CN101331560A - 超导电缆芯和超导电缆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超导电缆芯，该超导电缆芯包括超导导体和覆盖超导导体的外周围的绝缘层。超导电缆芯纵向地分为电缆部分和连接结构形成部分，该连接结构形成部分位于电缆部分的每个端部，并且当与另一传导件连接时用作其中形成互补绝缘结构的部分。超导电缆芯中，连接结构形成部分至少在从超导电缆芯的端部到互补绝缘结构的端部的范围内。连接结构形成部分具有绝缘性能高于电缆部分的绝缘层的绝缘性能的绝缘层，使得即使电缆本身不能设计成在其绝缘中有足够的裕量，也可以形成高度可靠的接头。

Description

超导电缆芯和超导电缆

技术领域

本发明涉及超导电缆芯和装有该超导电缆芯的超导电缆的结构。具体地，本发明涉及在相互连接超导电缆的中间接头和将超导电缆与另一电力设备连接的端接接头具有良好绝缘性能的超导电缆芯，并涉及装有该超导电缆芯的超导电缆的结构。

背景技术

近年来，研究者和工程师提倡使用比普通传导电缆具有更高传输能力的超导电缆作为电力电缆。作为超导电缆，例如，超导电缆可具有三根电缆芯扭绞在一起并被容纳在热绝缘管内的结构，如专利文献1中所述。

每根超导电缆芯从中心起按以下顺序包括：支撑管(former)、超导导体、绝缘层、外导体层和保护层。通常，超导导体和外导体层都由超导线形成。绝缘层通过成螺旋形地搭叠绝缘纸而形成，以保证所需的绝缘性能。超导导体、绝缘层和外导体层沿电缆芯的总长度各具有一致的厚度。

热绝缘管具有由内管和外管组成的双管结构，在内管和外管之间放置有热绝缘材料。双管中的空间被抽成真空。在热绝缘管的外部形成有防腐蚀覆盖物。通常，在前述的超导电缆中，由内管和电缆芯包围的空间成为冷却剂通道。

超导电缆芯由于被冷却剂冷却到极低温度而收缩。这种收缩在超导线上施加张力，在某些情况中损坏超导线。因此，在多芯超导电缆中，通过在芯的扭绞被松弛的情况下将芯放置在热绝缘管中，从而保留电缆芯的收缩的容许量。

当这种超导电缆用于构建覆盖长距离的输电线时，需要以下类型的接头。一种接头是中间接头，它在电线的中间位置将相邻电缆的芯彼此连接。另一种接头是端接接头，它在电线的端部将电缆芯与另一电力设备(常规传导导体或另一传导件)连接。(下文中，中间接头和端接接头简称为接头)。在这些接头中，超导电缆的端部以阶梯的形状被剥去以露出超导导体。接下来，露出的超导导体与另一超导件连接，该超导件以和前述超导导体相同的方式露出。随后，形成互补的绝缘结构以覆盖露出的导体的及其附近的外周边。通常，互补的绝缘结构的两个端部各设置有应力消除锥部分，该应力消除锥部分的直径向着端部减少，以消除接头处的电场集中。

专利文献1：已公开的日本专利申请Tokukai 2006-59695(见图5)。

发明内容

本发明要解决的问题

工程师们一直研究用超导电缆替代普通传导电缆安装在已装有普通传导电缆的已有的管中。考虑到以上情况，可能的是，超导电缆在其直径上具有限制，以便它能装入直径已固定的管中。因此，电缆芯的外径也受到此限制，从而难以提供厚的绝缘层。结果，难以以充足裕量进行电缆芯本身的绝缘设计。

当通过使用上述超导电缆形成接头时，将变得更难以在接头的绝缘设计中保证裕量。首先，接头倾向于具有电弱点，该电弱点由电场在超导电缆芯的端部以阶梯的形状被剥去的地方局部地集中而产生。特别地，电场集中在互补的绝缘结构中的应力消除锥部分的开始位置。结果，在一些情况下，在该部分不能实现充分的设计裕量。因此希望开发出一种超导电缆，该超导电缆允许形成具有进一步增强的可靠性的接头。

鉴于上述情况，本发明的主要目的是提供一种超导电缆芯，该超导电缆芯允许形成高度可靠性的接头，即使电缆直径受限制。本发明的另一目的是提供一种装有上述超导电缆芯的超导电缆和一种装有前述超导电缆的超导电缆线。

解决问题的手段

本发明通过对电缆芯的端部提供不同于其他部分的绝缘结构来实现前述目的。

本发明的超导电缆芯包括超导导体和覆盖超导导体***的绝缘层。本发明的超导电缆芯纵向地分为电缆部分和连接结构形成部分，该连接结构形成部分位于电缆部分的每个端部，并且当电缆芯与另一传导件连接时用作形成互补绝缘结构的部分。在超导电缆芯中，连接结构形成部分至少在从超导电缆芯的端部到互补绝缘结构的端部的范围内。连接结构形成部分具有绝缘性能比电缆部分的绝缘层的绝缘性能高的绝缘层。以上描述说明了本发明的特征。

互补绝缘结构是由绝缘件形成的结构，该绝缘件覆盖在连接部分中以阶梯状剥去而露出的超导导体和露出的导体的附近的外周围。互补绝缘结构形成为使得在超导导体和超导电缆芯的绝缘层的外周围中，至少以阶梯的形状剥去的整个部分覆盖有互补绝缘结构。互补绝缘结构通常具有形成为直径朝每个端部减小的锥形的应力消除锥部分。应力消除锥部分在没有以阶梯形状剥去的绝缘层的外周围具有开始位置(互补绝缘结构的端部)。因此，当形成应力消除锥部分时，本发明的超导电缆芯的连接结构形成部分形成为至少从超导电缆芯的端部延伸到应力消除锥的开始位置。电缆芯中，除上述连接结构形成部之外的部分是电缆部分。

位于超导电缆的端部的连接结构形成部分可形成有不同于上述电缆部分的绝缘结构的原因是，对于超导电缆，可以预先确定用来形成接头的电缆端部的位置。

对于普通传导电缆而言，电缆可在任意期望位置被切断以形成接头。因此，不是精确地依照电缆线的单元长度来生产电缆。换言之，用于形成接头的电缆的端部的位置不必在运输电缆时确定。在另一方面，超导电缆通常配备有热绝缘管，该热绝缘管具有真空热绝缘结构。如果该热绝缘管在任意期望的位置被切割，则不能维持真空状态。因此，依照与线的单元长度精确一致的长度来生产超导电缆。换言之，对于超导电缆，用来形成接头的电缆的端部的位置被预先确定。结果，可以容易地改变用于形成接头的电缆的端部的绝缘性能，使其不同于其它部分的绝缘性能。

通过设计电缆芯的连接结构形成部分使其具有高于电缆部分的绝缘性能，当形成接头时，接头在设计中可具有进一步增加的裕量。

为了实现超导电缆芯的连接结构形成部分具有比电缆部分的绝缘性能好的绝缘性能的设计，推荐的是，例如，(a)增加连接结构形成部分的绝缘层的厚度以保留超导导体和外导体层之间的绝缘距离，以及(b)形成互补绝缘结构的应力消除锥部分以避免电场的集中。

在上面(a)的情况下，最简单的设计可能是另外搭叠带状绝缘件到连接结构形成部分的绝缘层中。这种结构增强了电缆端部的绝缘性能。因此，当形成接头时，接头在绝缘设计上可具有进一步增加的裕量。

在上面(b)的情况下，典型的例子是直接在超导导体上放置介电常数∈比其他部分高的绝缘层。更具体地，绝缘层被分成主绝缘层和内绝缘层，内绝缘层直接布置在超导导体上且具有高于主绝缘层的介电常数。

上述结构能减轻布置成靠近导体的绝缘层位置处的电介质应力，且因此遭受高强度的电场。因此，由于应力消除锥的绝缘设计，电缆的接头能具有进一步增加的裕量。此外，希望的是，主绝缘层被分为具有不同介电常数的层，以将这些层布置成使得介电常数∈于从直接位于超导导体上的位置按高值、中值到低值的顺序变化。这种布置被称为∈分级。

当使用电力电缆(超导电缆或常用传导电缆)进行电力传输时，负极闪电脉冲或开关脉冲可能施加到电缆线上，使得电场的最大强度出现在布置在绝缘层的***上的外导体层(屏蔽层)的直接下方的位置。因此，希望的是，本发明的超导电缆芯具有考虑上述可能性而设计的结构。例如，除内绝缘层之外，具有比主绝缘层高的介电常数∈的外绝缘层可设置在绝缘层的***上的位置并直接位于外导体层下方。在提供内绝缘层和外绝缘层以形成∈分级的情况下，希望的是，内绝缘层、主绝缘层和外绝缘层分别具有高值、中值和高值的介电常数∈。此外，主绝缘层可分成多层以进行∈分级。

此外，本发明的电缆芯可应用到直流超导电缆和交流超导电缆。对于打算用于直流传输的超导电缆，希望的是，直接位于超导导体上的内绝缘层具有不同于绝缘层的其他部分(例如主绝缘层)的电阻系数ρ。直接位于超导导体上的内绝缘层可具有低于或高于其他部分的电阻系数ρ。仅仅必要的是，在整个绝缘层中电阻系数ρ以阶梯的形状变化。特别地，当内绝缘层具有低于绝缘层的其他部分的电阻系数ρ时，电场在包括内绝缘层的整个绝缘层中可以是平滑的，这是所希望的。当具有低电阻系数ρ的绝缘层直接形成在超导导体上时，典型的例子是从直接位于导体上的位置开始按低值、中值、高值的顺序布置电阻系数ρ。这种布置称为ρ分级。

上述ρ分级可与∈分级相结合。在这种情况下，例如具有高∈和低ρ的层被直接布置在导体上，且具有低∈和高ρ的层布置在远离导体的位置。具有这种结构的超导电缆能形成对于直流和交流用途都具有良好绝缘性能的超导电缆线。因此，一旦安装了超导电缆线，该线能在两种传输模式下安全地工作。例如，当使用前述超导电缆进行交流传输的线要切换到直流传输时，当然不必改变电缆。此外，不必加固接头等等以提高绝缘性能。

为进行∈分级或ρ分级，可改变组成单个绝缘层的绝缘件的材料。作为典型的例子，当通过使用带形绝缘件形成绝缘层时，容易调节单个层中的介电常数∈和电阻系数ρ。例如，牛皮纸当其空气不可渗透性增大时增大其ρ和∈。普通的牛皮纸在20℃具有约10¹⁴到10¹⁷Ω.cm的电阻系数ρ以及约3.2到3.7的介电常数∈。另一方面，通过将塑料膜与牛皮纸层压而形成的复合纸(例如，PPLP：Sumitomo Electric Ind.，Ltd.的注册商标)当塑料对整个复合纸的比率增加时增加其ρ且减小其∈(PPLP为聚丙烯层压纸的缩写)。例如，当塑料膜的厚度对整个复合纸的厚度之比率“k”为百分之60时，复合纸在20℃具有约10¹⁷到10¹⁹Ω.cm的电阻系数ρ以及约2.5到3.0的介电常数∈。当前述比率“k”为百分之80时，复合纸在20℃具有约10¹⁸到10²⁰Ω.cm的电阻系数ρ以及约2.0到2.5的介电常数∈。推荐的是，通过考虑上述特征形成具有希望特性的绝缘层。

即使绝缘厚度仅增加单个带的厚度，另外搭叠到连接结构形成部分中的带形绝缘件具有改善绝缘性能的效果。例如，当使用厚度约125μm的PPLP时，即使内绝缘层仅以该厚度形成，连接结构形成部分的绝缘性能的提高是公认的。考虑到另外搭叠的工作量和时间，推荐的是，另外搭叠的带形绝缘件的层数约为1到5层。期望在受到高电场的部分处进一步增加带形绝缘件的层数。例如，在内绝缘层的情况下，电缆芯端部附近的部分可形成大于其他部分的厚度。另一方面，在外绝缘层的情况下，应力消除锥部分的开始部分可形成增加的厚度。

为调节连接结构形成部分处的绝缘层的厚度，推荐的是，作为代表性例子，在连接结构形成部分调节绝缘件的搭叠宽度。在上述描述中，术语“搭叠宽度”用来表示当带形绝缘件成螺旋形地搭叠时“相邻的圈之间的重叠的宽度”。因此，当重叠宽度增加时，绝缘件的重叠部分增加。结果，绝缘层的厚度增加。在这种情况下，当相邻的圈之间的重叠部分进一步与下一相邻圈的端部重叠时，绝缘层的厚度有效地增加。

希望的是，在制造电缆时形成连接结构形成部分中的这些绝缘增强部分。预先在连接结构形成部分进行绝缘增强不仅允许在电缆安装地点几乎不可能进行绝缘增强的部分的绝缘增强，还允许减少安装地点的绝缘增强操作。当通过成螺旋形地搭叠带形绝缘件形成主绝缘层时，为了在超导电缆线的安装地点形成主绝缘层下的内绝缘层，有必要解开主绝缘层。在这种情况下，当绝缘层在解开后重新搭叠时，可能在组成的层之间形成间隙或可能在组成的层中出现皱纹，使得绝缘性能降低。特别地，通过成螺旋形地搭叠大量的组成层形成主绝缘层。因此，实际上不可能在安装地点形成内绝缘层。在制造电缆时，容易在上述部分进行绝缘增强。

当如上述那样绝缘增强连接结构形成部分时，仅仅连接结构形成部分增加直径。然后，在本发明的芯中，即使芯局部地增加其直径，在构建超导电缆时也不必增加电缆(热绝缘管)的直径。下面描述其主要原因。

(a)在多芯的情况下，容易在端部调节芯之间的间隔。

通常，在多芯超导电缆中，扭绞的电缆芯在扭绞中具有松弛，以吸收电缆工作时由冷却引起的芯的收缩。因此，容易在电缆的端部调节芯之间的间隔。即使芯直径由于仅在电缆的端部进行绝缘增强而增加到一定程度，也可以在电缆的端部减小芯之间的间隔，使得所有芯的包络圆的直径的增加可以避免。结果，可以避免容纳这些芯的热绝缘管的直径的增加。

(b)没有必要在超导电缆的端部具有真空热绝缘结构。

当超导电缆安装在管中时，通常，拉孔连接到电缆的端部，以便通过拉动拉孔而使电缆进入管。辅助管添加到热绝缘管的端部，并且在许多情况下，拉孔固定到辅助管。在这种情况下，不需要辅助管具有真空热绝缘结构。它仅需要具有单个管。因此，当辅助管布置在具有热绝缘管的外管的线路中时，辅助管的内部可以保留比具有双管结构的热绝缘管的内部大的空间。结果，即使一根或多根芯的端部由于绝缘增强而具有局部增大的直径，一根或多根芯的端部也可以容纳在辅助管中，而不改变热绝缘管的直径。

考虑到上述情况，当通过提供布置在一根或多根超导电缆芯的外部并具有双管结构的热绝缘管来构造超导电缆时，希望的是，连接结构形成部分构造成从双管的端部突出。当连接结构形成部分从具有双管结构的热绝缘层的端部突出时，容易在电缆的端部调节芯之间的间隔并保留用来容纳连接结构形成部分的空间。

本发明的超导电缆芯不仅可用于多芯电缆，而且也可用于单芯电缆。

本发明的效果

根据本发明的超导电缆芯，通过局部绝缘增强位于电缆芯的端部的连接结构形成部分，可以显著改善中间接头和端接接头的绝缘性能。因此，在包括前述超导电缆芯的超导电缆线的全部中可以保证显著提高的安全性。特别地，不必在芯的整个长度上增加芯的直径，使得电缆(热绝缘管)不需要增加其直径。结果，不妨碍将电缆引入管中时的可操作性。

附图说明

图1是超导电缆的剖视图；

图2是局部剖视图，示出例子1中的超导电缆芯的端部；

图3是示出拉孔连接到例子1中的超导电缆的端部的状态的图；

图4A和4B是局部剖视图，示出例子1中的超导电缆线的中间接头，其中图4A示出示意性结构图，而图4B示出图4A的局部剖视图；

图5是局部剖视图，示出例子2中的超导电缆线的中间接头；

图6是局部剖视图，示出改进的例子2-1中的超导电缆线的中间接头。

附图标记说明

1：超导电缆；10：超导电缆芯；10k：电缆部分；10c：连接结构形成部分；11：支撑管；12：超导导体13：绝缘层；14：外导体层；15：保护层；20：热绝缘管；21：热绝缘管的内管；22：热绝缘管的外管；23：防腐蚀覆盖物；50：辅助管；51：空间；100：拉孔；101：芯固定部分；30：中间接头；31：互补绝缘层；31p：应力消除锥部分；32：连接件；13p：锥形变细部分；13a：内绝缘层；13b：主绝缘层；和13c：外绝缘层。

具体实施方式

下面说明本发明的实施例。在附图的说明中，相同的标记给予相同的要素，以避免重复说明。附图中的尺寸的比率不一定与说明中的尺寸的比率一致。

例子1

在本例子中，基于图1到4说明高介电常数层直接在超导电缆芯的端部的超导导体上的超导电缆和包括前述超导电缆的超导电缆线。

如图1所示，要用在本例子中的超导电缆是三芯捆扎式超导电缆1，它具有三根超导电缆芯10扭绞在一起并容纳在热绝缘管20中的结构。

每个超导电缆芯10从中心按以下顺序包括：支撑管11，超导导体12，绝缘层13，外导体层14和保护层15。支撑管11是具有通过绞合多根绝缘铜单元线形成的绞合线结构的支撑管。超导导体12和外导体层14由具有0.24mm厚度和3.8mm宽度的Bi-2223基Ag-Mn合金铠装的带形线形成。通过在支撑管11上成螺旋形地多层缠绕带形线形成超导导体12。通过在超导导体12的外周围上成螺旋形地多层搭叠具有125μm的厚度和20mm的宽度的PPLP形成绝缘层13(PPLP是Sumitomo Electric Ind.，Ltd.的注册商标)。通过在绝缘层13的外周围上成螺旋形地多层缠绕铠装带形线形成外导体层14。虽然未示出，但在超导导体12和绝缘层13之间形成内半导体层，并且在绝缘层13和外导体层14之间形成外半导体层。

在超导电缆芯的两个端部(连接结构形成部分)，内绝缘层直接形成在超导导体上(当提供内半导体层时，直接在内半导体层上)。内绝缘层具有高于绝缘层的介电常数∈和低于绝缘层的电阻系数ρ。图2是局部剖视图，放大了超导电缆芯10的端部。超导电缆芯10的中间部分(图2中位于中心的虚线的右手侧)是电缆部分10k，在该电缆部分10k中，支撑管11、超导导体12、绝缘层13、外导体层14和保护层15沿整个长度都具有一致的厚度。在另一方面，超导电缆芯10的端部(图2中的虚线的左手侧)是连接结构形成部分10c，在该连接结构形成部分中，内绝缘层13a直接布置在超导导体12上。在连接结构形成部分10c中，除内绝缘层13a之外的层沿电缆芯10的长度具有一致的厚度。连接结构形成部分10c中的主绝缘层13b是从电缆部分10k连续地形成的绝缘层并具有与绝缘层13相同的构成。

下面示出内绝缘层13a和主绝缘层13b之间的介电常数∈和电阻系数ρ的关系。在下面的表中，字母“A”和“B”表示常数。

	介电常数，ε	电阻系数，ρ(20℃)(Ω.cm)
			内绝缘层(13a)	大约1.5A	大约0.7B
主绝缘层(13b)	A	B

内绝缘层13a是PPLP的层，该层成螺旋形地搭叠使得厚度向着电缆芯10的端部逐渐增加。该PPLP具有不同于用来形成主绝缘层13b的PPLP的介电常数ε。更特别地，在连接结构形成部分10c的开始位置处，内绝缘层13a的厚度等于一片PPLP的厚度(大约125μm)。在连接结构形成部分10c的端部，内绝缘层13a的厚度等于五片PPLP的厚度(大约625μm)。在个别位置处的内绝缘层13a的厚度不限于上述厚度。推荐的是，适当地选择厚度使得在接头处的电场强度可以被减小以保留希望的裕量。

具有高的介电常数ε的内绝缘层13a直接形成在超导导体12上可减小电场强度高的超导导体12的附近的电场。

在另一方面，容纳超导电缆芯10的热绝缘管20具有由内管21和外管22组成的双管结构(见图1)。例如Superinsulation的热绝缘材料布置在内管21和外管22之间。由内管21和上述电缆芯10包围的空间16成为用于冷却剂的通道。在热绝缘管20的端部形成隔板以密封内管21和外管22之间的空间。该空间被抽成真空以形成热绝缘层。防腐蚀覆盖物23形成在外管22的外周围上。

拉孔连接到前述超导电缆的端部，以便通过拉动拉孔将电缆引入管中。图3是示出超导电缆1的端部的局部放大图，拉孔100连接到该端部。虽然图3仅示出两根电缆芯，实际上存在三根芯。

使电缆芯10的端部，即连接结构形成部分10c进入从内管21和外管22组成的热绝缘管20的端部突出的状态。辅助管50布置成覆盖突出的连接结构形成部分10c的外周围。辅助管50的一个端部固定到外管22，而另一端用来连接拉孔100。当连接拉孔100时，从热绝缘管20的端部突出的连接结构形成部分10c的端部各以阶梯的形状被剥去以最终暴露导体。超导导体12的每个暴露的端部覆盖有盖子“C”，不仅用来保护该端部，也用来防止该端部变松。支撑管11固定到拉孔100的芯固定部分101。采用上述结构的目的是共用张力，以便主要借助连接到辅助管50的热绝缘管20和支撑管11来拉动电缆芯10。

拉孔100要连接到其上的辅助管50不需要具有双管结构。因此使用内直径几乎等于外管22的外直径的辅助管50。辅助管50具有内部空间51，该内部空间与热绝缘管20的内部空间相比具有直径裕量。因此，在辅助管50中可以容纳其直径通过另外搭叠内绝缘层而增加的连接结构形成部分10c。结果，可以制造超导电缆1，而不增加热绝缘管20的直径(超导电缆1的直径)。

在这种情况下，即使连接结构形成部分10c的直径通过进一步增加内绝缘层13a的厚度而进一步增加，连接结构形成部分10c也可以通过拉紧电缆芯10的松的扭绞而容纳在辅助管50中。即使在上述位置拉紧电缆芯的扭绞，电缆芯作为整体也在扭绞中保留足够的松弛，因为电缆部分10k在扭绞中保持松弛。

接着，通过拉动拉孔被引入管中的超导电缆与另一传导件连接以在这个接头形成互补的绝缘结构。更具体地，其中形成互补绝缘结构的这种类型的接头包括中间接头和端接接头，该中间接头将超导电缆与另一超导电缆连接，该端接接头将超导电缆与另一电力设备连接。上述两种接头的结构在基本结构上共有如下共同特征：(a)通过搭叠带形绝缘件形成互补绝缘层；和(b)电缆芯的绝缘层的端部形成有铅笔的变尖端部的形状(以下称为“锥形变细”形状)。因此，仅参考图4A和4B说明中间接头。

如图4A和4B所示，中间接头30具有通过连接件32使两根超导电缆芯的端部电连接的结构，并且连接件32的外周围附近覆盖有互补绝缘层31。

中间接头30通过以下过程形成。首先，以阶梯的形状剥去电缆芯的端部(连接结构形成部分的端部)。该操作部分地露出支撑管11、超导导体12、绝缘层13和外导体层14。支撑管11和超导导体12通过连接件32分别与另外的支撑管11和超导导体12连接。绝缘层13的端部形成为锥形变细部分13p，它具有直径向着锥形的端部减小的渐缩形状，以减小通过以阶梯的形状剥去而形成的绝缘层13的边缘的电场强度。在外传导层14中，解开超导线(铠装带形线)到电缆部分10k和连接结构形成部分10c之间的边界附近，使得互补绝缘层31可以形成。

接着，形成互补绝缘层31以覆盖连接件32、超导导体12和绝缘层13(主要是锥形变细部分13p)的外周围。在互补绝缘层31中，应力消除锥部分31p形成为具有渐缩的形状，该渐缩的形状向着层31的每个端部减小其直径。应力消除锥部分31p具有开始位置“s”，该开始位置倾向于成为绝缘的弱点，因为电场倾向于集中在这个位置。

最后，解开的外传导层14沿着互补绝缘层31的外周围布置，并且相互连接两根电缆的外传导层14。

在如上所述的中间接头30中，将具有高的介电常数的内绝缘层13a直接布置在超导导体12上可以减小电场强度高的超导导体12的附近的电场。因为在这个位置已经减小了电场，因此在应力消除锥部分的开始位置“s”也可以减小电场的强度，该开始位置定位成相对远离超导电缆12。

此外，内绝缘层13a具有低于主绝缘层13b的电阻系数ρ。因此，当使用本例子的超导电缆进行直流传输时，借助作为整体的这些绝缘层13a，13b和31，可以使电场平滑。因此，可以改善中间接头30的绝缘性能。结果，可以提高整个超导电缆线的可靠性。

如上所述，通过成螺旋形地多层搭叠带形绝缘件形成绝缘层13。因此，在超导电缆的安装场所很难解开成螺旋形地多层搭叠的绝缘层13(主绝缘层13b)。然而，本发明的超导电缆芯10具有预先直接形成在超导导体12上的内绝缘层13a。因此，当安装超导电缆线时，可以消除解开绝缘层(主绝缘层13b)的必要。

例子2

在本例子中，说明一种超导电缆芯，除例子1中采用的结构之外，该超导电缆芯在外导体层的紧邻下方具有绝缘层(外绝缘层)，该绝缘层具有比绝缘层13高的介电常数ε和电阻系数ρ。

当外半导体层布置在超导电缆芯中时，外绝缘层直接布置在外半导体层下方。在本例子中，除了提供外绝缘层外，超导电缆芯具有与例子1中的超导电缆芯相同的结构。因此，仅说明不同的方面。

图5是示出使用本例子中的超导电缆芯的中间接头的局部剖视图。如图5所示，超导电缆芯10在主绝缘层13b和外导体层14之间具有外绝缘层13c。与内绝缘层13a的情况一样，形成外绝缘层13c使得厚度从电缆部分10k和连接结构形成部分10c之间的边界向着电缆芯10的端部逐渐增加。在成螺旋形地搭叠PPLP(一种注册商标)时通过调节重叠宽度，可以容易地实现外绝缘层13c形成为向着电缆芯的端部增加厚度。

下面示出上述单个绝缘层13a到13c的介电常数ε和电阻系数ρ。在下面的表中，字母“A”和“B”表示常数。

	介电常数，ε	电阻系数，ρ(20℃)(Ω.cm)
			内绝缘层(13a)	大约1.5A	大约0.8B
主绝缘层(13b)	A	B
			外绝缘层(13c)	大约1.5A	大约1.2B

如上所述，随着位置从超导导体12向着外导体层14移动，介电常数ε从高值变化到中值，并再变化到高值。因此，不仅在内绝缘层13a的位置，而且在外绝缘层13c的位置，都可以减小电场。此外，由于存在外绝缘层13c，因此，即使极性颠倒，也就是说，即使电场形成为从外导体层14到超导导体12，也可以有效地减小电场。

在另一方面，电阻系数ρ从低值变化到中值到高值，随着位置从超导导体12向着外导体层14移动。因此，当通过使用本例子的超导电缆线进行直流传输时，沿绝缘层的厚度的方向可以使直流电压中的电场分布平滑。此外，即使负极性闪电脉冲或开关脉冲被施加到电缆线，且电场中的最大强度出现在布置在绝缘层的外周围的外导体层14的紧邻下方的位置，由于具有高的电阻系数ρ的外绝缘层13c，电缆绝缘仍能经受住电场中的最大强度。

改进的例子2-1

在本例子中，说明一种超导电缆线，其中外绝缘层的厚度在例子2中使用的结构中变化。除了超导电缆芯的外绝缘层的结构不同之外，该线与例子2中的线相同。因此，仅参考图6说明不同的方面。

图6是局部剖视图，示出使用本例子的超导电缆(芯)的中间接头的附近。如图6所示，本例子的外绝缘层13c形成为厚度从超导电缆芯10的端部向着电缆部分10k逐渐增加，但最大值在应力消除锥部分31p的开始位置“s”的位置处。然后，从开始位置“s”向着连接结构形成部分10c和电缆部分10k之间的边界，厚度逐渐减小。在这种情况下，推荐的是，外绝缘层13c形成为在应力消除锥部分31p没有任何急剧的直径改变。

上述结构可以有效地减小开始位置“s”处的电场，在该开始位置处，电场明显倾向于集中在互补绝缘层31中。结果，可以形成可靠性进一步提高的接头。

工业实用性

具有本发明的超导电缆芯的超导电缆可安装在已有的管中，并且可合适地用于高度可靠的超导电缆线。此外，本发明的超导电缆线可合适地用于交流传输和直流传输。

Claims (7)

1.一种超导电缆芯，包括超导导体和覆盖所述超导导体的外周围的绝缘层；

所述超导电缆芯纵向地分为电缆部分和连接结构形成部分，所述连接结构形成部分位于所述电缆部分的每个端部，并且当与另一传导件连接时用作在其内形成互补的绝缘结构的部分；

对于所述超导电缆芯，所述连接结构形成部分至少在从所述超导电缆芯的端部到所述互补的绝缘结构的端部的范围内；

所述连接结构形成部分具有绝缘层，其绝缘性能高于所述电缆部分的所述绝缘层的绝缘性能。

2.如权利要求1所述的超导电缆芯，其中：

(a)所述连接结构形成部分的所述绝缘层设置有主绝缘层和内绝缘层，所述内绝缘层布置在所述主绝缘层和所述超导导体之间；和

(b)所述内绝缘层具有比所述主绝缘层的介电常数高的介电常数。

3.如权利要求2所述的超导电缆芯，其中所述连接结构形成部分还设置有外绝缘层，所述外绝缘层布置在所述主绝缘层的所述外周围上并具有比所述主绝缘层的介电常数高的介电常数。

4.如权利要求1到3中任一项所述的超导电缆芯，其中：

(a)所述绝缘层通过成螺旋形地多层搭叠带形绝缘件而形成；和

(b)所述连接结构形成部分具有至少一部分，在所述至少一部分中，所述绝缘层形成为使其具有比其它部分的厚度大的厚度。

5.如权利要求4所述的超导电缆芯，其中所述连接结构形成部分具有绝缘层，其厚度通过增加相邻的绝缘件的圈之间的重叠的宽度被调节。

6.一种超导电缆，包括：

(a)如权利要求1到5中任一项所述的超导电缆芯；和

(b)热绝缘层，该热绝缘层布置在所述超导电缆芯的外周围上并具有双管结构；

所述超导电缆构造成使得所述连接结构形成部分从所述双管的端部突出。

7.一种超导电缆线，其中，

(a)所述超导电缆线由如权利要求6所述的超导电缆装配而成；

并且

(b)所述超导电缆线是直流超导电缆线或交流超导电缆线。

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