专利名称：含有n相的多相超导电缆的构造方法
技术领域：
本发明涉及一种由N个相组成的多相超导电缆的构造方法，其中电缆的各相被分成诸多的导体，而且电缆中还有绝缘设施，这些相被分作n组，各个组有N个不同的相。
超导电缆利用了处在低于所谓的临界温度之下的超导材料所表现出的低电阻。这个温度可以是例如4-7K(低温超导体LTS)，或是30-10K(高温超导体，HTS)。若在常温下使用，一般则需用人工致冷剂及热绝缘材料将该电缆导体与其环境作热隔绝。
超导电缆可按沿一中央冷却通道外围围以超导条带方式制作；再围一层同轴的导电材料；之后，再用超导或是普通传导的一个同轴屏蔽。在该内超导层与电绝缘层之间、或是该电绝缘的外边还可采用热绝缘层。这样，该电绝缘不是暴露于高温(常温)就是暴露于于一个低温之下(低温学意义中的温度)。还有，这种电缆一般外径在8-15厘米之间。
采用沿冷却通道缠绕超导条带或线的方式可减少该超导体内产生的电交流损失，所述的缠绕以一种带爬升角的方式完成，这样在所获得的各个条带／线中就能有均匀的电流分布。它们也可有如美国专利US 4，327，244中所说的那样，沿着几个致冷通道作缠绕。
要使此类电缆的载流能力增加，可增加其超导材料的数量。但这也会加剧电感力的发生，由于该电缆的电抗／自感相对变高，这就造成了在电压和电流传输中所不希望有的周相偏移，特别是在长电缆部分，以及在低压大电流传输中的短电缆部分中。通常，为减小这种电抗／自感，可采用增加该内部半导体的直径至如大约30-50厘米。尽管这种电抗／自感因此得以减小，但这种减小也带来诸如是更大的电缆直径，增加了材料的消耗，以及因热绝缘面积加大造成的最终热传递加大等缺点。
以下介绍使一个超导电缆系统的电抗／自感减小的其他方法。一般而言，在已知的交流单相电缆的电缆系统中采用了电绝缘和电屏蔽，各有一相导体的三个电缆被用来提供3种周相。
在欧州专利EP 0786783A1中所公开的一种多相超导电缆中，各相被分作许多单独的导体。该单独导体的每一个都相互分离，并装备有超导的屏蔽隔离。显然，因为每个单独导体即构成了带有导体、屏蔽及两层绝缘的一根“电缆”，这很自然地是一种相对昂贵和笨重的电缆。
德国专利DE 4340046A1中的超导电缆制成由一个公共回路围绕、相互同轴布置的三相。由于三相导体共用一个屏蔽，就有可能减少材料消耗。当采用3个单独电缆时，为了在不增加电压的前题下减小自感的目的，就必须增大该单相导体的直径。然而，由于电抗与直径间的关系是成对数关系，其缺点是仍然不能充分地降低自感。
与之类似，公开于日本专利JP 1231217中的多相超导电缆当中，是由冷却通道、超导的相导体、电绝缘构成该单独相导体，其中各个单独相导体由一个传导屏蔽所环绕。这减少了超导材料的消耗。按这种技术，由于这种普通传导屏蔽的电阻，则必须将这些单独的相导体布置成三角形形式，每个单独的相导体具有与相邻的相导体不同的相，以使得在这些有电阻的屏蔽中的感应电流降至最小。
以上讨论的两种相间隔技术的优点都是降低了该电抗力的产生，参阅关于电抗／自感的平行耦合定律。减小了各单独相导体中的电流也就减小了该相导体表面的磁场并减少了超导材料中的电交流损失。
因此，现有技术中的不足在于该单独相导体是由完全的，有冷却通道、电缆导体、电绝缘和电屏蔽隔离的单独电缆所组成。在实际应用中，要是需要采用一个有很大数目的组、而且每组中又有许多相的电缆，则不可能生产出一种结构紧凑且价格便宜的电缆。
本发明的一个目的是有利于制造一种超导电力电缆、最好是用作1KV-132KV下的电缆，该超导输电电缆在相当大数目组的情况下，以及相对其输电能力而言，既不那么笨重，而且高效和制造成本低。
本发明再一个目的是使一个超导电缆系统中的电抗／自感降低，不比目前已知的电缆系统更重、更贵。
本发明的目的是通过在各组中装配有N组相导体，并且这些组中之一或多个被装备有一个共用电屏蔽隔离而实现的。
按这种方法，是这样来制作一种电缆，即，其电绝缘基本是用一个工步生产的，而且是在这些各式相导体被装配进电缆之前、在该各超导体的相导体上施用绝缘和／或以一种电绝缘膜产生绝缘作用来完成的。因此这样的产品迄今为止，更小更便宜，这是由于在生产过程中可省去诸多加工操作，各个相之间没有单独的电屏蔽隔离。
为使进一步降低生产成本，如权利要求2所限定的、最好是各单独相只含一个超导电线和一个绝缘系统。
为进一步简化制作工艺，如在权利要求3中所限定的，这些组可被安排成n个同轴的组内，要么是以在各个同轴层内设有几个不同相导体的形式、要么是以在各个同轴层内设有各自单一相导体的形式。以此方法可提供以有限数目的冷冻剂流体通道的更为简单的致冷系统。
如权利要求4那样，将这些组布置成N个扁平部分，该部分中由电流感生的磁场会相应地变长，电缆中的磁感应就低。这种方案中，最好能把一个或多个电绝缘膜系统用作电绝缘，而所说的膜系统包括一个或多个绝缘层以及还可包括电导材料。薄膜的电导层或表面涂覆电导层的使用意味着该涂层能够有选择地从该膜的选定部分上除去，或是在膜的选定部分上不施用涂覆。
另外，本发明的适用实施例由从属权利要求限定。
下面参照以附图所示的实施例对本发明作更详尽的说明，其中
图1示意性地表示出本发明的电缆的第一实施例，图2是按本发明的第二实施例，图3是按图2实施例的第一变型，图4是按图2实施例的第二变型，图5是按图2实施例的第三变型，和图6是按本发明的电缆的第三实施例。
图1中，1所标示的是按本发明第一实施例整体方式的一个超导电缆。例中所示电缆为3相，其中各相以字母a，b或c之一表示。这些相被分成许多单独的导体，以数字1-n分别表示。这样，标示na指得是第n个a相的导体。如所示，该导体分成许多组n，各组有一些导体，其数目与相的数目相对应，在所示实施例中是3。环绕着所有各个导体，示出了环形中性导体4，它即构成一个公共的屏蔽。按本发明，它也可以环绕一个或多个相组。冷冻剂可作用于一个单独的相导体，一个单独的组，若干组，或者最好是以一个管路系统作用于整个电缆。该管路系统中的冷冻剂可沿一个或多个方向流动。
这种电缆结构、特别是优选实施例中的，提供了一种具有诸如低阻抗的优化电性能的极其紧凑的结构。
图2所示为本发明的第二实例的超导电力线。
与图1中实施例相比，示出一个扁平3相电缆5，其中各相仍以a，b，c标示。如该例所示，这些相被分作2组6和7，不言而喻，组数可以是1或更多。如所示，各组中的各相是由成排布置的许多带子组成。例中所示，各排之间是由同一绝缘体18加以分隔的。如果不是这样，也可以象在图5中所示，以一个具有相应几何形状的很宽的条带，通过诸多绝缘层以分离每组中的各相。图3所示为另一种变型，其中来自各组的各单独相，具有同一绝缘体，如图3中标以13和14的那样，以此方式，即得到一种电绝缘，其中绝缘带的每一表面只与一个特定相相关。这样就降低了相间漏电的危险。如图4所示，若图3中的两个屏蔽膜系统以连续膜形式装配，参见标号18，则无需增加空间就形成一个进一步扩展的漏泄通道。这样，在上述例中，导电时在电缆中所产生的感应磁场则须传送一个更长距离，这样就导致一个更低的电缆阻抗。
图6示出与图5不同的实施例，其中电缆具有圆形截面，其各单独相10-12按同心布置。如所示，各层以类似于图4实施例中的方式布置很多条带，即，各层中有n个带子。这样在各层中就有n相导体的几个组。最后，图中示出一个冷冻剂共用通道9。然而，冷却剂可以由一个管路系统以各种方式提供。上述电屏蔽可以是围绕一个相组或多个相组布置；可全部或部分地由超导，金属或半导体材料构成，甚至可以由与非导体材料及诸如掺有炭粉的纸之类的复合物结合的合成体组成。
这些合成物其中的一个或多个可以是注入了多孔的或非多孔的聚合物或粘接材料，它们可以具有或高或低的热传导性，致使发生的致冷可以由固体传导和／或诸如将液态或气态N2，He2或Ne等的一种介质渗进该松散材料之中、以及该一个或多个相间或是相组间的方式进行。可以想象这种冷冻剂或其它的冷冻剂可以注入该电绝缘体，以改良其电绝缘性。
虽然本发明已经以图1至图3的具体实施例加以讨论和说明，不言而喻，还可以有在权利要求书范围内的诸多其他实施例。电缆截面还可以采取其他形状，比如可以是椭圆，多角形或其类似形状。
权利要求
1.含有N相的多相超导电缆的构造方法，其中该电缆的每一相分成了许多导体，电缆中还布置有绝缘体，这些相分成n组，每组有N个不同相，其特征为，各组中装配有N组相导体，而且一个或多个组被配备以一个共用的电屏蔽。
2.按权利要求1的方法，其特征为，各单独相只包含超导电缆及一个绝缘系统。
3.按权利要求1-2的方法，其特征为，其中的这些组以n个同轴组的方式布置，要么是以每个同轴层内设有几个不同相导体的方式，要么是以在各个同轴层中设有各自单一相导体的方式来布置。
4.按权利要求1-2的方法，其特征为，这些组按N个扁平相的方式布置。
5.按权利要求4的方法，其特征为，这些相中的各相是由一个或多个诸如条带的单一导体构成。
6.按权利要求1-5的方法，其特征为，组的数目是1。
7.按权利要求1-3的方法，其特征为，组数目为1，而且其中该N个相是以各N相相间、与同心绝缘体作同心方式地布置。
8.按权利要求1-7的方法，其特征为，组中的各相相互分隔并且相互间电绝缘。
9.按权利要求1-8的方法，其特征为，每组中的相由一个共同绝缘体相互隔绝。
10.按权利要求1-9中之一的方法，其特征为，其中的组数n是个大数目，最好大于10，而更好是大于100。
11.按权利要求1-10的方法，其特征在于，其中该电屏蔽保持以0电势，并且全部或部分地由半导体或这些材料的结合所组成，并被放置成靠近电绝缘材料。
12.按权利要求1-11的方法，其特征为，每组中的各单独相所具有的介电常数相互间是磁性相关的。
13.按权利要求1-12的方法，其特征为，这些相中至少有一个是由不带电导体构成的。
全文摘要
含N相的多相超导电缆的构造方法,这些相被分成n组,每组中有N相,所有这些组有一个共用屏蔽。各个组从几何学意义上可做成同轴相或扁平相。每组中的各相可再分作诸如条形的单独导体。组中各导体之间的绝缘可做成彼此分隔绝缘或有一个共用绝缘。在优选实施例中,其组数为1并且在几何学上做成扁平式或同心式。以此方式可生产密集式超导输电电缆,生产成本相对便宜且有几种加工方法,同时保持有良好的电性能。
文档编号H01B12/16GK1291337SQ99802290
公开日2001年4月11日 申请日期1999年11月22日 优先权日1998年11月20日
发明者D·维伦 申请人:Nkt研究中心有限公司