超导电缆运作方法和超导电缆系统技术方案

一种运作使用由制冷剂冷却的导体来传输回路的超导电缆的方法，引发制冷剂温度的改变，来改变超导电缆（１１０，１２０，１３０）的传输容量。由于超导材料具有随着温度的降低而增大它们的临界电流值的能力，因此可以改变制冷剂温度来改变超导电缆（１１０，１２０，１３０）的传输容量，而不需要电缆架设的超裕度设计或额外的电缆。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种运作超导电缆的方法和一种超导电缆系统，并且更加具体地讲，涉及一种无需额外电缆即可提供增加的容量的超导电缆的运作方法。
技术介绍
使用普通传导电缆的一条输送路径是由多个用来调和故障的回路组成的(例如，非专利文献1)。例如，一条路径可以由三个回路组成，在这种情况下，由全部回路提供的最大传输容量可以是3E，此时各条电缆回路的最大容量是1.5E，从而在一个回路由于故障而不可用的情况下，剩下的两个回路仍然能够提供3E的传输容量。基本上，当希望增加一个地区的电力需量时，与所增加的需量相配的电力的传输仅能够通过安装额外的电缆来实现。非专利文献1IIZUKA，Kihachiro，《电缆技术手册，新版(Power CableTechnology Handbook，New Edition)》，Denkishoin Co.，Ltd.，1989年3月25日，第一版，第14-17页。
技术实现思路
本专利技术解决的问题使用普通导电电缆的传统运作暴露出下述问题(1)电缆架设的超裕度设计会造成电缆架设的成本增加。用于普通导电电缆的传统技术在正常运作期间使用三个回路能够实现3E的传输容量，每回路的传输容量是E。不过，对故障时传输容量的考虑要求每电缆的设计容量是1.5E，这会在设计中带来多于针对正常容量进行的设计的工作量。这会造成电缆架设成本的增加。(2)额外的电缆可能不容易安装在某些国家，新安装具有预定值或更高值的电压的传输线可能需要居住在安装点附近的居民的同意。在这样的情况下，即使当期望增加电力需量的时候，也无法很容易地安装附加的电缆，造成适应得到增加的需量很困难，并且如果额外安装得到允许，自然需要工程费用。考虑到上述问题，本专利技术的主要目的是提供一种运作超导电缆的方法，这种方法能够以便宜的方式调节传输容量，而不用电缆架设的超裕度设计或额外的电缆。本专利技术的另一个目的是提供一种适于实现上述方法的超导电缆系统。为了实现上述目的，本专利技术采用了用可变制冷剂温度代替保持恒定温度的超导电缆。根据本专利技术的运作超导电缆的方法使用由制冷剂冷却的导体来传输电力，其特征在于，改变制冷剂温度来改变超导电缆的传输容量。在超导电缆的传统研发中，重点强调的是保持恒定的制冷剂温度，以稳定导体的超导状态。不过，超导材料具有临界电流随着温度降低而增大的属性，如附图3的曲线图所示。这个曲线图表示临界电流Ic与Ic0的比值(Ic/Ic0)与温度成反比，Ic0是77K下的临界电流，其中改变Bi2223超导材料的温度。就是说，对于正常工作期间的特定制冷剂温度(TO)，可以将制冷剂温度降低得低于TO，以增大超导电缆得传输容量，反之，可以将制冷剂温度升高到TO以上，以降低传输容量。这样，通过改变制冷剂温度，可以改变超导电缆的传输容量。这种可变传输容量可以通过多种不同的模式得到利用。一种模式涉及增大电力需量的情况，在这种情况下，可以将制冷剂温度降低到正常工作的温度以下，以增大超导电缆的传输容量，从而提供与增加的电力需量相配的电力传输。在某些国家，新安装具有预定值或更大的电压的传输线可能需要在安装点附近居住的居民同意，从而在希望增大电力需量的时候，可能不太容易安装额外的电缆，并且当安装额外的电缆得到允许的时候，也需要大量的费用和时间。本专利技术的方法可以利用已有的超导电缆进行传输，而不需要额外的电缆，从而花费很少的费用和很短的时间就可以增大功率容量。在电力需量降低的情况下，也可以通过升高制冷剂温度来降低超导电缆的传输容量。这能够降低冷却超导电缆的成本并且因此能够降低运用超导电缆所需的成本。当然，还可以将降低和升高制冷剂温度有策略地结合起来，在这种情况下，可以监测与超导电缆相连的负载的电力需量，并且可以根据电力需量的增大/降低，降低/升高制冷剂的温度，以增大/降低功率容量。利用可变传输容量的另一种模式涉及多个超导电缆回路之一发生故障以致不能在故障回路上进行传输的情况，在这种情况下，可以将剩余(多个)良好回路的传输容量增大到故障之前的以上。更加具体地讲，当多个超导电缆回路之一故障时，可以将(多个)未发生故障的良好回路的制冷剂温度降低到发生故障之前的温度以下，从而增大(多个)良好回路的传输容量。(多个)良好回路在故障发生之后传输的电力大于由(多个)良好回路在故障发生之前传输的相应容量。例如，假设有三个超导电缆回路并且各个回路的传输容量是E，则一般情况下容量为3E的传输是可能的。当超导电缆回路之一发生故障并且变得不可用的时候，在恒定制冷剂温度下的运作应该仅能够实现容量为2E的传输。鉴于此，可以将剩下的两个良好回路的制冷剂温度降低，以将良好回路的传输容量增大到故障之前的水平以上(2E以上)，从而实现更大的功率(电流)容量。对于上面提到的模式，可以通过数种途径来提供可变制冷剂温度。一种途径包括首先使用具有高冷却能力的制冷机来冷却制冷剂。例如，如果制冷剂是液氮，并且制冷剂的正常工作温度TO略低于其沸点，则制冷机仅需要具有维持TO所需的能力。当电力需量增加或故障回路要求增加超导电缆的传输容量时，需要将制冷剂冷却到不高于TO的温度。为了实现这个目的，制冷机能够基本上冷却到制冷剂的沸点之下。当将制冷剂冷却到沸点以下时，它会凝固并且无法进行循环输送。因而，制冷机仅需具有基本上冷却到制冷剂的沸点的能力。另外，制冷剂可以是可更换的，在这种情况下，沸点较高的制冷剂可以由另一种沸点较低的制冷剂替换，并且可以使用具有基本上冷却到等于或低于沸点较高的制冷剂的沸点的能力的制冷机。例如，当在使用液氮作为沸点较高的制冷剂的工作期间要增大传输容量时，该制冷剂可以用液态空气(即，沸点较低的制冷剂)来替换，并且可以将制冷剂温度降低到用液氮工作时的温度以下。这种途径能够实现在较宽的范围内调节制冷剂温度，从而传输容量可以得到更宽的改变。这种制冷剂更换(可能会花费几天时间)更加适于例如预先迎合预期的电力需量的未来增加而增大超导电缆的传输容量，而不太适合通过增大良好回路的传输容量来应对多个回路之一发生故障。此外，当多个回路之一发生故障时，同样可以利用故障回路使用的制冷机来冷却用于(多个)良好回路的制冷剂。更加具体地讲，当有多个超导电缆回路、每个回路具有它自己的用来冷却制冷剂的制冷机并且回路之一发生故障时，用于故障回路的制冷机和用于(多个)良好回路的制冷机都可以用来将(多个)良好回路所用的制冷剂冷却到低于故障之前的温度。这种途径的前提是，故障回路用的制冷机仍然可用，而该回路中的超导电缆因故障而不可用。例如，当三个超导电缆回路之一变得不可用时，所有回路用的制冷机，即，三个制冷机，可以用来冷却剩下两个良好回路用的制冷剂，从而实现更加有效的制冷剂冷却。在上述任何一种情况下，制冷剂可以是任何能够冷却到将导体保持在超导状态下所需的温度的流体。特别是，优选是沸点和凝固点之间的差异较大的材料，因为通过在将制冷剂保持在液态下的同时改变制冷剂的温度，这些材料使得超导电缆的传输容量能够在较宽的范围内得到改变。沸点和凝固点之间的差异理想地是5℃或更大，更加优选的是10℃或更大。一般情况下，可以使用液氮、液态空气、液氢、液氖、液氦或液氧。尤其是，液态空气具有大约79K的沸点和55K的凝固点，并且沸点和凝固点之间表现出很大的差异，并且具有低于液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运作超导电缆的方法，该超导电缆使用由制冷剂冷却的导体来传输电力，其特征在于，所述制冷剂的温度是按照超导电缆（１１０，１２０，１３０）的传输容量来加以改变的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-9-19 328780/20031.一种运作超导电缆的方法，该超导电缆使用由制冷剂冷却的导体来传输电力，其特征在于，所述制冷剂的温度是按照超导电缆(110，120，130)的传输容量来加以改变的。2.如权利要求1所述的运作超导电缆的方法，其特征在于，当与超导电缆(110，120，130)相连的负载的电力需量增加时，将制冷剂温度降低，以增加超导电缆(110，120，130)的传输容量，来传输与电力需量相配的电力。3.如权利要求1所述的运作超导电缆的方法，其特征在于，当与超导电缆(110，120，130)相连的负载的电力需量降低时，将制冷剂温度升高，以降低超导电缆(110，120，130)的传输容量，来传输与电力需量相配的电力。4.如权利要求1所述的运作超导电缆的方法，其特征在于，有多个超导电缆回路(110，120，130)，并且当其中一个回路发生故障时，将未发生故障的、良好的回路的制冷剂温度降低得低于故障之前的温度，以增加良好回路的传输容量。5.如权利要求4所述的运作超导电缆的方法，其特征在于，每个回路包括为该回路冷却制冷剂的制冷机(211，212，213)，并且故障回路的制冷机和良好回路的制冷机都用来冷却良好回路的制冷剂，以将温度降低得低于故障之前的温度。6.如权利要求1所述的运作超导电缆的方法，其特征在于，使用具有基本上冷却到制冷剂的凝固点的能力的制冷机(211，212，213)来在该制冷剂的沸点和凝固点之间改变制冷剂的温度。...

【专利技术属性】
技术研发人员：增田孝人，汤村洋康，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]