专利名称：超导电缆的利记博彩app
一般地说，本发明涉及一种在所谓超导性条件下，即在所谓准零电阻条件下用来传输电流的电缆。
更具体地说，本发明涉及一种超导电缆，它包括a)一由超导材料组成的条带层，b)一支撑上述由超导材料组成的条带层的管件，c)一适于将超导材料冷却至不高于其临界温度的工作温度的冷却电路。
在下面的描述和后附的权利要求书中，术语“超导材料”例如是指特殊的铌-钛合金材料，或是铜、钡与钇的混合氧化物为基础的陶瓷，或者是铋、铅、锶、钙、铜、铊与汞的混合氧化物为基础的陶瓷，包括一在定义为临界温度(后面也称之为Tc)的给定温度下具有实质上为零的电阻率的超导相。
术语大功率电缆指用于传输的电流量一般超过3000A的电缆，使得感应的磁场使在超导条件下实现的最大电流密度值减少。
术语超导电缆在下面是指在超导条件下能够传输电流的任何元件，例如，缠绕在支撑线芯上的超导材料带。
超导电缆包括一由超导材料支撑管件组成的构件。
以本中请人名义申请的欧洲专利申请EP 97202433.5公开了一种支撑管件，它整体由聚合材料，通常是聚四氟乙烯或聚酰胺制成的管子构成。
同样的专利申请EP 97202433.5也公开了一种由金属材料如钢，铜或铝形成的支撑管件。
在室温下进行超导电缆的电接触(与终端)、液压连接(与电缆的冷却电路的连接)及安装。
安装完毕后，电缆通过冷却液体进入其工作温度。在这种冷却过程中，电缆的每个部件要受到由组成材料热系数确定的热本性的机械应力。
特别是，机械应力是在超导材料的层中和与电缆端部相连接的终端处产生的。
本申请人已注意到支撑件必须不仅能够对超导材料层提供良好的机械支撑，而且同时还能够实现许多对电缆良好工作并不太重要的附加功能。
更具体地说，该支撑件应该i)保证在电缆的冷却过程中，既不会在超导电缆的内部，也不会在电缆的端部产生内应力；ii)保证电缆的机械稳定性，也就是说，电缆能够根据弯曲半径弯曲，该弯曲半径与电缆为方便运输而缠绕在其上的卷线筒的直径相一致；iii)在安装过程中，有助于电缆的机械阻力；iv)即使发生短路，基本上也能有助于电缆保持低温稳定性，本术语是指使超导材料保持在其临界温度以下，并使冷却流体保持在液态。
本申请人已发现实质上使用复合支撑管件能够减小在径向和纵向作用于超导材料上的应力，同时能获得足够数量的金属材料以保证电缆具有低温稳定性。
根据第一个方案，本发明涉及一种上述所指类型的超导电缆，其特征在于上述管件是复合物，它包括一设定数量的第一材料和第二材料，第一材料具有一第一热膨胀系数，第二材料具有一个比第一材料大的热膨胀系数，上述热膨胀系数和上述数量的第一和第二材料的设定为使上述管件在室温和上述电缆的工作温度之间具有一个总热收缩率以使由超导材料组成的上述条带的变形度低于相同条带的临界变形度。
在第二个方案中，本发明涉及一种超导元件，其特征在于上述管件实质上是复合物，它包括一设定数量的第一金属材料，该金属材料与超导材料层形成电接触，和至少一与上述第一金属材料相连接的第二聚合材料。
根据本发明的第三个方案，提供一种由于冷却的结果而限制作用于具有夹头型的超导电缆相对固定终端上的纵向张力的方法，该电缆至少包括一超导材料层，其特征是在电缆中提供一支撑超导材料层的复合管件。
在下面的描述和后附的权利要求书中，术语夹头型的超导电缆是指一种其相对端被机械地限定在各自的固定终端以使在条带和支撑件之间的轴向和相对于终端他们自身不能产生实质的相对滑动的电缆。
最好是，上述复合支撑管件不仅能够适当地支撑超导材料，而且能够限制在超导材料层中和与电缆的端部相连接的终端中沿纵向产生应力，同时能够提供一定数量的与超导材料进行电接触的金属，能够在瞬时短路的过程中有助于电缆充分地保持低温稳定性。
特别是，由于上述具有较高热膨胀系数的第二材料的存在，现已发现这种复合支撑管件具有一个等于或大于超导材料的总热膨胀系数，因此在电缆冷却步骤的过程中，它相对于整体金属支撑件能够在径向得到很大程度的收缩，或者，无论如何，收缩到一定程度以不会在条带中产生不可接收的变形。
这样，根据本发明的复合支撑件容许沿其纵向有更大的收缩，因此，由于所谓的经过夹头限制的收缩而能够减小超导材料中沿纵向的应力。
此外，相对于整体由金属制成的管件来说使用复合支撑管件实质上还有利于减小通过终端上的超导电缆的端部沿纵向所作用的应力，无论何时复合支撑管件的第二材料还具有一个小于第一金属材料的杨氏(Young’s)模量(E)。
事实上，在工作中电缆的支撑件所受到的纵向应力与组成支撑管件材料的热膨胀系数和相应杨氏模量(E)的乘积成比例。
而且，与整体由聚合材料制成的管件相比，本发明的复合管件在任何情况下可具有一定数量与超导材料形成电接触的标准导体，它在瞬时短路过程中充分地保证电缆的低温稳定性。
对于本发明目的来说，复合支撑件的第一金属材料最好是一种在77K时电阻率＜5×10-9Ωm，在77K时比热＞106J/m3k，在77K时热传导率＞5W/mK的金属。
特别是，复合支撑件的第一金属材料从包括铜，铝和其合金的一组中进行选择。
最好是，上述第二材料是一种非金属材料，它具有大于17×10-6℃-1的热膨胀系数。最好大于20×10-6℃-1，最理想是介于40和60×10-6℃-1之间。
在一个最佳实施例中，上述第二非金属材料是一塑料材料。
对于本发明止的来说，塑料材料最好从包括聚酰胺如尼龙，聚四氟乙烯(PTFE)和聚乙烯的一组中进行选择。
根据本发明在制造复合支撑件时提供使用的一些材料，它们在室温和77K之间的热收缩率(ε)的百分值和在77K下的杨氏模量(E)的值列举在下面表格中。
在一个最佳实施例中，上述第一和第二材料制成相邻的环形扇体(sectors)。特别是，这种设计能够简化复合管件的制造工艺过程。
对于本发明目的来说，本领域的技术人员根据电缆的结构需求就可很容易地确定上述第一和第二材料的扇体的数量和这种扇体分布置。例如，如果需要一个特别高的热收缩率，就可减少金属部分，例如减少到10％或更小，而如果需要较高的硬度或特殊的电特性，可相应减少聚合物部分。
制造复合支撑管件的扇体数量最好是介于3和50之间。在一个较佳实施例中，这个数量是以扇体的厚度“s”和其宽度“l”之间的比值“k”介于“0.4和0.7”之间的方式进行选择而作为复合支撑管件外径和扇体厚度的函数。
上述第一和第二材料的扇体最好是相继交替地分布设置。事实上这种分布能够形成一种尽可能具有均匀机械性的支撑管件，这种均匀机械性能够在电缆的冷却过程中从总体上保证用于制造支撑管件的绞股机获得良好的动态稳定性和复合支撑管件获得的机械性一致。
上述第一和第二材料的环形扇体最好是以介于5°和50°之间的缠绕角度螺旋缠绕。这样，它就能保证相邻扇体之间获得良好和持久的夹紧。根据另一个实施例，超导材料的复合支撑管件可包括一内管件，该内管件基本上由上述第二材料制成，基本上由上述第一金属材料制成的薄片或线缠绕在内管件上。
相导体最好至少包括一超导条带，其中上述的超导材料层包含在一金属涂层中。
最好是，本发明的电缆包括若干超导条带，它们以介于5°和60°之间，最好介于10°和40°之间的缠绕角度螺旋缠绕在支撑管件的表面上。这样，它还能进一步有利于减小上述每个条带内部可能产生的机械应力。
根据又一个实施例，相导体至少包括一个金属材料的加强薄片，它最好以实质不可逆的方式与超导条带的金属涂层相接合，并与超导材料形成电接触。
这样，在瞬时短路的过程中，过流在条带的金属材料，支撑管件的金属材料和加强薄片之间被分流，加强薄片与超导材料形成并联电连接，形成一电阻型导体，构成超导材料的旁路。在瞬时短路的末期，电流可在超导条件下再次经过超导材料输送。
特别是，在导电元件中，一方面条带金属材料与支撑管件的金属材料的电接触，另一方面与加强薄片的电接触是通过将上述材料直接相互接触或在它们之间重叠本身是公知的导电元件而形成的。
加强薄片的厚度最好不大于金属涂层一半的厚度，它有助于在安装或使用过程中在作用于其上不同的机械或热应力的情况下增大电缆导电元件的电阻。
另外较佳的情况是，这种厚度介于0.03和0.08mm之间。
在本发明的一个最佳实施例中，对于作用其上的不同应力的电缆导电元件的电阻会增大，通过向超导材料沿纵向提供一设定的预应力。
这种预应力最好是通过将加强薄片与超导材料条带的涂层相接合，同时大致沿纵向对薄片施加一张力而获得。
有益的是，现已发现在电缆从室温冷却至冷却液体的温度时，超导材料的这种预应力能够部分地补偿作用在电缆夹头结构中的超导材料上的张力效应。
设有上述类型加强条带的导电元件最好是通过公知的装置，如通过两个线圈将一张力作用于加强薄片上而获得的，张力介于3.4×107pa(3.5kg/mm2)和34.3×107pa(35kg/mm2)之间，其中一个线圈用于缠绕的，另一个是未缠绕的，其中一个线圈能被适当地制动。
由于这种张力的存在，如此获得的加强条带的超导材料沿纵向具有一个百分比的预应力，或“γ”，它定义如下γ=[(Li－Lf)/Li]×100其中Li＝条带的起始长度；Lf＝施加预应力后条带的最终长度；γ介于0.05％和0.2％之间。
相导体最好包括两个由金属材料制成的加强薄片，加强薄片与金属涂层的相对面相接合。
加强薄片和金属涂层最好通过焊接或钎焊接以实质不可逆的方式相互接合，这样它们一旦形成接合就能保证维持超导材料所需的预应力。有益的是，如果通过焊接或钎焊接形成接合，就能自动地保证加强薄片和超导材料金属涂层之间形成所需的电接触。
最好是，加强薄片及上述至少一个超导条带的金属涂层由从一组包括铜，铝，银，镁，镍，青铜，不锈钢，铍和其合金中选择一种金属制成的。
另一种最好情况是，与超导条带金属涂层相接合的加强薄片由从一组包括不锈钢，最好是amagnetic，青铜，铍，铝和其合金中选择一种金属制成的，而金属涂层由从一组包括银，镁，铝，镍和其合金中选择一种金属制成的。
本发明的超导电缆可以是同轴和非同轴的电缆。
在下面的描述和后附的权利要求书中，术语同轴电缆是指一种包括一支撑管件，一同轴环绕支撑管件的相导体，一相导体外部的绝缘材料层，和一由绝缘材料层支撑并与相导体同轴的返回导体的电缆。
对于本发明来说，在返回导体内部，一电流能够流动以便产生一磁场，返回导体中的电流与相导体内流通的相等且方向相反，返回导体产生的磁场与相导体中流通的电流产生的磁场相等且方向相反，这样就能限定包含在两个导体之间的电缆部分的磁场，并能减少相对于返回导体由外部支撑的电缆部分中耗散电流的产生。
返回导体最好至少由一超导条带组成，超导条带包括一插入在金属涂层中的超导材料层和一设定数量的金属材料(稳定的金属)，金属材料与金属涂层形成电接触，超导条带在短路的情况下具有能够稳定超导材料的功能。
此外，稳定金属的总量最好通过使用完全隔热稳定性的相同准则而获得，这个准则也用于相导体，将在下面的描述中提及。
稳定金属最好分为若干金属带或条带，具有一个介于0.1mm和5mm之间的厚度，例如直接与缠绕在其上的超导条带的金属涂层形成接触。
在另一个实施例中，返回导体至少包括一个金属加强薄片，该薄片最好以实质不可逆的方式与超导材料的金属涂层相接合，并插入到金属涂层和稳定金属之间。
与相导体发生的情况相似，如果返回导体在瞬时短路的过程中释放其超导容量，电流就会经过稳定金属材料，加强薄片(如果存在)和条带金属涂层(如果存在)，在短路的后期流回超导材料中。
相对于超导条带外置的返回导体的稳定金属可以方便地分为，例如为铜或其它合适金属的金属带或金属线，它们与超导条带相连接，照此，也和相同的条带一样被螺旋缠绕。
本发明的超导电缆最好通过合适增压和过冷的冷却液体进行冷却，以便能保证电缆工作热交换的需要，而且对于较长的电缆来说，保证维持一低于超导材料临界温度的适当温度。
事实上，在其流程中，由于热量能被组成电缆的元件吸收，冷却液体同时要经受热量的增加，由于流过电缆的液压损耗和冷却液体本身较多或较少的湍流，它还要经受压力损耗的增加。
因此就必须考虑这种现象选择电缆的工作条件。特别是，能够保持冷却液体远离其饱和曲线的温度和压力值的工作条件是最好的。这种工作条件包括在所谓的“工作窗”中，该“工作窗”在冷却液体状态图内限定了一部分，相对于将超导材料冷却在其临界温度以下同时保持冷却液体处于液态的需要来说，在限定的部分中存在安全工作条件。
此外，有益的是，使用增压和过冷的冷却液体能够减少用作稳定金属的金属材料量。
超导材料最好是所谓的“高温”型(Tc大约为110K)，能被冷却至一个大约介于63K和90K之间的温度。
在工作压力介于10和20巴之间的情况下，这种冷却最好用液态氮作为冷却液体实现。
根据本发明，上述超导电缆的实施例可以作出改变。特别是，如上所述，本发明的电缆可以是同轴或非同轴的，相位和三个当前相可以是单元件或多元件的，电气安装可以在低温环境(冷绝缘)或室温(热绝缘)中进行，热绝缘可以在每个单相或三个联合相形成。
本发明的其它特征和效果从下面参考附图通过非限定说明所作的一些最佳实施例的详细描述中将会变得更清楚。在附图中
图1表示根据本发明第一实施例的同轴多元件三相超导电缆的部分剖视透视图；图2表示前面图1同轴电缆一个元件部分剖视的放大透视图；图3表示表示前面图1同轴电缆一个元件的第二实施例的部分剖视的放大透视图，其中相导体和返回导体设有加强薄片；图4表示根据本发明另一个实施例的单相多元件非同轴超导电缆的部分剖视的放大透视图。
参考图1，根据本发明的一同轴三相超导电缆1包括一超导线芯，总体上用2表示，它包括许多导电元件3，每相用3a，3b，3c表示，它们宽松地容置在管状容置壳9中，该容置壳例如由钢，铝等金属制成。
每个导电元件3依次包括一对同轴导体，分别是相导体4和返回导体5，每个导体至少包括一超导材料层，在下面将更详细地描述。
同轴相导体4和中线导体5通过一夹在其中的介电材料层8相互形成电绝缘，返回导体5直接支撑在层8上。
电缆1还包括用于循环冷却液体的合适装置，该冷却液体适于将超导线芯2冷却至低于所选择超导材料临界温度的一个合适温度，其中图1中的电缆是所谓的高温型。
上述装置包括合适的、公知的的泵装置，因此未图示。它的目的是向每个导电元件3的内部及这种元件和管状外壳9之间的空隙馈送适当的冷却液体，例如温度通常在65至90K的液态氮。
为了尽可能地减少向外部环境的热扩散，超导线芯2被封闭在一容器结构或低温恒温箱10中，低温恒温箱10包括例如由许多重叠层和至少一个保护套组成的热隔离体。
在例如IEEE电力输送学报第7卷第4期(1992年10月)第1745-1753页上的文章中描述了一种在本领域中公知的低温恒温箱。
更具体地说，在图示的实例中，低温恒温箱10包括一绝缘材料层11，例如由表面敷以金属的聚酯树脂构成的若干条带(例如几十个)所组成，在本领域中称之为“超级隔热体”。这些条带宽松地缠绕，可能要借助放在中间的隔离层13。
这种条带被放置在被一管状元件14限定的环状中空空间12中，其中通过公知的方法保持大约为10-2N/m2的真空。
支撑金属管状元件14能够给这环状中空空间12提供所希望的不可渗透性，并由一外壳15罩住，该外壳由例如聚乙烯构成。
支撑金属管状元件14最好由钢、铜、铝等构成的条带缠绕成管状并纵向焊接而成，或由挤压成形的管子等构成。
如果需要使电缆具有柔性，元件14可做成波纹状。
除了所述的元件外，还可以有电缆牵引元件，根据电缆的结构和使用要求轴线放置或在外围放置，以保证作用于超导元件3上的机械应力的限度；这种牵引元件，未图示，可以根据本领域的公知技术使用放在外围的金属加强层，例如用绳子围起的钢丝，或者用一个或多个轴向金属绳，或者用介电材料的加强层，例如芳簇聚酰胺纤维制成。
对于每相存在数个超导元件，特别是如图1中实例所示，每相(a，b，c)包括两个超导元件，分别用下标1，2表示三个图示超导元件3a，3b，3c中的每个元件，以使每相的电流分流到数个导体中(图示的实例中为两个)。
在图2中，它表示前面图1中的同轴超导电缆的其中之一的导电元件3的透视和放大示图。
为了便于描述，在当前的图2和后面的图3和4中，结构和功能与前面那些参考图1描述的元件等效的电缆元件用相同的参考标号表示，对它们将不作讨论。
图2中所示的导电元件3a1，包括一复合管件6，该复合管件6包括许多分别由聚合材料，如聚四氟乙烯和金属材料，如铜制成的环形扇体16和17，这些扇体相互交替分布设置和螺旋缠绕。
每个同轴相导体4和返回导体5包括若干超导条带18a和18b，它们分别螺旋缠绕在复合管件6和介电材料层8上。每个这种超导条带18a和18b包括一封闭在金属涂层19中的超导材料层20。
返回导体5还包括若干用作稳定金属，并与以公知方式缠绕的超导条带18b的金属涂层19形成电接触的铜条7。
在图3所示电缆1的导电元件3的另一个实施例中，同轴相导体4和返回导体5还包括若干金属加强薄片21，这些薄片以不可逆的方式，例如通过钎焊接与超导条带18a，18b的金属涂层19相接合。
相导体4的加强薄片21最好与金属涂层19的内表面径向接合，以使它能放置在复合管件6和条带18a之间，这样就可用作后者的机械保护件。
这样，薄片21就与超导条带18a的金属涂层19和复合管件6的金属材料的环形扇体17形成电接触。
返回导体5的加强薄片21最好相对于相导体4的加强薄片以镜像的方式设置，也就是说，它们与条带18b的金属涂层19的外表面径向接合，以使它能放置在铜条7和条带18b之间，这样就可用作后者的机械保护件。
这样，返回导体5的薄片21就与超导条带18b的金属涂层19和稳定金属(铜条7)均形成电接触。
此外，有益的是，同轴相导体4和返回导体5的加强薄片21有助于保证发生短路时电缆的低温稳定性，和在薄片与超导条带18a，18b相接合以一设定预应力作用于超导材料时能够适当地减小作用于电缆1终端上的张力。
在图4的实施例中，它表示非同轴单相的超导电缆1，相反，导电元件3I，3II，…3VII仅包括相导体4，在此情况下，它包括螺旋缠绕在复合支撑管件6上的超导条带18。
如果需要，低温恒温箱10可包括一液态氮在其中循环的中空空间22，该中空空间在管状壳体9和支撑管件23之间形成。
在该非同轴单相超导电缆1的外部设有一用于超导电缆电绝缘的介电材料层24，该介电材料层24放置在两个半导体材料的管件25和26之间。
参考上面描述过的内容，下面将提供一些说明在短路条件下的工作特性以及一些超导电缆具体实施例的机械应力的实例。
例1-2(本发明的例子)根据本发明，设计了包括三个导电元件的两种样型大功率同轴电缆，每个导电元件包括一对由螺旋缠绕在相应支撑件上的超导材料条带组成的相导体和返回导体，在此情况下，由用于相导体复合管件和用于返回导体的介电材料层组成。
特别是，复合支撑管件是用铜(第一金属材料)和聚合材料的聚四氟乙烯的环形扇体制成，这些环形扇体相互交替地分布设置。
在例1的情况下，相导体(与复合支撑件接合)的超导条带和返回导体(与由铜条组成的稳定金属接合)的超导条带设有一金属加强薄片，该金属加强薄片与条带本身的金属涂层相接合，而在例2的情况下，它们没有设置这样的加强薄片。
加强薄片与超导条带接合的步骤是通过，在第一步骤中，使加强薄片在实质纵向上经受张力，和在第二步骤中，使加强薄片与条带接合以获得一超导材料的预应力而实现的。特别是，薄片经受一个大约为15.4×107Pa(15.7kg/mm2)的张力，由此获得一个大约为0.1％的超导材料的预应力度。
在例1的电缆中，相导体的加强薄片和复合管件的金属材料以公知的方式与超导材料的条带形成电连接。
制造电缆所考虑的工作特性如下-功率 0.7GVA-额定电压(相-相)132kV-额定电流 3070A-临界电流 9210A-长度 50km电缆设计为使得在下面短路的条件下能保持稳定-短路电流Icc50kA-短路持续时间Δtcc 0.5s还假定1)在瞬时短路的过程中功率耗散全部转换为超导材料层，包含了超导材料的金属涂层和金属的温度的升高，其无论如何也要与这些(支撑管件，金属加强薄片和铜条)形成电接触，2)功率耗散在短路电流流过与超导材料形成电连接的金属材料时是电阻性功率，3)为了在短路的末期限定超导体所达到的最高温度能够在最大许可温度Tamm以下，在最小的工作压力下，在超导体的临界温度和冷却液体的沸点温度之间的温度定义为最小温度，假定由于短路所产生的温升ΔT用下面的关系式给出。
ΔTamm≤(Tamm－Tworking max)/f其中Tworking max表示最大工作温度，f表示安全系数。
由上述工作特性的电缆具有下面的工作温度和液态氮的压力范围-最小工作温度＝63.2K-最大工作温度＝82K-最大工作压力＝20巴
-最小工作压力＝10巴假定使用的是BSCCO型高温超导材料，它具有大约为110K的临界温度，由于在10巴的压力下液态氮的沸点温度为104K，最大许可温度Tamm将会与这个值相一致。
在短路条件下保证电缆低温稳定性的金属材料数量是根据下面的方程式进行确定的ΔTamm=[(∑RiIcci2)/(∑micpi)]×Δtcc(I)其中ΔTamm表示由于短路产生的许可温升，Ri表示超导电缆第i个元件的电阻，Icci表示超导电缆第i个元件的短路电流，mi表示超导电缆第i个元件的质量，cpi表示超导电缆第i个元件的比热，Δtcc表示短路的持续时间。
它产生mi＝δi×Vi＝δi×Si×li (II)其中δi表示第i个元件的密度，Vi表示第i个元件的体积，Si表示第i个元件的截面积，li表示第i个元件的长度。
它还产生Ri＝ρi×(li/Si) (III)其中ρi表示第i个元件的电阻率。
除了超导条带，金属加强薄片和铜条的截面积外，由于ΔTamm，δi，li，ρi，Icci，cpi，Δtcc的值都是公知的设计数据，通过将方程式(II)和(III)代入(I)中，就能确定支撑管件金属材料的截面积。
特别是仅相对于相导体来说，两种电缆样型的结构特性汇集在下面的表I中。同样，返回导体的结构特性也可根据流过它们相同的短路电流的实际情况而确定。
单个扇体的尺寸基本上也是为了符合安装和冷却限制的要求进行选择的；特别是，选择具有内径为38.7mm和外径为48.5mm的扇体，对于这种尺寸，发现扇体的数量为14是非常合适的。
然后这些样型经过大量的试验，这些试验能够评估超导材料中产生的变形，和作为对强迫收缩的反应由电缆作用于终端的牵引力。
这些试验的结果用下面的表II表示，其中临界变形值也被表示出，即在检测超导材料的电流传输能力下降(可能由于超导材料产生裂缝和颗粒分离的原因)之上的变形值。
在上述的表II中，根据本发明的标准相对于需要保证电缆完全隔热的稳定性所使用的导电材料的数量也被表示出来。
例3(比较例)为了进行比较，所设计的电缆包括许多导电元件，每个导电元件包括一对相导体和返回导体，这些导体由螺旋缠绕在相应支撑件上的超导材料的条带组成，在此情况下，由用于相导体整体由金属构成的管件和用于返回导体的介电材料层组成。
整体由金属制成的管件由金属扇体，特别是铜制扇体组成。
根据上述例1-2中描述的过程，上述电缆是根据本发明低温稳定性的标准设计的，这样在短路条件下也能保持电缆的稳定性。
电缆的结构特性汇集在下面表I中。
选择内径为38.7mm和外径为45.7mm的扇体。已发现这种结构的环形扇体的最佳数量为16个。
同样，相对于在电缆中产生的机械应力和电缆对终端所产生的压力的确定，电缆也要经过前面例1-2中所描述的试验。试验的结果汇集在相同的表II中。
此外，相对于保证上述电缆在短路条件下的稳定性需要的最小量所使用的金属材料量也汇集在表II中。
就电缆的外形尺寸来说，它的结果是，由于液压的原因，对于前面三个例子的所有电缆来说都设定为具有38.7mm的相同内径，由于结构的原因，例3的支撑件整体由金属制成，暗指它使用的铜截面积是例1和2复合管件铜截面积的138％。
例4(比较例)为了进行比较，根据前面例3相同特性设计电缆，除了支撑管件外，它由聚合物材料，特别是聚四氟乙烯制成的管件组成。
整体由聚合物材料制成的上述管件仅根据在超导材料中和终端处产生的机械应力与本发明的样型相比较，由于这种电缆实质上缺少适于传输大电流量的金属材料，它在短路条件下就没有低温稳定性。
从表II的结果中，可清楚地知道在例1和2的样型中超导材料产生的变形基本上低于其临界值，而且还明显低于例3样型检测出的变形值，它可作为减小作用于超导材料上纵向的应力值的复合支撑管件有益效果的补充证据。
相对临界变形值来说，从表II的值中可立即清楚地知道设有加强薄片的电缆例1，它的临界变形值比没有设置加强薄片的电缆的值大；这可归因于作为薄片与条带的金属涂层相接合引起超导材料层所产生的预应力效应。
还能够看出，对于例3的电缆，超导材料的变形大于其临界值，这就会影响超导体在超导条件下传输电流的能力。
此外，相对于例3的样型来说，例1和2的样型对终端施加了非常小的牵引力，这对保证电缆的机械稳定性是非常有益的。
虽然根据导体的变形，临界变形和作用于终端的牵引力，本发明电缆样型和例4的电缆之间所作的比较将会导致宁愿选择后者，因为后者能够保证具有较大的电流传输能力而不会产生有关超导体的机械应力的问题，但从有关支撑件中存在的金属材料量和需要面临的可能短路条件的数据来看，可推断出例4的电缆不适合在存在短路危险的条件下(没有提供不同的保护装置)使用。
表I
Internal SC＝内部导体(相导体)的超导材料层ΔT＝超导材料的温升。
表II
权利要求
1.超导电缆(1)，它包括a)一由超导材料组成的条带层(20)，b)一支撑上述由超导材料组成条带层(20)的管件(6)，c)一适于将超导材料冷却至不高于其临界温度的工作温度的冷却电路，其特征在于上述管件(6)是复合物，它包括一设定数量的第一材料和第二材料，第一材料具有一第一热膨胀系数，第二材料具有一个比上述第一材料大的热膨胀系数，上述热膨胀系数和上述数量的上述第一和第二材料的设定要使上述管件在室温和上述电缆的工作温度之间具有一个总热收缩率以使由超导材料组成的上述条带的变形度低于相同条带的临界变形度。
2.如权利要求1所述的超导电缆(1)，其特征在于上述第一和第二材料是由相邻的环形扇体(16，17)形成的。
3.如权利要求2所述的超导电缆(1)，其特征在于上述环形扇体(16，17)沿周向相继分布设置。
4.如权利要求2所述的超导电缆(1)，其特征在于上述环形扇体(16，17)根据介于5°和50°之间的缠绕角度螺旋缠绕。
5.如权利要求1所述的超导电缆(1)，其特征在于上述第一材料是一种在77K时电阻率＜5×10-9Ωm，在77K时比热＞106J/m3K在77K时热传导率＞5W/mK的金属。
6.如权利要求1所述的超导电缆(1)，其特征在于上述第二材料是一个热膨胀系数大于17×10-6℃-1的非金属材料。
7.如权利要求6所述的超导电缆(1)，其特征在于上述第二非金属材料是一种从一组包括；聚酰胺，聚四氟乙烯和聚乙烯中选择的聚合物材料。
8.如权利要求1所述的超导电缆(1)，其特征在于超导材料包含在金属涂层(19)中。
9.如权利要求8所述的超导电缆(1)，其特征在于它包括若干超导条带(18a，18b)，这些条带以介于50°和60°之间的缠绕角度螺旋缠绕在上述至少一个支撑管件(6)的表面上。
10.如权利要求8所述的超导电缆(1)，其特征在于它还至少包括一个与上述超导材料的金属涂层(19)相接合的由金属材料制成的加强薄片(21)，上述薄片(21)与超导材料形成电连接。
11.如权利要求8所述的超导电缆(1)，其特征在于它包括两个由金属材料制成的加强薄片(21)，它们与上述超导材料的相对面相接合。
12.如权利要求10或11所述的超导电缆(1)，其特征在于上述超导材料基本在纵向上被施加预应力。
13.如权利要求12所述的超导电缆(1)，其特征在于上述材料在纵向具有一个介于0.05％和0.2％之间的预应力度(γ)。
14.如权利要求10或11所述的超导电缆(1)，其特征在于加强薄片(21)和上述超导条带(18)的金属涂层(19)由从一组包括铜，铝，银，镁，镍，青铜，不锈钢，铍和其合金中选择一种金属组成。
15.一种超导元件(3)，它至少包括一个由一管件(6)支撑的超导材料层(20)，其特征在于上述管件(6)实质上是复合物，它包括一设定数量的第一金属材料，该金属材料与超导材料层(20)形成电接触，和至少一与上述第一材料相连接的第二聚合材料。
16.如权利要求15所述的超导元件(3)，其特征在于上述第一和第二材料由相邻的环形扇体(16，17)形成。
17.如权利要求16所述的超导元件(3)，其特征在于上述环形扇体(16，17)相继分布设置。
18.如权利要求16所述的超导元件(3)，其特征在于上述环形扇体(16，17)根据介于5°和50°之间的缠绕角度螺旋缠绕。
19.如权利要求15所述的超导元件(3)，其特征在于上述第一材料是一种在77K时电阻率＜5×10-9Ωm，在77K时比热＞106J/m3K，在77K时热传导率＞5W/mK的金属。
20.如权利要求15所述的超导元件(3)，其特征在于上述第二材料是一个热膨胀系数大于17×10-6℃-1的非金属。
21.如权利要求20所述的超导元件(3)，其特征在于上述第二材料是一种从一组包括；聚酰胺，聚四氟乙烯和聚乙烯中选择的聚合物材料。
22.如权利要求15所述的超导元件(3)，其特征在于它至少包括一个超导条带(18a，18b)，其中上述超导材料层(20)包含在金属涂层(19)中，和至少一个由金属材料制成并与上述金属涂层(19)相接合的加强薄片(21)。
23.一种限制由于冷却的原因作用于具有夹头型的超导电缆相对固定终端上的纵向张力的方法，上述电缆至少包括一超导材料层(20)，其特征是在电缆中提供一支撑超导材料层(20)的复合管件(6)。
全文摘要
超导电缆(1)包括:a)一由超导材料组成的条带层(20);b)一支撑上述由超导材料组成条带层(20)的管件(6);c)一适于将超导材料冷却至不高于其临界温度的工作温度的冷却电路;其特征在于:上述管件(6)是复合物,它包括一设定数量的第一材料和第二材料,第一材料具有一第一热膨胀系数,第二材料具有一个比上述第一材料大的热膨胀系数,上述热膨胀系数和上述数量的上述第一和第二材料的设定要使上述管件在室温和上述电缆的工作温度之间具有一个总热收缩率以能使由超导材料组成的上述条带的变形度低于相同条带的临界变形度。
文档编号H01B12/02GK1331831SQ99815007
公开日2002年1月16日 申请日期1999年12月22日 优先权日1998年12月24日
发明者马克·纳西, 佩鲁吉·拉蒂耶 申请人:皮雷利·卡维系统有限公司