超导多相电缆系统、其制造方法及其使用技术方案

本发明专利技术涉及一种流体冷却的超导多相的电缆系统，包括：ａ）电缆，它包括构成至少两个电相和一个零或中性导体的至少三个电导体，所述电导体互相电绝缘；以及ｂ）热绝缘，它规定中心纵向轴和具有内表面并且包围该电缆，所述热绝缘的所述内表面形成对保持用于冷却所述电导体的冷却流体的冷却腔的径向限制。本发明专利技术还涉及制造电缆系统的方法及其使用。本发明专利技术的目的是提供流体冷却的电缆系统的简化的制造方法和安装方案。该问题是这样解决的，所述电缆－至少在它的一部分长度上－当在垂直于所述纵向轴的截面上观看时，处在相对于所述中心纵向轴偏心的位置，以及其中该偏心位置具有适应电缆相对于热绝缘的热收缩和膨胀的功能。例如具有包括以多段形式提供的导体和分开的管状热绝缘（例如，真空绝缘管）的分开的电缆的形式的非同心的安排的优点在于，这些“单独的单元”可以并行地和独立地生产，以及以简单的方式接合。非同心的解决方案因此具有经济上有利的、逻辑上（生产方面、材料方面、用户评价方面、即在每种意义上的灵活性）灵活的和节省制造时间和成本的潜力。本发明专利技术例如可被使用于电力分配的低、中和高压超导ＤＣ或ＡＣ电缆。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于电力分配的AC或DC电缆。本专利技术特别涉及流体冷却的超导多相的电缆系统。本专利技术还涉及 制造电缆系统的方法及其使用。本专利技术例如在诸如用于电力分配的低、中和高压超导电缆那样的 应用中有用。
技术介绍
三同轴线[G.Bogner， Transmission of electrical energy by superconducting cables, in Superconducting Machines and Devices',(在超导装置和 设备中通过超导电缆传输电能)，Ed.S. Foner和B. Schwartz (Plenum Publishing Co., 1974)， pp.430國431和 [T.Tanaka， A.Greenwood, Advanced Power Cable Technology-Volume II: Present and Future(先进的电力电缆技术一第二巻现在和未来)，(1983, CRC Press, Boca Raton， FL)， pp.242-259]描述了具有三个同心相导体的三 轴超导电缆。超导体被涂覆到悬浮在真空的冷却管道的表面。中间导 体被描述为一种涂覆环状冷却管道的两个侧面的双导体。作者指明控 制在第2相的两个导体上的电流分布的困难。这种电流分布对于消除在 第2相中在冷却管道中的涡流损耗是需要的。公共热绝缘(低温恒温装 置)是与导体同心的。电绝缘是通过固体垫层、反射箔和真空而达到的。DE-43 40 046描述具有三个同心导体和公共屏蔽的三轴AC电缆。 电缆组件是与热绝缘体同心的。具有同心的中心和环状冷却通道。这 样，在电缆周围达到均匀的冷却。三相导体由在银包皮中的 BiSrCaCuO带条制成。呈液氮形态的冷却流体可以在中心和环状的同 心冷却通道中流动。各个相导体由形成电绝缘的10-50mm厚的PE或聚 丙烯带条层分隔开。第三相与屏蔽之间的绝缘厚度仅仅是两个相导体之间的绝缘厚度的60%。冷却媒体在中心冷却通道(50-200mm 0> )中送 出去以及返回到环状的环形冷却通道(150-500mm)。由于在这两个流 之间的径向热交换，这个电缆的远端将经历超过在往返的流之间的温 度差的极端的温度偏移。由于与电缆同心地组装的低温恒温装置的大 的尺寸和重量，预期在制造和运输时有某些困难。电相导体的生产和 安装单位长度变成为受低温恒温装置的单元长度的限制。要在电缆导 体组件上制造低温恒温装置的同时达到电缆组装的对中，存在着技术 困难。然而，已经在朝着达到归心度(centricity)方面努力，因为在 电流不平衡的情形下，与偏心位置相比较，归心度是减小涡流损耗的 一个原因。在描述的设计中，如果遭受到在实际的电力网中频繁发生 的过流，则包含BSCCO的导体会过热。如果银外壳被做得更厚以用作 为稳定器，则这个电缆设计会变成昂贵得使人不感兴趣。 同轴线Sato等(IEEE Transactions on Applied Superconductivity, IEEE 学报，关于应用超导性)，Vol.7, No.2， 1997， pp.345-350)描述3相HTS电 缆，它使用BSCCO材料以用于具有平行的非同心的结构形式的导体。 每相包括骨架(former ) 、 HTS导体、浸渍LN2的PPLP绝缘体、和HTSD 绝缘屏蔽。每个电相具有它自己的把LN2安置在中心的冷却通道以及 由构成低温恒温装置和包围3个分开的相的波紋管系统形成的公共外 部冷却通道。这个设计专用于三相AC系统和需要六倍于一个相的载流 量(电流额定值)的HTS材料(三相和三个屏蔽)。在双极性DC系统的情 形下， 一个相容的二相，，系统需要四倍于相载流量的HTS材料(二相和 二个屏蔽)，即，所描述的设计原理需要2N倍的相载流量。该专利技术需要 从N倍直到N+1倍相载流量的HTS材料，其中N是相数。该专利技术只需要 每个N相系统一个骨架，对于N〉1，N〈N+K2N。Leghissa等(IEEE Transactions on Applied Superconductivity (IEEE学报，关于应用超导性，)Vol.9， No.2， 1999， pp.406-411)描述 开发110kV/400 MVA同轴1相HTS型电缆。导体由BPSDCCO多芯带条 制成，以及由浸渍LN2的合成带条的高压绝缘实现电绝缘。电缆具有 同轴超导屏蔽导体。电缆芯被包容在包含超绝缘的波紋管的可弯曲的 低温恒温装置中，以及被安置在该低温恒温装置里面的底部而不需要 定中装置。三相系统可以根据设置在一个公共低温恒温装置里面的三 个这样的单相同轴电缆导体(或者这三个导体也可以分别安置在三个分开的低温恒温装置中)来进行构建。电缆利用封闭循环的LN2系统 进行冷却。热收缩管理JP-09-134624A公开了 一种制造超导电缆的方法，其中按以下方式 来解决管理在大的温度改变期间(诸如从室温到低的工作深冷温度，或 反之亦然)电缆的长度改变的问题在生产期间电缆被馈送到热包封 (envelope),以及同时#_液氮冷却，在该热包封中电缆遵循直线路径。 在随后返回到室温的期间，电缆被限制在相同的长度并允许膨胀，导 致在热包封中非直线(例如，弯曲形)路径。
技术实现思路
现有技术的问题在于，流体冷却电缆系统的制造过程复杂而耗费 时间，并且使用大量材料，以及在使用期间，效率相当低。本专利技术的目的是寻求克服如上所述的现有技术的一个或多个问 题。本专利技术的另一个目的是提供流体冷却电缆系统的简化的制造和安 装方案。本专利技术的目的是通过在所附权利要求中描述的和如下面描述的本 专利技术达到的。超导多相电缆系统本专利技术的目的是通过一种流体冷却的超导多相的电缆系统来实现 的，该系统包括a) 电缆，它包括构成至少两个电相和一个零或中性导体的至少三 个电导体，所述电导体互相电绝缘；以及b) 热绝缘，它规定中心纵向轴和具有内表面和包围电缆，所述热 绝缘的所述内表面形成对一个保持用于冷却所述电导体的冷却流体的 冷却腔的径向限制，其中所述电缆-至少在它的 一部分长度上一当在垂 直于所述纵向轴的截面上观看时，处在相对于所述中心纵向轴偏心的 位置，以及其中偏心位置具有适应电缆相对于热绝缘的热收缩和/或膨 胀的功能。在本专利技术的实施例中，一个包括构成至少两个电相和一个零或中性导体的至少三个电导体的电缆被看作为具有例如两个电相和一个中性(对于DC情形)或三个电相和一个屏蔽/中性/接地导体(对于三相 AC情形)的电缆。在本文中，术语偏心安排，，的意思是非同心的安排，例如是指最 终得到的电缆系统不是圆对称的(即，电缆系统的截面视图只有通过围 绕管状热绝缘的中心纵向轴旋转36(^才转回到其本身)。换句话说，由 处在管状热绝缘内的电导体构成的本体的中心轴(以及它们的互相电 绝缘和可能的内部的冷却腔/通道，合起来被称为电缆)是与管状热绝 缘的中心纵向轴不一致的。在一个给定的截面上， 一个本体相对于另 一个本体(这里，电缆相对于热包封的内表面或外表面)的偏心度被定 义为相对于最大本体半径的这两个本体的中心之间的差值(假设基本 上为圆形的截面；否则偏心度可以相对于一个特征的(例如，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体冷却的超导多相的电缆系统，包括：　　　　ａ）电缆，它包括构成至少两个电相和一个零或中性导体的至少三个电导体，所述电导体互相电绝缘，至少一些所述电导体由电绝缘分隔开、相环绕地同心安排，所述零或中性导体形成公共回流电导体，所述电缆系统包括围绕所述电相和所述零或中性导体并与它们电绝缘的公共电屏蔽，以及　　　　ｂ）热绝缘，它规定中心纵向轴和具有内表面并且包围电缆，所述热绝缘的所述内表面形成对一个保持用于冷却所述电导体的冷却流体的冷却腔的径向限制，　　　　其中　　　　所述电缆－－至少在它的一部分长度上－当在垂直于所述纵向轴的截面上观看时，处在相对于所述中心纵向轴偏心的位置，以及其中该偏心位置具有适应电缆相对于热绝缘的热紧缩和／或膨胀的功能，在此，△↓［ｅｘ］是电缆中心线到热绝缘中心线的平均距离，以及它按下面的方式与电缆的纵向热收缩ε↓［Ｌ］相联系：　　　　Ｌ↓［ｐ］／２π＊≤△↓［ｃｘ］　　　　电缆中心线基本上描述在低温恒温装置里面的螺旋线，Ｌ↓［ｐ］是这个螺旋线的间距长度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-4-21 60/673,372;DK 2005-4-25 PA 2005 006021.一种流体冷却的超导多相的电缆系统，包括a)电缆，它包括构成至少两个电相和一个零或中性导体的至少三个电导体，所述电导体互相电绝缘，至少一些所述电导体由电绝缘分隔开、相环绕地同心安排，所述零或中性导体形成公共回流电导体，所述电缆系统包括围绕所述电相和所述零或中性导体并与它们电绝缘的公共电屏蔽，以及b)热绝缘，它规定中心纵向轴和具有内表面并且包围电缆，所述热绝缘的所述内表面形成对一个保持用于冷却所述电导体的冷却流体的冷却腔的径向限制，其中所述电缆--至少在它的一部分长度上-当在垂直于所述纵向轴的截面上观看时，处在相对于所述中心纵向轴偏心的位置，以及其中该偏心位置具有适应电缆相对于热绝缘的热紧缩和/或膨胀的功能，在此，Δex是电缆中心线到热绝缘中心线的平均距离，以及它按下面的方式与电缆的纵向热收缩εL相联系<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mfrac> <msub><mi>L</mi><mi>p</mi> </msub> <mrow><mn>2</mn><mi>&pi;</mi> </mrow></mfrac><msqrt> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>&epsiv;</mi><mi>L</mi> </msub> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mn>1</mn></msqrt><mo>&le;</mo><msub> <mi>&Delta;</mi> <mi>ex</mi></msub> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id=icf0001 file=A2006800135120002C1.gif wi=165 he=39 img-content=drawing img-format=tif/-->电缆中心线基本上描述在低温恒温装置里面的螺旋线，Lp是这个螺旋线的间距长度。2. 按照权利要求l的电缆系统，其中所有的所述电导体由电绝缘 分隔开、且相环绕地同心安排。3. 按照权利要求1或2的电缆系统，其中所述零或中性导体环绕至 少一个所述电相同心安排。4. 按照权利要求3的电缆系统，其中所述同心安排的电导体包围 一个相对于所述同心安排的导体在中心定位的冷却体积。5. 按照权利要求l-4的任一项的电缆系统，其中电相数是3。6. 按照权利要求l-5的任一项的电缆系统，其中至少一个所述电 导体包括从包含例如铅掺杂的BSCCO的BSCCO(BiSrCaCu03)， YBCO(钇钡铜氧化物)，RE-BCO(稀土钡铜氧化物)，MgB2, Nb3Sn， Nb3Ti和它们的组合的材料组中选择的超导材料。7. 按照权利要求l-6的任一项的电缆系统，其中所述公共电屏蔽 包括Cu或Al或超导材料。8. 按照权利要求4-7的任一项的电缆系统，其中所述在中心定位 的冷却体积在每个末端封闭以形成热容器。9. 按照权利要求4-7的任一项的电缆系统，其中所述在中心定位 的冷却体积被用作为一个在其中流动冷却流体的冷却通道。10. 按照权利要求l-9的任一项的电缆系统，其中所述电缆至少在 由所述纵向方向规定的它的一部分长度上与所述热绝缘的所述内表面 具有物理接触。11. 按照权利要求10的电缆系统，其中所述电缆在一个由重力和 诸如弯曲和热收缩那样的机械约束条件确定的位置上与所述热绝缘的 所述内表面具有物理接触。12. 按照权利要求l-ll的任一项的电缆系统，其中至少在电缆的 一部分长度上，优选地在它的大部分长度上，相对于管状热绝缘的中 心纵向轴的电缆的位置的偏心度大于1%,诸如大于2%，诸如大于5%， 诸如大于10%,诸如大于20°/。，诸如大于35%。13. 按照权利要求1-12的任一项的电缆系统，其中电缆的中心线到热绝缘中心线的平均距离Ae,按还满足以下关系式其中Rbend是其中电缆特性保持在通过弯曲测试确定的它的技术规范 的预定的百分数范围内的最小的弯曲半径。14. 按照权利要求6-13的任一项的电缆系统，其中所述超导材料 以环绕基础层绞合成的一个或多个带条或线的形式呈现，以便形成超 导层。15. 按照权利要求14的电缆系统，其中Lp大于Ls，其中Ls是电缆 中超导层的最长的绞合的间距长度。16. 按照权利要求15的电缆系统，其中Lp基本上等于iiLs,其中参 数n是大于l的整数。17. 按照权利要求1-16的任一项的电缆系统，其中电缆导体组件 从一个偏心位置到另一个偏心位置的移动，对电缆在冷却和加温期间 经受的、或由过流或故障电流造成的热收缩和膨胀进行补偿。18. 按照权利要求1-17的任一项的电缆系统，其中电缆包括一个 由金属、塑料或合成材料制成的具有螺旋管、管、波紋管或互锁管的 形式的中心骨架。19. 按照权利要求1-18的任一项的电缆系统，其中至少一个电导 体与例如具有包括Cu或Al的带条或线的形式的、保护性的导电的分路 材料层热接触和/或电接触。20. 按照权利要求19的电缆系统，其中以这样的次序和这样的间 距角度来安排所述超导带条或线和所述导电的分路带条或线，使得通 过优化超...

【专利技术属性】
技术研发人员：D威伦，C特雷赫特，M多姆林，JC托尔伯特，M罗登，D林赛，
申请(专利权)人：NKT电缆乌尔特拉有限公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]