[发明专利]超导电缆

说明书

本发明涉及一种超导电缆，该超导电缆具有至少一个由带或丝构成的导 体，该带或丝以至少一层包绕设计成管状元件的支架(WO 03/052775A1)。

在现有技术中，超导电缆具有由一种含有陶瓷材料的复合材料制成的电 导体，该陶瓷材料在足够低的温度下过渡为超导状态。只要不超过一个确定 的电流强度，即临界的电流强度，相应构造的导体的直流电阻在充分冷却的 情况下就为零。合适的陶瓷材料例如是基于稀土的氧化物材料(ReBCO，稀 土-钡-铜-氧化物)，尤其是YBCO(钆-钡-铜-氧化物)，或BSCCO(铋-锶-钙-铜 -氧化物)。使这种材料进入超导状态的足够低的温度例如在67K至110K之 间。适合的冷却剂例如是氮、氦、氖、氢或这些物质的混合物。

由开头所述WO 03/052775A1已知的电缆具有一个超导体，该超导体以 至少一层包绕一个管状元件。所述电缆还具有其他包围导体的层。该电缆在 空出自由腔的情况下布置在由两根之间具有真空绝缘层的相互共轴布置的 金属管构成的低温恒温器中。使导体进入超导状态的冷却剂可以导引经过管 状元件和低温恒温器的自由腔。

超导电缆的导体在公知技术中由超导材料制成的带或丝构成，该带或丝 以至少一层包绕支架，例如管状元件。由于为了电缆的运行而需要将导体从 室温冷却到为超导状态所需的温度，超导材料大约会收缩0.25％至0.3％。这 在电缆长度为例如600m时会导致导体缩短大约1.5m至1.8m。超导电缆和 由此其导体在其端部处固定在连接配件中。导体由于冷却而造成的显著缩短 导致连接配件的拉伸载荷明显增大。该显著的缩短还容易导致导体或其单个 元件拉伸过度并因此导致造成导体不可被使用的损坏。为防止对导体功能性 产生这种影响，导体的端部按EP 1 821 380 B1例如在进行冷却之后并因此以 与超导状态相应的、缩短的长度固定在低温恒温器的内部。这种措施的耗费 相当大。当这种超导电缆例如为维修的目的加热到室温时，连接配件还会受 到伸长的电缆的机械负载。

本发明所要解决的技术问题是提供一种开头所述的电缆，从而可以以简 单的方式补偿导体由温度引起的长度变化。

该技术问题按本发明由此解决，即，管状元件可弹性地变形并且具有沿 轴向在其整个长度上延伸的缝隙。

在这种电缆中，用作导体支架的管状元件可弹性变形，使得其直径可以 在受到从外部作用的径向压力载荷时减小。这由沿管状元件纵向延伸的缝隙 确保，缝隙在室温时设计得足够宽，使得该缝隙在导体冷却时会变窄或在最 大程度时会完全封闭。因此，导体在冷却时出现的缩短基本上沿径向作用到 其支架上，因此，在电缆端部处的连接配件上没有施加明显的拉伸载荷。因 为管状元件可弹性变形，所以缝隙在管状元件的径向载荷减小或在极端情况 下消除时再次扩宽或展开，从而管状元件的直径又变大。由此，超导电缆的 导体与其在冷却或加热时的长度无关地一直贴靠在由此持久地起到支架作 用的管状元件的表面上。词语“可弹性变形”按本发明意思是，管状元件一 直压靠在包围它的导体上，也就是在最广泛的意义上具有弹性。

可以根据管状元件的直径、管状元件的材料和室温与超导状态中电缆的 工作温度之间的差值计算或预先给出为按上述作用的管状元件在室温时所 需的缝隙宽度。

在附图中示出了本发明主题的实施例。在附图中：

图1是带有超导电缆的装置的横截面；

图2是可用于按本发明的超导电缆的、用作电缆导体的支架的管状元件；

图3和4是管状元件相对图2的变型实施形式。

在图1中示出布置在低温恒温器KR中的超导电缆SK的基本结构。电 缆SK具有超导体1，该超导体1环绕设计成支架的管状元件2成型。该导 体1被电介质3包围，在电介质3上设有超导的屏蔽层4。低温恒温器KR 由两个相互共轴布置的金属管状元件5和6组成。在这两个管状元件之间具 有真空绝缘层7。低温恒温器KR包围电缆SK和用于导引冷却剂通过的自 由腔FR。

低温恒温器KR的管状元件5和6有利地由优质钢制成。它们可以横向 于其纵向形成波浪形。导体1和屏蔽层4可以由一般的超导材料制成，尤其 是由开头所述的材料钇-钡-铜-氧化物和铋-锶-钙-铜-氧化物制成。导体1有 利地由以至少一层包绕管状元件2的超导带或丝组成。电介质3采用一般的 技术构造。电缆SK在图1的实施形式中是一根带有冷的电介质的超导电缆。