用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構的製作方法

2023-07-24 05:50:31 1

用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構的製作方法
【專利摘要】提供一種連接結構，其能夠吸收導體部的熱收縮，並且可適用於室溫絕緣型超導電纜。該室溫絕緣型超導電纜(100)包括：導體部(110)，該導體部(110)具有超導體層(112)；熱絕緣管(120)，所述導體部(110)布置在熱絕緣管(120)中，且熱絕緣管(120)允許冷卻所述超導體層(112)的製冷劑流過熱絕緣管(120)；和主電絕緣層，該主電絕緣層形成在所述熱絕緣管(120)的外側。用於超導電纜(100)的連接結構包括：連接部(10)，該連接部(10)將所述導體部(110)和作為被連接對象的引線導體(30)彼此電連接，其中該導體部(110)從所述熱絕緣管(120)的端部拉出；和熱絕緣容器(20)，該熱絕緣容器(20)容納所述連接部(10)。所述連接部(10)使所述導體部(110)和所述引線導體(30)通過撓性導體(12)彼此電連接，以使得允許所述導體部(110)由於熱收縮而移動，該移動是相對於所述引線導體(30)和所述熱絕緣容器(20)進行的。
【專利說明】用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構，並且具體地涉及將室溫絕緣型超導電纜的導體部和被連接對象的導體進行電連接的結構。
【背景技術】
[0002]與現有技術的電力電纜(例如，常規導電電纜諸如交聯聚乙烯絕緣乙烯基護套(CV)電纜或充油(OF)電纜)相比，超導電纜能夠以較低的損耗傳輸較多的電力。因此，超導電纜是節能所期望的技術。現在，正進行著超導電纜的驗證測試。在鑑定測試中，布置超導電纜並用其進行實際電力傳輸。
[0003]超導電纜的類型分為室溫絕緣型超導電纜和低溫絕緣型超導電纜。在室溫絕緣型超導電纜中，主電絕緣層維持於室溫(例如見第0003段以及PTLl的圖2和PTL2的圖4)。在低溫絕緣型超導電纜中，將主電絕緣層冷卻到製冷劑(例如液氮(LN2))的溫度(例如見第0004段以及PTLl的圖3和PTL2的圖3和5)。在室溫絕緣型超導電纜中，導體部布置在熱絕緣管中，其中導體部在超導體層的外側沒有主電絕緣層，主電絕緣層形成在絕緣熱管的外側。在低溫絕緣型超導電纜中，一個或多個導體部(所謂的電纜芯部)布置在熱絕緣管中，所述一個或多個導體部都在超導體層的外側具有主電絕緣層。主電絕緣層指的是具有絕緣強度的絕緣層，該絕緣強度是當電纜被施加額定電壓時為了對於該電壓絕緣所需的強度。熱絕緣管典型地使用雙管結構熱絕緣管，其包括內管和外管。為了改善熱絕緣性能，可以抽空內管和外管之間的空間以形成真空熱絕緣層，並且此外，可以將熱絕緣材料諸如超絕熱物布置在內管和外管之間。
[0004]當通過使用超導電纜來構造線路時，需要中間連接結構和端子連接結構。中間連接結構在線路的中間位置處將超導電纜彼此連接。端子連接結構在線路的端部處將超導電纜連接到另一電力裝置(例如常規導電電纜)(在下文中，中間連接結構和端子連接結構簡稱為連接結構)。例如PTL3-6公開了與用於低溫絕緣型超導電纜的連接結構相關的技術。
[0005]引用文件列表:
[0006]專利文件
[0007]PTLl:日本待審專利申請公布N0.8-64041
[0008]PTL2:日本待審專利申請公布N0.2006-59695
[0009]PTL3:日本待審專利申請公布N0.2006-197702
[0010]PTL4:日本待審專利申請公布N0.2007-287388
[0011]PTL5:日本待審專利申請公布N0.2006-221877
[0012]PTL6:日本待審專利申請公布N0.2006-196628

【發明內容】

[0013]技術問題
[0014]在超導電纜中，當使用超導電纜時製冷劑流過熱絕緣管，並且導體部被製冷劑冷卻到製冷溫度(cryogenic temperature)。因此,導體部收縮。例如，當超導電纜從室溫冷卻到液氮溫度(約_200°C )時，導體部縮短約0.3%。也就是說，每IOOm發生約30cm的熱收縮。因此，500m的超導電纜發生約1.5m的熱收縮。典型地，中間連接結構或端子連接結構形成在超導電纜的端部部分處，並且導體部固定到端子連接盒(熱絕緣容器)。因此，由於熱收縮而在導體部上施加了應力。這可能損壞超導體。此外，當由於導體部的熱收縮而使得導體部牢固地擠壓熱絕緣管的內管時，由施加到熱絕緣管上的橫向壓力使得超導電纜彎曲部上的熱侵(heat invasion)增加。因此，超導電纜需要解決熱收縮的問題。
[0015]為了解決熱收縮，提出了通過吸收導體部的熱收縮以減小由熱收縮產生的應力的技術。例如，PTL3和PTL4描述了如下技術:多個電纜芯部集中地布置在多導體超導電纜的熱絕緣管中，將所述多個芯部絞合成束，並且線束是鬆弛的。這種鬆弛吸收熱收縮。專利文件6描述了如下技術:端子連接盒布置在用於超導電纜端子的連接結構的交換裝置中，使得當超導電纜受到熱收縮時端子連接盒能夠被移動。
[0016]然而，在上述專利文件中描述的解決熱收縮的技術是用於低溫絕緣型超導電纜。成束的導體部是鬆弛的該結構不能應用於單個導體部布置在熱絕緣管中的單導體室溫絕緣型超導電纜。在用於超導電纜的端子連接結構中，熱連接盒(熱絕緣容器)難以被超導電纜的熱收縮移動。此外，還可能存在由於熱絕緣容器的移動而導致的問題。
[0017]具體地，由固定到熱絕緣容器的導體部的熱收縮導致的應力能夠通過允許熱絕緣容器被移動而減小。然而，熱絕緣管連接到熱絕緣容器，並且熱絕緣管的外管維持在室溫。因此，當由於導體部受到熱收縮而使得熱絕緣容器移動時，室溫部會受到例如施加到熱絕緣管的外管上的應力的影響。
[0018]因此，對於室溫絕緣型超導電纜的連接結構存在這樣的要求，即能夠通過除了上述的解決熱收縮的方法以外的方法吸收導體部的熱收縮，並且能夠減小熱收縮導致的影響。
[0019]相應地，本發明的目的是提供一種連接結構，通過該連接結構，能夠吸收導體部的熱收縮，並且該連接結構適於室溫絕緣型超導電纜。問題的解決方案
[0020]根據本發明的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構電連接室溫絕緣型超導電纜的導體部和被連接對象的導體(在下文中，可以簡單地稱為「被連接對象」)。室溫絕緣型超導電纜(在下文中，可以簡單地稱為「超導電纜」)包括:導體部，該導體部具有超導體層；熱絕緣管，導體部布置在該熱絕緣管中，並且該熱絕緣管允許冷卻超導體層的製冷劑流過該熱絕緣管；和主電絕緣層，該主電絕緣層形成在熱絕緣管的外側。所述連接結構包括連接部和熱絕緣容器。連接部將從熱絕緣管的端部拉出的導體部和被連接對象彼此電連接。熱絕緣容器容納連接部。連接部將導體部和被連接對象彼此電連接，同時允許導體部由於熱收縮而相對於被連接對象和熱絕緣容器進行移動。
[0021]通過這種結構，設置將導體部和被連接對象彼此電連接同時允許導體部由於熱收縮而移動的連接部，並且該移動是相對於被連接對象和熱絕緣容器進行的。因此，能夠吸收導體部在冷卻期間的熱收縮。因此，通過根據本發明的連接結構，能夠減小由熱收縮導致的應力，並且相應地，能夠防止由熱收縮導致的導體部(超導體)的損壞。
[0022]此外，由於在熱收縮期間的應力被減小，所以能夠簡化(省略)固定元件。該固定元件在現有技術中是必需的，用於將導體部限制到熱絕緣容器上，並且設置在中間連接結構或端子連接結構中。根據本發明的連接結構還能夠抑制由由於導體部的熱收縮而施加到熱絕緣管的橫向壓力在超導電纜的彎曲部中導致的熱侵的增加。
[0023]在根據本發明的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構的形式中，被連接對象是連接室溫側和低溫側的引線導體。
[0024]在此構造中，被連接對象是引線導體，並且根據本發明的連接結構應用到將超導電纜連接到另一電力設備的端子連接結構。
[0025]在根據本發明的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構的形式中，被連接對象是另一室溫絕緣型超導電纜的導體部。
[0026]在此構造中，被連接對象是另一超導電纜的導體部，並且根據本發明的連接結構應用到將超導電纜彼此連接的中間連接結構。
[0027]根據本發明的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構的形式進一步包括引導元件，其布置在熱絕緣容器中。該引導元件與導體部接觸，允許導體部沿引導元件滑動並且引導導體部。
[0028]此構造允許導體部沿著引導元件滑動，並且允許引導元件將導體部的移動方向調整為特定方向(導體部的熱收縮方向)。引導元件能夠由如下材料形成，該材料是金屬材料諸如銅、鋁、其他金屬、這些金屬的合金或不鏽鋼，複合材料諸如纖維增強塑料(FRP)或樹脂材料諸如聚四氟乙烯(PTFE)。引導元件可以具有任意形狀，只要引導元件能夠與導體部的一部分接觸並且能夠調整導體部的移動方向。此外，期望引導元件固定在熱絕緣容器中。
[0029]在上述構造中，優選地，所述引導元件是導體部以可滑動的方式布置在其中的圓柱體。
[0030]通過這種構造，由於導體部以可滑動的方式布置在布置於熱絕緣容器中的圓柱體中，所以導體部可由圓柱體機械地支撐。此外，當導體部被移動時，導體部能夠沿著圓柱體被引導。圓柱體可由如下材料形成，該材料是金屬材料諸如銅、鋁、其他金屬、這些金屬的合金或不鏽鋼，複合材料諸如纖維增強塑料(FRP)或樹脂材料諸如聚四氟乙烯(PTFE)。圓柱體不必固定在熱絕緣容器中。在圓柱體不固定在熱絕緣容器中的情況下，圓柱體的移動範圍優選地調整為使得圓柱體位於熱絕緣容器中。在圓柱體不固定到熱絕緣容器中的情況下，當被連接對象是引線導體時，圓柱體固定到引線導體，並且當被連接對象是另一超導電纜的導體部時，圓柱體固定到超導電纜中的一個的導體部。
[0031]在具有引導元件的上述形式中，設置滑動輔助元件，其布置在熱絕緣容器中並且輔助導體部滑動。
[0032]通過這種構造，由於設置滑動輔助元件，所以導體部能夠平滑地滑動。超導電纜的導體部不僅由於在超導電纜使用時被冷卻而經歷熱收縮，而且在如下情況下會經歷熱膨脹:由於執行維護時製冷劑停止流動而導致導體部的溫度恢復到室溫的情況；以及，例如，甚至當超導電纜使用時導體部中流動異常電流(諸如短路電流)而導致導體部的溫度增加的情況。在導體部能夠沿著引導元件滑動的情況下，並且具體地在導體部以可滑動的方式布置在圓柱體中的情況下，經受熱膨脹的導體部在導體部由引導元件作用時可能會局部地鼓起。因此，優選地，通過滑動輔助元件促進導體部在導體部的熱膨脹方向上滑動，以使得導體部容易滑動。例如，滑動輔助元件使用彈簧。
[0033]在具有圓柱體的上述形式中，所述圓柱體的至少一部分由導電材料形成，所述導體部電連接到所述圓柱體，並且所述導體部通過所述圓柱體而被電連接到所述被連接對象。
[0034]通過這種構造，由於導體部和被連接對象通過圓柱體而被彼此電連接，所以導體部和被連接對象能夠彼此電連接，同時允許導體部由於熱收縮的移動。導電材料的實例包括常規導電材料諸如銅、鋁、其他金屬和這些金屬的合金以及超導材料。
[0035]在上述構造中，導電材料可以是超導材料。當圓柱體的一部分由超導材料形成時，導體部和被連接對象能夠以很小損耗地彼此連接。在這種情況下，圓柱體可以通過組合常規導電材料和超導材料而形成。例如，超導電線布置在由常規導電材料形成的圓柱體的外周表面上，並且焊接到該外周表面上。
[0036]此外，在上述構造中，所述導體部和所述圓柱體通過多觸點而彼此電連接。當導體部和圓柱體通過多觸點而彼此電連接時，能夠容易地維持導體部和圓柱體之間的電連接。
[0037]替代地，在上述構造中，所述導體部和所述圓柱體通過撓性導體而彼此電連接。當導體部和圓柱體通過撓性導體而彼此電連接時，導體部和圓柱體能夠彼此電連接，同時允許導體部由於熱收縮而移動。例如，撓性導體使用編織線。
[0038]根據本發明的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構的形式進一步包括止動件，其調整所述導體部的可移動範圍。
[0039]通過這種構造，由於設置止動件，導體部的可移動範圍能夠被調整，並且相應地，能夠防止導體部超過可允許範圍過大地移動。因此，例如，能夠防止連接部的損壞。在上述形式中，導體部和被連接對象通過圓柱體而彼此電連接。因此，當止動件被設置使得不允許導體部從圓柱體移除時，能夠可靠地提供導體部和圓柱體彼此連接的連接區域。這允許在導體部和被連接對象之間可靠地形成電流路徑。
[0040]在根據本發明的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構的形式中，所述導體部和所述被連接對象通過撓性導體而彼此電連接。
[0041]通過這種構造，由於導體部和被連接對象通過撓性導體而彼此電連接，因此導體部和被連接對象能夠彼此電連接，同時允許導體部由於熱收縮而移動。
[0042]根據本發明的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構包括連接部，其將導體部和被連接對象彼此電連接，同時允許導體部由於熱收縮而移動，該移動是相對於被連接對象和熱絕緣容器進行的。相應地，能夠吸收導體部在冷卻期間的熱收縮。因此，通過根據本發明的連接結構，能夠減小由熱收縮導致的應力，並且相應地，能夠防止由熱收縮導致的導體部(超導體)的損壞。此外，通過減小由於熱收縮而產生的應力，能夠簡化設置在中間連接結構或端子連接結構中並限制導體部的固定元件。根據本發明的連接結構還能夠抑制通過由於導體部的熱收縮而施加到熱絕緣管的橫向壓力所導致的超導電纜的彎曲部中的熱侵增力口。在室溫絕緣型超導電纜中，導體部的電勢和熱絕緣管的電勢是相同的。因此，不需要彼此隔離熱絕緣管和導體部。因此，在連接結構中，在熱絕緣容器和連接部之間設置的空間是足夠的，能夠在該空間中進行安裝連接部的工作。因此，與低溫絕緣型超導電纜相比，能夠減小連接部的尺寸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]圖1是示例室溫絕緣型超導電纜的實例的示意性截面圖。[0044]圖2是示例室溫絕緣型超導電纜的另一實例的示意性截面圖。
[0045]圖3是根據本發明的室溫絕緣型超導電纜的連接結構的大體結構的示意圖。
[0046]圖4是根據第一實施例的連接結構的連接部的結構的示意圖。
[0047]圖5是根據第二實施例的連接結構的連接部的結構的示意圖。
[0048]圖6是根據第三實施例的連接結構的連接部的結構的示意圖。
[0049]圖7是根據第四實施例的連接結構的連接部的結構的示意圖。
[0050]附圖標記列表:
[0051]I連接結構
[0052]10連接部
[0053]11端子元件
[0054]12撓性導體(編織線)
[0055]13圓柱體(引導元件)
[0056]14彈簧(滑動輔助元件)
[0057]15止動件
[0058]20熱絕緣容器
[0059]22配合部
[0060]30引線導體(被連接對象)
[0061]32熱絕緣元件
[0062]100、101、102室溫絕緣型超導電纜
[0063]110導體部
[0064]111成形件
[0065]112超導體層
[0066]Il5保護層
[0067]120熱絕緣管
[0068]121 內管
[0069]122 外管
[0070]130主電絕緣層
[0071]131外導體
[0072]140管狀支撐元件
[0073]200絕緣管
[0074]220、230 製冷劑管
[0075]225絕緣接頭
[0076]226熱絕緣部
【具體實施方式】
[0077]下文將參考附圖描述根據本發明的實施例。在每幅附圖中，相同的附圖標記表示相同或相應的元件。
[0078]首先，參考圖1和圖2對室溫絕緣型超導電纜的結構進行說明。
[0079][室溫絕緣型超導電纜(I)][0080]圖1示出了室溫絕緣型超導電纜的實例。圖1中所示的超導電纜101包括導體部110和熱絕緣管120。導體部110包括超導體層112且布置在熱絕緣管120中。對超導體層112進行冷卻的製冷劑流過熱絕緣管120。主電絕緣層130形成在熱絕緣管120的外側，從而在室溫下進行絕緣。
[0081]典型地，導體部110從中心起依次包括成形件111、超導體層112和保護層115。成形件111用作超導體層112的支撐本體，且由例如諸如銅或鋁這樣的常規導體材料、諸如纖維增強塑料(FRP)這樣的絕緣複合材料或諸如聚四氟乙烯(PTFE)這樣的絕緣樹脂材料形成。成形件的具體形式的實例包括實心本體，諸如由絞合多個塗覆有絕緣塗層諸如瓷漆的金屬線形成的絞合線，或者成形件的實例包括中空本體，諸如絕緣管、金屬管或由螺旋地纏繞金屬帶形成的具有圓柱形形狀的螺旋扭曲管。當成形件由諸如金屬管這樣的中空本體形成時，中空本體內側的空間能夠用作製冷劑流過的通道。
[0082]當成形件由金屬管或由常規導電材料的金屬線絞合形成的絞合線而形成時，成形件能夠用作異常電流(諸如短路電流)流過的路徑。
[0083]超導體層112由帶形超導電線材料形成，該帶形超導電線材料使用例如氧化物超導體。超導電線材料的實例包括鉍基超導電線材料或釔基超導電線材料。超導體層112通過在成形件111的外周上螺旋地纏繞多個超導電線材料而形成。超導體層112可以具有單層結構或多層結構。在成形件111和超導體層112之間可以布置襯墊層(未示例)。襯墊層可以通過纏繞牛皮紙等形成。
[0084]保護層115形成在超導體層112的外周上。保護層115使得布置在其內側的超導體層112等與熱絕緣管120電絕緣，並且機械地保護超導體層112等。保護層115通過纏繞牛皮紙等形成。在此，導體部110(超導體層112)和熱絕緣管120在例如中間連接結構或端子連接結構的任意位置上彼此電連接，並且其電勢相同。由布置在超導體層112的外側的保護層115所造成的電絕緣用來使流過超導體層112的主電流不會分流到熱絕緣管120 (不形成超導體層112與熱絕緣管120接觸的不穩定接觸點)。因此，保護層115不必具有用於絕緣所需的厚度。超導電纜101主要由布置在熱絕緣管120的外側的主電絕緣層130絕緣。
[0085]熱絕緣管120具有雙管結構，其包括內管121和外管122。熱絕緣管120是真空熱絕緣管，其在內管121和外管122之間具有真空熱絕緣層。導體部110布置在熱絕緣管120(內管121)中。製冷劑(例如，液態製冷劑諸如液氮或液氦，或氣態製冷劑諸如氣態氮或氣態氦)冷卻導體部110的超導體層112以使維持超導狀態，該製冷劑流過熱絕緣管120 (內管 121)。
[0086]內管121和外管122由諸如不鏽鋼、鋁、不鏽鋼合金或鋁合金這樣的材料形成。內管121和外管122可以在其整個長度上具有波紋，以使得熱絕緣管120具有撓性。此外，還可以通過在內管121和外管122之間設置空間或諸如超級絕熱技術來進一步改善熱絕緣特性。
[0087]在本實例中，內管121和外管122使用不鏽鋼波紋管。
[0088]主電絕緣層130形成在熱絕緣管120 (外管122)的外側。主電絕緣層130可以由用於本領域的常規導電電纜、且在室溫下具有良好電絕緣強度的優質材料形成，典型的是絕緣樹脂材料，諸如用於交聯聚乙烯絕緣塑料護套(CV)電纜中的交聯聚乙烯(XLPE)。主電絕緣層130能夠通過擠出諸如交聯聚乙烯這樣的絕緣樹脂材料來塗覆熱絕緣管120(外管122)的外側。如與常規導電電纜的情況一樣，可以在擠出主電絕緣層130的同時，在主電絕緣層130內側或外側以擠出方式來形成內半導體層或外半導體層(未示例)。雖然未示例，但是優選地，由諸如銅或鋁這樣的金屬和半導體層形成的屏蔽部(屏蔽層)以及由乙烯或聚乙烯形成的護套設置在主電絕緣層130的外側。屏蔽部主要用作電場屏蔽層。護套具有電絕緣特性，以克服屏蔽部中感應的電勢，護套用作機械保護層。這些功能與常規導電電纜的功能類似。
[0089]在本實施例中，由常規導電材料形成的外導體131設置在熱絕緣管120 (外管)和主電絕緣層130之間。在形成超導電纜的連接結構(超導電纜的中間連接結構或端子連接結構)的一些部分處，外導體131電連接到成形件111和超導體層112，並且外導體131用作異常電流(諸如短路電流)流過的分流路徑。外導體131可以由銅、鋁、銀等形成。外導體131可以通過例如在外管122上纏繞與本領域常規導電電纜的導體、諸如由絞合銅線形成的分段導體類似的元件而形成。
[0090]由於具有這樣的外導體131，從而能夠充分地提供異常電流的分流路徑。這能夠減小成形件111和超導體層112由於異常大電流的流動而帶來的溫升，並且對應地，能夠減小流過熱絕緣管120的製冷劑的溫升。
[0091]此外，用於布置電纜的張力元件可以設置在主電絕緣層130的外側，並且保護覆蓋外護套等可以設置在張力元件(未示例)的外側。
[0092][室溫絕緣型超導電纜⑵]
[0093]圖2示出了室溫絕緣型超導電纜的另一實例。除了超導電纜102包括管狀支撐元件140這一點與超導電纜101不一樣之外，圖2中示出的超導電纜102的基本結構與圖1所示的超導電纜101相同。因此，下文主要是描述超導電纜101和102之間的區別。
[0094]在超導電纜102中，主電絕緣層130不是形成為用於熱絕緣管120 (外管122)，而是形成在布置於熱絕緣管120 (外管122)外側的管狀支撐元件140的外側。也就是，管狀支撐元件140對形成在管狀支撐元件140的外側的主電絕緣層130進行支撐。管狀支撐元件140所最需要的特性是強度。為了使超導電纜102具有撓性，優選地，管狀支撐元件140也具有撓性。考慮到這些點，管狀支撐元件140能夠優選地通過由鋁(包括鋁合金)形成的筆直管或由不鏽鋼形成的波紋管而形成。替代地，管狀支撐元件140可以由諸如樹脂這樣的非金屬材料形成。當管狀支撐元件140由常規導電材料形成時，通過如與超導電纜101的上述外導體131的情況一樣地將管狀支撐元件140電連接到成形件111和超導體層112，而使得管狀支撐元件140能夠用作異常電流的分流路徑。
[0095]此外，如圖2所示，由常規導電材料形成的外導體131可以布置在管狀支撐元件140和主電絕緣層130之間。通過如與超導電纜101的上述外導體131的情況一樣地將管狀支撐元件140電連接到成形件111和超導體層112，從而使得外導體131用作異常電流的分流路徑。雖然未示出，但是例如保護熱絕緣管120的保護層可以形成在熱絕緣管120(外管122)的外周上。
[0096]此外，可以設置屏蔽和護套，或者上述張力元件、保護覆蓋外護套等可以設置在主電絕緣層130 (未示例)的外側。
[0097]通過這樣的管狀支撐元件140，能夠分別處理包含導體部110的熱絕緣管120和包含主電絕緣層130的管狀支撐元件140。
[0098]接下來，參考圖3，描述根據本發明的室溫絕緣型超導電纜的連接結構的大體結構。圖3中所示的連接結構I是用於超導電纜的端子連接結構的實例。連接結構I包括連接部10和熱絕緣容器20。連接部10電連接超導電纜100的導體部110和將室溫側和低溫側進行連接的引線導體30(被連接對象)。熱絕緣容器20容納連接部10。超導電纜100使用例如在圖1或圖2中示出的上述超導電纜101或超導電纜102。
[0099]在本實施例中，超導電纜100的端部插入到絕緣管200中，電纜100的熱絕緣管120暴露到覆蓋超導電纜100端部的外周的絕緣管200的外側，並且導體部110從熱絕緣管120的端部拉出。位於導體部110和引線導體30彼此連接處的連接部10設置在絕緣管200的外側。熱絕緣容器20形成為容納連接部10。
[0100]絕緣管200與現有技術的常規導電電纜的端子連接結構使用的絕緣管類似，並且絕緣管200能夠例如由瓷、聚合物或樹脂(例如環氧樹脂)形成。
[0101]移除主電絕緣層等，並且使得熱絕緣管120從超導電纜100的端部露出。在超導電纜100的前端，導體部110從熱絕緣管120的端部拉出。在拉出的導體部110上實施末端處理，並且將端子元件(在下文中將進行描述)附接到處理過的導體部110。在此部分中，移除保護層等，並且露出超導體層112。端子元件電連接到超導體層112，並且端子元件機械地保護超導體層112。在此，當超導體層112具有多層結構時，超導體層112的各層通過末端處理逐步地露出。熱絕緣管120的端部連接到熱絕緣容器20，並且在熱絕緣管120內和熱絕緣容器20內的製冷劑流動空間彼此連通。
[0102]引線導體30的一端側布置在熱絕緣容器20中，並且該端側電連接到從熱絕緣管120的端部拉出的導體部110 (超導體層112)。引線導體30的另一端側延伸到熱絕緣容器20的外側(室溫側)。連接室溫側和低溫側的引線導體30連接到另一電力設備(未示例)。引線導體30由常規導電材料形成，例如銅、鋁等。雖然在本實例中，引線導體30延伸的方向與導體部110延伸的方向垂直，但是引線導體30延伸的方向不限於此。此外，在熱絕緣容器20側，抑制熱量從外側侵入的熱絕緣元件32設置在引線導體30的外周表面上。引線導體30的熱絕緣元件32和超導電纜100的熱絕緣管120通過熱絕緣容器20彼此連接。
[0103]為了不允許電流在引線導體30和熱絕緣容器20之間流動，從而在引線導體30和熱絕緣容器20之間設置絕緣元件(未示出)。此絕緣元件可以設置在引線導體30和熱絕緣元件32之間。在例如現場組裝該連接結構的情況下，預先在工廠等中將該絕緣元件形成在引線導體30上，並且將熱絕緣元件32形成在該絕緣元件上。在現場，該引線導體30插入到設置在熱絕緣容器20中的配合部22中，從而將引線導體30和熱絕緣容器20配合在一起。當如上所述地、引線導體30包括熱絕緣元件32時，便於連接結構在現場的安裝。此夕卜，如附圖中所示，通過使引線導體30的熱絕緣元件32與熱絕緣容器20的配合部22疊置，能夠抑制熱量從外側侵入。同樣地，在熱絕緣容器20與熱絕緣管120相連的部分以及熱絕緣容器20與製冷劑管220相連的部分中，熱絕緣管120和製冷劑管220配合到熱絕緣容器20中，並與熱絕緣容器20疊置。熱絕緣元件32的外周上可以具有凸緣部。可以使此凸緣部與配合部22接觸，以定位熱絕緣元件32，或者可以將該凸緣部固定到熱絕緣容器20 (配合部22) ο
[0104]熱絕緣容器20的內側與熱絕緣管的內側連通，並且熱絕緣容器20的內側由流過熱絕緣管120的製冷劑填充。熱絕緣容器20可以使用具有良好熱絕緣性能的結構。例如，如與熱絕緣管120的情況一樣，熱絕緣容器20可以使用具有雙結構的真空熱絕緣容器，該雙結構包括內容器和外容器，其中在內容器和外容器之間形成真空熱絕緣層。熱絕緣容器20(內和外容器)由諸如不鏽鋼、鋁、不鏽鋼合金或鋁合金這樣的材料形成。熱絕緣容器20固定到地上，以不能被移動。
[0105]製冷劑管220連接到熱絕緣容器20。流過熱絕緣管120的製冷劑通過製冷劑管220而被供給到冷卻系統(未示例)。由於作為室溫絕緣型超導電纜中的高壓部分的超導體層112的外側沒有設置主電絕緣層，因此熱絕緣管120的電勢較高。因此，連接到熱絕緣管120的熱絕緣容器20的電勢較高，並且連接到熱絕緣容器20的製冷劑管220的電勢較高。相反地，製冷系統典型地設置在接地部分(低電壓部)中，製冷系統的電勢較低。由於這個原因，當製冷劑管220直接連接到冷卻系統時，電壓不能施加到超導電纜(從而進入接地狀態且異常電流流動)。對應地，超導電纜沒有用作輸配電線路。因此，在本實例中，為了將製冷劑管220連接到與冷卻系統連接的製冷劑管230，在電絕緣的狀態下，通過絕緣接頭225將製冷劑管220和製冷劑管230彼此連接。如與熱絕緣管120的情況一樣，製冷劑管220和230可以使用雙管結構真空熱絕緣管。熱絕緣部226設在絕緣接頭225的外側。
[0106]在根據本發明的連接結構中，最能弓丨起注意是連接部將導體部和被連接對象彼此電連接，同時允許導體部由於熱收縮而移動，該移動是相對於被連接對象和熱絕緣容器而進行的。也就是說，在上述說明和圖3所示的表示為連接結構I的實例中，連接部10將導體部110和引線導體30彼此電連接，同時允許導體部110由於熱收縮而移動，該移動是相對於引線導體30和熱絕緣容器20而進行的。接下來，描述實現這樣的連接部10的結構。
[0107]〈第一實施例〉
[0108]圖4示出了連接結構I的連接部10的實例。在本實例中，連接部構成為由撓性導體12將導體部110 (超導體層112)和引線導體30彼此電連接，該撓性導體30由導電材料形成。通過這種結構，即使當導體部110在冷卻期間發生熱收縮，撓性導體12也可響應於該收縮，並且相應地，可以吸收導體部110的熱收縮。此外，在本實例中，由常規導電材料形成的端子元件11通過末端處理而被附接到導體部110上，其中超導體層112被露出。端子元件11具有插孔，導體部110 (超導體層112)插入該插孔中。導體部110的前端插入插孔中，且被焊接到端子元件11。因此，端子元件11電連接到超導體層112，且機械地保護超導體層112。撓性導體12使用編織線，並且在其兩端上都具有連接端子。撓性導體12的連接端子之一連接到設置在端子元件11中的連接端子，撓性導體12的另一連接端子連接到設置在引線導體30中的連接端子。因此，通過使用撓性導體12而形成能夠流動電流的連接結構。導體部110和引線導體30通過上述結構彼此電連接。連接端子通過例如焊接或壓力接合而彼此連接。通過將端子元件11焊接到導體部110的前端部，從而在導體部110 (超導體層112)的前端部上進行末端處理。因此，超導體層112的超導電線材料能夠被機械地固定，並且確保與撓性導體12的電連接。此外，容易執行與撓性導體12連接的工作。
[0109]連接到熱絕緣管120的熱絕緣容器20的電勢與導體部110的電勢相同。因此，雖然未示例，但是絕緣元件設置在熱絕緣容器20的外側，以維持絕緣距離。此外，由於熱絕緣管120的內管使用波紋管，所以即使當連接到熱絕緣容器20的熱絕緣管120的內管被冷卻、並且熱絕緣管120發生熱收縮時，也能夠被吸收熱收縮。因此，熱絕緣管120不會受熱收縮的影響。雖然在本實例中端子元件11由常規導電材料形成，但是端子元件11的一部分也可以由超導材料形成。
[0110]此外，在本實例中，可以設置止動件15，其調整導體部110的可移動範圍。止動件的實例如下:如圖4所示，端子元件11在其插孔的開口部分處具有凸緣部，在該插孔中可插入導體部110。止動件15設置在熱絕緣容器20中，其中在止動件15與熱絕緣容器20之間插入絕緣元件(未示例)。止動件15與上述的凸緣部相對。通過這種結構，當導體部110發生熱收縮時，使得附接到導體部110的端子元件11的凸緣部與止動件15接觸且被止動件15止動。因此,能夠防止端子元件11進入熱絕緣管120。
[0111]〈第二實施例〉
[0112]圖5示出了連接結構I的連接部10的另一實例。本實例的連接部10與圖4中示例且上述第一實施例之間的區別是:本實例的連接部10包括圓柱體13。導體部110的前端部以可滑動的方式布置在圓柱體13中。圓柱體13固定在熱絕緣容器20中，其中絕緣元件(未示例)介於圓柱體13與熱絕緣容器20之間。圓柱體13由諸如銅或鋁這樣的常規導電材料形成。圓柱體13由連接結構電連接到導體部110，這允許電流在圓柱體13與附接到導體部110的端子元件11接觸時流動。通過利用撓性導體12將圓柱體13電連接到引線導體30，從而導體部110經由圓柱體13而電連接到引線導體30。通過這種連接部10的結構，導體部110以可滑動的方式布置在圓柱體13中。因此，當導體部110發生熱收縮時，導體部110能夠沿著圓柱體13移動。這能夠吸收導體部110的熱收縮。也就是說，圓柱體13機械地支撐導體部110，且用作引導元件，其調整導體部110的移動方向，以使得導體部110的移動方向在導體部110的熱膨脹或收縮的方向(導體部110的縱向方向)上延伸。
[0113]雖然在本實例中圓柱體13由常規導電材料形成，但是圓柱體13的一部分也可以由超導材料形成。例如，超導電線材料可以布置在由常規導電材料形成的圓柱體13的外周表面上。圓柱體13和引線導體30可以由板形或棒形導體來代替撓性導體12而實現彼此連接。導體部110(端子元件11)和圓柱體13彼此電連接的實例例如包括允許電流流過的連接結構，例如多觸點的連接結構。替代地，允許電流流過撓性導體的連接結構通過預備另一撓性導體且將該撓性導體的一端和另一端分別連接到端子元件11的上表面和圓柱體13的內周表面而形成。導體部110(端子元件11)和圓柱體13可以通過此連接結構彼此電連接。
[0114]此外，在本實施例中，熱絕緣容器20中設置有滑動輔助元件14，該滑動輔助元件14輔助導體部110滑動。當執行維護時，導體部110的溫度升高，此時，導體部110的熱收縮可轉變為熱膨脹，而當導體部110由圓柱體13擋住時，導體部110可能局部鼓起。為了解決這種情況，滑動輔助元件14有利於使得導體部110在導體部110的熱膨脹方向上滑動，從而當導體部110發生熱膨脹時允許導體部110平穩滑動。在本實例中，滑動輔助元件14使用如下的拉伸彈簧:彈簧14布置在圓柱體13中，以在導體部110的熱膨脹方向(在附圖中是向上)上推壓導體部110。
[0115]此外，在本實例中設置有止動件15，其調整導體部110的可移動範圍。具體地，止動件15設置在圓柱體13的開口部中，在圓柱體13的一端側上，導體部110插入該開口部中，以徑向向內突出。當導體部HO發生熱收縮時，使附接到導體部110的端子元件11與止動件15接觸且被止動件15止動。因此，導體部110不會從圓柱體13移除，並且能夠可靠地提供導體部110(端子元件11)和圓柱體13彼此連接的連接區域。這允許在導體部110和引線導體30之間可靠地形成電流路徑。
[0116]〈第三實施例〉
[0117]圖6示出了連接結構I的連接部10的又一實例。本實例的連接部10與圖5中示例和上述的第二實施例之間的區別是:在本實例的連接部10中，引線導體30在導體部110延伸的方向上延伸。在本實例中，圓柱體13附接到引線導體30的前端部，且固定到引線導體30，以使得圓柱體13固定到熱絕緣容器20。此外，圓柱體13由導電材料形成，並且導體部110通過圓柱體13而被電連接到引線導體30。
[0118]此外，在本實例中，如與第二實施例的連接部10的情況一樣，圓柱體13中布置有拉伸彈簧14，拉伸彈簧14幫助導體部110在導體部110的熱膨脹方向上滑動。此外，止動件15布置在圓柱體13中，用於調整導體部110的可移動範圍。由於該彈簧14使導體部110便於在導體部110的熱膨脹方向上滑動，因此導體部110能夠平滑地滑動。此外，由於設置了止動件15，所以導體部110導體部110不會從圓柱體13移除，並且因此能夠可靠地提供導體部110 (端子元件11)和圓柱體13彼此連接的連接區域。這允許在導體部110和引線導體30之間可靠地形成電流路徑。
[0119]雖然在本實例中圓柱體13由導電材料形成，並且導體部110和引線導體30通過圓柱體13而被彼此電連接，但是圓柱體13可以由諸如FRP這樣的複合材料或諸如PTFE這樣的絕緣樹脂材料形成。在這種情況下，例如，如與圖4中示例和上述的第一實施例的連接部10的情況一樣，連接部10可通過經由導電材料形成的撓性導體(編織線)將導體部110和引線導體30彼此電連接而形成。例如，可以布置撓性導體而不是彈簧14，或者撓性導體可以與彈簧14平行地布置並且將導體部110和引線導體30彼此電連接。此外，還由於這種結構，由於設置圓柱體13，因此導體部110能夠由圓柱體13機械地支撐，並且當導體部110發生熱收縮或膨脹時，導體部110能夠沿著圓柱體13被引導。
[0120]在前述的第一至第三實施例中，連接部10的結構的實例應用於根據本發明的連接結構I的端子連接結構。然而，根據第一至第三實施例的連接結構I的連接部10的結構也能夠應用於將超導電纜彼此連接的中間連接結構。
[0121]〈第四實施例〉
[0122]圖7示出了應用於中間連接結構的連接結構的連接部的實例。本實施例與圖4至圖6中示例的第一至第三實施例的連接部10之間的區別是，被連接對象是其它超導電纜的導體部。
[0123]在本實例中，如圖7所示，被連接對象是另一超導電纜100的導體部110。熱絕緣容器20容納連接部10，連接部10將超導電纜100中的一個(在附圖中的左側)的導體部110(超導體層112)與另一個超導電纜100(在附圖中的右側)的導體部110(超導體層112)彼此電連接。如與第一實施例的連接部10的情況一樣，由常規導電材料形成的端子元件11附接到導體部Iio中的每一個。兩個導體部110均以可滑動的方式布置在圓柱體13中，同時兩個導體部110彼此相對。如與第二實施例的連接部10的情況一樣，圓柱體13由常規導電材料形成，並且通過電連接到附接在兩個導體部110上的端子元件11而電連接到兩個導體部110。也就是說,該一個導體部110通過圓柱體13而被電連接到另一個導體部110 (被連接對象)。[0124]圓柱體13通過由絕緣材料形成的支撐元件(未示例)而被固定到熱絕緣容器20中。通過此連接部10的結構，兩個導體部110以可滑動的方式布置在圓柱體13中。因此，當兩個導體部110經歷熱收縮時，兩個導體部110能夠沿著圓柱體13被移動。這能夠吸收導體部110的熱收縮。在此，在圖7中，在熱絕緣管120和熱絕緣容器20的外側上執行絕緣處理，從而形成主電氣元件層或加強絕緣層，它們並未示例。超導電纜100中的每一個的熱絕緣管120的端部連接到熱絕緣容器20，並且在熱絕緣管120中的每一個內的製冷劑流動空間和熱絕緣容器20內的製冷劑流動空間彼此連通。因此，兩個熱絕緣管120通過熱絕緣容器20而被彼此連接。
[0125]雖然在本實施例中圓柱體13由常規導電材料形成，但是如第二實施例中所述，圓柱體13的一部分也可以由超導材料形成。例如，超導電線材料可以布置在由常規導電材料形成的圓柱體13的外周表面上。替代地，可以使用如下結構:圓柱體13固定到所述另一個導體部110，而所述的一個導體部110以可滑動的方式布置在圓柱體13中。通過這樣的結構，當導體部110經歷熱收縮時，該一個導體部110能夠沿著圓柱體13被移動，並且相應地，能夠吸收導體部110的熱收縮。此外，通過將圓柱體13與附接到所述一個和另一個導體部110之一的端子元件11集成，則能夠減小電流流過的連接元件的數目。在這種情況下，由於導體部110的熱收縮，而使圓柱體13與導體部110—起移動。因此，可以在熱絕緣容器20中設置引導元件(未示例)，以允許圓柱體13沿引導元件滑動且沿引導元件引導圓柱體13。導體部110(端子元件11)中的每一個與圓柱體13彼此電連接的實例包括例如允許電流流過的連接結構，例如多觸點的連接結構。
[0126]此外，在本實例中，如與第二實施例的連接部10的情況一樣，幫助導體部110在導體部110熱膨脹的方向上滑動的拉伸彈簧14布置在圓柱體13中。具體地，彈簧14在導體部110的熱膨脹方向上推壓導體部110。也就是說，彈簧14在導體部110彼此接近的方向上拉動導體部110。由於彈簧14使導體部110便於在導體部110的熱膨脹方向上滑動，所以導體部110能夠平滑地滑動而經歷熱膨脹。
[0127]此外，在本實例中，與第二實施例的連接部10類似，在圓柱體13的兩端上，止動件15設置在圓柱體13的開口部中，導體部110插入該開口部中。當導體部110發生熱收縮時，使附接到導體部110的端子元件11與止動件15接觸且被止動件15止動。通過這些止動件15，導體部110不會從圓柱體13移除，並且因此能夠可靠地提供導體部110 (端子元件11)和圓柱體13彼此連接的連接區域。這允許在所述一個和另一個導體部110之間可靠地形成電流路徑。
[0128]雖然如在圖7中示例和上述的第四實施例的連接部10中，圓柱體13由導電材料形成，並且導體部Iio通過圓柱體13彼此電連接，但是圓柱體13可以由諸如FRP這樣的複合材料或諸如PTFE這樣的絕緣樹脂材料形成。在這種情況下,例如,如與圖4中示例和上述的第一實施例的連接部10的情況一樣，連接部10可通過經由導電材料形成的撓性導體(編織線)將導體部110彼此電連接而形成。例如，可以布置撓性導體而不是彈簧14，或者撓性導體可以與彈簧14平行地布置並且將導體部110彼此電連接。此外，通過這種結構，由於設置圓柱體13，因此導體部110能夠被圓柱體13機械地支撐，並且當導體部110發生熱收縮或膨脹時，導體部110能夠沿著圓柱體13被引導。
[0129]由於用於根據已經描述的本發明的室溫絕緣型超導電纜的連接結構，通過設置將導體部和被連接對象彼此電連接同時允許導體部由於熱收縮而移動的連接部，其中該移動是相對於被連接對象和熱絕緣容器而進行的，從而能夠吸收導體部在冷卻期間的熱收縮。因此，能夠減小由於熱收縮而導致的應力，並且相應地，能夠防止由於熱收縮導致的對導體部(超導體)的損壞。此外，即使當溫度升高，導體部經歷熱膨脹時，也能夠吸收導體的延伸。因此，能夠允許導體部由於熱膨脹或收縮的移動。
[0130]此外，通過減小由於熱收縮而產生的應力，能夠簡單化設置在中間連接結構或端子連接結構中並限制導體部的固定元件。此外，根據本發明的室溫絕緣型超導電纜的連接結構還能夠抑制通過由於導體部的熱收縮而施加到熱絕緣管的橫向壓力所導致的超導電纜的彎曲部中的熱侵增加。
[0131]應該理解，在不脫離本發明的主旨的情況下，能夠適當地對前述實施例進行改進，並且本發明的範圍不限於前述結構。例如，用作滑動輔助元件的彈簧14的位置或形式可以進行適當地改變。具體地，在圖5中示例的連接結構I中，導體部110也能夠由如下結構在導體部110的熱膨脹方向上推壓:在導體部110外周上附接凸緣，壓縮彈簧的一端側固定到熱絕緣容器20，並且壓縮彈簧的另一端側與凸緣接觸。
[0132]工業實用性
[0133]優選地，當使用室溫絕緣型超導電纜構成線路時，根據本發明的室溫絕緣型超導電纜的連接結構能夠用於中間連接結構和端子連接結構。
【權利要求】
1.一種用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構，所述室溫絕緣型超導電纜包括: 導體部，所述導體部包括超導體層； 熱絕緣管，所述熱絕緣管允許對所述超導體層進行冷卻的製冷劑從中流過，所述導體部布置在所述熱絕緣管中；和 主電絕緣層，所述主電絕緣層形成在所述熱絕緣管的外側；所述連接結構包括: 連接部，所述連接部使得所述導體部和被連接對象彼此電連接，所述導體部從所述熱絕緣管的端部被拉出；以及 熱絕緣容器，所述熱絕緣容器容納所述連接部， 其中，所述連接部使得所述導體部和所述被連接對象彼此電連接，同時允許所述導體部由於熱收縮而相對於所述被連接對象和所述熱絕緣容器進行移動。
2.根據權利要求1所述的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構， 其中，所述被連接對象是連接室溫側和低溫側的引線導體。
3.根據權利要求1所述的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構， 其中，所述被連接對象是另一室溫絕緣型超導電纜的導體部。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構，進一步包括: 設置在所述熱絕緣容器中的引導元件，所述引導元件與所述導體部相接觸，從而允許所述導體部沿著所述弓I導元件滑動，並且引導所述導體部。
5.根據權利要求4所述的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構，其中，所述引導元件是圓柱體，所述導體部以可滑動的方式布置在所述引導元件中。
6.根據權利要求4或5所述的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構，進一步包括: 滑動輔助元件，所述滑動輔助元件布置在所述熱絕緣容器中，以輔助所述導體部滑動。
7.根據權利要求5所述的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構， 其中，所述圓柱體的至少一部分由導電材料形成， 其中，所述導體部電連接到所述圓柱體，並且 其中，所述導體部通過所述圓柱體電連接到所述被連接對象。
8.根據權利要求7所述的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構，其中，所述導電材料的一部分是超導材料。
9.根據權利要求7或8所述的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構， 其中，所述導體部和所述圓柱體通過多觸點而彼此電連接。
10.根據權利要求7或8所述的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構， 其中，所述導體部和所述圓柱體通過撓性導體而被彼此電連接。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構，還包括: 止動件，所述止動件調整所述導體部的可移動範圍。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的用於室溫絕緣型超導電纜的連接結構，其中，所述導體部和所述被連接對象通過撓性導體而被彼此電連接。
【文檔編號】H01R4/68GK104040815SQ201280066674
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年12月4日 優先權日:2012年1月10日
【發明者】中西辰雄, 廣瀨正幸 申請人:住友電氣工業株式會社