[发明专利]低温电缆终端单元

说明书

技术领域

安装在电网中的电力电缆需要通过终端连接到电网/母线。本发明涉及 用于电气端接冷却的电缆系统的终端单元，该冷却的电缆系统例如处于环 境温度的低温学上的冷却的电缆系统。

背景技术

关于联邦资助的研究或者开发的声明

本发明是在美国能源部授予的DE-FG3602GO12070合同的支持下完 成的。政府在此发明中具有一定权利。

通常，超导(SC)电缆必须保持在低温温度(0至150K或者-273.25 至-123℃)，用来实现期望/设计的功能。电缆部分一般连接到在环境温度 或者升高的温度下运行的其他系统部件。

以下通称的术语“超导电缆系统”用于表示和相关热绝缘封装件组合 的超导和/或超传导电缆(例如诸如三相的多相电缆)。

为了端接SC电缆系统，通常需要一些基本元件，即以下的终端：

1、导体(电流元件)，

2、电绝缘(电压元件)，

3、热绝缘(热元件)，

4、冷却装置，例如流体制冷剂(冷却元件)，和

5、可选的变化诊断(诊断元件)。

尽管4)与冷却的母线有些类似并且元件5)一定程度上还出现在其 中油保持在被持续监控的特定压力下的油绝缘电缆中，但是3)、4)和5) 项是通常不存在于传统电缆中的元件。可以实现不同的可选的诊断，例如 压力、温度(内部和/或外部)、流量、冷却流体水平、空气湿度等等的监 控。

设计为通过同轴中性导体围绕的三个同轴相的三轴HTS电缆(例如 2005年8月11日的US 2005173149A(GOUGE等)的和2006年10月26 日的WO 2006/111170A(NKT CABLES ULTERA)中描述)比其它HTS 电缆设计具有一定的优势。

与冷的电介质的共轴设计相比的优势包括：

1、超导材料的使用减少了34-50％，导致成本下降以及能耗下降。

2、低温封装件材料和冷却表面的使用减少了30-50％，使得成本降低 并且能量效率提升。

相比于热的电介质单相电缆的优势包括：

1、不存在对电缆产生外部干扰的外部磁场。

2、电感和电容的电特性之间的改进的关系，导致较长的临界长度、 改进的稳定性和下降的基于负载的电压降。

3、电缆内部降低的磁场，导致了超导材料较低的能耗和改进的性能。

4、低温封装件材料和冷却表面的减少了30-50％的使用，使得成本降 低并且能量效率提升

5、低温封装件的数量下降，导致较少的焊接和制造步骤、较低的制 造成本和增加的可靠性。

相比于这两个替代设计的劣势可以包括以下：

1、相对于暖的电介质单相而较不公知的电介质，导致应用中的较高 风险。

2、相对于共轴冷的电介质和暖的电介质单相而更复杂的电缆设计和 终端设计，导致制造和应用中的较高风险。

3、相1、2和3中固有的/属性上的不平衡的阻抗。

优于具有铜或者铝导体的传统电缆的HTS电缆的优点包括通常较高 的电流运载能力、电缆上降低的热产生和释放、较低的电耗损以及较轻的 重量。

相比于传统的替代方案的缺点通常包括必须冷却系统的必要性、通过 热绝缘的持续的热耗损和诸如连接件和终端的附件的增加的复杂性。

在多个现有技术文档中讨论用于超导电缆系统的终端单元。

2006年1月24日的US 6988915B(SEI)涉及直流超导电缆的终端结 构，其中在纤芯衬套(core liner)上提供的超导层的端部从外层到内层以 逐步方式暴露，并且由传统导电材料制成的输出(outgoing)导体各自连 接到相应的超导层的暴露的端部。绝缘固定元件支撑纤芯和输出导体。

2005年9月15日的WO 2005/086306A(SEI)涉及用于多相超导电 缆的终端结构，其中电传导套件围绕承载电相位的同轴布置的超导层的每 一个来布置，并且其被电连接且被连接到导线用于在室温下提取每一相。