[发明专利]导体和电缆

说明书

这是一项关于应用于电缆，尤其是在其工作温度下具有超导特性的电力电缆的导体的发明。为简单起见，所述电缆在下文称为“超导电缆”。本发明基本上涉及应用于工作温度大于15K的“高温”磁超导材料的电缆中的超导体。也包括采用所述导体的电缆。

为了得到足够的超导电流容量，所述导体必须由多个基本超导体构成，通常，该基本超导体呈扁平导带状，并且包括一个容纳陶瓷超导微粒的扁平银管，陶瓷超导微粒是各向异性的，因此应尽量使其主平面平行于导导带的扁平表面。所述导带一般与铜载体相连，主要用来提供结构上的支持和当由于置于高温环境或磁场中(或者其它原因)，超导体的一小部分失掉其超导特性时，阻抗较小的交变电流通道。

迄今为止，一般通过铜焊或钎焊把基本超导体导带牢固地焊接在铜载体上，这不仅会提高生产成本，而且会形成一种相对坚硬且弯曲易损坏的复合导体。

现在我们发现导带和铜载体之间不必每一点都相连，因此，可以制成一种在导带和载体之间无牢固粘合的坚韧且有效的导体。

根据所述发明，应用于超导电缆的导体包括一个中空的、在其内部至少有一个基本超导体带被疏松地放置在其中的铜部件，从而至少可以沿带宽方向相对于铜部件移动。

为了在导带与铜载体之间，以及有一个以上导带时，在各导带间实现最大的连接，我们认为只允许沿导体被终接的方向的相对移动为好，但是也不排除沿导带的厚度或/和长度方向的自由移动，而且当把导体装配到电缆中时，沿导带长度方向的移动也是允许的。

不排除把导带局部地焊接在铜载体上使得对它的长度的大部份可实现所要求的移动；但除了在有外部连接处可以外，并不推荐如此。

中空的铜部件可以有一闭合的横截面(管)，或者有一开放的横截面(槽)，但是该开放的横截面应该最好延伸到至少包围导带的三个边。如果初始时是开放式的，可以通过改变其形状或者在装配导带之后添加一独立的闭合构件而全部或部分地实现闭合。所述铜部件最好至少有一个平的内表面与所述导带的一个平面相对，用来提供面对面接触的可能性。

为了达到最高效率，此部件与任何独立的闭合构件最好完全由铜制成，但也允许包括其它材料(例如如果和其中有要求，则用不锈钢实现机械支撑或用锡实现焊接)，并且有时闭合构件可能是完全非导电性的。

致冷要求对横截面的限制是可以接受的，并且在实际容量的电缆中，通常有必要把几个所述导体装配在一起。优选为具有可以被轴向装配的外部形状，或者优选为具有一螺旋形层面，形成一个有或没有独立的圆柱形内部支撑的管状完全导体。对于具有支撑的情况，铜部件可以是梯形或圆柱截体(或如果所装配的数目足够大，可以是正方形或矩形)。没有支撑时，为了在相邻铜分段的邻接面之间形成联锁，可以对所述简单外形进行修正：例如，在每一部件的一个平面上可以有一突出部分，而在其相反平面上有相应的一个凹槽，或者(如果所要装配的数目是偶数)当装配时，在所有同其它类型的部件相邻的铜部件平面上，一半有凸出部分，另一半有凹槽。

可以采用任何已知的几种陶瓷超导体材料；目前我们优选采用满足经验公式Bi_2-xP_bxSr₂Ca₂Cu₃O_10-δ的“BSCCO”超导体，(其中δ小于1)，但这只是基于易实现而不是特殊技术的要求。所述发明可能应用金属材料(例如Nb₃Sn)的基本超导体带。

当采用陶瓷超导材料时，我们优选地通过一种“粉末在管中”的方法，把所用材料制成带状结构。在上述方法中，超导体材料(或者是经过一系列热处理可具有超导性的先驱物)被封装在银管中，然后银管经过至少包括拉延、锻造、轧制(轴向或横向)、旋转锻压或逐步挤压之一的过程，转变为具有小的横截面的带状结构。最后三个过程，尤其是轧制和旋转锻压，由于能比拉延或锻造变生更高程度的粒子排列，所以被优选采用。

应用当前超导体带工艺，嵌于载体内的基本超导体带的数目范围约是5到20。如果铜部件是开放式的，则可用的导带的性能是变化的(就象目前超导带的小批试产)，最好选择具有最高临界电流密度(J_c值)的导带放置于最靠近铜部件底层的位置，这是因为，在发生故障或开关时，处于此位置的导带会引起不均匀的冲击电流。

最好通过把导带预装配成一束或多束来简化嵌入铜部件的过程；所述导带束可以通过由细长柔软的铜(或银)带构成的闭合或开放的包层，或者是由适当的塑料材料构成的开放式包层来保护。