專利名稱：超導電纜的端頭結構和使用其的超導電纜線路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種包括具有超導層的電纜芯的超導電纜的端頭結構，以及包括該端頭結構的超導電纜線路，特別是涉及一種有助于將地線與該超導層相連的同時阻止電絕緣層絕緣性被削弱的超導電纜端頭結構及包括該端頭結構的線路。
背景技術：
作為一種使用由比如Bi基高溫超導帶(tape)形成的超導導體層制造出的超導電纜，不僅僅是包括單電纜芯的單相電纜，還有將多個電纜芯裝配成一個單元制造而得的多芯類型的多相超導電纜都在研制中。
參考圖5，超導電纜100包括三個電纜芯102纏繞并容納于熱絕緣管道101中。熱絕緣管道101具有外管道101a和內(nèi)管道101b。由這些外管道101a和內(nèi)管道101b構成的雙管道其中設置有熱絕緣材料(未示出)，且在該雙管道中產(chǎn)生真空。
這些電纜芯102的每一個都包括，按照從最內(nèi)部的組件開始的順序，型模200，超導導體層201，電絕緣層202，超導屏蔽層203和保護層204。超導導體層201通過繞著型模200以螺旋形纏繞多層超導線材構成。電絕緣層202是纏繞用層壓聚丙烯牛皮紙(polypropylene and kraft paper in lamination)形成的絕緣紙而形成。超導屏蔽層203是通過繞著電絕緣層202以螺旋形纏繞與超導導體層201所用的超導線材相似的超導線材構成的。在該超導屏蔽層203中，以穩(wěn)定的狀態(tài)，電流以與流經(jīng)超導導體層201的電流大致相同的大小和相反的方向被感生。該感生電流產(chǎn)生一磁場，該磁場可以抵消從超導導體層201產(chǎn)生的磁場，并因此在電纜芯102外部基本上沒有磁場泄漏。在內(nèi)管道101b和每個電纜芯102之間形成的空間103通常提供制冷劑流動的通路。熱絕緣層101具有提供聚氯乙烯的抗腐蝕層104的徑向外部。
對通常的導電多相電纜，對比起來，眾所周知正常情況下每個電纜芯具有一個接地的屏蔽層使得為各相獲得地電位。該技術已經(jīng)被描述，比如在新版《Power Cable Technology Handbook(電力電纜技術手冊)》Kihachiro Iizuka，Kabushiki Kaisha Denkishoin，1989年三月25日，第一版，第一次印刷，第645頁”.該屏蔽層接地是通過直接將地線和屏蔽層相連并將該地線接地，即將該線與接地結構相連。地線通常通過使用熔點為大約190℃的典型的焊料焊接、壓力焊接等來與屏蔽層相連。
超導電纜也需要使超導屏蔽層被處理，且將該超導屏蔽層接地是理想的。如果該超導電纜具有以普通導電電纜的屏蔽層接地所使用的方式接地的超導屏蔽層，可是，問題產(chǎn)生了首先，超導層由不具有機械強度以能夠承受壓力焊接的超導線材形成。如此，不能使用如平常用于常規(guī)導電電纜的壓力成形。如果超導電纜具有利用上述典型的焊料(其熔點高于在超導屏蔽層之下的電絕緣層的溫度限制)與地線相連的超導屏蔽層，用于熔化焊料的熱量削弱了電絕緣層的絕緣性。
而且，直接將地線和超導電纜的超導屏蔽層相連可能會損壞構成超導屏蔽層的超導線材，并如上所述削弱了電絕緣層的絕緣性。因而期望將地線不直接的與超導屏蔽層相連，而不是直接的將地線與超導屏蔽層相連。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種超導電纜的端頭結構，使得超導層接地的時候不會削弱超導層和超導屏蔽層的特性，特別是，不會削弱電絕緣層的絕緣性，以及提供包括該端頭結構的超導電纜線路。本發(fā)明要解決的另一技術問題是提供一種多相電纜中的超導電纜的端頭結構，該超導電纜具有經(jīng)過適當處理的超導屏蔽層以通過感生電流，以及包括該端頭結構的超導電纜線路。
本發(fā)明通過以下方式實現(xiàn)上述目標在超導層徑向外部布置一連接電極，并還使用具有低熔點的焊料連接超導層和該連接電極。
更具體的，本發(fā)明是一種超導電纜的端頭結構，該超導電纜包括具有超導層和電絕緣層的電纜芯，還包括布置在超導層徑向外部的連接電極，且該連接電極和超導層通過低熔點焊料相連。此外，當該超導層是超導導體層和超導屏蔽層，該連接電極布置在超導屏蔽層的徑向外部，并且該連接電極具有安裝在其上的地線。此外，當超導電纜是包括多個電纜芯的多相電纜，該連接電極布置在每個電纜芯的超導屏蔽層的徑向外部，且這樣的連接電極通過導電耦合部件連接。
與本發(fā)明相關，超導電纜具有一超導層，該超導層徑向外部提供導電連接部件(連接電極)，連接電極通過使用低熔點焊料固定到超導層，以阻止在安裝連接部件時電絕緣層具有被削弱的絕緣性。該連接電極可具有一先已安裝在其上的地線，且具有該線的連接電極能夠和該超導層、該超導屏蔽層相連，特別的，避免需要直接安裝地線到超導屏蔽層。這可以阻止在安裝地線時超導屏蔽層被損壞，也阻止了電絕緣層的絕緣性被削弱。
而且，假如超導電纜是包括多個電纜芯的多相電纜，每個電纜芯可以具有徑向外部提供有連接電極的超導屏蔽層，且超導屏蔽層和連接電極可以通過低熔點焊料連接，每個超導屏蔽層可以接地。本發(fā)明的發(fā)明者研究并發(fā)現(xiàn)當每個電纜芯具有接地的超導屏蔽層時，產(chǎn)生如下問題超導電纜通過的電流比常規(guī)的導電電纜要顯著的大。如果每個電纜芯的超導屏蔽層通過大地接地，每個電纜芯的超導屏蔽層可不利地通過大地相連。如果這樣做，超導屏蔽層(連接電阻大)通過的電流大小小于流過超導層的電流。這樣，每個電纜芯的超導屏蔽層不能產(chǎn)生一個可抵消由每個電纜芯的超導導體層產(chǎn)生的磁場，并在每個電纜芯外部產(chǎn)生一個大磁場。從而在本發(fā)明中，如果電纜芯的超導屏蔽層在其徑向外部各自設置有連接電極，該超導屏蔽層分別通過導電耦合部件連接在一起以減少連接阻抗和短接超導屏蔽層。一個可以抵消從每個電纜芯的超導導體層產(chǎn)生的磁場的磁場能夠在每個超導屏蔽層產(chǎn)生。從每個電纜芯的磁場泄漏因此可以被減少。
下面將更詳細的描述本發(fā)明。
本發(fā)明涉及一種包括具有超導層和電絕緣層的電纜芯的超導電纜。如此，它可以是一種包括單個上述電纜芯的單相電纜，或者是包括多個上述電纜芯的多相電纜。多相電纜包括具有纏繞在一起并容納于熱絕緣管道內(nèi)的三個電纜芯的3相超導電纜。該電纜可能是任何公知的超導電纜之一。
該超導層包括超導導體層和超導屏蔽層。建議這些超導層通過螺旋形纏繞由Bi2233基超導材料形成的線材而形成，且它們可能設置為單層或多層。對于多層，由層壓聚丙烯牛皮紙形成的絕緣紙被纏繞在層之間以設置為絕緣層。而且在超導導體層和超導屏蔽層之間插入電絕緣層。推薦通過纏繞PPLP或類似的由層壓聚丙烯牛皮紙形成的絕緣紙構成該電絕緣層。而且在本發(fā)明中，該超導層的徑向外部布置有連接電極，超導層和連接電極通過低熔點焊料接合在一起。
焊料具有依賴其化學組成而變化的熔點。本發(fā)明使用的是低熔點焊料，焊料熔點低于通常所用熔點大約為190℃的焊料(下文簡稱為典型焊料)。更具體的說，使用熔點低于電絕緣層溫度限制的焊料。該電絕緣層由PPLP或類似的由聚丙烯層壓牛皮紙形成的絕緣紙構成，溫度限制為130℃。即，該典型焊料，熔點高于電絕緣層的溫度限制，將使得電絕緣層的絕緣性被削弱。相應的阻止電絕緣層的絕緣性削弱，使用熔點小于130℃(更優(yōu)選的至多為120℃)的焊料。另一方面，要求焊料不會熔化，并且在從常溫到一個特別低的溫度(制冷劑冷凍電纜的溫度)的范圍內(nèi)具有一定水平的機械強度。焊料具有包括熔點至少為60℃的這樣的性質(zhì)。這種低熔點的焊料可為市場上可獲得的焊料。
而且在附接連接電極時，溫度傳感器能夠接合在比如電絕緣層、超導屏蔽層和/或等等上，以確定每層的溫度來更好地阻止電絕緣層的絕緣性被削弱。溫度傳感器包括熱電偶等等。推薦溫度傳感器可以用帶、焊料等等連接，并在連接電極用低熔點焊料連接至超導層的徑向外部以后被移去。
連接電極被用于將地線、超導層和/或等等連接在一起。推薦這樣的連接電極由導電材料比如銅、鋁(兩者在77K的比阻抗ρ＝2×10-7Ω·cm)或類似的金屬形成，所述金屬在超導電纜所使用的制冷劑溫度(例如當液氮被用作制冷劑時的液氮溫度附近)下具有小的電阻抗。連接電極的形狀優(yōu)選地是接觸超導層的周方向的至少一部分。如果超導層由多個超導線材形成，特別的，連接電極優(yōu)選的為能夠和所有組元超導線材一起電連接的形狀。比如它包括能夠覆蓋超導層的整個外周邊的圓筒狀。如果連接電極是圓筒狀，它優(yōu)選的由截面為弧形的片結合在一起形成圓筒狀來形成，以有助于在超導層的周邊附著連接電極。更具體地，均具有半圓弧形截面形狀的、組合在一起的片被包括在連接電極中。
連接電極優(yōu)選的具有連接其上的地線，并且通過將該連接地線的連接電極在超導層的徑向外部連接至超導層，能夠特別的阻止超導屏蔽層在連接地線時被損壞，并可以阻止電絕緣層的絕緣性被削弱。而且，采用連接地線的連接電極能夠便于將超導屏蔽層接地。地線通過焊料或螺栓或壓力接合或類似的機械連接方式而連接到連接電極。本發(fā)明中，超導層具有通過連接電極連接其上的地線。因而，上述的這樣的機械連接也能夠被采用，且地線易于可靠的被連接。而且，連接電極能夠在任何期望位置和超導電纜連接，提供良好的可操作性。而且，對于多相電纜，能夠提高選擇連接電極連接位置的自由度。
對于包括多個電纜芯的多相電纜，推薦電纜芯各自的超導層(特別是超導屏蔽層)其上分別如上所述設置有連接電極，且這些連接電極通過導電耦合部件相連以短接超導屏蔽層，以及安裝到與任何一個電纜芯相關的連接電極的地線能夠被接地以將該多個電纜芯共同接地。注意到在任何單個電纜芯設置安裝有地線的連接電極就足夠。其它電纜芯可以分別設置沒有安裝接地線的連接電極。
比如對包括三個電纜芯的3相超導電纜，通過所謂Y形連接的形式，連接電極和耦合部件被連接。更特別的，電纜芯的徑向外部分別設置各自的連接電極，各自耦合部件的一端均安裝在各自連接電極上，耦合部件的各自另一端朝向以連接電極為頂點的三角形的中心連接。另一種方案是，也可以考慮被稱作Δ形連接的形式。更特別的，電纜芯的徑向外部分別設置各自的連接電極，該連接電極用作頂點且耦合部件連接到連接電極使得耦合部件相應于連接頂點(或連接電極)的邊。對于Y形連接形式，耦合部件可以通過使用單獨的中心電極以連接耦合部件的各自另一端至中心電極，使得各自的另一端相連。
耦合部件優(yōu)選地由撓性材料制成。更特別的，它包括由比如編織材料制成的材料。這樣的撓性耦合部件允許當電纜芯被冷卻收縮的時候跟隨電纜芯的運動。當電纜芯收縮時，引起張力。然而張力被主要施加在該撓性耦合部件上，而很少施加在機械強度比上述典型焊料低的低熔點焊料上。如此，低熔點焊料的部分能夠有效的得到保護。而且，如果相應于多相電纜的本端頭結構容納在分線箱中，在空間有限的分線箱中連結連接電極的時候，撓性耦合部件能夠提供良好的可操作性，且可以吸收當電極連接時產(chǎn)生的尺寸誤差，比如位置偏差、變形等等。如果使用這樣的撓性耦合部件，比如連接電極以上述Y形連接方式連接，耦合部件可以被安裝使得安裝有耦合部件處的連接電極部分和連接這種耦合部件在一起的部分(或中心電極)沿著電纜芯看過去具有相同的位置，即使沿著芯看偏置該部分可有助于安裝耦合部件。
推薦連接電極被安裝為使得保護層被移去，且超導層(特別是超導屏蔽層)被露出。如此，更有效的阻止電絕緣層的絕緣性被削弱，優(yōu)選的連接電極和電絕緣層是熱絕緣的。比如由熱絕緣材料形成的帶、片等被纏繞在超導屏蔽層和電絕緣層之間。該熱絕緣材料包括玻璃、纖維增強塑料(FRP)等等。如果超導屏蔽層具有多層，每層具有在不同軸向長度部分處連接其上的連接電極，連接阻抗可能變化并可引入偏置電流分布。因而，希望軸向長度是相等的。因而如果超導屏蔽層是多層，每層可以在連接到連接電極的部分處被段剝開，最內(nèi)層(位置最接近于電絕緣層的層)被切開以使得最內(nèi)層的軸向長度和其它段剝層的軸向長度相等，以部分暴露出電絕緣層。優(yōu)選的，露出的電絕緣層具有上述的周邊，熱絕緣帶等纏繞在其周圍，連接電極安裝在其上。而且，露出的電絕緣層可以還具有附著其上的溫度傳感器，以在低熔點焊劑被用于將連接電極安裝到超導層的徑向外部時確定層的溫度。
本端頭結構被用在超導電纜線路中，比如在將超導電纜和普通導電電纜連接在一起的連接，將超導電纜連接在一起的連接，或者在設置有端頭結構的部分使得端頭結構被設置在超導電纜的兩端。這種部分是電纜端頭被處理以形成連接結構、端頭結構等等的部分，連接電極可易于被布置。
對于包括多個電纜芯的多相電纜，通過將每相即每個電纜芯分開而形成上述的連接結構、端頭結構等等。分離的電纜芯容納于分線箱中。更具體地，裝配在組裝部分的多相電纜芯當它們從此延伸時其間的間隔愈加寬，電纜芯于是被容納在分線箱中。分線箱具有熱絕緣結構，其填充有液氮等制冷劑以冷卻芯。
每個從箱內(nèi)伸出的電纜芯設置有熱絕緣管道，該熱絕緣管道中填充液氮等制冷劑以保持在箱中所保持的類似超導狀態(tài)。因而，將連接電極安裝到從分線箱中伸出的各個電纜芯的超導屏蔽層將非常麻煩。連接電極可以安裝到從分線箱伸出的各個電纜芯的超導層。優(yōu)選的，然而，連接電極同樣地被安裝到分線箱內(nèi)的電纜芯上，因而允許安裝連接電極時的優(yōu)良可操作性。
推薦分線箱內(nèi)的每個電纜芯被保持工具保持。保持工具包括能夠保持每個電纜芯并還使得每個電纜芯保持分開。特別的，保持工具優(yōu)選的具有能夠在電纜芯延伸和收縮的時候在分線箱內(nèi)移動的結構。
而且對于多相電纜，超導層(特別是超導屏蔽層)優(yōu)選的只在電纜端頭的一端接地，而不在電纜端頭的另一端接地，因為對于超導電纜，在兩個端頭接地將形成經(jīng)由大地的封閉環(huán)路并通過大地將超導屏蔽層連接在一起。
因此，如上所述，在本超導電纜的端頭結構中，電纜芯的超導層的徑向外部可設置有連接電極，該連接電極具有安裝在其上的地線，以有效的阻止超導層在安裝地線時被損壞，并阻止電絕緣層的絕緣性被削弱。而且，對于多相電纜，連接電極能夠被連在一起以短接超導屏蔽層。如此，每個電纜芯的超導屏蔽層能夠產(chǎn)生抵消從每個超導導體層產(chǎn)生的磁場的磁場，且可以阻止每個電纜芯的外部產(chǎn)生大的磁場。特別的，在本發(fā)明中，超導層和連接電極能夠用低熔點焊料連接，并且安裝連接電極不會削弱電絕緣層的絕緣性。
本發(fā)明的前述和其它的目的、特性、方面以及優(yōu)點將在下面結合附圖對本發(fā)明的詳細描述中變得更加清晰。


圖1概要性的示出了本發(fā)明相關的超導電纜的端頭結構；圖2A概要性的示出了繞著超導屏蔽層布置的連接電極的結構，圖2B顯示的是在電纜芯的一部分上，在超導屏蔽層徑向外部上布置的連接電極的部分缺口圖；圖3是連接電極和耦合部件的Y形連接型態(tài)的概要性剖面圖；圖4是連接電極和耦合部件的Δ形連接型態(tài)的概要性剖面圖；圖5是同時使用三芯的3相超導電纜的剖面圖。
具體實施例方式
以下將描述本發(fā)明的實施例。
圖1顯示一包括超導電纜100的端頭結構的超導電纜線路300。超導電纜100的端頭結構是一個包括多個具有超導層和電絕緣層的電纜芯102的多相超導電纜的端頭結構，并且每個電纜芯102具有被連接電極1所圍繞的超導層(本實施例中是超導屏蔽層)。該超導屏蔽層和連接電極1被低熔點焊料所接合。在本實施例中，包括三個電纜芯102的3相超導電纜100將被用于作為說明的實例。
本實施例使用3相超導電纜100，其結構和圖5所顯示的3相超導電纜相類似。更具體的說，徑向朝外看，電纜芯102包括型模200、超導導體層201、電絕緣層202、超導屏蔽層203和保護層204。對于3相超導電纜100，三個電纜芯102纏繞在一起并容納于熱絕緣管道101中。型模200通過纏繞多個銅線構成，每一個銅線都覆蓋著絕緣體。超導導體層201和超導屏蔽層203通過分別繞著型模200和電絕緣層202以螺旋方式分層纏繞Bi2223基超導帶狀線(Ag-Mn護層線)構成。電絕緣層202通過繞著超導導體層201纏繞由聚丙烯層壓牛皮紙(Sumitomo電子有限公司制造的聚丙烯層壓紙(PPLP))形成的絕緣紙構成。保護層204通過繞著超導屏蔽層203纏繞牛皮紙構成。熱絕緣管道101是SUS波紋管。在外管道101a和內(nèi)管道101b之間分層布置絕緣體。管道101a和101b形成雙管道，其內(nèi)部為真空。更具體的說，熱絕緣管道101具有真空的多層的熱絕緣結構。熱絕緣管道101的徑向外部設置有聚氯乙烯的抗腐蝕層104。
上述3相超導電纜100是扭絞的并容納在熱絕緣管道101內(nèi)，在該端頭部分，電纜芯102分隔并由此分開并容納在分線箱300內(nèi)。因此分開的電纜芯102各自具有在徑向外部分別設置連接電極1的各自的超導屏蔽層，并且連接電極1和導電耦合部件2連接以一起電連接超導屏蔽層或短接層。
參考圖2A和2B，連接電極1包括半圓的弧形片1a和1b，在剖面圖可見，結合在一起以提供圓筒幾何體。片1a和1b分別具有沿連接電極1延伸設置的法蘭1c的開放邊緣。片1a和1b各自的法蘭相互面對，穿過孔(未示出)插通螺栓或類似的固定件，并通過擰螺母夾固在一起以形成該圓筒幾何體。一個片1a具有固定件1d，以下描述的耦合部件2和固定件1d連接，孔1e在連接電極1和超導屏蔽層之間引入低熔點焊料。在本實施例中，作為例子示出兩個孔1e，也可以設置單個孔1e。在本實施例中，連接電極1由銅形成。
接合連接電極1使得電纜芯102的保護層204被移去以露出超導屏蔽層203。在本實施例中，超導屏蔽層203設置為具有內(nèi)層203a和外層203b的兩層。因而推薦該層被臺階狀剝開，使得構成各層203a和203b的超導線材能夠接觸低熔點焊料5。
而且，連接電極1不僅短路超導屏蔽層203，而且可與地線3相連。在本實施例中，如圖2A和2B所示，地線3連在片1b上。替代地，地線3可連在片1a上。地線3可利用典型焊料連接。
參考圖1，在本實施例中，耦合部件2由銅的編織材料形成。而且，在本實施例中，連接電極1和耦合部件2是以Y形連接連接的，且耦合部件2通過單獨配置的中心電極4連接在一起。在本實施例中，如從長度方向看，固定件1d和中心電極4偏移放置，且耦合部件2一端和固定件1d連接，另一端和中心電極4相連，使得耦合部件2沿著電纜芯102布置。
中心電極4由導電材料(在本實施例為銅)形成且包括在中心的環(huán)4a和等距布置在環(huán)4a周邊以連接耦合部件2的連接部4b。長螺栓305固定在保持電纜芯102的第一和第二保持工具301b和302b之間，如下面所述，該長螺栓305被插入環(huán)4a，中心電極4固定到長螺栓305。如此當電纜被冷卻且電纜102因而緊縮移動，接觸電極1和中心電極4在被固定的情況下當耦合部件2彎曲并延伸時能夠跟隨著芯102移動。而且，由電纜芯102收縮引起的張力大部分被施加在易彎曲的耦合部件2上，低熔點焊料幾乎不受到張力。因此能夠在電纜芯102延伸和收縮的時候，阻止連接電極1從超導屏蔽層203移出。
連接電極1被布置在超導屏蔽層203的徑向外部上，參考圖2A和2B如下文描述過程中。在超導電纜的端頭部分，電纜芯102被分開且每個電纜芯102在設置有連接電極1的部分上移去保護層以露出超導屏蔽層203。在本實施例中，電纜芯被段剝開以允許超導屏蔽層203的內(nèi)外層203a和203b都露出，且在內(nèi)外層203a和203b之間的層間絕緣層(通過纏繞電絕緣紙形成的層)被移去。而且在本實施例中，內(nèi)層203a被切開以露出電絕緣層202的部分，使得內(nèi)層203a在和連接電極1連接的部分具有和外層203b相等的軸向長度。露出的超導屏蔽層203和電絕緣層202可能具有接合在其上的熱電偶以確定每層的溫度。
露出的電絕緣層202優(yōu)選的具有設置有熱絕緣層6以阻止在焊接的時候由于傳遞的熱量削弱絕緣性的徑向外部。熱絕緣層6由比如玻璃纖維布帶(glass fiber cloth tape)形成。而且，如果超導屏蔽層203的一部分上沒有使用低熔點焊料5，推薦該部分被掩蔽。如果層203的一部分上使用了焊料5，該部分優(yōu)選被鍍敷焊料(solder-plated)以幫助低熔點焊料5粘接到該部分。而且，可以通過比如拋光或沖洗超導屏蔽層的表面以方便焊鍍進行。該層可以在每層溫度通過熱電偶被確定的時候被焊鍍。
連接電極1布置在超導屏蔽層203的徑向外部上。連接電極1在固定件1d處通過電流至超導屏蔽層203。因而接近固定件1d的部分連接阻抗是小的。如此在構成超導屏蔽層203的內(nèi)層203a和外層203b的超導帶線(superconducting tape line)中，接近固定件1d的線連接阻抗較小，而遠離固定件1d的線連接阻抗較大。換句話說，內(nèi)外層203a和203b都依賴與固定件1d的相對位置而改變周向連接阻抗。因此在本實施例中，如圖2B所示，連接電極1布置為使得連接電極1和超導屏蔽層203的連接位置盡可能遠離固定件1d。而且在本實施例中，片1a和1b布置為覆蓋超導屏蔽層203，且片1a和1b的法蘭1c相互面對并用螺栓夾固，以在超導屏蔽層203的徑向外部固定連接電極1。如此，在形成于連接電極1內(nèi)用于引入低熔點焊料的孔1e的附近，可能通過膠帶等等附接熱電偶以確定連接電極1的溫度。而且，可能插入墊片或者纏繞熱阻抗帶或者設置類似的密封件，以阻止低熔點焊料從兩個片1a和1b的法蘭1c之間以及從連接電極1的兩相對端泄漏。在法蘭1c之間布置的墊片包括銀片、銦片或其它類似的軟材料。熱阻抗帶包括玻璃帶等等。
低熔點焊料通過孔1e引入。如此，需要使焊料處于液態(tài)的加熱裝置。如果加熱裝置是燃燒器、焊鐵等，連接電極1的局部被加熱至高溫且該部分下的熱絕緣層202的絕緣性可能被削弱。因此，加熱器被用作加熱裝置，并被接合以覆蓋加熱電極1的徑向外部。連接電極1因此能均勻地被加熱。希望在引入低熔點焊料的時候，監(jiān)控熱電偶且調(diào)整加熱器的輸出以阻止熱絕緣層202溫度超過130℃，優(yōu)選的溫度設置為120℃或更低。在本實施例中低熔點焊料是熔點為大約78℃的焊料(化學組成為Sn占質(zhì)量的9.3％，Pb占質(zhì)量的34.5％，Bi占質(zhì)量的50％，Cd占質(zhì)量的6.2％)。當焊料被引入后，熱電偶和密封件等等被移去。因此可提供通過低熔點焊料接合連接電極1和超導屏蔽層203的結構。
當電纜芯102的超導屏蔽層203的徑向外部上分別設置有連接電極1后，連接電極1通過耦合部件2連接到一起以短接超導屏蔽層203。更具體的，耦合部件2一端通過螺栓與連接電極1的固定件1d相連，另一端通過螺栓在連接部4b和中心電極4相連。電纜芯102因此能夠分別具有短接在一起的超導屏蔽層203。
對于本實施例描述的3相超導電纜，三個電纜芯102中的一個設置有其上先已連接地線3的連接電極1。因為三個電纜芯102各自具有被連接電極1、耦合部件2和中心電極4所短接的超導屏蔽層203，接地的地線3能夠?qū)⑷齻€電纜芯102的超導屏蔽層203共同的接地。優(yōu)選的，圖1的端頭結構設置在超導電纜100的兩相對端，該電纜只在一端接地，使得電纜芯102不會讓超導屏蔽層203通過大地相連。
在本端頭結構中，連接電極能夠被布置在超導屏蔽層徑向外部上并具有連接其上的地線，以防止在連接地線的時候超導屏蔽層被損壞，并防止在超導屏蔽層下的電絕緣層的絕緣性被損壞。特別的，當連接電極和超導屏蔽層能夠通過低熔點焊料連接時，能夠有效阻止附接連接電極時電絕緣層的絕緣性被削弱。而且，當電纜中流過電流時，連接電極和連接電纜芯的各個超導屏蔽層的導電耦合部件提供在超導屏蔽層之間的短接。換句話說，在本發(fā)明，超導屏蔽層的連接具有小的互連阻抗，流過每個超導屏蔽層的電流的大小大致上分別和流過每個超導導體層的電流相等。如此，可產(chǎn)生足以抵消從每個超導層產(chǎn)生的磁場的磁場，以阻止在每個電纜芯的外部產(chǎn)生大磁場。而且，短接的超導屏蔽層能夠共同接地并因此有效。
注意到分開的并設置有連接電極1的電纜芯102的部分容納在分線箱300中。分線箱300容納3個電纜芯102使得它們之間的間隔愈加寬。而且，優(yōu)選的當分線箱300填充液氮或類似的制冷劑以冷卻容納于其中的芯102時，其具有熱絕緣結構。本實施例中分線箱300是圓筒幾何體。連接到連接電極1的地線3從分線箱300中抽出并接地。推薦地線3和分線箱300被密封以保持氣密性。
容納在分線箱300中的電纜芯102從箱300的一側(或芯102的組裝部分，見圖1右手側)伸向箱300的另一側(或芯102的分離端，見圖1左手側)，使得電纜芯102越加隔開并在其間保持有固定距離。在圖1例子中，第一保持工具301a保持該組裝部分，第一保持工具301b保持中間部分，第二保持工具302保持該分離端，且中間保持工具303在第一保持工具301a和301b之間保持電纜芯102，所有工具均保持電纜芯102。
第一保持工具301a的中部設置有環(huán)形部分。該環(huán)形部分的外周緣上等距間隔開三個中間保持工具303，布置在中間保持工具303之間的扇形部件固定到其上。第一保持工具301a在芯102之間布置使得該環(huán)形部分的中心大致上在由三個電纜芯102圍成的空間的中心部，且通過在中間保持工具303上分別布置電纜芯102，電纜芯102被間隔開并被因而保持。在本實施例，大致上點接觸箱300的內(nèi)表面的滑動部分304被設置到扇形部件，使得第一保持工具301a也能夠隨著電纜芯102的伸展和收縮在箱300內(nèi)移動。第一保持工具301b基本上和第一保持工具303a的結構相似，除了前者的環(huán)形部分直徑大于后者。第一保持工具301a和301b通過中間保持工具303連接。
第二保持工具302的結構大致上和第一保持工具301b相似。第一和第二保持工具301b和302通過多個長螺栓連接并被保持為相距固定距離。而且，第一和第二保持工具301b和302每個都具有環(huán)形部分，設置有由FRP或類似的絕緣材料形成的并接收長螺栓305的圓筒狀絕緣部件307。
中間保持工具303包括延長的半圓弧形或管型(canaliculate)部件303a和多個短的半圓弧形部件303b，部件303a固定到第一保持工具301a、301b的環(huán)形部分的徑向外部，弧形部件303b和管型部件303a結合在一起以圍繞電纜芯102的外周形成圓筒體。在本實施例，部件303a和部件303b首先被布置在電纜芯102上的徑向外部，然后通過帶(未示出)或類似的用于緊固的夾固部件夾緊在電纜芯102上的徑向外部以保持該芯。中間保持工具303可以適當?shù)脑O置一通孔，幫助容納其中的電纜芯102和制冷劑接觸。
在圖1例子中，連接電極在電纜芯足夠分開的分離端被附接。連接電極能夠容易的并因此有效的連接。
在圖1結構中，中心電極4和連接電極1的固定件1d從長度方向看是偏移放置的。另一種方案，圖3所示，連接電極1和中心電極4可以分別具有設置在單個位置上的固定件1d和連接部4b，固定件1d和連接部4b可以通過耦合部件2以Y形型態(tài)連接。更具體的，三個連接電極1的每一個的固定件1d分別布置在電纜芯102的徑向外部，并且和中心電極4的環(huán)4a連接的連接部4b可以相對布置并通過耦合部件2連接。另一種方案，如圖4所示，可以免除中心電極，片1a和1b每個都具有連接其上的固定件1d或只有其中一個具有連接其上的兩個固定件1d，這樣的片1a和1b可以用于允許連接電極1和另一個連接電極1各自的固定件1d通過耦合部件2連接，以提供Δ形連接。換句話說，三個耦合部件2可以形成三角形的三條邊，該三角形的頂點分別相應于在電纜芯102上的徑向外部布置的三個連接電極1。
本端頭結構適用于構造超導電纜的終端部分。而且，本端頭結構也適用于構造包括該端頭結構的超導電纜線路。
盡管本發(fā)明已經(jīng)詳細形容和描繪，但是可以理解，以上所述采取示范的方式且僅僅是舉例，并不用于限制發(fā)明，本發(fā)明的精神和范圍僅僅由所附權利要求的項目所限制。
權利要求
1.一種超導電纜(100)的端頭結構，包括具有超導層(201，203)和電絕緣層(202)的電纜芯(102)，包括設置在所述超導層(201，203)的徑向外部上的連接電極(1)，所述連接電極(1)和所述超導層(201，203)由低熔點焊料(5)所連接。
2.如權利要求1所述的所述超導電纜(100)的端頭結構，其中所述低熔點焊料的熔點最小為60℃，最大為120℃。
3.如權利要求1所述的所述超導電纜(100)的端頭結構，其中所述超導層(201，203)是超導導體層(201)和超導屏蔽層(203)；所述電絕緣層(202)設置在所述超導導體層(201)和所述超導屏蔽層(203)之間；并且所述連接電極(1)布置在所述超導屏蔽層(203)上的徑向外部，并也與所述電絕緣層(202)熱絕緣。
4.如權利要求1所述的所述超導電纜(100)的端頭結構，其中所述超導層(201，203)是超導導體層(201)和超導屏蔽層(203)；和所述連接電極(1)布置在所述超導屏蔽層(203)上的徑向外部，并也具有安裝在其上的地線(3)；
5.如權利要求1所述的所述超導電纜(100)的端頭結構，其中所述超導電纜(100)是包括超過一個所述電纜芯(102)的多相電纜；所述超導層(201，203)是超導導體層(201)和超導屏蔽層(203)；所述連接電極(1)提供給各個所述電纜芯(102)，位于所述超導屏蔽層(203)的徑向外部；并且所述連接電極(1)通過導電耦合部件(2)和另一所述連接電極(1)連結。
6.如權利要求5所述的所述超導電纜(100)的端頭結構，其中所述耦合部件(2)是由編織材料形成的。
7.一種包括如權利要求1所述的超導電纜(100)的端頭結構的超導電纜線路(300)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超導電纜(100)的端頭結構和使用其的超導電纜線路，該超導電纜(100)包括具有超導屏蔽層(203)和電絕緣層(202)的電纜芯(102)。超導屏蔽層(203)在徑向外部設置有連接電極(1)，超導屏蔽層(230)和連接電極(1)利用低熔點焊料(5)連接在一起。連接電極(1)其上安裝有地線(3)以將超導屏蔽層(203)接地。對于包括多個電纜芯(102)的多相電纜，連接電極(1)被導電耦合部件(2)所連接以短接超導屏蔽層(203)。超導屏蔽層(203)能夠被接地而不會削弱電絕緣層的絕緣性。
文檔編號H02G15/076GK1601659SQ200410079899
公開日2005年3月30日 申請日期2004年9月24日 優(yōu)先權日2003年9月24日
發(fā)明者湯村洋康, 高橋芳久, 松尾公義, 本莊升一, 三村智男 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社, 東京電力株式會社