用于室温绝缘型超导电缆的连接结构的制作方法

用于室温绝缘型超导电缆的连接结构的制作方法
【专利摘要】提供一种连接结构，其能够吸收导体部的热收缩，并且可适用于室温绝缘型超导电缆。该室温绝缘型超导电缆(100)包括：导体部(110)，该导体部(110)具有超导体层(112)；热绝缘管(120)，所述导体部(110)布置在热绝缘管(120)中，且热绝缘管(120)允许冷却所述超导体层(112)的制冷剂流过热绝缘管(120)；和主电绝缘层，该主电绝缘层形成在所述热绝缘管(120)的外侧。用于超导电缆(100)的连接结构包括：连接部(10)，该连接部(10)将所述导体部(110)和作为被连接对象的引线导体(30)彼此电连接，其中该导体部(110)从所述热绝缘管(120)的端部拉出；和热绝缘容器(20)，该热绝缘容器(20)容纳所述连接部(10)。所述连接部(10)使所述导体部(110)和所述引线导体(30)通过挠性导体(12)彼此电连接，以使得允许所述导体部(110)由于热收缩而移动，该移动是相对于所述引线导体(30)和所述热绝缘容器(20)进行的。
【专利说明】用于室温绝缘型超导电缆的连接结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于室温绝缘型超导电缆的连接结构，并且具体地涉及将室温绝缘型超导电缆的导体部和被连接对象的导体进行电连接的结构。
【背景技术】
[0002]与现有技术的电力电缆(例如，常规导电电缆诸如交联聚乙烯绝缘乙烯基护套(CV)电缆或充油(OF)电缆)相比，超导电缆能够以较低的损耗传输较多的电力。因此，超导电缆是节能所期望的技术。现在，正进行着超导电缆的验证测试。在鉴定测试中，布置超导电缆并用其进行实际电力传输。
[0003]超导电缆的类型分为室温绝缘型超导电缆和低温绝缘型超导电缆。在室温绝缘型超导电缆中，主电绝缘层维持于室温(例如见第0003段以及PTLl的图2和PTL2的图4)。在低温绝缘型超导电缆中，将主电绝缘层冷却到制冷剂(例如液氮(LN2))的温度(例如见第0004段以及PTLl的图3和PTL2的图3和5)。在室温绝缘型超导电缆中，导体部布置在热绝缘管中，其中导体部在超导体层的外侧没有主电绝缘层，主电绝缘层形成在绝缘热管的外侧。在低温绝缘型超导电缆中，一个或多个导体部(所谓的电缆芯部)布置在热绝缘管中，所述一个或多个导体部都在超导体层的外侧具有主电绝缘层。主电绝缘层指的是具有绝缘强度的绝缘层，该绝缘强度是当电缆被施加额定电压时为了对于该电压绝缘所需的强度。热绝缘管典型地使用双管结构热绝缘管，其包括内管和外管。为了改善热绝缘性能，可以抽空内管和外管之间的空间以形成真空热绝缘层，并且此外，可以将热绝缘材料诸如超绝热物布置在内管和外管之间。
[0004]当通过使用超导电缆来构造线路时，需要中间连接结构和端子连接结构。中间连接结构在线路的中间位置处将超导电缆彼此连接。端子连接结构在线路的端部处将超导电缆连接到另一电力装置(例如常规导电电缆)(在下文中，中间连接结构和端子连接结构简称为连接结构)。例如PTL3-6公开了与用于低温绝缘型超导电缆的连接结构相关的技术。
[0005]引用文件列表:
[0006]专利文件
[0007]PTLl:日本待审专利申请公布N0.8-64041
[0008]PTL2:日本待审专利申请公布N0.2006-59695
[0009]PTL3:日本待审专利申请公布N0.2006-197702
[0010]PTL4:日本待审专利申请公布N0.2007-287388
[0011]PTL5:日本待审专利申请公布N0.2006-221877
[0012]PTL6:日本待审专利申请公布N0.2006-196628

【发明内容】

[0013]技术问题
[0014]在超导电缆中，当使用超导电缆时制冷剂流过热绝缘管，并且导体部被制冷剂冷却到制冷温度(cryogenic temperature)。因此,导体部收缩。例如，当超导电缆从室温冷却到液氮温度(约_200°C )时，导体部缩短约0.3%。也就是说，每IOOm发生约30cm的热收缩。因此，500m的超导电缆发生约1.5m的热收缩。典型地，中间连接结构或端子连接结构形成在超导电缆的端部部分处，并且导体部固定到端子连接盒(热绝缘容器)。因此，由于热收缩而在导体部上施加了应力。这可能损坏超导体。此外，当由于导体部的热收缩而使得导体部牢固地挤压热绝缘管的内管时，由施加到热绝缘管上的横向压力使得超导电缆弯曲部上的热侵(heat invasion)增加。因此，超导电缆需要解决热收缩的问题。
[0015]为了解决热收缩，提出了通过吸收导体部的热收缩以减小由热收缩产生的应力的技术。例如，PTL3和PTL4描述了如下技术:多个电缆芯部集中地布置在多导体超导电缆的热绝缘管中，将所述多个芯部绞合成束，并且线束是松弛的。这种松弛吸收热收缩。专利文件6描述了如下技术:端子连接盒布置在用于超导电缆端子的连接结构的交换装置中，使得当超导电缆受到热收缩时端子连接盒能够被移动。
[0016]然而，在上述专利文件中描述的解决热收缩的技术是用于低温绝缘型超导电缆。成束的导体部是松弛的该结构不能应用于单个导体部布置在热绝缘管中的单导体室温绝缘型超导电缆。在用于超导电缆的端子连接结构中，热连接盒(热绝缘容器)难以被超导电缆的热收缩移动。此外，还可能存在由于热绝缘容器的移动而导致的问题。
[0017]具体地，由固定到热绝缘容器的导体部的热收缩导致的应力能够通过允许热绝缘容器被移动而减小。然而，热绝缘管连接到热绝缘容器，并且热绝缘管的外管维持在室温。因此，当由于导体部受到热收缩而使得热绝缘容器移动时，室温部会受到例如施加到热绝缘管的外管上的应力的影响。
[0018]因此，对于室温绝缘型超导电缆的连接结构存在这样的要求，即能够通过除了上述的解决热收缩的方法以外的方法吸收导体部的热收缩，并且能够减小热收缩导致的影响。
[0019]相应地，本发明的目的是提供一种连接结构，通过该连接结构，能够吸收导体部的热收缩，并且该连接结构适于室温绝缘型超导电缆。问题的解决方案
[0020]根据本发明的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构电连接室温绝缘型超导电缆的导体部和被连接对象的导体(在下文中，可以简单地称为“被连接对象”)。室温绝缘型超导电缆(在下文中，可以简单地称为“超导电缆”)包括:导体部，该导体部具有超导体层；热绝缘管，导体部布置在该热绝缘管中，并且该热绝缘管允许冷却超导体层的制冷剂流过该热绝缘管；和主电绝缘层，该主电绝缘层形成在热绝缘管的外侧。所述连接结构包括连接部和热绝缘容器。连接部将从热绝缘管的端部拉出的导体部和被连接对象彼此电连接。热绝缘容器容纳连接部。连接部将导体部和被连接对象彼此电连接，同时允许导体部由于热收缩而相对于被连接对象和热绝缘容器进行移动。
[0021]通过这种结构，设置将导体部和被连接对象彼此电连接同时允许导体部由于热收缩而移动的连接部，并且该移动是相对于被连接对象和热绝缘容器进行的。因此，能够吸收导体部在冷却期间的热收缩。因此，通过根据本发明的连接结构，能够减小由热收缩导致的应力，并且相应地，能够防止由热收缩导致的导体部(超导体)的损坏。
[0022]此外，由于在热收缩期间的应力被减小，所以能够简化(省略)固定元件。该固定元件在现有技术中是必需的，用于将导体部限制到热绝缘容器上，并且设置在中间连接结构或端子连接结构中。根据本发明的连接结构还能够抑制由由于导体部的热收缩而施加到热绝缘管的横向压力在超导电缆的弯曲部中导致的热侵的增加。
[0023]在根据本发明的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构的形式中，被连接对象是连接室温侧和低温侧的引线导体。
[0024]在此构造中，被连接对象是引线导体，并且根据本发明的连接结构应用到将超导电缆连接到另一电力设备的端子连接结构。
[0025]在根据本发明的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构的形式中，被连接对象是另一室温绝缘型超导电缆的导体部。
[0026]在此构造中，被连接对象是另一超导电缆的导体部，并且根据本发明的连接结构应用到将超导电缆彼此连接的中间连接结构。
[0027]根据本发明的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构的形式进一步包括引导元件，其布置在热绝缘容器中。该引导元件与导体部接触，允许导体部沿引导元件滑动并且引导导体部。
[0028]此构造允许导体部沿着引导元件滑动，并且允许引导元件将导体部的移动方向调整为特定方向(导体部的热收缩方向)。引导元件能够由如下材料形成，该材料是金属材料诸如铜、铝、其他金属、这些金属的合金或不锈钢，复合材料诸如纤维增强塑料(FRP)或树脂材料诸如聚四氟乙烯(PTFE)。引导元件可以具有任意形状，只要引导元件能够与导体部的一部分接触并且能够调整导体部的移动方向。此外，期望引导元件固定在热绝缘容器中。
[0029]在上述构造中，优选地，所述引导元件是导体部以可滑动的方式布置在其中的圆柱体。
[0030]通过这种构造，由于导体部以可滑动的方式布置在布置于热绝缘容器中的圆柱体中，所以导体部可由圆柱体机械地支撑。此外，当导体部被移动时，导体部能够沿着圆柱体被引导。圆柱体可由如下材料形成，该材料是金属材料诸如铜、铝、其他金属、这些金属的合金或不锈钢，复合材料诸如纤维增强塑料(FRP)或树脂材料诸如聚四氟乙烯(PTFE)。圆柱体不必固定在热绝缘容器中。在圆柱体不固定在热绝缘容器中的情况下，圆柱体的移动范围优选地调整为使得圆柱体位于热绝缘容器中。在圆柱体不固定到热绝缘容器中的情况下，当被连接对象是引线导体时，圆柱体固定到引线导体，并且当被连接对象是另一超导电缆的导体部时，圆柱体固定到超导电缆中的一个的导体部。
[0031]在具有引导元件的上述形式中，设置滑动辅助元件，其布置在热绝缘容器中并且辅助导体部滑动。
[0032]通过这种构造，由于设置滑动辅助元件，所以导体部能够平滑地滑动。超导电缆的导体部不仅由于在超导电缆使用时被冷却而经历热收缩，而且在如下情况下会经历热膨胀:由于执行维护时制冷剂停止流动而导致导体部的温度恢复到室温的情况；以及，例如，甚至当超导电缆使用时导体部中流动异常电流(诸如短路电流)而导致导体部的温度增加的情况。在导体部能够沿着引导元件滑动的情况下，并且具体地在导体部以可滑动的方式布置在圆柱体中的情况下，经受热膨胀的导体部在导体部由引导元件作用时可能会局部地鼓起。因此，优选地，通过滑动辅助元件促进导体部在导体部的热膨胀方向上滑动，以使得导体部容易滑动。例如，滑动辅助元件使用弹簧。
[0033]在具有圆柱体的上述形式中，所述圆柱体的至少一部分由导电材料形成，所述导体部电连接到所述圆柱体，并且所述导体部通过所述圆柱体而被电连接到所述被连接对象。
[0034]通过这种构造，由于导体部和被连接对象通过圆柱体而被彼此电连接，所以导体部和被连接对象能够彼此电连接，同时允许导体部由于热收缩的移动。导电材料的实例包括常规导电材料诸如铜、铝、其他金属和这些金属的合金以及超导材料。
[0035]在上述构造中，导电材料可以是超导材料。当圆柱体的一部分由超导材料形成时，导体部和被连接对象能够以很小损耗地彼此连接。在这种情况下，圆柱体可以通过组合常规导电材料和超导材料而形成。例如，超导电线布置在由常规导电材料形成的圆柱体的外周表面上，并且焊接到该外周表面上。
[0036]此外，在上述构造中，所述导体部和所述圆柱体通过多触点而彼此电连接。当导体部和圆柱体通过多触点而彼此电连接时，能够容易地维持导体部和圆柱体之间的电连接。
[0037]替代地，在上述构造中，所述导体部和所述圆柱体通过挠性导体而彼此电连接。当导体部和圆柱体通过挠性导体而彼此电连接时，导体部和圆柱体能够彼此电连接，同时允许导体部由于热收缩而移动。例如，挠性导体使用编织线。
[0038]根据本发明的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构的形式进一步包括止动件，其调整所述导体部的可移动范围。
[0039]通过这种构造，由于设置止动件，导体部的可移动范围能够被调整，并且相应地，能够防止导体部超过可允许范围过大地移动。因此，例如，能够防止连接部的损坏。在上述形式中，导体部和被连接对象通过圆柱体而彼此电连接。因此，当止动件被设置使得不允许导体部从圆柱体移除时，能够可靠地提供导体部和圆柱体彼此连接的连接区域。这允许在导体部和被连接对象之间可靠地形成电流路径。
[0040]在根据本发明的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构的形式中，所述导体部和所述被连接对象通过挠性导体而彼此电连接。
[0041]通过这种构造，由于导体部和被连接对象通过挠性导体而彼此电连接，因此导体部和被连接对象能够彼此电连接，同时允许导体部由于热收缩而移动。
[0042]根据本发明的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构包括连接部，其将导体部和被连接对象彼此电连接，同时允许导体部由于热收缩而移动，该移动是相对于被连接对象和热绝缘容器进行的。相应地，能够吸收导体部在冷却期间的热收缩。因此，通过根据本发明的连接结构，能够减小由热收缩导致的应力，并且相应地，能够防止由热收缩导致的导体部(超导体)的损坏。此外，通过减小由于热收缩而产生的应力，能够简化设置在中间连接结构或端子连接结构中并限制导体部的固定元件。根据本发明的连接结构还能够抑制通过由于导体部的热收缩而施加到热绝缘管的横向压力所导致的超导电缆的弯曲部中的热侵增力口。在室温绝缘型超导电缆中，导体部的电势和热绝缘管的电势是相同的。因此，不需要彼此隔离热绝缘管和导体部。因此，在连接结构中，在热绝缘容器和连接部之间设置的空间是足够的，能够在该空间中进行安装连接部的工作。因此，与低温绝缘型超导电缆相比，能够减小连接部的尺寸。
【专利附图】

【附图说明】
[0043]图1是示例室温绝缘型超导电缆的实例的示意性截面图。[0044]图2是示例室温绝缘型超导电缆的另一实例的示意性截面图。
[0045]图3是根据本发明的室温绝缘型超导电缆的连接结构的大体结构的示意图。
[0046]图4是根据第一实施例的连接结构的连接部的结构的示意图。
[0047]图5是根据第二实施例的连接结构的连接部的结构的示意图。
[0048]图6是根据第三实施例的连接结构的连接部的结构的示意图。
[0049]图7是根据第四实施例的连接结构的连接部的结构的示意图。
[0050]附图标记列表:
[0051]I连接结构
[0052]10连接部
[0053]11端子元件
[0054]12挠性导体(编织线)
[0055]13圆柱体(引导元件)
[0056]14弹簧(滑动辅助元件)
[0057]15止动件
[0058]20热绝缘容器
[0059]22配合部
[0060]30引线导体(被连接对象)
[0061]32热绝缘元件
[0062]100、101、102室温绝缘型超导电缆
[0063]110导体部
[0064]111成形件
[0065]112超导体层
[0066]Il5保护层
[0067]120热绝缘管
[0068]121 内管
[0069]122 外管
[0070]130主电绝缘层
[0071]131外导体
[0072]140管状支撑元件
[0073]200绝缘管
[0074]220、230 制冷剂管
[0075]225绝缘接头
[0076]226热绝缘部
【具体实施方式】
[0077]下文将参考附图描述根据本发明的实施例。在每幅附图中，相同的附图标记表示相同或相应的元件。
[0078]首先，参考图1和图2对室温绝缘型超导电缆的结构进行说明。
[0079][室温绝缘型超导电缆(I)][0080]图1示出了室温绝缘型超导电缆的实例。图1中所示的超导电缆101包括导体部110和热绝缘管120。导体部110包括超导体层112且布置在热绝缘管120中。对超导体层112进行冷却的制冷剂流过热绝缘管120。主电绝缘层130形成在热绝缘管120的外侧，从而在室温下进行绝缘。
[0081]典型地，导体部110从中心起依次包括成形件111、超导体层112和保护层115。成形件111用作超导体层112的支撑本体，且由例如诸如铜或铝这样的常规导体材料、诸如纤维增强塑料(FRP)这样的绝缘复合材料或诸如聚四氟乙烯(PTFE)这样的绝缘树脂材料形成。成形件的具体形式的实例包括实心本体，诸如由绞合多个涂覆有绝缘涂层诸如瓷漆的金属线形成的绞合线，或者成形件的实例包括中空本体，诸如绝缘管、金属管或由螺旋地缠绕金属带形成的具有圆柱形形状的螺旋扭曲管。当成形件由诸如金属管这样的中空本体形成时，中空本体内侧的空间能够用作制冷剂流过的通道。
[0082]当成形件由金属管或由常规导电材料的金属线绞合形成的绞合线而形成时，成形件能够用作异常电流(诸如短路电流)流过的路径。
[0083]超导体层112由带形超导电线材料形成，该带形超导电线材料使用例如氧化物超导体。超导电线材料的实例包括铋基超导电线材料或钇基超导电线材料。超导体层112通过在成形件111的外周上螺旋地缠绕多个超导电线材料而形成。超导体层112可以具有单层结构或多层结构。在成形件111和超导体层112之间可以布置衬垫层(未示例)。衬垫层可以通过缠绕牛皮纸等形成。
[0084]保护层115形成在超导体层112的外周上。保护层115使得布置在其内侧的超导体层112等与热绝缘管120电绝缘，并且机械地保护超导体层112等。保护层115通过缠绕牛皮纸等形成。在此，导体部110(超导体层112)和热绝缘管120在例如中间连接结构或端子连接结构的任意位置上彼此电连接，并且其电势相同。由布置在超导体层112的外侧的保护层115所造成的电绝缘用来使流过超导体层112的主电流不会分流到热绝缘管120 (不形成超导体层112与热绝缘管120接触的不稳定接触点)。因此，保护层115不必具有用于绝缘所需的厚度。超导电缆101主要由布置在热绝缘管120的外侧的主电绝缘层130绝缘。
[0085]热绝缘管120具有双管结构，其包括内管121和外管122。热绝缘管120是真空热绝缘管，其在内管121和外管122之间具有真空热绝缘层。导体部110布置在热绝缘管120(内管121)中。制冷剂(例如，液态制冷剂诸如液氮或液氦，或气态制冷剂诸如气态氮或气态氦)冷却导体部110的超导体层112以使维持超导状态，该制冷剂流过热绝缘管120 (内管 121)。
[0086]内管121和外管122由诸如不锈钢、铝、不锈钢合金或铝合金这样的材料形成。内管121和外管122可以在其整个长度上具有波纹，以使得热绝缘管120具有挠性。此外，还可以通过在内管121和外管122之间设置空间或诸如超级绝热技术来进一步改善热绝缘特性。
[0087]在本实例中，内管121和外管122使用不锈钢波纹管。
[0088]主电绝缘层130形成在热绝缘管120 (外管122)的外侧。主电绝缘层130可以由用于本领域的常规导电电缆、且在室温下具有良好电绝缘强度的优质材料形成，典型的是绝缘树脂材料，诸如用于交联聚乙烯绝缘塑料护套(CV)电缆中的交联聚乙烯(XLPE)。主电绝缘层130能够通过挤出诸如交联聚乙烯这样的绝缘树脂材料来涂覆热绝缘管120(外管122)的外侧。如与常规导电电缆的情况一样，可以在挤出主电绝缘层130的同时，在主电绝缘层130内侧或外侧以挤出方式来形成内半导体层或外半导体层(未示例)。虽然未示例，但是优选地，由诸如铜或铝这样的金属和半导体层形成的屏蔽部(屏蔽层)以及由乙烯或聚乙烯形成的护套设置在主电绝缘层130的外侧。屏蔽部主要用作电场屏蔽层。护套具有电绝缘特性，以克服屏蔽部中感应的电势，护套用作机械保护层。这些功能与常规导电电缆的功能类似。
[0089]在本实施例中，由常规导电材料形成的外导体131设置在热绝缘管120 (外管)和主电绝缘层130之间。在形成超导电缆的连接结构(超导电缆的中间连接结构或端子连接结构)的一些部分处，外导体131电连接到成形件111和超导体层112，并且外导体131用作异常电流(诸如短路电流)流过的分流路径。外导体131可以由铜、铝、银等形成。外导体131可以通过例如在外管122上缠绕与本领域常规导电电缆的导体、诸如由绞合铜线形成的分段导体类似的元件而形成。
[0090]由于具有这样的外导体131，从而能够充分地提供异常电流的分流路径。这能够减小成形件111和超导体层112由于异常大电流的流动而带来的温升，并且对应地，能够减小流过热绝缘管120的制冷剂的温升。
[0091]此外，用于布置电缆的张力元件可以设置在主电绝缘层130的外侧，并且保护覆盖外护套等可以设置在张力元件(未示例)的外侧。
[0092][室温绝缘型超导电缆⑵]
[0093]图2示出了室温绝缘型超导电缆的另一实例。除了超导电缆102包括管状支撑元件140这一点与超导电缆101不一样之外，图2中示出的超导电缆102的基本结构与图1所示的超导电缆101相同。因此，下文主要是描述超导电缆101和102之间的区别。
[0094]在超导电缆102中，主电绝缘层130不是形成为用于热绝缘管120 (外管122)，而是形成在布置于热绝缘管120 (外管122)外侧的管状支撑元件140的外侧。也就是，管状支撑元件140对形成在管状支撑元件140的外侧的主电绝缘层130进行支撑。管状支撑元件140所最需要的特性是强度。为了使超导电缆102具有挠性，优选地，管状支撑元件140也具有挠性。考虑到这些点，管状支撑元件140能够优选地通过由铝(包括铝合金)形成的笔直管或由不锈钢形成的波纹管而形成。替代地，管状支撑元件140可以由诸如树脂这样的非金属材料形成。当管状支撑元件140由常规导电材料形成时，通过如与超导电缆101的上述外导体131的情况一样地将管状支撑元件140电连接到成形件111和超导体层112，而使得管状支撑元件140能够用作异常电流的分流路径。
[0095]此外，如图2所示，由常规导电材料形成的外导体131可以布置在管状支撑元件140和主电绝缘层130之间。通过如与超导电缆101的上述外导体131的情况一样地将管状支撑元件140电连接到成形件111和超导体层112，从而使得外导体131用作异常电流的分流路径。虽然未示出，但是例如保护热绝缘管120的保护层可以形成在热绝缘管120(外管122)的外周上。
[0096]此外，可以设置屏蔽和护套，或者上述张力元件、保护覆盖外护套等可以设置在主电绝缘层130 (未示例)的外侧。
[0097]通过这样的管状支撑元件140，能够分别处理包含导体部110的热绝缘管120和包含主电绝缘层130的管状支撑元件140。
[0098]接下来，参考图3，描述根据本发明的室温绝缘型超导电缆的连接结构的大体结构。图3中所示的连接结构I是用于超导电缆的端子连接结构的实例。连接结构I包括连接部10和热绝缘容器20。连接部10电连接超导电缆100的导体部110和将室温侧和低温侧进行连接的引线导体30(被连接对象)。热绝缘容器20容纳连接部10。超导电缆100使用例如在图1或图2中示出的上述超导电缆101或超导电缆102。
[0099]在本实施例中，超导电缆100的端部插入到绝缘管200中，电缆100的热绝缘管120暴露到覆盖超导电缆100端部的外周的绝缘管200的外侧，并且导体部110从热绝缘管120的端部拉出。位于导体部110和引线导体30彼此连接处的连接部10设置在绝缘管200的外侧。热绝缘容器20形成为容纳连接部10。
[0100]绝缘管200与现有技术的常规导电电缆的端子连接结构使用的绝缘管类似，并且绝缘管200能够例如由瓷、聚合物或树脂(例如环氧树脂)形成。
[0101]移除主电绝缘层等，并且使得热绝缘管120从超导电缆100的端部露出。在超导电缆100的前端，导体部110从热绝缘管120的端部拉出。在拉出的导体部110上实施末端处理，并且将端子元件(在下文中将进行描述)附接到处理过的导体部110。在此部分中，移除保护层等，并且露出超导体层112。端子元件电连接到超导体层112，并且端子元件机械地保护超导体层112。在此，当超导体层112具有多层结构时，超导体层112的各层通过末端处理逐步地露出。热绝缘管120的端部连接到热绝缘容器20，并且在热绝缘管120内和热绝缘容器20内的制冷剂流动空间彼此连通。
[0102]引线导体30的一端侧布置在热绝缘容器20中，并且该端侧电连接到从热绝缘管120的端部拉出的导体部110 (超导体层112)。引线导体30的另一端侧延伸到热绝缘容器20的外侧(室温侧)。连接室温侧和低温侧的引线导体30连接到另一电力设备(未示例)。引线导体30由常规导电材料形成，例如铜、铝等。虽然在本实例中，引线导体30延伸的方向与导体部110延伸的方向垂直，但是引线导体30延伸的方向不限于此。此外，在热绝缘容器20侧，抑制热量从外侧侵入的热绝缘元件32设置在引线导体30的外周表面上。引线导体30的热绝缘元件32和超导电缆100的热绝缘管120通过热绝缘容器20彼此连接。
[0103]为了不允许电流在引线导体30和热绝缘容器20之间流动，从而在引线导体30和热绝缘容器20之间设置绝缘元件(未示出)。此绝缘元件可以设置在引线导体30和热绝缘元件32之间。在例如现场组装该连接结构的情况下，预先在工厂等中将该绝缘元件形成在引线导体30上，并且将热绝缘元件32形成在该绝缘元件上。在现场，该引线导体30插入到设置在热绝缘容器20中的配合部22中，从而将引线导体30和热绝缘容器20配合在一起。当如上所述地、引线导体30包括热绝缘元件32时，便于连接结构在现场的安装。此夕卜，如附图中所示，通过使引线导体30的热绝缘元件32与热绝缘容器20的配合部22叠置，能够抑制热量从外侧侵入。同样地，在热绝缘容器20与热绝缘管120相连的部分以及热绝缘容器20与制冷剂管220相连的部分中，热绝缘管120和制冷剂管220配合到热绝缘容器20中，并与热绝缘容器20叠置。热绝缘元件32的外周上可以具有凸缘部。可以使此凸缘部与配合部22接触，以定位热绝缘元件32，或者可以将该凸缘部固定到热绝缘容器20 (配合部22) ο
[0104]热绝缘容器20的内侧与热绝缘管的内侧连通，并且热绝缘容器20的内侧由流过热绝缘管120的制冷剂填充。热绝缘容器20可以使用具有良好热绝缘性能的结构。例如，如与热绝缘管120的情况一样，热绝缘容器20可以使用具有双结构的真空热绝缘容器，该双结构包括内容器和外容器，其中在内容器和外容器之间形成真空热绝缘层。热绝缘容器20(内和外容器)由诸如不锈钢、铝、不锈钢合金或铝合金这样的材料形成。热绝缘容器20固定到地上，以不能被移动。
[0105]制冷剂管220连接到热绝缘容器20。流过热绝缘管120的制冷剂通过制冷剂管220而被供给到冷却系统(未示例)。由于作为室温绝缘型超导电缆中的高压部分的超导体层112的外侧没有设置主电绝缘层，因此热绝缘管120的电势较高。因此，连接到热绝缘管120的热绝缘容器20的电势较高，并且连接到热绝缘容器20的制冷剂管220的电势较高。相反地，制冷系统典型地设置在接地部分(低电压部)中，制冷系统的电势较低。由于这个原因，当制冷剂管220直接连接到冷却系统时，电压不能施加到超导电缆(从而进入接地状态且异常电流流动)。对应地，超导电缆没有用作输配电线路。因此，在本实例中，为了将制冷剂管220连接到与冷却系统连接的制冷剂管230，在电绝缘的状态下，通过绝缘接头225将制冷剂管220和制冷剂管230彼此连接。如与热绝缘管120的情况一样，制冷剂管220和230可以使用双管结构真空热绝缘管。热绝缘部226设在绝缘接头225的外侧。
[0106]在根据本发明的连接结构中，最能弓丨起注意是连接部将导体部和被连接对象彼此电连接，同时允许导体部由于热收缩而移动，该移动是相对于被连接对象和热绝缘容器而进行的。也就是说，在上述说明和图3所示的表示为连接结构I的实例中，连接部10将导体部110和引线导体30彼此电连接，同时允许导体部110由于热收缩而移动，该移动是相对于引线导体30和热绝缘容器20而进行的。接下来，描述实现这样的连接部10的结构。
[0107]〈第一实施例〉
[0108]图4示出了连接结构I的连接部10的实例。在本实例中，连接部构成为由挠性导体12将导体部110 (超导体层112)和引线导体30彼此电连接，该挠性导体30由导电材料形成。通过这种结构，即使当导体部110在冷却期间发生热收缩，挠性导体12也可响应于该收缩，并且相应地，可以吸收导体部110的热收缩。此外，在本实例中，由常规导电材料形成的端子元件11通过末端处理而被附接到导体部110上，其中超导体层112被露出。端子元件11具有插孔，导体部110 (超导体层112)插入该插孔中。导体部110的前端插入插孔中，且被焊接到端子元件11。因此，端子元件11电连接到超导体层112，且机械地保护超导体层112。挠性导体12使用编织线，并且在其两端上都具有连接端子。挠性导体12的连接端子之一连接到设置在端子元件11中的连接端子，挠性导体12的另一连接端子连接到设置在引线导体30中的连接端子。因此，通过使用挠性导体12而形成能够流动电流的连接结构。导体部110和引线导体30通过上述结构彼此电连接。连接端子通过例如焊接或压力接合而彼此连接。通过将端子元件11焊接到导体部110的前端部，从而在导体部110 (超导体层112)的前端部上进行末端处理。因此，超导体层112的超导电线材料能够被机械地固定，并且确保与挠性导体12的电连接。此外，容易执行与挠性导体12连接的工作。
[0109]连接到热绝缘管120的热绝缘容器20的电势与导体部110的电势相同。因此，虽然未示例，但是绝缘元件设置在热绝缘容器20的外侧，以维持绝缘距离。此外，由于热绝缘管120的内管使用波纹管，所以即使当连接到热绝缘容器20的热绝缘管120的内管被冷却、并且热绝缘管120发生热收缩时，也能够被吸收热收缩。因此，热绝缘管120不会受热收缩的影响。虽然在本实例中端子元件11由常规导电材料形成，但是端子元件11的一部分也可以由超导材料形成。
[0110]此外，在本实例中，可以设置止动件15，其调整导体部110的可移动范围。止动件的实例如下:如图4所示，端子元件11在其插孔的开口部分处具有凸缘部，在该插孔中可插入导体部110。止动件15设置在热绝缘容器20中，其中在止动件15与热绝缘容器20之间插入绝缘元件(未示例)。止动件15与上述的凸缘部相对。通过这种结构，当导体部110发生热收缩时，使得附接到导体部110的端子元件11的凸缘部与止动件15接触且被止动件15止动。因此,能够防止端子元件11进入热绝缘管120。
[0111]〈第二实施例〉
[0112]图5示出了连接结构I的连接部10的另一实例。本实例的连接部10与图4中示例且上述第一实施例之间的区别是:本实例的连接部10包括圆柱体13。导体部110的前端部以可滑动的方式布置在圆柱体13中。圆柱体13固定在热绝缘容器20中，其中绝缘元件(未示例)介于圆柱体13与热绝缘容器20之间。圆柱体13由诸如铜或铝这样的常规导电材料形成。圆柱体13由连接结构电连接到导体部110，这允许电流在圆柱体13与附接到导体部110的端子元件11接触时流动。通过利用挠性导体12将圆柱体13电连接到引线导体30，从而导体部110经由圆柱体13而电连接到引线导体30。通过这种连接部10的结构，导体部110以可滑动的方式布置在圆柱体13中。因此，当导体部110发生热收缩时，导体部110能够沿着圆柱体13移动。这能够吸收导体部110的热收缩。也就是说，圆柱体13机械地支撑导体部110，且用作引导元件，其调整导体部110的移动方向，以使得导体部110的移动方向在导体部110的热膨胀或收缩的方向(导体部110的纵向方向)上延伸。
[0113]虽然在本实例中圆柱体13由常规导电材料形成，但是圆柱体13的一部分也可以由超导材料形成。例如，超导电线材料可以布置在由常规导电材料形成的圆柱体13的外周表面上。圆柱体13和引线导体30可以由板形或棒形导体来代替挠性导体12而实现彼此连接。导体部110(端子元件11)和圆柱体13彼此电连接的实例例如包括允许电流流过的连接结构，例如多触点的连接结构。替代地，允许电流流过挠性导体的连接结构通过预备另一挠性导体且将该挠性导体的一端和另一端分别连接到端子元件11的上表面和圆柱体13的内周表面而形成。导体部110(端子元件11)和圆柱体13可以通过此连接结构彼此电连接。
[0114]此外，在本实施例中，热绝缘容器20中设置有滑动辅助元件14，该滑动辅助元件14辅助导体部110滑动。当执行维护时，导体部110的温度升高，此时，导体部110的热收缩可转变为热膨胀，而当导体部110由圆柱体13挡住时，导体部110可能局部鼓起。为了解决这种情况，滑动辅助元件14有利于使得导体部110在导体部110的热膨胀方向上滑动，从而当导体部110发生热膨胀时允许导体部110平稳滑动。在本实例中，滑动辅助元件14使用如下的拉伸弹簧:弹簧14布置在圆柱体13中，以在导体部110的热膨胀方向(在附图中是向上)上推压导体部110。
[0115]此外，在本实例中设置有止动件15，其调整导体部110的可移动范围。具体地，止动件15设置在圆柱体13的开口部中，在圆柱体13的一端侧上，导体部110插入该开口部中，以径向向内突出。当导体部HO发生热收缩时，使附接到导体部110的端子元件11与止动件15接触且被止动件15止动。因此，导体部110不会从圆柱体13移除，并且能够可靠地提供导体部110(端子元件11)和圆柱体13彼此连接的连接区域。这允许在导体部110和引线导体30之间可靠地形成电流路径。
[0116]〈第三实施例〉
[0117]图6示出了连接结构I的连接部10的又一实例。本实例的连接部10与图5中示例和上述的第二实施例之间的区别是:在本实例的连接部10中，引线导体30在导体部110延伸的方向上延伸。在本实例中，圆柱体13附接到引线导体30的前端部，且固定到引线导体30，以使得圆柱体13固定到热绝缘容器20。此外，圆柱体13由导电材料形成，并且导体部110通过圆柱体13而被电连接到引线导体30。
[0118]此外，在本实例中，如与第二实施例的连接部10的情况一样，圆柱体13中布置有拉伸弹簧14，拉伸弹簧14帮助导体部110在导体部110的热膨胀方向上滑动。此外，止动件15布置在圆柱体13中，用于调整导体部110的可移动范围。由于该弹簧14使导体部110便于在导体部110的热膨胀方向上滑动，因此导体部110能够平滑地滑动。此外，由于设置了止动件15，所以导体部110导体部110不会从圆柱体13移除，并且因此能够可靠地提供导体部110 (端子元件11)和圆柱体13彼此连接的连接区域。这允许在导体部110和引线导体30之间可靠地形成电流路径。
[0119]虽然在本实例中圆柱体13由导电材料形成，并且导体部110和引线导体30通过圆柱体13而被彼此电连接，但是圆柱体13可以由诸如FRP这样的复合材料或诸如PTFE这样的绝缘树脂材料形成。在这种情况下，例如，如与图4中示例和上述的第一实施例的连接部10的情况一样，连接部10可通过经由导电材料形成的挠性导体(编织线)将导体部110和引线导体30彼此电连接而形成。例如，可以布置挠性导体而不是弹簧14，或者挠性导体可以与弹簧14平行地布置并且将导体部110和引线导体30彼此电连接。此外，还由于这种结构，由于设置圆柱体13，因此导体部110能够由圆柱体13机械地支撑，并且当导体部110发生热收缩或膨胀时，导体部110能够沿着圆柱体13被引导。
[0120]在前述的第一至第三实施例中，连接部10的结构的实例应用于根据本发明的连接结构I的端子连接结构。然而，根据第一至第三实施例的连接结构I的连接部10的结构也能够应用于将超导电缆彼此连接的中间连接结构。
[0121]〈第四实施例〉
[0122]图7示出了应用于中间连接结构的连接结构的连接部的实例。本实施例与图4至图6中示例的第一至第三实施例的连接部10之间的区别是，被连接对象是其它超导电缆的导体部。
[0123]在本实例中，如图7所示，被连接对象是另一超导电缆100的导体部110。热绝缘容器20容纳连接部10，连接部10将超导电缆100中的一个(在附图中的左侧)的导体部110(超导体层112)与另一个超导电缆100(在附图中的右侧)的导体部110(超导体层112)彼此电连接。如与第一实施例的连接部10的情况一样，由常规导电材料形成的端子元件11附接到导体部Iio中的每一个。两个导体部110均以可滑动的方式布置在圆柱体13中，同时两个导体部110彼此相对。如与第二实施例的连接部10的情况一样，圆柱体13由常规导电材料形成，并且通过电连接到附接在两个导体部110上的端子元件11而电连接到两个导体部110。也就是说,该一个导体部110通过圆柱体13而被电连接到另一个导体部110 (被连接对象)。[0124]圆柱体13通过由绝缘材料形成的支撑元件(未示例)而被固定到热绝缘容器20中。通过此连接部10的结构，两个导体部110以可滑动的方式布置在圆柱体13中。因此，当两个导体部110经历热收缩时，两个导体部110能够沿着圆柱体13被移动。这能够吸收导体部110的热收缩。在此，在图7中，在热绝缘管120和热绝缘容器20的外侧上执行绝缘处理，从而形成主电气元件层或加强绝缘层，它们并未示例。超导电缆100中的每一个的热绝缘管120的端部连接到热绝缘容器20，并且在热绝缘管120中的每一个内的制冷剂流动空间和热绝缘容器20内的制冷剂流动空间彼此连通。因此，两个热绝缘管120通过热绝缘容器20而被彼此连接。
[0125]虽然在本实施例中圆柱体13由常规导电材料形成，但是如第二实施例中所述，圆柱体13的一部分也可以由超导材料形成。例如，超导电线材料可以布置在由常规导电材料形成的圆柱体13的外周表面上。替代地，可以使用如下结构:圆柱体13固定到所述另一个导体部110，而所述的一个导体部110以可滑动的方式布置在圆柱体13中。通过这样的结构，当导体部110经历热收缩时，该一个导体部110能够沿着圆柱体13被移动，并且相应地，能够吸收导体部110的热收缩。此外，通过将圆柱体13与附接到所述一个和另一个导体部110之一的端子元件11集成，则能够减小电流流过的连接元件的数目。在这种情况下，由于导体部110的热收缩，而使圆柱体13与导体部110—起移动。因此，可以在热绝缘容器20中设置引导元件(未示例)，以允许圆柱体13沿引导元件滑动且沿引导元件引导圆柱体13。导体部110(端子元件11)中的每一个与圆柱体13彼此电连接的实例包括例如允许电流流过的连接结构，例如多触点的连接结构。
[0126]此外，在本实例中，如与第二实施例的连接部10的情况一样，帮助导体部110在导体部110热膨胀的方向上滑动的拉伸弹簧14布置在圆柱体13中。具体地，弹簧14在导体部110的热膨胀方向上推压导体部110。也就是说，弹簧14在导体部110彼此接近的方向上拉动导体部110。由于弹簧14使导体部110便于在导体部110的热膨胀方向上滑动，所以导体部110能够平滑地滑动而经历热膨胀。
[0127]此外，在本实例中，与第二实施例的连接部10类似，在圆柱体13的两端上，止动件15设置在圆柱体13的开口部中，导体部110插入该开口部中。当导体部110发生热收缩时，使附接到导体部110的端子元件11与止动件15接触且被止动件15止动。通过这些止动件15，导体部110不会从圆柱体13移除，并且因此能够可靠地提供导体部110 (端子元件11)和圆柱体13彼此连接的连接区域。这允许在所述一个和另一个导体部110之间可靠地形成电流路径。
[0128]虽然如在图7中示例和上述的第四实施例的连接部10中，圆柱体13由导电材料形成，并且导体部Iio通过圆柱体13彼此电连接，但是圆柱体13可以由诸如FRP这样的复合材料或诸如PTFE这样的绝缘树脂材料形成。在这种情况下,例如,如与图4中示例和上述的第一实施例的连接部10的情况一样，连接部10可通过经由导电材料形成的挠性导体(编织线)将导体部110彼此电连接而形成。例如，可以布置挠性导体而不是弹簧14，或者挠性导体可以与弹簧14平行地布置并且将导体部110彼此电连接。此外，通过这种结构，由于设置圆柱体13，因此导体部110能够被圆柱体13机械地支撑，并且当导体部110发生热收缩或膨胀时，导体部110能够沿着圆柱体13被引导。
[0129]由于用于根据已经描述的本发明的室温绝缘型超导电缆的连接结构，通过设置将导体部和被连接对象彼此电连接同时允许导体部由于热收缩而移动的连接部，其中该移动是相对于被连接对象和热绝缘容器而进行的，从而能够吸收导体部在冷却期间的热收缩。因此，能够减小由于热收缩而导致的应力，并且相应地，能够防止由于热收缩导致的对导体部(超导体)的损坏。此外，即使当温度升高，导体部经历热膨胀时，也能够吸收导体的延伸。因此，能够允许导体部由于热膨胀或收缩的移动。
[0130]此外，通过减小由于热收缩而产生的应力，能够简单化设置在中间连接结构或端子连接结构中并限制导体部的固定元件。此外，根据本发明的室温绝缘型超导电缆的连接结构还能够抑制通过由于导体部的热收缩而施加到热绝缘管的横向压力所导致的超导电缆的弯曲部中的热侵增加。
[0131]应该理解，在不脱离本发明的主旨的情况下，能够适当地对前述实施例进行改进，并且本发明的范围不限于前述结构。例如，用作滑动辅助元件的弹簧14的位置或形式可以进行适当地改变。具体地，在图5中示例的连接结构I中，导体部110也能够由如下结构在导体部110的热膨胀方向上推压:在导体部110外周上附接凸缘，压缩弹簧的一端侧固定到热绝缘容器20，并且压缩弹簧的另一端侧与凸缘接触。
[0132]工业实用性
[0133]优选地，当使用室温绝缘型超导电缆构成线路时，根据本发明的室温绝缘型超导电缆的连接结构能够用于中间连接结构和端子连接结构。
【权利要求】
1.一种用于室温绝缘型超导电缆的连接结构，所述室温绝缘型超导电缆包括: 导体部，所述导体部包括超导体层； 热绝缘管，所述热绝缘管允许对所述超导体层进行冷却的制冷剂从中流过，所述导体部布置在所述热绝缘管中；和 主电绝缘层，所述主电绝缘层形成在所述热绝缘管的外侧；所述连接结构包括: 连接部，所述连接部使得所述导体部和被连接对象彼此电连接，所述导体部从所述热绝缘管的端部被拉出；以及 热绝缘容器，所述热绝缘容器容纳所述连接部， 其中，所述连接部使得所述导体部和所述被连接对象彼此电连接，同时允许所述导体部由于热收缩而相对于所述被连接对象和所述热绝缘容器进行移动。
2.根据权利要求1所述的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构， 其中，所述被连接对象是连接室温侧和低温侧的引线导体。
3.根据权利要求1所述的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构， 其中，所述被连接对象是另一室温绝缘型超导电缆的导体部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构，进一步包括: 设置在所述热绝缘容器中的引导元件，所述引导元件与所述导体部相接触，从而允许所述导体部沿着所述弓I导元件滑动，并且引导所述导体部。
5.根据权利要求4所述的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构，其中，所述引导元件是圆柱体，所述导体部以可滑动的方式布置在所述引导元件中。
6.根据权利要求4或5所述的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构，进一步包括: 滑动辅助元件，所述滑动辅助元件布置在所述热绝缘容器中，以辅助所述导体部滑动。
7.根据权利要求5所述的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构， 其中，所述圆柱体的至少一部分由导电材料形成， 其中，所述导体部电连接到所述圆柱体，并且 其中，所述导体部通过所述圆柱体电连接到所述被连接对象。
8.根据权利要求7所述的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构，其中，所述导电材料的一部分是超导材料。
9.根据权利要求7或8所述的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构， 其中，所述导体部和所述圆柱体通过多触点而彼此电连接。
10.根据权利要求7或8所述的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构， 其中，所述导体部和所述圆柱体通过挠性导体而被彼此电连接。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构，还包括: 止动件，所述止动件调整所述导体部的可移动范围。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的用于室温绝缘型超导电缆的连接结构，其中，所述导体部和所述被连接对象通过挠性导体而被彼此电连接。
【文档编号】H01R4/68GK104040815SQ201280066674
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年12月4日 优先权日:2012年1月10日
【发明者】中西辰雄, 广濑正幸 申请人:住友电气工业株式会社