[发明专利]具有超导线缆的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有超导线缆的装置，其包括超导体和同心地围绕该超 导体并且夹置有绝缘体的超导屏，该线缆由低温控制器环绕，封装一自由空 间使得冷却剂能够通过，该低温控制器包括相对于彼此同心地布置的两个金 属管，在两个金属管之间布置有真空绝缘(WO 03/052775 A1)。

背景技术

在现代技术中，超导线缆具有由复合材料组成的电导体，该材料包含陶 瓷材料，该材料在足够低的温度下可变化为超导状态。当提供充分的冷却时， 对应设计的导体的直流电阻是零，只要没有超过特定的电流水平。例如，适 当的陶瓷材料为YBCO(钇-钡-铜氧化物)或BSCCO(铋-锶-钙-铜氧化物)。 例如，将这种材料改变为超导状态的所需的充分低的温度处于67K与110K 之间。例如，适当的冷却剂为氮、氦、氖和氢或者这些物质的混合物。

在根据初始引用的WO 03/052775 A1的装置中，使用具有冷介质的超导 体线缆。这包括应用至管状支承件的内导体，以及相对于其同心布置的屏， 它们彼此分离地保持并且由介质(绝缘)形成一距离。例如，导体和屏包括 超导材料的带，诸如YBCO或BSCCO，围绕一基体缠绕，彼此并排地紧密 设置，具有长的设置长度。这一公知超导线缆设计成使得在无故障操作期间 超导屏从外部屏蔽超导体的磁场。该线缆的阻抗在发生短路时只轻微地发生 变化。该短路电流导致大量的能量被导入，精确地说，既导入导体又导入线 缆的屏，这将导致线缆被毁坏(烧坏)。

发明内容

本发明的基础是对初始描述的装置进行设计使得短路的效果能够被明 显地减小这一目的。

根据本发明，这一目的通过下述特征实现，屏包括超导材料，其电阻值 在正常导电状态下比正常导电状态下用于导体的材料的电阻值大至少50倍。

当产生短路时，导入线缆的能量导致温度增加。这一温度增加和大于额 定电流的短路电流导致屏和导体的超导材料从超导状态变化为正常导电状 态。因为其具有高电阻值，所以屏然后承载可以忽略的电流，由此其丧失其 屏蔽作用。导体的磁场因此可几乎没有任何阻碍地传播。这直接导致导体电 感的明显增加，也就是说，其电阻增加。流过导体的短路电流因此明显并且 快速地受到限制。由于已知线缆中的高短路电流产生的加热被对应地减小。

限制短路电流的效果可通过额外地将包括铁磁材料的层装配在所述屏 外部而得以增强。

可用于诸如此类的层的铁磁材料是具有大于10的相对导磁率μ_r的所有 材料。布置在所述屏外部的铁磁材料的层进入短路情况下由线缆中的导体产 生的磁场，并且导致导体电感的进一步增加，也就是说，其电阻进一步增加。 包括铁磁材料的层的这一效果通过超导线缆为交流线缆时产生在其中的再 磁化损失而进一步增强。另外，铁磁材料屏蔽外部的线缆的导体的磁场。因 此，对于位于低温控制器外部的装置，电磁干涉几乎不可能出现。另外，作 用在附近的其他线缆相(cable phase)上的力被减小。

包括铁磁材料的层可布置在低温控制器的外周上。在这种情况下，低温 控制器的外管能够有利地本身包括铁磁材料。具有高相对导磁率μ_r的材料优 选地用作铁磁材料。不仅可使用具有高滞后损失的材料，而且也可使用具有 低滞后损失的材料，取决于短路电流情况下所需的线缆性能。包括铁磁材料 的层也是导电的，与所有金属材料相同的方式。因此，可在可源自于线缆中 的导体的交变磁场的影响下通过磁性滞后和涡流电流加热。但是，在该装置 的优选实施例中，该加热产生在低温控制器外部，由此，线缆本身以及冷却 介质不会被其加热。因此加热较少，所以冷却次数降低，由此，线缆能够更 快速地被再次使用。所降低的加热也降低了该装置中的各个部件的机械载 荷。最后，冷却剂也不会受到铁磁层的加热的影响。因此只需要少量的冷却 能量，所以由于减小的短路电流，所以冷却装置的设计在该装置的优选实施 例中也可得以简化。

如果具有非常低的滞后损失的材料用于包括铁磁材料的层，那么该层只 被可能由线缆中的导体产生的任何交变场不明显地加热。诸如此的材料有利 地具有高相对导磁率μ_r。尤其当使用诸如此的材料时，包括铁磁材料的层也 可布置在低温控制器中。例如，其可然后直接地环绕线缆屏。在线缆的这一 实施例中，低温控制器的内管也可包括铁磁材料。

附图说明

本发明的主题的示例性实施例示出于附图中，其中：