专利名称：超导输电电缆和输电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及超导输电电缆和使用该电缆的输电系统。
背景技术：
作为超导输电电缆以前人们就提出了各种构成的方案。一直要求敷设作业的容易 化和热侵入对策等的提高。另外，就超导电缆来说，可以参考以下的专利文献1、2等。此外， 至于具备热电变换元件的电流端子可参看专利文献3。专利文献1 特开2003-333746号公报专利文献2 特开平10-112407号公报专利文献3 特开2003-217735号公报
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供可提高传输效率、使敷设作业容易化、降低热侵 入的电缆和直流输电系统。为了实现上述目的，本发明的概略构成如下。本发明一种超导输电电缆的特征在于，它至少具有在内侧收置超导导体部的第 1管，和配置在所述第1管的外侧的第2管，其中，在所述第1管和所述第2管之间设置有真 空隔热部，所述第2管由强磁性材料构成。在本发明中，所述第1管按照从内侧开始的顺序收置有冷媒通过部、所述超导导 体部以及电绝缘部。在本发明中，所述第2管可以是铁管。在本发明中，所述第2管在管的纵向上可具有磁间隙。在本发明中，所述第2管在所述磁间隙中可具有非磁性材料。在本发明中，在所述第1管和所述第2管之间的真空隔热部中，可具有由被覆有铝 的多个片材料构成的绝热部件。在本发明中，所述超导导体部可在线圈架上卷绕着带状线材。在本发明中，所述第2管可至少包括通过真空隔热部收置所述第1管的一个管以 及在内侧收置所述一个管的另一管。在本发明中，所述一个管用于真空气密性保持，所述另一管用于保持磁能。在本发明中，可以构成为，相互对置的所述超导输电电缆的直管部端部通过波纹 管连接，所述超导输电电缆的直管部至少在相互离开的多个部位被固定支承。在本发明中，可以构成为，所述第1管按照从内侧开始的顺序收置有第1冷媒通过 部、第1超导导体部、第1电绝缘部、强磁性体部、电流的流向与所述第1超导导体部相反的 第2超导导体部、第2电绝缘部和第2冷媒通过部。在本发明中，可以构成为，所述强磁性体部沿所述第1管的纵向配设，由多个强磁性体环构成。所述多个强磁性体环可以通过连接线连接着相邻的环。在本发明中，在超导输电电缆的常温端部，构成所述超导导体部的超导芯线通过 引线与进行真空密封和电绝缘的第1馈通连接，从所述第1馈通经过引线和真空和大气一 侧之间的第2馈通连接，在所述第2馈通上连接有热电变换元件，以降低热侵入，从所述第 2馈通由电缆和外部的电源连接。在本发明中，可以构成为，所述第2馈通具有设置在真空侧并安装有所述热电变 换元件的第1电极，支承所述第1电极并具有电绝缘性的第1绝缘板，与所述第1电极夹持 着所述第1绝缘板并通过电缆连接在常温大气侧的电源上的第2电极，和保持所述第2电 极并具有电绝缘性的第2绝缘板。在本发明中，可以构成为，所述第2馈通具有设置在真空侧并连接在所述热电变 换元件的一侧上的第1电极，设置在真空侧并连接在所述热电变换元件的另一侧以及电流 引线上的第3电极，支承所述第1、3电极并具有电绝缘性的第1、3绝缘板，夹持着所述第1 绝缘板和所述第1电极并通过电缆连接在常温待机侧的电源上的第2电极，和保持所述第 2电极并具有电绝缘性的第2绝缘板。根据本发明，作为第2管的材料使用强磁性材料，可以在空间上起保持作用并使 磁能增大，由于输电线具有SMES效果，所以可以提高传输效率。
图1是示出了本发明的一个实施例的管的截面的图；图2是示出了具有方向性的硅钢板的磁特性的一例的图；图3是示意性地示出了强磁性材料的磁特性的图；图4(A)、(B)是示出了本发明的一个实施例的外部管的构成的图；图5(A)、(B)是示出了本发明的另一实施例的管的截面的图；图6是用于说明在本发明的一个实施例中向共用沟等的设置例的图；图7是示出了本发明的一个实施例的管支承结构的图；图8是示出了本发明的一个实施例的单芯超导电缆所形成的输电电缆的构成的 图；图9是示出了本发明的另一实施例的单芯超导电缆所形成的输电电缆的构成的 图；图10是示出了本发明的另一实施例的同轴电缆的结构的截面的图；图11(A)、(B)、(C)是示出了本发明的另一实施例的同轴电缆用强磁性体结构的 正面、侧面、多个环的连接结构的图；图12是示出了本发明的一个实施例的常温端部的构成的图；图13是示出了本发明的另一实施例的常温端部的构成的图；图14是示出了本发明的一个实施例的馈通2的构成的图；图15是示出了本发明的另一实施例的馈通2的构成的图；图16是示出了本发明的另一实施例的馈通2的整体构成的图；图17是示出了本发明的另一实施例的电缆结构的截面的图；图18是示出了本发明的另一个实施例的冷却站的配置形态的图19是示出图18的电缆连接部的构成的图；图20是示出冷媒导入部的构成的图；图21是示出本发明的又一实施例的电缆结构的断面的图。符号说明101:冷媒通过部101A冷媒通过部(去路)101B冷媒通过部(复路)102:超 导导体部 103 电绝缘部 104 真空隔热部105 内部管(内侧管)106 外部管(外侧
管)107 外部管2 108缓冲部 201 超导电缆 202 磁屏蔽用钢板301 直管部 302 电线管支承部 303 波纹管部 401 超导电缆1 402 超导电缆2 403 铜电缆 404电源1 405电源2 406逆变器1 407逆变器2 501 冷媒通过部502 超导导体部 + 503 电绝缘部1504 强磁性体部505:超导导体部-506 电绝缘部2507:外部冷媒通过部 508真空隔热部 509:内部管 510外部管 601冷媒 602线圈架 603超导芯线 604:电绝缘层 605 波纹管606 内部管607凸缘608电 绝缘管609凸缘安装部610馈通1612紧固件(掣子)613凸缘安装部 614馈通2 615外侧管 616作业孔 617热电半导体618凸缘619外侧管(铁管部)701冷媒 702线圈架 703超导芯 线704:电绝缘层705:波纹管706:内部管708电绝缘管(陶瓷断路器)709凸缘 安装部710馈通1 712紧固件(掣子)713凸缘安装部714馈通2 715外侧管(不 锈钢管部)716作业孔 717热电半导体 718凸缘 719外侧管(铁管部)801电极 1 802电极2 803陶瓷板 804FRP板 805散热片 901电极1 902电极2 903电极3 904FRP板 905散热片 906陶瓷板 907FRP板-2 908热电半导体 910 铜导线 1001 电极1 1002电极2 1003陶瓷板 1004FRP板 1005陶瓷板1006FRP板-2 1007热电半 导体1010铜导线1101A冷媒通过部(去路)1101B冷媒通过部(复路)1102:线圈 架 1103:超导芯线 1104电绝缘层 1105:波纹管 1106:内部管 1110馈通1 1112 紧固件(掣子)1115外侧管(不锈钢管部)1116作业孔 1118凸缘 1119外侧管 (铁管部)1120连接线1121连接夹具1122凸缘安装部1201A冷媒通过部(去路) 1201B冷媒通过部(复路)1202:线圈架 1203:超导芯线 1204电绝缘层 1205 波纹 管 1206:内部管 1207A、1207B凸缘部 1208A、1208B电绝缘管 1210馈通1 1212紧 固件(掣子)1216作业孔1218凸缘1219外侧管(铁管部)1220连接线1222凸 缘安装部1223:波纹管
具体实施例方式以下对本发明的实施例进行说明。图1是示出了本发明的一个实施例的结构的 图。示出了利用了铁管的隔热管的一例。从内侧开始说明结构。在最内侧具有用于冷媒通 过的冷媒通过部101，在该例中，形成为直管状。一般地冷媒在称为”线圈架”的管的内侧流动。在该线圈架上缠绕了超导线的部件是超导导体部102。超导线在利用液态氮温度 的冷媒的情况下使用称为”高温超导体(HTS)，，的材料，通常为氧化物材料，并被加工成带 状。为了使冷媒与带状线材直接接触，在线圈架上形成有细孔等空隙结构。
在超导带状线材上有用于进行电绝缘的电绝缘层103。该电绝缘层103虽然使用 可同时进行热绝缘的材料，但是一般而言，电绝缘部件由于热传导率低，所以可以容易地满 足这个条件(热绝缘特性)。上述结构部件(冷媒通过部101、超导导体部102、电绝缘层103)被导入内部管 105内。作为该内部管105的材料，由于内部管105要变成低温，所以例如使用不锈钢。而 且，一直到内部管105的部分，由于要变成低温而进行热收缩，所以该内部管的配管优选地
使用波纹管。在波纹管的外侧具有真空层(真空隔热部)104，为了维持该真空而设置了外部管 106。外部管106处于常温下，利用作为外部管材料的铁等的强磁性材料。外部管以往一直使用不锈钢，但是如果使用强磁性材料则可以提高透磁率，所以 可以增大输电线所具有的电感。使输电线所具有的磁能增大成为本发明的系统的一个特 征。在现有的系统中，作为这种真空配管而利用的结构中没有使用铁管。为了将铁管 作为这种真空配管而实现，要满足如下所述的多个要求。由于铁材料的外部管会因氧化而生锈，所以作为防锈处理要在外侧表面上进行镀
敷等处理。而且，为了避免外部管的外侧表面受到冲击或损伤，要使用橡胶材料覆盖。其次，作为外部管的内侧，为了保持真空，有必要减小气体从表面的排放率。为此， 要进行电镀或蒸镀等表面处理。还有，为了保持低温，有必要降低幅射率。由于上述理由，优选地，也可以在内侧表面上蒸镀铝。此外，在真空层上，一般使用 通过放入称为”超绝缘”的、在膜上涂布了铝等的多个薄膜来降低幅射热的侵入的方法。其次，说明铁管的磁特性。一般地，磁特性由BH特性图示出。图2示出了其中一 例(具有方向性的硅钢板的磁特性)。它成为磁滞曲线，随最大施加磁场的不同而有较大的差异。图3是示意性地示出了强磁性材料的磁特性的图。在最初施加磁场H时，从图3 的原点0开始出发。然后当磁场达到某一值HI时磁通密度B达到最大值并将此时的磁通 密度B称为”最大磁通密度Bm”。在图3中，作为特性曲线(1)而示出。其次，如果使磁场下降，而如特性曲线(2)所示，磁场变化直到成为0。这时将B0 称为”残留磁通密度”。于是将这种以不通过原先的曲线的方式而进行的变化称为”磁滞”。 当再次进行励磁时，虽然不会完全成为(2)所示的曲线，但是仍基本上以接近(2)的曲线变 化。于是在减磁时基本上沿(2)变化。以箭头将此示出。因此，当将铁管如图1所示作为外部管106使用时，磁场H随着内部的超导体中流 动的电流的变化而变化。可以认为其磁特性除了最初的阶段以外基本上沿图3的特性曲线 (2)进行变化。这种通过磁性体而保持的磁能W可以由下式(1)给出。
权利要求
1.一种超导输电电缆，其特征在于，至少具有 在内侧收置超导导体部的第1管，和配置在所述第1管的外侧的第2管， 其中，在所述第1管和所述第2管之间设置有真空隔热部， 所述第2管由强磁性材料构成。
2.根据权利要求1所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第1管按照从内侧开始的顺 序收置有冷媒通过部、所述超导导体部以及电绝缘部。
3.根据权利要求1所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2管是铁管。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2管在管的 纵向上具有磁间隙。
5.根据权利要求4所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2管在所述磁间隙中具有 非磁性材料。
6.根据权利要求1所述的超导输电电缆，其特征在于，在所述第1管和所述第2管之间 的真空隔热部中，具有由被覆有铝的多个片材料构成的绝热部件。
7.根据权利要求1所述的超导输电电缆，其特征在于，所述超导导体部在线圈架上卷 绕着带状线材。
8.根据权利要求1所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2管具有真空隔热和保持 磁能的功能。
9.根据权利要求1或2所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2管至少包括通过真 空隔热部收置所述第1管的一个管以及在内侧收置所述一个管的另一管。
10.根据权利要求9所述的超导输电电缆，其特征在于，所述一个管用于真空气密性保 持，所述另一管用于保持磁能。
11.根据权利要求9所述的超导输电电缆，其特征在于，在所述一个管和所述另一管之 间具有缓冲部件。
12.一种超导输电电缆，其特征在于，在根据权利要求1至11中的任一项所述的超导输 电电缆的设置场所中具有磁屏蔽部件。
13.根据权利要求1至11中的任一项所述的超导输电电缆，其特征在于，相互对置的所 述超导输电电缆的直管部端部通过波纹管连接，所述超导输电电缆的直管部至少在相互离 开的多个部位被固定支承。
14.根据权利要求1至11中的任一项所述的超导输电电缆，其特征在于，具有 一端连接在第1电源的正极上的第1超导电缆，一端连接在第2电源的负极上的第2超导电缆，一端连接在所述第1电源负极和所述第2电源的正极的连接点上的铜电缆， 连接在所述第1超导电缆的另一端与所述铜电缆的另一端之间的第1逆变器，和 连接在所述第2超导电缆的另一端与所述铜电缆的另一端之间的第2逆变器， 其中，所述第1、第2逆变器和所述铜电缆的另一端的连接点接地， 从所述第1逆变器和所述第2逆变器进行交流输出。
15.根据权利要求13所述的超导输电电缆，其特征在于，具有 与所述第1电源并联并被开关控制的第1开关，与所述第2电源并联并被开关控制的第2开关，接收所述第1逆变器的输出并切换连接在该输出的交流输出与虚拟输出中的任一个 上的第1切换开关，和接收所述第2逆变器的输出并切换连接在该输出的交流输出与虚拟输出中的任一个 上的第2切换开关。
16.根据权利要求1所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第1管按照从内侧开始的 顺序收置有第1冷媒通过部、第1超导导体部、第1电绝缘部、强磁性体部、电流的流向与所 述第1超导导体部相反的第2超导导体部、第2电绝缘部和第2冷媒通过部。
17.根据权利要求1所述的超导输电电缆，其特征在于，所述强磁性体部沿所述第1管 的纵向配设，由多个强磁性体环构成。
18.根据权利要求16所述的超导输电电缆，其特征在于，所述多个强磁性体环通过连 接线连接着相邻的环。
19.根据权利要求1至11中的任一项所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第1管包 含波纹管。
20.一种超导输电电缆，其特征在于，在根据权利要求1至11中的任一项所述的超导输电电缆的常温端部中， 构成所述超导导体部的超导芯线通过引线被连接在进行真空密封和电绝缘的第1馈 通上，从所述第1馈通通过引线连接在真空与大气一侧之间的第2馈通上， 在所述第2馈通上连接有热电变换元件以降低热侵入， 从所述第2馈通通过电缆连接在外部的电源上。
21.根据权利要求20所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2管在配设所述第2馈 通的凸缘安装部一侧由不锈钢管构成，围绕所述第1管的部分由铁管构成，所述不锈钢管 和所述铁管通过连接部连接。
22.根据权利要求20或21所述的超导输电电缆，其特征在于，供冷媒流的流入用的管 以及流出用的管设置在构成常温端部的所述第2管端部的所述不锈钢管部上，通过电绝缘 管，被连接在所述第1管上。
23.根据权利要求20所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2馈通具有 设置在真空侧并安装有所述热电变换元件的第1电极，支承所述第1电极并具有电绝缘性的第1绝缘板，与所述第1电极夹持着所述第1绝缘板并通过电缆连接在常温大气侧的电源上的第2 电极，和保持所述第2电极并具有电绝缘性的第2绝缘板。
24.根据权利要求20所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2馈通具有 设置在真空侧并连接在所述热电变换元件的一侧上的第1电极，设置在真空侧并连接在所述热电变换元件的另一侧以及电流引线上的第3电极， 支承所述第1、3电极并具有电绝缘性的第1、3绝缘板，与所述第1电极夹持着所述第1绝缘板并通过电缆连接在常温待机侧的电源上的第2 电极，和保持所述第2电极并具有电绝缘性的第2绝缘板。
25.根据权利要求23或24所述的超导输电电缆，其特征在于，在所述第2电极上配设 有散热片。
26.根据权利要求23或24所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第1绝缘板由陶瓷 板构成。
27.根据权利要求23或24所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第2绝缘板由纤维 增强塑料板构成。
28.根据权利要求23或24所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第3绝缘板由纤维 增强塑料板构成。
29.根据权利要求1至8中的任一项所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第1管按 照从内侧开始的顺序收置有冷媒通过部、所述超导导体部以及电绝缘部，作为所述冷媒通 过部，在内侧设有冷媒通过部往路，在外侧设有冷媒通过部复路，所述冷媒通过部往路和所 述冷媒通过部复路相互分离。
30.根据权利要求29所述的超导输电电缆，其特征在于，在所述冷媒通过部往路和所 述冷媒通过部复路之间具有使所述冷媒通过部往路和所述冷媒通过部复路分离的管。
31.根据权利要求1至8中的任一项所述的超导输电电缆，其特征在于，所述第1管按 照从内侧开始的顺序收置有所述冷媒通过部往路、所述超导导体部、冷媒通过部复路以及 电绝缘部。
32.一种超导输电电缆，其特征在于，具有向根据权利要求1至8、29至31中的任一项 所述的超导输电电缆供给冷媒的冷却站，将从所述冷却站延伸铺设的一个所述超导输电电缆连接在另一所述超导输电电缆上 的连接部设置成比所述冷却站的配置场所的高度低。
33.一种超导输电电缆，其特征在于，具有向根据权利要求29至31中的任一项所述的 超导输电电缆供给冷媒的冷却站，将从所述冷却站延伸铺设的一个所述超导输电电缆连接在另一所述超导输电电缆上 的连接部设置成比所述冷却站的配置场所的高度低，所述冷却站向一个所述超导输电电缆的冷媒通过部往路供给冷媒，所述冷媒在所述连 接部处返回，并通过一个所述超导输电电缆的冷媒通过部复路返回至所述冷却站。
34.一种输电系统，其特征在于，具有根据权利要求1至20、29至33中的任一项所述的 超导输电电缆。
全文摘要
本发明提供一种可以提高传输效率、使铺设作业容易化并可以降低热侵入的电缆。该电缆至少具有收置冷媒通过部(101)、超导导体部(102)、以及电绝缘部(103)的第1管(105)，和配置在所述第1管(105)的外侧的第2管(106)，在第1管和第2管之间设置有真空隔热部(104)，第2管由强磁性材料构成。
文档编号H01B12/04GK102005267SQ20101028292
公开日2011年4月6日 申请日期2005年7月13日 优先权日2005年1月31日
发明者山口作太郎 申请人:Y.Y.L株式会社