔽的每第n个带条/线配备有低摩擦涂覆层或者可被比该导 电带条/线更大的尺度[厚度/径向I的低摩擦带条所替代[这样，低摩擦材 料(例如，来自DuPont的Teflon ,聚丙烯，尼龙，或聚乙烯)与热包封 具有内部物理接触。这具有易于把电缆引入到热包封的优点。在特定实施例中，电屏蔽具有低摩擦材料的涂覆层或一个或几个 被涂覆的分开的层，从而易于把'电缆，引入到热包封而没有显著地增 加电缆系统的重量。低摩擦材料由具有大的拉伸强度的宽的带条制成。 每个带条包含几个丝状部件，这样， 一个丝状部件的断裂或破损不会 导致整个带条的断裂。低摩擦带条可以由编织的尼龙或聚丙烯或聚乙酸酯(polyacetate )、由多个Teflon多股线的编织物、或由这些材料 的混合物制成。低摩擦带条的数目低于屏蔽中的导电单元的数目，例 如4, 3或2或1。在一个实施例中，低摩擦带条或层具有对于热包封的 内表面的、小于0.25的摩擦系数，诸如从0.14到0.22的范围的摩擦系数。制造超导单相或多相电缆系统的方法单相或多相本发明的目的是通过制造超导单相或多相电缆系统的方法而达到 的，方法包括以下步骤a) 提供具有至少一个电相和一个零或中性导体的形式的至少两 个电导体，b) 规定所述电导体是互相电绝缘的，c) 提供包围电导体的热绝缘，所述管状热绝缘规定一个中心纵向轴，d) 规定所述管状热绝缘的内表面形成冷却腔的径向限制，该冷却 腔用于保存用于冷却所述电导体的冷却流体，以及规定所述至少 一个电相和一个零或中性导体相对于所述中心纵向 轴偏心地安排。该方法具有与上述的电缆系统相同的优点。在一个实施例中，管状热绝缘的内表面是可弯曲的和相对于热绝 缘的外表面可移动的。
在一个实施例中，提供了一个多相电缆系统，这样，在步骤a)提 供具有至少两个电相和一个零或中性导体的形式的至少三个电导体。 在一个实施例中，在步骤a)提供具有至少三个电相和一个零或中性导 体的形式的四个电导体。偏心度和热收缩在特定实施例中，该方法还包括以下步骤e)通过把由偏心度引起的导体过长度与内建部分径向采用轴向 收缩相组合，提供对于低温恒温装置与导体之间的热收缩的差别的解 决方案。在一个实施例中，电缆的偏心安排适合于补偿在电缆冷却和加温 期间经受的、或由过流或故障电流引起的热收缩和膨胀(例如，约为土 0.2-0.3%)。在一个实施例中，电缆的偏心安排与径向采用(1-2%)相组合提供 对在电缆冷却和加温期间经受的、或由过流或故障电流引起的热收缩 和膨胀(例如，约为土0.2-0.3%)的补偿。拉伸、冷却、加压，推压在一个实施例中，该方法包括在提供分开的电缆和热包封单元后 的至少两个以下的步骤51。 把拉伸应力施加到热包封，由此在它的纵向方向上把它拉伸 0.05-0.5%;52。 把电缆冷却到冷却流体的温度，由此使得电缆收缩0.05-0.5%;53。 把热包封的里面加压到0.5-40巴的过压，由此^f吏得低温恒温 装置内壁伸长；54。 迫使热包封在沿它的长度上诸如每1.5米，或每3米，或每IO 米的多个位置上蜿蜒或弯曲；55。 使用l-10kN的力把电缆推压到热包封中；56。 把电缆末端固定到热包封的末端；57。 随后从热包封释放的压力；58。 随后释放在热包封上的拉伸应力；59。 随后允许电缆加温，由此电缆在它的纵向方向延伸； SIO。停止把电缆推压到热包封内。通过这些处理步骤或两个或多个所列举的处理步骤的任何组合，
使得电缆在热包封内在多个弯曲处诸如沿正弦形曲线或以螺旋线曲线 的形式起伏(蜿蜒、周期地来回弯曲)。通过压入导体，取决于刚度/柔 软度，以及受到低温恒温装置内壁和低温恒温装置内壁相对于低温恒 温装置外壁的可移动性的限制，这将累积导体相对于低温恒温装置长 度的过长度。根据材料/导体特性，弯曲/曲折的数目可被平均成每单位长度内的一个确定的数目，例如每公里1000个，每公里700个，每公里 500个，或每公里300个。而且，该曲折可被控制成适合于贯穿低温恒 温装置空间的一个螺旋形状，如果在处理过程中在按压时附加上稍微: 的扭曲的话。在一个实施例中，该方法包括步骤S1， S6， S8。这具有这样的优 点/效果保证电缆不仅被强制在低温恒温装置内壁的约束范围内蜿 蜒，而且也利用这样的事实电缆也能够强制低温恒温装置内部蜿蜒 和/或釆用最长的可能的或足够长的路径，以便允许补偿预期的热收 缩。在一个实施例中，该方法包括步骤S2， S6， S8。这具有这样的优 点/效果保证电缆不仅被强制在低温恒温装置内壁的约束范围内蜿 蜒，而且也利用这样的事实电缆附加地还能够强制低温恒温装置内 部蜿蜒和/或采用最长的可能的或足够长的路径，以便允许补偿预期的 热收缩。在一个实施例中，电缆相对于热绝缘的内表面(即，低温恒温装置 内壁)的偏心度被安排在从1%到20%的范围内，诸如，从5%到15%。 在一个实施例中，电缆相对于热绝缘的外表面(即，低温恒温装置外壁) 的偏心度被安排在从1%到50%的范围内，诸如，从10%到45%,从20 %到30%。分开地制造在一个实施例中，电导体、相互的电绝缘和可能的中间的冷却通 道或腔(被称为电缆)被安排成与热绝缘分开地-任选地并行地--制造。 这具有电缆系统的两个部件可以在不同的场所和/或在相同的或不同 的时间点和/或由不同的销售商制造的优点。对电缆导体组件和对低温 恒温装置的并行的加工减小了进行时间和投资成本。在一个实施例中，电缆和管状热绝缘在一个分开的制造步骤中被 组装。对导体组件和低温恒温装置的分开的运输允许把电缆导体組件 制成更长的单元长度，例如长于或等于500米，或诸如长于或等于IOOO 米，或诸如长于或等于2000米，由此在电缆系统中只需要较少的分段。 这降低成本和提高电缆系统的可靠性。 标准化模块部件另外，部件(例如，管状热绝缘)之一可以是标准化的模块部件， 而其它部件是定制的部件。在特定实施例中，热绝缘在诸如3米或6米或12米或20米或50米或 100米或200米的标准化长度的分段中被提供。在一个实施例中，热绝 缘的单元长度不同于电缆的单元长度，例如更小。在一个实施例中，电缆和热绝缘分别按长度为L^和Lte的分开的分段制造，其中L^大于Lte。在一个实施例中，热绝缘的两个或多个标准化的长度与电缆的一个单元长度进行组装。这具有提供利用电缆系统的基本部件的标准 化或半标准化生产的制造过程的灵活方案的优点。它还为销售商群体开辟竟标部件或整个系统的机会。在一个实施例中，Lcab基本上等于n xLte，其中n大于l，诸如大于2，诸如大于4，诸如大于7，诸如大于 10, i者如大于100。在特定实施例中，热绝缘被提供为柔软的、刚性的直线的和刚性 的弯曲的分段，或部分刚性和部分柔软的分段。这具有提高对于客户 要求和对于热绝缘的销售商的灵活性和在一定的程度上提供导体设计的独立性的优点。超导多相电缆系统的使用本发明还提供如上所述的和如在权利要求中限定的或由如上所述 的和如在权利要求中规定的方法制造的超导多相电缆系统的使用。由 此保证向用户提供比其他情况下可能出现的更紧凑的和成本更低的电 缆系统。可靠度的提高来源于适应多个热循环和过流事件的能力。灵 活性的提高来源于把系统从AC变换成DC运行的能力。在特定实施例中，多相电缆系统被用作为DC电缆系统。这具有使 得[+，-，0结构能够与变换器站一起可以具有与它的相邻AC系统公共的 中性相的优点。在特定实施例中，相结构是[+，-,0]。这具有的优点是接地和O具 有很小的电位差，从而提高安全性。在特定实施例中，相结构是[+，-，中性相，0。这具有O可被接地的 优点。在特定实施例中，多相电缆系统被用作为AC电缆系统。这具有减 小重量、容易和灵活的生产、紧凑性、最低的材料成本等等所有的好 处。在特定实施例中，多相电缆系统可被用作为具有诸如[R,S，T或 [S，R，T等那样的相结构的三同轴线AC电缆。在特定实施例中，多相电缆系统可被用作为AC电缆系统或DC电 缆系统，而不用在所有的电缆设计中作任何改变。这具有合理生产， 即，对于两份不同的订单不用改变任何参数的优点。这还具有在超导 电力线安装后，允许由电力系统操作员进行AC到DC的切换的优点。在特定实施例中，多相电缆系统被使用来同时通过AC和DC进行 输电，并且通过使用AC/DC变换器和变压器把两个频率在电力系统的 末端分离开。这具有在超导电力线安装后，由电力系统操作员来灵活 地和经济地使用的优点。本发明的另外的目的是通过在从属权利要求中和在本发明的详细 说明中规定的实施例达到的。应当强调指出，术语"包括，，在本技术说明书中被使用时是指规定 阐述的特性、整体、步骤、或部件的存在，但不排除一个或多个其它 特性、整体、步骤、部件、或它们的组的存在或添加。
下面结合实施例和参照附图更全面地说明本发明，图上 图l显示按[+, -， 0，屏蔽]结构的、按照本发明的三同轴线DC电缆 系统的截面图，图2显示按[-，0， +，屏蔽结构的、按照本发明的三同轴线DC电缆 系统的截面图，图3显示用于图2的三同轴线DC电缆系统的电缆的各层的详细的 截面图，图4显示按[R,T,S，屏蔽结构的、按照本发明的三同轴线AC电缆 系统的截面图，图5显示按[R，S,T，屏蔽j结构的、按照本发明的三同轴线AC电缆 系统的截面图，
图6显示用于图5的三同轴线AC电缆系统的电缆的各层的详细的 截面图，图7示意地显示按照本发明的电缆系统的透视图，其中电缆在热包 封中沿电缆系统的纵向方向蜿蜒，图8显示按照本发明的流体冷却高电压电缆系统，图8a是具有公共 的电屏蔽的同心安排的3相结构，以及图8b是具有公共的电屏蔽的并排 安排的3相结构，图9显示按照本发明的制造电缆系统的方法，图9a-9c分别是热绝 缘、电缆和组装的电缆系统的截面图，图IO示意地显示热包封或低温恒温装置的截面图，图IOA显示横 截面和图10B显示纵截面，其中低温恒温装置内壁是弯曲的，表示在 安装期间的情形，以及图ll示意地显示把电缆导体组件的一个较长的长度引入到功能完 整的热包封的多个部分的处理步骤。附加长度是通过冷却电缆导体、 通过牵引热包封的末端、通过把电缆导体推入热包封、和通过在低温 恒温装置内壁上施加压力而得到的。为了清晰起见，附图是示意的和被加以简化，它们仅仅显示对于 了解本发明是重要的细节，而其它细节被省略。通常，相同的标号被 使用于相同的或相应的部件，除了与其上显示所讨论的特性的图号有 关的在先的数字以外(例如，热的或深冷包封在图1上被称为116，在图 2上净皮称为216，等等)。用于实现本发明的方式 例l: DC电缆三同轴线DC电缆系统的优选实施例被显示于图1和图2。图l显示 按[+， -， 0，屏蔽结构的、按照本发明的三同轴线DC电缆系统的截面 图，而图2显示按[-，0， +，屏蔽]结构的、按照本发明的三同轴线DC电 缆系统的截面图。图3显示用于图2的三同轴线DC电缆系统的电缆的各 层的详细截面图。两个例子代表类似的电缆构建，但带有不同地安排的电极+， -， 0， 加屏蔽。另一个可能的构建是只有+，0，屏蔽或+，-，与中性点相组合的 屏蔽。再一个组合可被设想为具有甚至更多的带不同DC电压(例如，
土10kV，土20kV，土30kV，…0)的极(pole)和屏蔽。在所显示的实施例中，电缆的外部截面直径(在图l和图2中的dcab)是70mm (2.75，，)，以及热或深冷包封的内部截面直径dce是100mm (3.9")。未按比例画出截面图的相互相对尺度。下面参照图l,图2，和图3，引用分别来自图l和图2的标号"lxy; 2xy"(lxy是指图l上的细节，2xy是指图2上的等同的细节，图3是图2的 部件的详细视图，因此包括标号2xy)。电缆系统100; 200包含被设置 在深冷包封116; 216中的多极或多相电缆101; 201。完整的电缆系统 100; 200包括骨架111; 211、电绝缘112; 212、电力载送层113; 213、 中性层114; 214、屏蔽115; 215、深冷包封116; 216、冷却剂117; 217、 任选的空穴(void)或过滤器118; 218、任选的诊断装置119; 219。骨架骨架lll; 211可以是单种材料或例如金属(诸如不锈钢)，或聚 合物的组合，但不限于此。骨架可被成形为螺旋管、互锁结构、平滑 管、波紋管，但不限于这些形状。骨架也可以通过组合不同数目的以 上提到的材料或结构的层而被构建。电绝缘电绝缘112; 212位于被同心地安排的导电层113;213， 114;214和 115;215之间，它们可以通过把带条形状的绝缘物(例如CryoflexTM或 纸)缠绕成分层的绝缘(例如，折叠的PPLP),和例如通过用浸渍剂(例 如LN2(液氮))进一步浸渍这些绝缘物而实现。替换地，绝缘可以通过 形成固体绝缘的挤压处理而被实现。替换地，可以使用在各个单独的 电导体之间的真空绝缘来代替一个具有一定的厚度的绝缘层。在图3 的详细视图上，电绝缘层212被显示为任选地还包括层212，。每个电绝 缘层212(图3上表示为'c，)有利地通过场平滑化的半导电层212，与电压 侧和接地侧相接。这个层例如可以包含，但不限于，半导电的NomexTM (居于DuPont的)，例如用碳装填的NomexTM,或尼龙或挤压成形的半 导体层。超导体电力载送层113; 213典型地包含HTS带条或线(BSCCO(例如 (Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox (Bi-2223))， YBCO(钇钡铜物，例如￥1^201307)， 或其它高温超导体)。在本上下文中，HTS代表"高温超导体，，和表示具
有大于30K的转移温度的超导材料。在许多情形下，有利地，HTS层 用分流器进行电保护，该分流器可以由Cu或Al制成，但不限于这些材 料。这显示于图3的细节图，其中任选的Cu层213，(图3上表示为'a，)被 表示为在(l) HTS材料的电力载送层213(图3上表示为'b，)与(2)电绝缘 层212(图3上表示为'c，)和/或骨架211之间。现在，HTS带条的截面是 0.25mmx4mm(txw)。与HTS带条无关地，分流器Cu带条具有类似的 尺度。HTS带条和分流器Cu带条的形状和尺度不限于所给出的数字。 用于保护超导材料抵抗故障电流的任选的Cu层213，还具有机械加固的 功能。HTS层可以通过使用例如美国超导带条(I^120A) (AMSC， Westborough， MA 01581， USA)或来自EAS(European Advanced SuperconductorsGmbh&Co.KG, Hanau，Germany)， InnoST(In丽a半导体技术有限公司，北京，中国)，或Sumitomo Electric Industries Co.(SEI，日本)的类似的特性的带条，在两个层中施 加例如总共60个带条而被构建。这个带条数目给出总共约7kA的层Ic， 这相应于约5kA (rms)的Ie (rms)。 中性相中性导体114; 214可以通过HTS带条/线来实现，但可以更经济地 由Cu或Al带条和线制成，但不限于这些材料。分流器的总的截面可以 适合于对故障电流保护的局部要求。 一个例子可以是50kA的峰值电流 和持续0.25s的20kA rms的负载电流。足够的保护是要具有例如Cu的约 60-100mn^的分流器截面。屏蔽/接地屏蔽115; 215任选地提供不同的功能，诸如电屏蔽，电中性，电 接地，机械加固，故障电流保护，和减小冷却剂的流阻的措施。屏蔽115; 215通过使用HTS带条/线来实现，但更经济地由Cu或 Al实现，但是不限于这些材料。屏蔽用作为对于人的保护，和任选地 可以接地。屏蔽还可被加工成在"相，，与地短路的事件中用作为备用分 流器的尺寸。热包封深冷包封116; 216可萍皮构建为由例如Cryotherm Gmbh & Co. KG (Kirchen， Germany)供应的刚小生部分，或由例如Nexans Deutschland Industries Gmbh & Co. KG (Kabelkamp， Hannover, Germany)供应 的柔性部分，然而，不限于这些供应商或结构。热包封的一个实施例也可以是基于在环境气压下或在局部真空下的PU发泡材料(聚尿烷)或气凝胶材料。冷却剂和流体介质冷却剂117; 217在现在的实施例中典型地是LN2，但不限于此。 它可以是在深冷温度下粘滞性的任何试剂或气体，例如液氦，氮气， 氖，氢，氧或它们的组合。电缆101; 201的中心部分118; 218(即，管状骨架lll; 211的内部) 对不同的使用范围是开放的。它可以填充以仅具有用于加固和增强导 体和电绝缘的功能的填充剂。它可以保持为空的，以便填充以冷却剂， 然后可经由中心被加压。填充剂例如可以是聚合物或增压的LN2。再 一个可能的使用是具有并行冷却通道，它可以被附加到一个增加的泵/ 冷却长度。另外，可在内部装备用诊断装置119;219。诊断装置诊断装置119; 219具有例如光纤类型的诊断电缆的形式，用于监 视沿电缆系统的长度或部分长度的温度(例如，基于光的后向散射的分 布式温度测量)。另一个可能的任选项是设置等距离(但不限于等距离) 的分立传感器，用于监视温度、压力和/或流等等。保护层保护性的和可能的机械加固的外部层120; 220可以利用低摩擦表 面来实施，以便易于在深冷包封中引入导体，如果导体(如在现在的情 形下是可能的)是与深冷包封无关地生产的话。例2: AC电缆三相AC电缆系统的优选实施例被显示于图4和图5。图4显示按[R， T，S，屏蔽结构的、按照本发明的三同轴线AC电缆系统的截面图。图 5显示按[R，S，T，屏蔽结构的、按照本发明的三同轴线AC电缆系统的 截面图。图6显示图5的三同轴线AC电缆系统的电缆的各层的详细截面 图。下面参照图4，图5,和图6,引用分别来自图4和图5的标号"4xy; 5xy"(4xy是指图4上的细节，5xy是指图5上的等同的细节，图6是图5的 部件的详细^L图，并且因此包括标号5xy)。图4和图5的两个例子代表类似的电缆构建，但分别具有被不同地
置换的相R，S，T和R，T，S。电缆401; 501包含被设置在深冷包封416; 516中的多极或多相导 体。完整的电缆系统400; 500包括骨架411; 511、电绝缘412; 512、 电力栽送层413; 513、任选地与中性层相组合的屏蔽415; 515、深冷 包封416; 516、冷却剂417; 517、空穴或过滤器418; 518、诊断装置 419; 519。AC电缆系统实施例的特征4xy， 5xy对应于在例1中描述的DC电缆 系统实施例的类似的特征lxy， 2xy。与在例1中对于DC电缆系统的单元 描述的相同的特性通常对于AC电缆系统的相应的单元也是正确的(例 如，DC电缆系统的骨架lll， 211的特性等同于AC电缆系统的骨架411， 511的特性)。基本上，这是多相概念的有利的特征之一，它可以不用 在设计上作任何改变被使用于AC和DC。介质电绝缘412; 512可以通过把带条形状的绝缘物(例如CryoflexTM) 缠绕成分层的绝缘，和通过用冷却剂(例如LN2，或任选地用另外的 试剂)浸渍这些绝缘物而4皮实现。而且，绝缘可以通过形成固体绝缘 的挤压处理而被实现。在图6的详细视图上，电绝缘层512 (图6上表示 为'c，)优选地通过场平滑化的半导电层512，与电压侧和接地侧相接。这 个层例如可以包含半导电的NomexTM或尼龙或金属化的Cryoflex , 或挤压成形的半导体层。过流保护在图6的详细视图上，任选的Cu层513，(图6上表示为'a，)被表示在 (1) HTS材料的电力载送层513(图6上表示为'b，)与(2)电绝缘层512(图6 上表示为'c，)和/或骨架511之间。在图6的详细视图上，HTS带条/线的电力载送层/相513(图6上表示 为'b，)与一个包括导电材料(例如具有Cu或Al带条/线的形式)的任选 的分路层513，相组合。分流器的总的截面可以适合于对于故障电流保 护的局部要求。 一个例子可以是50kA的峰值电流和持续0.25s的20kA rms的负载电流。在本例中足够的保护是要具有例如Cu的约60-100 1111112的分流器截面。在例1和2中描述的实施例的优点以上描述的和在图l-6显示的实施例，与融合成形的相导体与三元 组型多相导体的生产相比较，具有圆对称导体系统的相对的生产简易 性和灵活性的优点。例如，通过本发明， 一个完整的电缆电路(包括所 有的系统相或电极)可以通过在单个巻盘上被运输和用简单的设备以 单一的牵引方式安装。三元组系统需要把三个单相电缆或者是插入到 三个分开的低温恒温装置，在行星式捻合机上绞合在一起，从而导致在运输巻盘上低的堆积因数；或者是使用行星式拆巻机来安装，这比 起通常的传动装置更大和更昂贵。本发明比起同心的三同轴线设计， 由于不存在同心的垫衬，在运输方面是更紧凑的。模块化和灵活性是固有的，并且与圓对称密切相联系，因此生产 简易和因而成本较低都是内在地相关联的。在被使用于AC和DC的电缆之间的最佳协同作用是可能的，因为 可以使用同一个电缆而不用任何修改，例如，具有5 kA(rms)的最大标 称电流(相应于Ic^7 kA)的AC电缆一般地被认为是3.5-4 kA的额定的3 相AC电流或5-6 kA DC电缆(大于々2)。这是可以得到的，而不用进4亍 在生产过程中所需要的修改。通过在诸如l.客户要求、2.生产和材料方面、3.模块化和4.涉及多 个销售商的领域中提供灵活性，生产和安装导体和深冷包封的可能性 独立地添加了增加的灵活性和开辟各种各样的翻新应用。在额定AC电流(即，标称最大值的70-80%)下运行上述的电缆典型 地导致约l-2W/m的电损耗耗散(标称最大值典型地对应于所测量的临 界电流(如由l微伏/厘米准则所规定的)，它在AC情形下被除以々2。然 而，为了考虑到机械恶化和工程错误而取一个余量，至少要将其20% 用于安全考虑，所以取其80。/。的标称最大电流)。损耗来源以这样的事 实，磁自生场(magnetic self-field)被迫移动通过超导材料(所谓的 滞后损耗)。然而，损耗显著地低于等同的传统的电缆。事实上，低损 耗允许使用适于低电压和直到中等范围电压的绝缘厚度。与传统的Cu或Al电缆相比，超导三同轴线电缆的电力载送能力显 著地提高。最大电流(Ic) 7 kA的DC电缆典型地能够被利用到满负荷的Ic，因 此5-6kA的额定值不成问题。在DC方式下运用超导体是更有利的，因 为这可被看作为运用超导体的固有的方式，即，在这种情形下，损耗 是可忽略的。对于具有I^7kA和具有等于10的典型的(或甚至保守的)n
值的电缆，通常，超导电缆的电流对电压(I-V)特性曲线可以用幂函数
kr进行近似，其中n数值是指数(幂)，即它涉及过渡转移到正常状态的
陵度。电缆在额定的6 kA (85。/。的真实的Ie)下工作仅仅造成0.8510 x 0.7 一.13W/m的损耗耗散。对于实际的n值(它是更高的，以及使电缆在 更低于Ic的数值下运行)，损耗刚好变为可忽略的以及其幅度的大小 比AC情形好，即，极限泵长度仅仅由泵液压传动系统和深冷包封的热 损耗确定。
运行具有[+，-,0，屏蔽I结构的DC特别适合于变换站使用，特别是 逆变到AC，因为DC系统的零/中性相可以容易被AC系统釆用。通过连 接到一个土U源而不是一个+ 2U， 0源，更容易完成从DC产生AC。
对于AC和DC电缆，故障电流保护也是类似的。
图7示意地显示按照本发明的电缆系统的透视图，其中电缆在热包 封中沿电缆系统的纵向方向蜿蜒。
在深冷包封716中的电缆720的设置优选地被安排成使得导体的中 心的轨迹(图7上表示为"x")相对于深冷包封716的中心总是偏心的，以 及使得该轨迹造成一个螺旋轨道。电缆沿它的纵向方向相对于深冷包
的冷却和;温的热补偿。、而::与同轴结构相比:偏心度对于流动的
冷却剂提供较小的流阻。即使在电流不平衡的情形下，偏心度也不引 入任何涡流。替换地，电缆可以在它的长度的某些部分(例如在它的 大部分长度)上相对于深冷包封的中心偏心地定位。
电缆720例如可以分别体现为图1和图2的DC电缆101和102，或分 别体现为图4和图5的AC电缆401和501。
制造方法
图9显示按照本发明的制造电缆系统的方法，图9a-9c分别是热绝 缘、电缆和组装的电缆系统的截面图。
图9示意地显示按本发明的优点之一，制造热包封916(图19a)和电 缆901(图9b)的任选方案以分开的处理步骤在相同的或不同的处理设
把热包封和电缆组装成电缆系统900(图9c)。电缆和热包封例如可以由 不同的生产者制造和被运输到该生产者之一、第三方组装间、或其中 要就地安装电缆的位置(如果需要的话)。
在优选实施例中，制造超导电缆系统的方法包括提供分开地制造的电缆和热包封，和按照以下步骤制造组件1。对包封施加拉伸应力， 由此在插入电缆期间把它们例如拉伸0.05-0.5%; 2。把电缆冷却到液 氮温度，由此使得电缆纵向地收缩例如0.1-0.4%; 3。对热包封加压3 巴或10巴或20巴，以使得低温恒温装置内壁被伸长；4.把电缆推压入 热包封中；5。迫使热包封在诸如每1.5米，每3米或每10米的多个位置 上蜿蜒或弯曲；6。把电缆末端固定在热包封的末端；7。随后释放热 包封上的压力；8。随后释放在热包封上的拉伸应力；9。随后允许电 缆加温，电缆在它加热时延伸；10。随后停止把电缆推压到热包封中。图10示意地热包封或低温恒温装置1016的截面图，图10A显示横 截面和图10B显示纵截面，其中低温恒温装置内壁1061是弯曲的，表 示在如上所述的安装期间的情形。如图10b所示，低温恒温装置内壁1061可以沿低温恒温装置的长度 起伏从而给出 一个过长度，该过长度可以在系统冷却期间补偿它的热 收缩。然而，低温恒温装置外壁1062通常总是"保温的，，，以及将保 持相同的长度。低温恒温装置内部的起伏是任选的。它也可以包括诸 如，例如在刚性低温恒温装置中使用的被斜切的(皱褶的)部分。应当 看到，电缆的偏心度是在电缆被设置在低温恒温装置中时相对于中心 线1041取得的，该中心线1041是低温恒温装置外壁1062沿它的长度在 所有的横截面上的几何中心，典型地基本上构成一条直线。低温恒温 装置外壁1062的最大截面尺度Dee在图10上表示，以及优选地在它的长 度上示例地表示为常数(直径)。然而，并不一定总是这种情形。外径 可以沿长度(例如，在它的长度的特定的部分上)变化和/或具有非圆形截面的形式。低温恒温装置内壁的最大dee，m^和最小^^{11截面尺度在 图10上表示，以及示例地表示为分别处在纵向末端和在末端之间的中 心位置。然而，并不一定总是这种情形。低温恒温装置内壁的形状可 以取与图10b所示的不同的形式，诸如基本上正弦形或由内壁部分和外壁部分的长度和长度差、制作它们的材料、中间的热绝缘材料1016、环境温度等等确定的某些其它更随机的起伏形式。图11示意地显示电缆系统1100的纵向截面，该电缆系统包含大于 电缆导体组件1101数目的数目的功能完整的热包封1116。这些热包封 通过独立的接头单元1163，或通过被集成在每个热包封部分中的接头 1164而被接合在一起。图lla显示电缆导体1170怎样被冷却和由此呈现 一个缩短的路径1142。电缆导体组件1171在随后在末端固定和加温后， 呈现一个由中心线1140描述的较长的起伏路径。图llb描述被施加到热 包封从而拉伸它的长度的拉力1172。在相对于热包封的末端固定电缆 末端和释放拉力1172后，热包封缩短，并且迫使电缆导体组件进入起 伏的中心路径1140。图llc描述电缆导体末端怎样被作用力1173推压入 低温恒温装置的末端，导致电缆导体中心线的一个较长的和起伏的路 径。 一个过压1174,皮施加到冷却通道1117上，导致低温恒温装置内壁 1161的长度延伸。这允许电缆导体的甚至更长的长度被插入到热包封 1116。在本实施例中，热包封的外壁1162被显示为仍旧基本上不受施 加到内壁的改变的影响。本发明由独立的权利要求的特征限定。优选实施例在从属权利要 求中限定。在权利要求中的标号不意味着限制它们的范围。上面显示了某些优选实施例，但应当强调指出，本发明不局限于 此，而是可以按在以下的权利要求中限定的主题内的其它方式被体现。
权利要求
1.一种流体冷却的超导多相的电缆系统，包括a)电缆，它包括构成至少两个电相和一个零或中性导体的至少三个电导体，所述电导体互相电绝缘，至少一些所述电导体由电绝缘分隔开、相环绕地同心安排，所述零或中性导体形成公共回流电导体，所述电缆系统包括围绕所述电相和所述零或中性导体并与它们电绝缘的公共电屏蔽，以及b)热绝缘，它规定中心纵向轴和具有内表面并且包围电缆，所述热绝缘的所述内表面形成对一个保持用于冷却所述电导体的冷却流体的冷却腔的径向限制，其中所述电缆--至少在它的一部分长度上-当在垂直于所述纵向轴的截面上观看时，处在相对于所述中心纵向轴偏心的位置，以及其中该偏心位置具有适应电缆相对于热绝缘的热紧缩和/或膨胀的功能，在此，Δex是电缆中心线到热绝缘中心线的平均距离，以及它按下面的方式与电缆的纵向热收缩εL相联系<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mfrac> <msub><mi>L</mi><mi>p</mi> </msub> <mrow><mn>2</mn><mi>π</mi> </mrow></mfrac><msqrt> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>ϵ</mi><mi>L</mi> </msub> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mn>1</mn></msqrt><mo>≤</mo><msub> <mi>Δ</mi> <mi>ex</mi></msub> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="A2006800135120002C1.gif" wi="165" he="39" img-content="drawing" img-format="tif"/-->电缆中心线基本上描述在低温恒温装置里面的螺旋线，Lp是这个螺旋线的间距长度。
2. 按照权利要求l的电缆系统，其中所有的所述电导体由电绝缘 分隔开、且相环绕地同心安排。
3. 按照权利要求1或2的电缆系统，其中所述零或中性导体环绕至 少一个所述电相同心安排。
4. 按照权利要求3的电缆系统，其中所述同心安排的电导体包围 一个相对于所述同心安排的导体在中心定位的冷却体积。
5. 按照权利要求l-4的任一项的电缆系统，其中电相数是3。
6. 按照权利要求l-5的任一项的电缆系统，其中至少一个所述电 导体包括从包含例如铅掺杂的BSCCO的BSCCO(BiSrCaCu03)， YBCO(钇钡铜氧化物)，RE-BCO(稀土钡铜氧化物)，MgB2, Nb3Sn， Nb3Ti和它们的组合的材料组中选择的超导材料。
7. 按照权利要求l-6的任一项的电缆系统，其中所述公共电屏蔽 包括Cu或Al或超导材料。
8. 按照权利要求4-7的任一项的电缆系统，其中所述在中心定位 的冷却体积在每个末端封闭以形成热容器。
9. 按照权利要求4-7的任一项的电缆系统，其中所述在中心定位 的冷却体积被用作为一个在其中流动冷却流体的冷却通道。
10. 按照权利要求l-9的任一项的电缆系统，其中所述电缆至少在 由所述纵向方向规定的它的一部分长度上与所述热绝缘的所述内表面 具有物理接触。
11. 按照权利要求10的电缆系统，其中所述电缆在一个由重力和 诸如弯曲和热收缩那样的机械约束条件确定的位置上与所述热绝缘的 所述内表面具有物理接触。
12. 按照权利要求l-ll的任一项的电缆系统，其中至少在电缆的 一部分长度上，优选地在它的大部分长度上，相对于管状热绝缘的中 心纵向轴的电缆的位置的偏心度大于1%,诸如大于2%，诸如大于5%， 诸如大于10%,诸如大于20°/。，诸如大于35%。
13. 按照权利要求1-12的任一项的电缆系统，其中电缆的中心线到热绝缘中心线的平均距离Ae,按还满足以下关系式其中Rbend是其中电缆特性保持在通过弯曲测试确定的它的技术规范 的预定的百分数范围内的最小的弯曲半径。
14. 按照权利要求6-13的任一项的电缆系统，其中所述超导材料 以环绕基础层绞合成的一个或多个带条或线的形式呈现，以便形成超 导层。
15. 按照权利要求14的电缆系统，其中Lp大于Ls，其中Ls是电缆 中超导层的最长的绞合的间距长度。
16. 按照权利要求15的电缆系统，其中Lp基本上等于iiLs,其中参 数n是大于l的整数。
17. 按照权利要求1-16的任一项的电缆系统，其中电缆导体组件 从一个偏心位置到另一个偏心位置的移动，对电缆在冷却和加温期间 经受的、或由过流或故障电流造成的热收缩和膨胀进行补偿。
18. 按照权利要求1-17的任一项的电缆系统，其中电缆包括一个 由金属、塑料或合成材料制成的具有螺旋管、管、波紋管或互锁管的 形式的中心骨架。
19. 按照权利要求1-18的任一项的电缆系统，其中至少一个电导 体与例如具有包括Cu或Al的带条或线的形式的、保护性的导电的分路 材料层热接触和/或电接触。
20. 按照权利要求19的电缆系统，其中以这样的次序和这样的间 距角度来安排所述超导带条或线和所述导电的分路带条或线，使得通 过优化超导带条或线的数目和超导层中的电流分布，以及通过使导电 的分路层中的部分标称电流最小化，从而给出在交变电流或瞬变电流 下低的电损耗，同时把导电的分路层安排成在故障电流的情形下起保 护性的分流器的作用。
21. 按照权利要求l-20的任一项的电缆系统，其中电缆包括同心 安排的相导体，后者包括分别被安置成最靠近和最远离电缆的中心轴 的最里面和最外面的相导体，其中最里面的相和最外面的相的过流保 护由被分别安置在最里面的相导体的里侧和最外面的相导体的外侧的 正常导体层提供。
22.按照权利要求1-21的任一项的电缆系统，适合于用作为三相 AC电缆系统，其中电缆包括三个同心的和互相绝缘的相导体，被称为 内部、中间、和外部相导体，中间相导体包括在分别面对内部和外部 相导体的每一侧上的一个正常的导电层，用于中间相的过流保护。
23. 按照权利要求l-22的任一项的电缆系统，其中电缆包括同心 地安排的相导体，后者包括分别被安置成最靠近和最远离电缆的中心 轴的最里面和最外面的相导体，其中最里面的相和最外面的相的过流 保护由交织的超导和正常导电层来提供。
24. 按照权利要求l-23的任一项的电缆系统，其中至少一个电导 体由包含钢合金、碳纤维基构件或聚酰亚胺基构件的机械加强部件进 行加固。
25. 按照权利要求l-24的任一项的电缆系统，其中所述超导材料 以带条或线的形式呈现，该带条或线被安排为这样的次序和这样的间 距角度，以便通过优化超导带条的数目和超导层中的电流分布，而给 出在交变电流或瞬变电流下低的电损耗，在此，每个电的相导体包含 一个或几个层的超导带条或线，其中在每个相中，这些层被组织成一 个或几个组，在每个组中具有相同的间距方向0皮称为"S，，或"Z")，以 及其中在每个电相中第 一组中的所有的层以例如"S"的相同的间距方 向被绞合。
26. 按照权利要求25的电缆系统，其中至少一个电相导体具有与 第 一组相反的例如"Z"的间距方向的最后 一组超导带条或线。
27. 按照权利要求25或26的具有两个电相导体的电缆系统，其中 每个电相导体包含两个超导层的带条或线，以及间距方向顺序是sz國sz。
28. 按照权利要求25或26的具有三个电相导体的电缆系统，其中 每个电相导体包含两个超导层，以及间距方向顺序是SZ-SZ-SZ。
29. 按照权利要求l-28的任一项的电缆系统，其中在电导体之间 以及在电导体与电屏蔽之间的电绝缘由聚合物制成，该聚合物诸如 PPLP， PE,丙烯酸或纸，其中包括通过挤压加工成的、或通过应用 带状构造的合成纸。
30. 按照权利要求29的电缆系统，其中电绝缘包括可加压力的电 绝缘流体，诸如液氮，氮气，氦，氖，氩，氧或它们的组合。
31. 按照权利要求30的电缆系统，其中电绝缘流体是与在围绕电 缆的热绝缘内循环的冷却流体分隔开的。
32. 按照权利要求1-31的任一项的电缆系统，其中电缆的中心部 分整个地或部分地禎J吏用来传递电绝缘流体的内部过压。
33. 按照权利要求30的电缆系统，其中电绝缘流体等同于冷却流体。
34. 按照权利要求l-33的任一项的电缆系统，其中电屏蔽包括A1 或Cu，任选地包括半导电的材料和/或超导材料和/或高强度机械加固 材料，例如具有钢等级、镍等级、碳或芳伦(keval)纤维或高强度复 合带条的形式。
35. 按照权利要求l-34的任一项的电缆系统，其中电屏蔽配备有 低摩擦部件，以提供与热包封的内表面相关的小于0.25的摩擦系数。
36. 按照权利要求l-35的任一项的电缆系统，其中电缆和热绝缘分别被制造为长度I^b和Lte的分开的部分，其中Leab大于LTE 。
37. 按照权利要求36的电缆系统，其中Leab基本上等于nxLTE， 其中n大于l,诸如大于2，诸如大于4，诸如大于7。
38. —种制造超导单相或多相电缆系统的方法，该方法包括以下 步骤a) 提供具有至少一个电相和一个零或中性导体的形式的至少两 个电导体，b) 规定所述电导体是互相电绝缘的，c) 提供包围电导体的热绝缘，所述管状热绝缘规定一个中心纵向轴，d) 规定所述管状热绝缘的内表面形成冷却腔的径向限制，该冷却 腔用于保存用于冷却所述电导体的冷却流体，以及e) 规定所述至少一个电相和一个零或中性导体相对于所述中心 纵向轴^皮偏心地安排，该方法还包括两个或多个以下的步骤S1。 在热包封上施加拉伸应力，由此在插入电缆期间把它们拉伸 例如0.05-0.5%;S2。 把电缆冷却到液氮温度，使得电缆纵向收缩例如0.1-0.4%;S3。 对热包封至少加压到3巴，诸如至少到10巴，或诸如至少到20 巴，以使得低温恒温装置内壁伸长；S4。把电缆推压入到热包封中；S5。通过弯曲和例如通过埋藏把它固定到地，迫使热包封在诸力，每1.5米，或每3米，或每10米的多个位置上蜿蜒或弯曲。S6。把电缆末端固定在热包封的末端；S7。随后释放热包封的压力；S8。随后释放热包封上的拉伸应力；S9。随后允许电缆加温，电缆在加热时延伸；S10,,随后停止把电缆推压到热包封中。
39.按照权利要求38的方法，其中电缆包括所述电导体，以及使 它们相互的电绝缘与所述热绝缘分开地-任选地并行地-制造。
40. 按照权利要求38或39的系统，其中电缆和热绝缘分别被制造为长度I^b和LTE的分开的部分，其中Lcab大于LTE。
41. 按照权利要求40的系统，其中Lcab基本上等于nxLTE,其中n 大于l,诸如大于2，诸如大于4，诸如大于7。
42. 按照权利要求39-41的任一项的方法，其中所述热绝缘在诸如被提供。
43. 按照权利要求40-42的任一项的方法，其中所述热绝缘被提供 为柔软的、刚性直线的和刚性弯曲的分段或部分刚性和部分柔软的分 段的混合物。
44. 按照权利要求38-43的任一项的方法，包括步骤Sl, S6, S8。
45. 按照权利要求38-44的任一项的方法，包括步骤S2， S6， S8。
46. 按照权利要求l-37的任一项的、或按照权利要求38-45的任一 项的方法制造的超导多相电缆系统的使用。
47. 按照权利要求46的作为DC电缆系统的使用。
48. 按照权利要求47的使用，其中相结构是[+，-，0。
49. 按照权利要求47的使用，其中相结构是[+，-,中性，0]。
50. 按照权利要求46的作为AC电缆系统的使用。
51. 按照权利要求46的、同时地作为AC和DC电缆系统的使用。
全文摘要
本发明涉及一种流体冷却的超导多相的电缆系统，包括a)电缆，它包括构成至少两个电相和一个零或中性导体的至少三个电导体，所述电导体互相电绝缘；以及b)热绝缘，它规定中心纵向轴和具有内表面并且包围该电缆，所述热绝缘的所述内表面形成对保持用于冷却所述电导体的冷却流体的冷却腔的径向限制。本发明还涉及制造电缆系统的方法及其使用。本发明的目的是提供流体冷却的电缆系统的简化的制造方法和安装方案。该问题是这样解决的，所述电缆--至少在它的一部分长度上--当在垂直于所述纵向轴的截面上观看时，处在相对于所述中心纵向轴偏心的位置，以及其中该偏心位置具有适应电缆相对于热绝缘的热收缩和膨胀的功能。例如具有包括以多段形式提供的导体和分开的管状热绝缘(例如，真空绝缘管)的分开的电缆的形式的非同心的安排的优点在于，这些“单独的单元”可以并行地和独立地生产，以及以简单的方式接合。非同心的解决方案因此具有经济上有利的、逻辑上(生产方面、材料方面、用户评价方面、即在每种意义上的灵活性)灵活的和节省制造时间和成本的潜力。本发明例如可被使用于电力分配的低、中和高压超导DC或AC电缆。
文档编号H01B12/16GK101164120SQ200680013512
公开日2008年4月16日 申请日期2006年4月21日 优先权日2005年4月21日
发明者C·特雷赫特, D·威伦, D·林赛, J·C·托尔伯特, M·多姆林, M·罗登 申请人:Nkt电缆乌尔特拉有限公司