[发明专利]超导电能传输电缆

说明书

本发明在政府支持下完成的，与美国能源部签定的合同号为DE-AC02-98CH10886。政府对本发明有一定权利。

本发明所属技术领域

本发明涉及一种超导电缆，特别是涉及一种在配电级电压下工作的密实的超导电能传输电缆。

与本发明相关的背景技术

超导电能传输电缆必须能够在密实导线中输送强电流，并且能量损失少。电能一般是通过交流电的形式传输的，而在交流电流下使用的超导体不可避免地伴随有能量损失，这种损失通常称为交流损失。

Fujikami等人的在先专利，美国专利第5,932,523号描述了超导电能传输电缆。这是一种利用氧化物超导体的超导电缆，其包括一个柔长的芯，以及大量在芯上螺旋缠绕的带状多纤维氧化物超导体和电绝缘层。大量在芯上螺旋缠绕的带状多纤维氧化物超导体形成了大量的层，其中每一层是通过并排地缠绕大量超导体而形成的。大量的层连续叠压在芯上。

Shimada的美国专利第5,200,577号描述了一种大电容量超导电缆，其是以芯为中心，在芯的周围相互缠绕一束超导材料线而形成的。

Ries的美国专利第4,409,425号描述了如何通过进一步设置平行于超导元件的，由通常由导电材料构成的特殊稳定元件使超导元件稳定。稳定元件和超导元件相互缠绕，形成扁平电缆，并且稳定元件和超导元件都以带状形式被安排在载体周围。

大量专利文献描述了超导体，这些超导体基本上由铋-锶-钙-铜-氧化物(BSCCO)构成。Finnemore等人的美国专利第5,330,969号和Li等人的美国专利第6,069,116号中描述了构造超导体的方法。使用上述材料制成超导电能传输电缆能够在配电级电压下工作。电力工业需要设计出一种电容量为100MVA的三相电缆，并且其直径小于100毫米，能配电级电压，如30千伏下工作。

发明简述

本发明一个目的是提供一种可制造的，密实的，在配电级电压下工作的超导电能传输电缆。本设计是通过对超导材料进行设置，使垂直于导线表面的磁场分量最小，从而减少超导体的交流损失。这样就允许在电缆的某一相内，以及在三相电缆的不同相内的导体相互间的设置比先有设计更加靠近，因而就产生了在特定额定功率下工作的密实电缆。

三相电缆由被绝缘体包围的三相导线组成。全部电缆被热绝缘体包围。三相电缆的每一相导线都由许多平行的细导线构成，并且每一相导线有一个用来盛装液体冷却剂空腔。

每一根细导线都是由许多高温超导体(HTS)构成的一个平面阵列。对每一个阵列中的高温超导体间的距离加以选择，以减少两边缘导体上由高温超导体电流产生磁场的垂直分量。对每一相内的细导线数目以及每一根细导线的高温超导体数目加以选择，在电缆允许的交流损失范围内使电缆总直径最小化。

下面将结合附图对举例性的实施例所作详细描述，超导电能传输电缆的优选形式以及其它实施例、特性和优点将会变得一清二楚。

附图简要描述

图1是整个超导电能传输电缆的横截面图，表示了绝缘体、三相导线、细导线和条带；

图2是导线的视图，表示了包括支持体、条带和缝隙的细导线；

图3是细导线的视图，表示了支持体、条带和缝隙；

图4是超导电能传输电缆的透视图，表示了绝缘体、孔隙、第一和第二端，热绝缘体和外套；

图5说明了在已知直径下每个细导线的条带数目和每一相的细导线数目之间的关系，以优化电缆传输；

图6说明了中心条带和末端条带的交流损失和峰值传输电流之间的关系。

发明详述

根据本发明，带有第一端21和第二端22的超导电能传输电缆10有一根伸长的绝缘体20，以及至少具有一个孔隙25，其沿伸长的绝缘体20从第一端21到第二端22伸展，参见图4。伸长的绝缘体20可以是任何合适的绝缘材料，例如一个压制的易于制造的绝缘体、包装好的纸或者任何等效的装置。伸长的绝缘体20可以是但并不仅限于是圆柱形的或长方形的形状。孔隙25可以是任何形状，其大小要与导线30适配。伸长的绝缘体20的有效形状和大小以及其至少具有一个孔隙25对本领域的技术人员来说是显而易见的。在优选实施例中，伸长的绝缘体20有三个孔隙25。