專利名稱：超導電纜的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超導電纜，更具體地涉及這樣一種超導電纜，其中具有每一相的超導體以三層的方式同軸地設置以構造為芯，并且外低溫恒溫部以導電性高的鋁管構造以用作中性線。
背景技術：
與普通的標準傳導電纜相比，超導電纜通過使用超導線作為導體可傳輸大量的電倉泛。例如，韓國專利N0.10-2011-0091929公開了一種超導電纜，其可以是具有單個芯的單相超導電纜，也可以是其中每個電相均不同的多個芯被結合成單體的多相超導電纜或者相似物，并且多相超導電纜具體地包括具有三個芯的三相(A-B-C相或R-S-T相)超導電纜。圖1是示出了一般的三相超導電纜的示意性剖視圖。參考圖1，在低溫恒溫部10中構造多個相(即A相、B相和C相)的三個芯20設置在三相超導電纜2處。另外，用于將超導體保持在極低溫度狀態(tài)下的流體在低溫恒溫部10與三個芯20之間的空間20a中流動。三個芯20被盤繞而形成單個整體的軸或普通軸。具有這種一體的或公共的軸形狀的芯20通常稱為“同軸”電纜(在本說明書中，稱為“三芯一體電纜”(在一個低溫恒溫部中有三個同軸電纜芯))。在三芯一體超導電纜2中，按照從內側到外側的徑向順序，低溫恒溫部10包括:內低溫恒溫部11，由金屬管制成；隔熱層12，由多層隔熱材料制成；以及外低溫恒溫部13，通過間隔件15保持真空部10a。另外，按照從內側到外側的徑向順序，每個相的超導電纜芯20包括:繞線模(former) 21，具有實心的形狀或在其中形成冷卻劑通道的中空的形狀；超導傳導層22 ;絕緣層23和超導保護層24。如上所述,三芯一體超導電纜2應具有用于具有每一相的三個芯20中的每一個的超導傳導層22和超導保護層24。由于超導線占據(jù)超導電纜的生產成本的90%，如果三芯一體超導電纜2的超導傳導層22和超導保護層24由超導線制成，則需要大量的超導線，這降低了產品的競爭力。另外，由于具有每一相的三個芯20都布置成剖視圖中的三角形模式，所以整個電纜的直徑很大，這增加了安裝超導電纜的建造成本。另外，三芯一體超導電纜是在終端連接盒中從超導保護層24短路，所以在平時充當中性線的作用。此外，三芯一體超導電纜應構造成當電力系統(tǒng)中發(fā)生故障(如接地短路或相短路)時、在斷路或類似操作之前的短時間內使故障電流流向超導保護層24。然而，當由于薄膜線制成較小的截面面積而產生故障電流時，超導保護層24可不承受突然的電流增力口。因此，進一步設置銅傳導層以與超導保護層一起用作中性線。如上所述，由于銅導體中性線應圍繞具有三相的芯20中的每一個進行絞合，所以三芯一體超導電纜的結構復雜、制造工藝復雜且生產成 本較高。
同時，韓國專利N0.10-2008-0000671公開了一種電纜(AC電纜)，其也稱為“三軸電纜”，其中除了具有每一相的芯被共同絞合的三芯一體超導電纜之外，具有每一相的超導體被設置為同軸地疊置。在本說明書中，超導電纜稱為“三軸電纜”。在韓國專利N0.10-2008-0000671中公開的三軸超導電纜被構造成使得具有含不同相的超導傳導層(電能傳輸層)的單個芯被設置成沿徑向從最內部的繞線模到外部，這些超導傳導層與插設在它們之間的絕緣層以三層的方式同軸地疊置。該電纜可減小芯的直徑，因此整個電纜的直徑與三芯一體超導電纜相比稍微減小。然而，由于由普通的傳導金屬制成的中性線(中性層)應被絞合在芯的外絕緣層的外周上，從而應付零相電流(小于幾百安培)和在通常的時間由三相不平衡電流產生的故障電流，所以三軸電纜的結構和制造過程也很復雜，并且需要很高的生產成本。尤其是，在中性線設置在芯的外部的情況下，因零相電流經過中性線而使中性線產生熱量，用于冷卻熱量的冷卻裝置的容量有所增加，這也增加了整個系統(tǒng)的成本。另外，如果幾十千安的故障電流流入電纜，則故障電流會在中性線處產生電磁力，該電磁力會損壞絕緣體，因此降低超導電纜的可靠性。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有的超導電纜的問題，并且提供超導電纜和三軸超導電纜，其中具有每一相的超導體同軸地疊置以構造成芯，并且外低溫恒溫部以導電性高的鋁管構造以用作故障電流經過電路的中性線，而無需在芯的外周上形成中性線，從而使得超導電纜因直徑小且結構簡單而能夠以低生產成本制造，并且電纜的可靠性也通過防止中性線處產生的電磁力導致絕緣體過熱或損壞而得到提高。在一方面，提供一種超導電纜，其包括芯部，該芯部包括:繞線模，設置在芯部的中心處；一個或多個具有每個電相的超導傳導層，其沿徑向設置在繞線模的外側；絕緣層，沿徑向設置在每個傳導層的外側；以及保護層，設置在絕緣層中的最外面的絕緣層處；該超導電纜還包括低溫恒溫部，其沿徑向設置在芯部的外側，其間插設有第一空間，該低溫恒溫部具有設置在其中的真空部并電連接到中性極(N極)。在根據(jù)本發(fā)明的超導電纜中，低溫恒溫部包括:內低溫恒溫部，沿徑向設置在內側；以及外低溫恒溫部，沿徑向設置在外側，其間插設有真空部，并且外低溫恒溫部電連接到中性極(N極)。內低溫恒溫部可在超導電纜系統(tǒng)處電接地。隔熱材料可設置在內低溫恒溫部的外周處，并且隔熱材料和外低溫恒溫部通過間隔件保持一間隙以形成真空部。繞線?？蓸嬙斐删哂行纬傻诙臻g的中空部或者可構造成實心的形式。冷卻劑可在第一空間和第二空間中的至少一個中流動。芯部可包括三個傳導層以提供三軸超導電纜。 低溫恒溫部可由鋁材料制成。在另一方面，提供一種三軸超導電纜，其包括:低溫恒溫部，其具有同軸地設置的內低溫恒溫部和外低溫恒溫部，其間插設有真空部；以及單個芯，設置在低溫恒溫部的內低溫恒溫部中，其間插設有空間，其中繞線模設置在芯的中心處，具有每個電相的超導傳導層沿徑向在外側同軸地設置在繞線模的外周處，其間插設有絕緣層，絕緣層同軸地設置在最外部的超導傳導層的外周處，其中低溫恒溫部的外低溫恒溫部由鋁材料制成并且構造為在超導電纜系統(tǒng)處電連接到中性極(N極)的中性線。此外，還提供一種三軸超導電纜，其包括:低溫恒溫部，具有同軸地設置的內低溫恒溫部和外低溫恒溫部，其間插設有真空部；以及單個芯，設置在低溫恒溫部的內低溫恒溫部中，其間插設有空間，其中芯包括設置在該芯的中心處的繞線模，并且包括第一相超導傳導層、第一絕緣層、第二相超導傳導層、第二絕緣層、第三相超導傳導層、第三絕緣層以及黏合物，它們沿徑向按照從繞線模到外部的順序同軸地疊置，并且其中低溫恒溫部的外低溫恒溫部由鋁材料制成并且構造為在超導電纜系統(tǒng)處電連接到中性極(N極)的中性線。如果使用根據(jù)本發(fā)明的三軸超導電纜，超導電纜的尺寸可由于具有每一相的超導體同軸地疊置而減小，從而減小電纜的截面尺寸。另外，如果使用根據(jù)本發(fā)明的三軸超導電纜，由于超導保護層不是必須的，所以所用的超導線的量可大大減少，這確保了很好的經濟性能。另外，如果使用根據(jù)本發(fā)明的該三軸超導電纜，由于在超導電纜中必須采用的外低溫恒溫部由導電性優(yōu)異的鋁材料制成并且外低溫恒溫部被電連接到中性極以充當中性線，所以無需在芯的外周處的絕緣層上單獨地絞合中性線導體(如銅導體)。因此，電纜可具有簡單的結構并且確保容易制造，并且可以防止絕緣本體被故障電流損壞，從而提高超導電纜的可靠性。另外，如果使用根據(jù)本發(fā)明的三軸超導電纜，即使當外低溫恒溫部因不平衡的電流或故障電流的流入而產生熱量時，由于隔熱材料插設在外低溫恒溫部與空間之間，所以外低溫恒溫部的熱量不會影響內部絕緣和內部冷卻劑，因此可以實現(xiàn)高效的系統(tǒng)并且當零相電流或故障電流流入時可以解決冷卻劑的受熱問題。


從以下結合附圖的詳細描述中，公開的示例性實施例的以上和其它的方面、特征和優(yōu)勢將變得更加顯而易見，其中:圖1是示出普通的三芯一體超導電纜的剖視圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的三軸超導電纜的剖視圖；圖3是圖2中示出的超導電纜的等效環(huán)形視圖(circuit view)；圖4是示出作為根據(jù)本發(fā)明的三軸超導電纜的中性線的鋁制低溫恒溫部的寄生電壓的示意性圖表；以及圖5是將根據(jù)本發(fā)明的三軸超導電纜的截面尺寸與普通的一體超導電纜相比的示意圖。
具體實施例方式以下，將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。圖2和圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的三軸超導電纜的結構。參照圖2和圖3，根據(jù)本發(fā)明的三軸超導電纜100構造成具有芯120 (以下也稱為“芯部”)，其中具有每個電相的超導體在低溫恒溫部Iio中同軸地疊置。在圖2中，芯120的中心與低溫恒溫部110的中心錯開(向下垂落)，但是該圖示出了在任意點處的延長的電纜的剖視圖，并且恰好完整地表達了芯120因引力而下落(定位在那一點)。根據(jù)該安裝方法或電纜的曲線，芯120可在低溫恒溫部110中下垂或在另一點處的中間浮動。這將在以下更詳細地描述。三軸超導電纜100在低溫恒溫部110中保持一定空間，從而使得芯120被設置在其中。芯120包括位于其中心的繞線模121，并且具有每一相的超導傳導層沿徑向同軸地設置在外側的繞線模121的外周，并且在超導傳導層之間插設有絕緣層。在圖2和圖3中不出的實施例中，芯120包括第一相(例如A相)超導傳導層122、第一絕緣層123、第二相(例如B相)超導傳導層124、第二絕緣層125、第三相(例如C相)超導傳導層126以及第三絕緣層127，它們沿徑向按照從中心處的繞線模121到外側的順序同軸地疊置。作為最外側絕緣層的第三絕緣層127的外側被黏合物128圍繞(以下也稱為“保護層”)。黏合物128保護最外側絕緣層并且電接地，黏合物128通常由構造成金屬膠帶的“金屬黏合物”制成。第一、第二和第三絕緣層123、125、127由半導體層、絕緣層和半導體層組成，雖然它們在圖中未加以區(qū)別地示出。如圖2和圖3中示出，繞線模121構造的方式是金屬線(例如，銅線)被絞合成具有在中心部形成空間120a的中空部或者被絞合成內部充滿而沒有空間的實體形式。另外，繞線模121可以通過其中具有空間120a的金屬管來構造。在繞線模121的中心處形成的空間120a (以下也稱為“第二空間”)被用作使冷卻劑120b流動的通道(見圖3)，并且即使當冷卻劑不在其中流動，該空間也可以被完整地保持。低溫恒溫部110與芯120同軸并且起到保護超導電纜(即，芯120)以及將超導電纜保持在極低的溫度狀態(tài)下的作用。為此目的，低溫恒溫部110包括:內低溫恒溫部111，其沿徑向與芯120分離而形成空間IlOa (以下也稱為“第一空間”)；以及外低溫恒溫部113，其設置成保持自內低溫恒溫部111起的真空部114。隔熱材料112設置在內低溫恒溫部111的外周以隔熱。內低溫恒溫部111和外低溫恒溫部113通過間隔件115保持一間隙。換言之，在內低溫恒溫部111處形成隔熱層112的情況下，間隔件115被設置在隔熱材料112與外低溫恒溫部113之間。冷卻劑IlOb (見圖3)可在內低溫恒溫部111與芯120之間的空間IlOa中流動以幫助冷卻。內低溫恒溫部111和外低溫恒溫部113由螺旋波紋狀的波紋管制成。在本發(fā)明中，外低溫恒溫部113尤其由導電性優(yōu)異的鋁(Al)管制成并且在超導電纜系統(tǒng)處作為中性線(N極)(中性導體)電連接。與此同時，內低溫恒溫部111也可由鋁管制成，并且內低溫恒溫部111被連接成電接地。在超導電纜系統(tǒng)中，由于內低溫恒溫部111在端子或連接盒處直接接觸極低溫度的流體(例如液氮)，所以內低溫恒溫部111未用作中性線，而是用作地線，并且處于常溫狀態(tài)下的外低溫恒溫部113在一般時候用作中性線并且當故障發(fā)生時代替內低溫恒溫部111而構造為故障電流經過電路。在單獨地設置地線的情況下，內低溫恒溫部111可以由通常用于極低溫度的不銹鋼管制成。在本發(fā)明的超導電纜中，如果電流被施加到每一相的超導層，則電壓會因電流產生的磁場的影響而被引入由鋁制成的外低溫恒溫部113，并且循環(huán)電流(保護電流)由于相應的寄生電壓而在由鋁制成的外低溫恒溫部113中流動。然而，如圖4中所示，在具有三相的超導體如本發(fā)明這樣被設置成同軸疊置的情況下，電流不會在由鋁制成的外低溫恒溫部113中流動。在圖4中，“r”代表從導體到外低溫恒溫部113的距離。由于根據(jù)本發(fā)明的三軸超導電纜100構造成使得具有每一相的超導體同軸地疊置，所以它的截面尺寸與現(xiàn)有的三芯一體超導電纜2相比可減小。圖5是將具有相同容量的現(xiàn)有的三芯一體超導電纜2與根據(jù)本發(fā)明的三軸超導電纜100的截面尺寸相比較的示意圖，由此可以判斷出根據(jù)本發(fā)明的超導電纜的尺寸能夠減少多少。另外，由于三芯一體超導電纜2還應包括用于具有每一相的芯的超導保護層24，所以需要大量的超導線。然而，本發(fā)明的超導電纜100不需要超導保護層，所以與三芯一體超導電纜2相比，所用的超導線的量可減少一半，從而確保優(yōu)良的經濟性能。在現(xiàn)有的三芯一體超導電纜中，銅導體應圍繞具有每一相的芯的外周纏繞以起到中性線的作用以及故障電流經過電路的作用。相似地，在現(xiàn)有的同軸超導電纜的情況下，諸如銅導體等中性線導體應圍繞最外側的隔熱層纏繞。在現(xiàn)有的超導電纜中，由于低溫恒溫部通常由用于極低溫度的不銹鋼管制成，所以不可能將低溫恒溫部用作導體。為此原因，不可能將低溫恒溫部用作普通的中性線或故障電流經過電路，所以中性線導體應在每個芯上單獨地絞合。中性線導體應在每個芯上絞合的現(xiàn)有的電纜的結構復雜，并且其制造過程復雜且困難。另外，在由諸如銅等通常的傳導金屬制成的中性線導體在絕緣層的外側絞合的情況下，與以上描述的兩個現(xiàn)有的電纜相似，如果幾十kA的故障電流在電纜中流動，則故障電流在中性線處會產生電磁力，這會損壞絕緣體。然而，在本發(fā)明的三軸超導電纜100的情況下，由于超導電纜所必需的外低溫恒溫部113由導電性優(yōu)異的鋁材料制成并且被連接到中性極以充當中性線，所以無需在芯120的最外側的絕緣層127上單獨地絞合中性線導體。因此，電纜可具有簡單的結構且容易制造，并且可以防止絕緣本體因故障電流而損壞，這增加了超導電纜的可靠性。同時，在三相電能傳輸電纜的情況下，例如由于在電能接收部處的負載發(fā)生改變，所以在多個相(A相、B相和C相)之間會發(fā)生電能不平衡。由于零相電流以一樣的不平衡度(電能中的差值)沿著中性線流動，所以在中性線處會產生焦耳熱。另外，當故障電流流入時，中性線會產生更多的熱量。然而，在中性線導體25在具有每一相的芯20的外周上絞合的現(xiàn)有的三芯一體超導電纜的情況下，或者在中性線導體在芯120的最外側部分上絞合的早期的同軸超導電纜的情況下，中性線導體接觸或直接靠近冷卻劑(例如液氮(LN2))。因此，如果不平衡的電流或故障電流在中性線處產生熱量，則冷卻劑(極低溫流體)被加熱，從而降低能量傳輸效率。另外，為了應對冷卻劑的加熱，超導電纜系統(tǒng)具有進一步冷卻冷卻劑的負擔。
然而，在根據(jù)本發(fā)明的超導電纜的優(yōu)選實施例中，如果低溫恒溫部110的外低溫恒溫部113替代直接接觸冷卻劑的內低溫恒溫部111而被設定為中性線，則即使當外低溫恒溫部113因不平衡電流或故障電流的引入而產生熱量，由于隔熱材料112被插設在外低溫恒溫部113與空間IlOa之間，所以外低溫恒溫部113的熱量不會影響空間IlOa中的冷卻劑。雖然已經示出和描述了示例性實施例，但是本領域技術人員應理解，在不背離如所附權利要求書中限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對形式和細節(jié)進行各種改變。另外，在不背離本發(fā)明的本質范圍的情況下，能夠對本發(fā)明的教導做出多種改型以適應特定的情況或材料。因此，本發(fā)明并不期望限制于作為準備實施本發(fā)明的最佳模式而公開的特定示例性實施例，相反，本發(fā)明將包括落入到所附權利要求書的范圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種超導電纜，包括: 芯部(120)，包括:繞線模(121)，設置在所述芯部(120)的中心處；一個或多個具有每一電相的超導傳導層，沿徑向設置在所述繞線模(121)的外側；絕緣層，沿徑向設置在每個傳導層的外側；以及保護層，設置在所述絕緣層中的最外面的絕緣層處；以及 低溫恒溫部(110)，沿徑向設置在所述芯部的外側，所述低溫恒溫部與所述芯部之間插設有第一空間(110a)，所述低溫恒溫部(110)具有設置在其中的真空部(114)并且電連接到中性極(N極)。
2.根據(jù)權利要求1所述的超導電纜， 其中低溫恒溫部(110)包括:內低溫恒溫部(111)，沿徑向設置在內側；以及外低溫恒溫部(113)，沿徑向設置在外側，在所述內低溫恒溫部與所述外低溫恒溫部之間設有所述真空部(114)，并且 所述外低溫恒溫部(113)電連接到所述中性極(N極)。
3.根據(jù)權利要求2所述的超導電纜， 其中所述內低溫恒溫部(111)在超導電纜系統(tǒng)處被連接成電接地。
4.根據(jù)權利要求2所述的超導電纜， 其中在所述內低溫恒溫部(111)的外周處設置隔熱材料(112)，所述隔熱材料(112)和所述外低溫恒溫部(113)通過間隔件(115)保持一間隙以形成所述真空部(114)。
5.根據(jù)權利要求 1所述的超導電纜， 其中所述繞線模(121)被構造成具有形成第二空間(120a)的中空部或者被構造成實心的形式。
6.根據(jù)權利要求5所述的超導電纜， 其中冷卻劑在所述第一空間(IlOa)和所述第二空間(120a)中的至少一個中流動。
7.根據(jù)權利要求1所述的超導電纜， 其中所述芯部(120)包括三個傳導層以提供三軸超導電纜。
8.根據(jù)權利要求1所述的超導電纜， 其中所述低溫恒溫部(110)由鋁材料制成。
9.一種三軸超導電纜，包括: 低溫恒溫部(110)，具有同軸地設置的內低溫恒溫部(111)和外低溫恒溫部(113)，在所述內低溫恒溫部與所述外低溫恒溫部之間插設有真空部(114);以及 單個芯(120)，設置在所述低溫恒溫部(110)的內低溫恒溫部(111)中，在所述內低溫恒溫部與所述芯之間插設有空間(110a)， 其中在所述芯(120)的中心處設有繞線模(121 )，在所述繞線模(121)的外周處沿徑向在外側同軸地設有多個具有每個電相的超導傳導層，在所述多個超導傳導層之間插設有絕緣層，所述絕緣層同軸地設置在最外部的超導傳導層的外周，并且 其中所述低溫恒溫部(110)的外低溫恒溫部(113)由鋁材料制成并構造為在超導電纜系統(tǒng)處電連接到中性極(N極)的中性線。
10.一種三軸超導電纜，包括: 低溫恒溫部(110)，具有同軸地設置的內低溫恒溫部(111)和外低溫恒溫部(113)，在所述內低溫恒溫部與所述外低溫恒溫部之間插設有真空部(114);以及單個芯(120)，設置在所述低溫恒溫部(110)的內低溫恒溫部(111)中，在所述內低溫恒溫部與所述芯之間插設有空間(110a)， 其中所述芯(120)包括繞線模(121)，所述繞線模設置在所述芯的中心處，并且所述芯包括第一相超導傳導層(122)、第一絕緣層(123)、第二相超導傳導層(124)、第二絕緣層(125)、第三相超導傳導層(126)、第三絕緣層(127)以及黏合物(128)，它們沿徑向按照從所述繞線模(121)到外部的順序同軸地疊置，并且 其中所述低溫恒溫部(110)的外低溫恒溫部(113)由鋁材料制成并且構造為在超導電纜系統(tǒng)處電連接到中性極(N極)的中 性線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三軸超導電纜。該三軸超導電纜包括低溫恒溫部，其具有同軸地設置的內低溫恒溫部和外低溫恒溫部，其間插設有空間；以及單個芯，設置在低溫恒溫部的內低溫恒溫部中，其間插設有空間，其中繞線模設置在芯的中心處，具有每一相的超導傳導層沿徑向在外側同軸地設置在繞線模的外周處，其間插設有絕緣層，并且絕緣層同軸地設置在最外部的超導傳導層的外周處，其中低溫恒溫部的外低溫恒溫部由鋁材料制成并且構造為在超導電纜系統(tǒng)處電連接到中性極(N極)的中性線。
文檔編號H01B12/06GK103177815SQ20121048818
公開日2013年6月26日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權日2011年12月23日
發(fā)明者張鉉萬, 李秀吉, 金榮雄, 柳喆揮 申請人:Ls電線有限公司