專利名稱：超導電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超導電纜，其具有中心超導電導體、圍繞中心超導電導體的電介 質(zhì)以及設置在電介質(zhì)上的超導反向?qū)w。
背景技術(shù)：
諸如此類的電纜公開于EP0830694B1中?，F(xiàn)代技術(shù)中，超導電纜具有由合成材料構(gòu)成的電導體，該合成材料包含在足夠低 的溫度下能夠轉(zhuǎn)變成超導態(tài)的陶瓷材料。如果不超過特定電流值且具有足夠的冷卻劑，則 相應構(gòu)造的導體的直流電阻是零。作為實例，合適的陶瓷材料是摻雜了稀土元素的材料，其 通常被稱為ReBCO (稀土鋇銅氧化物)，特別是包含YBCO (釔鋇銅氧化物)。這些超導材料 的另一實例比如是BSCCO (鉍鍶鈣銅氧化物)。將上述材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢B(tài)的溫度例如為67K 和IlOK之間。合適冷卻劑例如是氮、氦、氖和氫或者這些物質(zhì)的混合物。DE19724618A1描述了一種超導體，其由波狀金屬管構(gòu)成，由縱向焊縫焊接，且具有 基于陶瓷材料的超導層。超導體的壁由金屬支撐體構(gòu)成，金屬箔借助于粘附促進劑設置在 金屬支撐體上，并且，金屬箔配備有超導層。本文開始部分引用的EP0830694B1中公開了一種超導交流電纜，其具有正向?qū)w 和反向?qū)w，它們相對于彼此同心設置。所述兩種導體都具有由多個導體層構(gòu)成的導體設 置形式。為了制造正向?qū)w，多個單獨的超導導體層以預定角度圍繞圓柱支撐體纏繞。足 夠徑向尺寸的電介質(zhì)施加到完成纏繞的正向?qū)w上，而圍繞電介質(zhì)并通過纏繞多個單獨的 超導導體層而設置反向?qū)w。這種公知的電纜的制造過程復雜。對于所使用的材料來說， 其具有較大徑向尺寸，并需要相對應的較大的低溫恒溫器，在低溫恒溫器中電纜設置成作 為超導電纜操作，冷卻劑流過該低溫恒溫器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改進本文開始部分所描述的電纜，從而能更容易地借助更簡單 的設計來制造電纜。上述目的通過專利權(quán)利要求1中描述的特征得以實現(xiàn)。在這種電纜中，被認為是超導正向?qū)w的中心導體由單層管構(gòu)成，該單層管縱向 延伸地由配備有超導材料的帶狀物形成。管本身足夠堅固，所以不需要供中心導體用的單 獨支撐體。其本身只由一層構(gòu)成，這取決于帶狀物的厚度，所以使其徑向尺寸保持較小。這 對于電介質(zhì)是有好處的，因為與公知電纜相比，可以將電介質(zhì)的整體徑向尺寸縮小。圍繞導 體并由半導體材料構(gòu)成的帶狀物使導體穩(wěn)固，并避免可能由存在于與導體的狹縫相鄰處的 邊緣引起的介電問題。這會導致形成包含了反向?qū)w的超導電纜總體上緊湊，徑向尺寸較 小，且因此可以使用較少的材料。而支撐電纜的低溫恒溫器的尺寸也有利地同樣具有較小 尺寸(與常規(guī)低溫恒溫器相比)。反向?qū)w同樣可有利地由縱向延伸的配備有超導材料的帶狀物構(gòu)成，該帶狀物形成單層管。當反向?qū)w為閉合管的形式時，沿縱向延伸的狹縫的焊接可以具有另一優(yōu)勢，就 是低溫恒溫器中移動的反向?qū)w外的冷卻劑與電介質(zhì)的有效隔離。因此，能夠以獨立于冷 卻劑壓力的簡單方式將電介質(zhì)中提供的浸漬劑的壓力保持不變，由此電介質(zhì)的介電特性也 保持不變。對于形成中心導體以及可能形成反向?qū)w的帶狀物，優(yōu)選將ReBCO用作超導材 料。特別有利的是使用YBCO作為這些超導材料中的一種。


附圖中示出了本發(fā)明主題的示例性實施例，其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的超導電纜的橫截面圖。圖2示出制造圖1中所示的電纜的導體的裝置的示意圖。圖3示出沿著圖2中的III-III線的電纜的放大截面圖。圖4示出根據(jù)圖2和3中所示的結(jié)構(gòu)改進的導體的一個實施例。
具體實施例方式圖1中以截面圖形式示出的超導電纜具有中心導體(正向?qū)w)1，其為單層管形 式。導體1由預定寬度的其上配備了超導材料的縱向延伸的帶狀物形成，從而形成具有狹 縫2的管，該狹縫2沿縱向延伸，在狹縫2上，帶狀物的兩個邊緣相互倚靠。優(yōu)選將ReBCO， 更有利地優(yōu)選YBC0，用作超導材料。為了將其制造得堅固，用帶狀物14圍繞導體1，如圖4 所示，帶狀物14由半導體材料構(gòu)成，且至少一層帶狀物14纏繞導體1。為了清楚起見，帶狀 物14并未在圖1中示出。本身已知的電介質(zhì)3位于導體1上或者位于圍繞導體1的帶狀物14上，而超導反 向?qū)w4又圍繞電介質(zhì)3。根據(jù)需要設計反向?qū)w4。不過，同樣有利地是，反向?qū)w4為 配備有超導材料的單層管形式，并形成為關(guān)于具有狹縫5的一管縱向地延伸，所述狹縫5沿 縱向延伸，在該狹縫5處帶狀物的兩個邊緣相互倚靠。反向?qū)w4的材料有利地與導體1 采用的超導材料相同。反向?qū)w4中的狹縫5可有利地通過焊接而封閉，因此形成了閉合 管。諸如此類的管例如以下列步驟制造(如圖2中所示)預定寬度并配備了超導材料的帶狀物6從卷軸7中抽取出來，并沿著箭頭8的方 向通過成形裝置9，其中成形裝置9借由兩個滾筒10和11而示意性地表示。具有縱向狹縫 的管在成形裝置中形成，在狹縫處，帶狀物6的兩個邊緣相互倚靠。在焊接單元12中封閉 狹縫，焊接單元12沿著取出的方向設置。隨后形成了如圖3中所示的被焊縫13封閉的管， 作為反向?qū)w4?？稍陔娊橘|(zhì)3中利用常規(guī)技術(shù)提供加壓的浸漬劑。相同地，相應于反向?qū)w4的 設計，利用常規(guī)技術(shù)使冷卻劑在壓力下穿過圍繞的低溫恒溫器。冷卻劑或浸漬劑的壓力下 降有害地影響電介質(zhì)3的介電特性，由此導致導體1和反向?qū)w4之間的飛弧，損壞電介質(zhì) 3。如果以上述方式(如圖1中所示的用于超導電纜的封閉管)設計反向?qū)w4，則電介質(zhì) 3被封閉在外面。隨后可以獨立于外部冷卻劑而使用常壓的浸漬劑，由此使得電介質(zhì)的介電 特性保持不變。低溫恒溫器2中設置至少一個超導電纜1，從而留下空間8供冷卻劑(有利地是液氮)流通。超導電纜1的設計是公知的。因此本文中不再贅述。超導電纜1具有至少一個 超導導體9以及圍繞其的電介質(zhì)10。超導電纜1和低溫恒溫器2 —方面被導電連接，另一方面以氣密方式被連接到端 蓋(end closures) 3和4。電纜1的導電連接和低溫恒溫器2的氣密連接在原理上是公知 的，因此不再贅述。在端蓋4的區(qū)域，設置容納用于冷卻電纜1的冷卻劑的儲存區(qū)11、泵12、閥門13 以及壓力測量裝置14。壓力測量裝置15設置在端蓋3的區(qū)域。一方面，泵12通過管道16連接到儲存區(qū)11，另一方面通過管道17連接到端蓋4， 除此之外還連接到低溫恒溫器2中的自由空間8。閥門13裝配在管道17上。壓力測量裝 置14通過管道18(本文中僅示意性表明，且其端部裝配了壓敏傳感器)連接到閥門13，且 通過電線19連接到低溫恒溫器2中的自由空間8。而且，其也可電連接至泵12。設置在端 蓋3區(qū)域的壓力測量裝置15通過管道20 (僅示意性表明，且其端部裝配了壓敏傳感器)連 接到低溫恒溫器2中的自由空間8，且通過電線21連接到閥門13。壓力測量裝置15還可 電連接到泵12。電線19和21也有利地用于將壓力測量裝置14和15連接到泵12。在圖1所示的 示例性實施例中，它們連接到電控制單元22，其本身又通過電線連接到閥門13和泵12。原則上，對于根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置的端蓋3中冷卻劑的壓力的測量來說，這 是足夠的，因為甚至在正確操作時，在該位置處的壓力最低。這意味著裝置原則上僅需要壓 力測量裝置15。但是，因為低溫恒溫器2在緊靠端蓋4的附近可能損壞，所以還有利地使用 壓力測量裝置14。根據(jù)本發(fā)明并具有如圖1和2所示的裝置的制造方法在下文描述。在這種情況下， 首選假設僅在端蓋3處存在壓力測量裝置，特別是壓力測量裝置15。在端蓋4處，通過泵12將處于約67K溫度的液氮在精確地說例如約20bar的壓力 下抽取到低溫恒溫器2中。在這種情況下，開啟閥門13，也就是說氮可經(jīng)過其而通過。一旦 電纜1及其導體9被冷卻到實現(xiàn)超導性的溫度(例如約67K)，則將導體9連接到電壓源，從 而傳遞電流。氮以例如0. lm/s至1. Om/s的速度穿過低溫恒溫器2并在端蓋3處的傳送路 徑的末端傳出，從而用于下一次冷卻。氮的壓力隨著距端蓋4處的供應點的距離的增加而 降低。例如，其不應降到1513虹。適當設定壓力測量裝置15。如果在低溫恒溫器2中的傳送路徑中發(fā)生泄漏，作為低溫恒溫器2的機械損壞導 致的結(jié)果，則氮通過泄漏點從低溫恒溫器2中泄漏出去。因此，低溫恒溫器2中的氮的壓力 迅速并突然地下降?？梢酝ㄟ^壓力測量裝置15來識別出這種情況。當壓力小于15bar時， 通過壓力測量裝置15發(fā)出的信號而關(guān)閉閥門13。同時，同樣地，通過壓力測量裝置15發(fā)出 的電信號來關(guān)閉泵12。這就中斷了到低溫恒溫器2中的氮的供應。同時，將電纜1與電壓 源的連接中斷。而且，還可以監(jiān)測低溫恒溫器2的完整性(soundness)，從而確定例如是否僅是損 壞了低溫恒溫器2的外部管5而沒有在低溫恒溫器2中發(fā)生了完全泄漏。為此，對冷有反應 的傳感器單元可在傳送路徑的整個長度上裝配在低溫恒溫器2的外部從而作為監(jiān)測單元。 傳感器單元可由多個溫度傳感器構(gòu)成或由至少一個光波導管構(gòu)成，它們對發(fā)生損壞時從低 溫恒溫器的外部管5或從真空隔離6泄漏的冷有響應。在溫度傳感器或光波導管中冷使蒸發(fā)大量增加，且溫度傳感器或光波導管可同樣地通過電線連接到閥門13，并且如果合適的 話，也連接到泵12。隨后，同樣地，它們的信號致使閥門13關(guān)閉且致使泵12關(guān)閉，從而避免 低溫恒溫器2中的冷卻劑的壓力不至于降到其下限之下。
權(quán)利要求
1.一種超導電纜，具有中心超導電導體(1)、圍繞中心超導電導體(1)的電介質(zhì)(3)以 及設置在電介質(zhì)(3)上的超導反向?qū)wG)，其特征在于中心導體(1)通過已知方法由帶狀物(6)形成，該帶狀物配備了超導材料，帶狀物(6) 關(guān)于一管沿縱向延伸，所述管具有沿軸向延伸的狹縫0)，在該狹縫處，帶狀物(6)的兩個 邊緣相互倚靠，以及至少一層半導體材料帶狀物(14)纏繞中心導體(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜，其特征在于反向?qū)w(4)也由帶狀物形成，該帶狀物 配備了有超導材料，其關(guān)于一管沿著縱向延伸，所述管具有沿軸向延伸的狹縫0)，在該狹 縫處，該帶狀物的兩個邊緣相互倚靠。
3.根據(jù)權(quán)利要求所述2的電纜，其特征在于反向?qū)w⑷的狹縫(5)由焊接封閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3其中一項所述的電纜，其特征在于=ReBCO用作超導材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電纜，其特征在于YBC0用作超導材料。
全文摘要
本發(fā)明公開一種超導電纜，其具有中心超導導體(1)、圍繞的電介質(zhì)(3)以及圍繞的超導反向?qū)w(4)。中心導體(1)由配備了超導材料的單一帶狀物形成為管，該管具有縱向延伸的狹縫(2)，在狹縫(2)處，帶狀物的兩個邊緣相互抵接。由半導體材料制成的帶狀物(14)以至少一層纏繞中心導體(1)。
文檔編號H01B12/12GK102082007SQ201010625088
公開日2011年6月1日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者弗蘭克·施米特 申請人:尼克桑斯公司