[發明專利]超導電纜導體的末端結構和端子構件

有效

• 申請號: 201180026630.0
• 申請日: 2011-05-30
• 公開（公告）號: CN102918714A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 向山晉一;米村德偉;八木正史;野村朋哉
• 申請（專利權）人: 古河電氣工業株式會社
• 主分類號: H01R4/68
• 分類號: H01R4/68;H01B12/02;H01R4/02;H02G15/34
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 黨曉林;王小東

技術領域

本發明涉及用于超導電力電纜中的超導電纜導體的末端結構，該超導電力電纜以低損耗傳輸大量電力，并且涉及在所述末端結構中所使用的端子構件。本發明可應用于在終端連接點或中間連接點處使超導電纜和導體相互連接的技術。

背景技術

在以低損耗傳輸電力的超導電纜中，超導帶成螺旋形纏繞在柔性芯上以形成導體層，從而電纜具有柔性。當需要高電流容量時，具有增加數量的導體層的多層電纜用來提供高電流傳輸。高溫超導帶的示例包括Bi（鉍）基超導帶和Y（釔）基超導帶。這些類型的超導帶被廣泛使用，因為它們具有高臨界電流并且容易形成長帶。

現在描述制造超導電纜導體的實際方法。筒形多股絞合線導體被制備為中心支承件。該多股絞合線由多根具有柔性且高導電的電線形成，所述電線例如包括元素Cu、合金Cu、元素Al或合金Al。超導帶例如是4mm寬且0.2mm厚，該超導帶以不留空間的方式成螺旋形纏繞在中心支承件上，而形成第一層。另一個超導帶接著與第一層類似以不留空間的方式成螺旋形纏繞在第一層的外表面上，而形成第二層。類似地，第三層進一步纏繞在第二層上。因此，在中心支承件上纏繞多個層以形成多層導體。接著，在超導電纜導體的外表面上設置絕緣體（絕緣層）。絕緣層由多層牛皮紙、半合成紙或合成紙制成，這些層的厚度與電壓對應。因此，即使當向導體施加高壓時也能避免絕緣擊穿。

為了通過超導電纜導體傳輸電流，必須剝離絕緣層以暴露超導層，使得所暴露的層與Cu電極連接。專利文獻1公開了一種使Cu電極（端子構件）與超導層電連接的方法。在該方法中，每個超導層的外表面均覆蓋有焊料，使得超導層與Cu電極連接。該方法獲得了每個超導層和Cu電極之間的小且均勻的連接電阻，從而使得每層中的電流均勻，并且使得能進行低損耗且穩定的電流傳輸。

通常，由于超導電纜的熱收縮和/或在安裝電纜期間的張力，高的張應力被施加于電極和超導電纜導體。包括使超導層和焊料連接的上述方法由于這種張應力而可能向超導帶施加大的力，這導致對超導帶的機械損傷。另外，當在包括超導電纜的電力系統中出現接地故障或短路時，在電力系統內瞬時流動量值比正常電流大十倍至幾十倍的故障電流。在這樣的情況下，超過超導層的電流容量的故障電流可能導致燒損超導層。為了避免這種燒損，超導電纜導體的中心支承件由Cu或Al多股絞合線制成，使得故障電流流過中心支承件。

超導電纜導體的末端應該考慮操作期間的這種故障而設計。專利文獻2公開了如圖7和圖8所示的超導電纜導體的末端。在該超導電纜導體的末端中，絕緣套13被移除以暴露中心支承件11上的超導層12（第一層12a和第二層12b）。而且，一定長度的絕緣套13和超導層12被移除以進一步暴露中心支承件11。金屬套筒30包括兩個相鄰的部分31和32。金屬套筒30的第一部分31繞中心支承件11的暴露部分裝配，并且金屬套筒30的第二部分32繞超導層12的暴露部分焊接。該結構確保高機械抗張強度，并且提供這樣的末端，其中，金屬套筒30的第一部分32電連接到中心支承件11以允許故障電流流動。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本未審專利申請公報No.2004-087265

專利文獻2：日本未審專利申請公報No.2010-050103

發明內容

待由本發明解決的問題

根據專利文獻2，金屬套筒30的第一部分31繞中心支承件11的暴露部分裝配，并且所述金屬套筒30的第二部分32繞末端中的超導層12的暴露部分焊接。然而，遺憾的是，該結構允許在金屬套筒30的邊緣30a和絕緣套13之間形成間隙。

該間隙導致下列問題：當向超導電纜施加彎曲力時，所述電纜在該間隙位置處局部彎曲；并且形成超導層的線材從絕緣套13上被拉出，從而導致向所述線材施加極高應力。大的彎曲角或大的張力能彎曲和/或切斷所述線材。

同時，專利文獻2的末端結構包括金屬套筒130的第一部分和第二部分，這樣的末端結構具有以下優點，即，當超導電纜110被冷卻時，該超導電纜110耐受熱收縮或張力，如圖9A所示。

然而，當所述超導電纜110經受從超低溫到室溫的熱循環時，沒有對該超導電纜的熱膨脹采取對策。所述電纜110的熱膨脹導致該電纜內不均勻的應力分布，也就是說，導致在末端連接區域處的應力集中。如圖9B所示，在專利文獻2的超導電纜130的末端和導體的末端部中，所述末端或末端部未被設計成承受這種彎曲應力，而使該應力集中導致彎曲或斷裂。

因此，本發明的目的在于提供一種這樣的連接，該連接在超導電纜導體和端子構件之間具有高機械強度和低電連接電阻。