超导电缆

摘要

本发明涉及一种将包含磁性体金属基板(Ni‑W基)的超导线材用作超导导体层以及超导屏蔽层的超导电缆，所述超导电缆能够使传输交流电力时所发生的交流损失(AC loss)最小化。

权利要求

1.一种超导电缆，其特征在于，包括：

芯部，所述芯部包括骨架、至少一个超导导体层、绝缘层以及至少一个超导屏蔽层，所述超导导体层包括沿着所述骨架的长度方向并排配置以包覆所述骨架外部的多个超导线材，所述绝缘层包覆所述超导导体层，所述超导屏蔽层包括沿着所述骨架的长度方向并排配置以包覆所述绝缘层外部的多个超导线材；

冷却部，位于所述芯部外侧，具备用于冷却所述芯部的液态制冷剂的循环流路；

隔热部，位于所述冷却部外侧，通过多次缠绕隔热材料而构成；以及真空部，位于所述隔热部外侧，且在相互隔开距离的位置具备多个隔离件，构成所述超导导体层以及超导屏蔽层的超导线材包括金属基板层以及超导层，所述超导层以多层蒸镀在所述金属基板层上部并且包含超导物质，所述超导导体层中构成最外部超导导体层的超导线材的金属基板层沿着超导电缆的中心方向配置，而超导层沿着超导电缆的半径方向配置，所述超导屏蔽层中构成最内部超导屏蔽层的超导线材的超导层沿着超导电缆的中心方向配置，而金属基板层沿着超导电缆的半径方向配置。

2.根据权利要求1所述的超导电缆，其特征在于，所述超导导体层形成为多层，构成多层超导导体层的超导线材的金属基板层沿着超导电缆的中心方向配置，而超导层沿着超导电缆的半径方向配置。

3.根据权利要求1所述的超导电缆，其特征在于，所述超导屏蔽层形成为多层，构成多层超导屏蔽层的超导线材的超导层全部沿着超导电缆的中心方向配置，而金属基板层全部沿着超导电缆的半径方向配置。

4.根据权利要求2或3所述的超导电缆，其特征在于，所述超导导体层形成为四层，所述超导屏蔽层形成为两层。

5.根据权利要求1所述的超导电缆，其特征在于，所述超导导体层以及所述超导屏蔽层的超导线材是包含由镍合金材料构成的金属基板层的第二代超导线材。

6.一种超导电缆，其特征在于，包括：

骨架；

至少一个超导导体层，位于所述骨架外侧；

绝缘层，包覆所述超导导体层；以及

至少一个超导屏蔽层，位于所述绝缘层外部，

其中，构成所述超导导体层以及超导屏蔽层的超导线材包括金属基板层以及超导层，所述超导层以多层蒸镀在金属基板层上部并且包含超导物质，所述超导导体中构成最外部超导导体层的超导线材与所述超导屏蔽层中构成最内部超导屏蔽层的超导线材的金属基板层以及超导层的配置方向相反。

7.根据权利要求6所述的超导电缆，其特征在于，所述超导导体层形成为多层，构成多层超导导体层的超导线材的超导层全部沿着超导电缆的半径方向配置，而金属基板层沿着超导电缆的中心方向配置。

8.根据权利要求6所述的超导电缆，其特征在于，所述超导屏蔽层形成为多层，构成多层超导屏蔽层的超导线材的超导层全部沿着超导电缆的中心方向配置，而金属基板层全部沿着超导电缆的半径方向配置。

9.一种超导电缆，其特征在于，

包括芯部，所述芯部包括骨架、至少一个超导导体层、绝缘层以及至少一个超导屏蔽层，所述超导导体层包覆所述骨架外部，所述绝缘层包覆所述超导导体层，所述超导屏蔽层包覆所述绝缘层外部，构成所述超导导体层以及超导屏蔽层的超导线材包括金属基板层以及超导层，所述超导层以多层蒸镀在金属基板层上部并且包含超导物质，所述超导导体层中构成最外部超导导体层的超导线材的金属基板层沿着超导电缆的中心方向配置，而超导层沿着超导电缆的半径方向配置，所述超导屏蔽层中构成最内部超导屏蔽层的超导线材的超导层沿着超导电缆的中心方向配置，而金属基板层沿着超导电缆的半径方向配置。

10.根据权利要求9所述的超导电缆，其特征在于，所述超导导体层以及所述超导屏蔽层形成为多层，

构成多层超导导体层的超导线材的超导层全部沿着超导电缆的半径方向配置，而金属基板层沿着超导电缆的中心方向配置，构成多层超导屏蔽层的超导线材的超导层全部沿着超导电缆的中心方向配置，而金属基板层全部沿着超导电缆的半径方向配置。

11.根据权利要求9所述的超导电缆，其特征在于，所述超导导体层以及所述超导屏蔽层的超导线材是包含由镍合金材料构成的金属基板层的第二代超导线材。

说明书

超导电缆

技术领域

[0001] 本发明涉及一种超导电缆。更详细而言，本发明涉及一种将包含磁性体金属基板(Ni-W基)的超导线材用作超导导体层以及超导屏蔽层的超导电缆，所述超导电缆能够使传输交流电力时所发生的交流损失(AC loss)最小化。

背景技术

[0002] 在一定的温度下，超导线材的电阻接近于零，因此在低电压下也具有较强的输电能力。

[0003] 具备这样的超导线材的超导电缆采用通过氮等制冷剂进行冷却的方法以及/或者形成真空层的隔热方法来形成并保持极低温环境。

[0004] 这样的超导电缆一般可以具备超导导体层和超导屏蔽层，所述超导导体层由用于输电的超导线材构成，所述超导屏蔽层用于屏蔽由超导导体层诱导的电磁等。所述超导屏蔽层也与超导导体层一样由昂贵的超导线材构成。

[0005] 即，可通过超导屏蔽层屏蔽由在超导导体层传输的电力所诱导的电磁波。

[0006] 至今开发的BSCCO系的第一代超导线材可通过比较简便的机械加工方法制造，但是因BSCCO(Bi-2223、Bi-2212)超导线材的晶体取向特性，在将77K温度下的临界电流密度(Jc)提高至10万A/cm2以上方面存在局限性，并且在成本构成中作为线材护套物质的Ag价格昂贵，因此难以提高性价比，所以近来第一代超导线材的制造以及使用量已有减少。

[0007] 相反，第二代超导线材是在金属基板上蒸镀多层氧化物膜的形式，因而称为涂层导体(Coated Conductor，以下称CC)。

[0008] YBCO或REBCO系的第二代超导线材在磁场中的临界电流特性高，临界电流密度为第一代的BSCCO线材的数十倍以上，明显高于后者，因而自1990年代初起作为能够替代第一代高温超导线材的新一代超导线材备受关注，正在积极开发各种制造工艺。

[0009] 第二代超导线材一般可以由蒸镀于金属基板上的多层氧化物薄膜以及保护层构成。

[0010] 由于超电流(supercurrent)在晶界受到限制，第二代线材为了使大量的超电流流动，重要的是在工艺过程中使多个超导线材晶粒沿着两轴排列，以提高晶体取向性。第二代超导线材主要蒸镀YBCO或REBCO(RE＝Sm、Gd、Nd、Dy、Ho)物质，第二代超导线材的超导特性在很大程度上依赖于所生成的超导线材的超导层的组成和密度、晶体的取向性等。

[0011] 根据缓冲层的蒸镀法，第二代超导线材的金属基板使用不同的材料，代表性地使用哈斯特合金(hastelloy，SUS等的合金)或者通过压延和再结晶热处理使金属晶体预先沿着两轴方向取向的Ni-W合金基板(RABiTS，Rolling Assisted Bi-axially Textured Substrate)。

[0012] 当第二代超导线材的金属基板采用由磁性体构成的Ni-W合金基板等时，超导电缆在传输交流电力时有可能发生交流损失(AC loss)问题。

[0013] 采用超导线材的超导电缆可以具备超导导体层和超导屏蔽层，所述超导导体层一般由用于输电的超导线材构成，所述超导屏蔽层用于屏蔽由超导导体层诱导的电磁等。

[0014] 近来，为了提高超导电缆的输电能力，分别由多层超导线材构成超导导体层和超导屏蔽层的情况较多。

[0015] 当由多层超导线材构成超导导体层和超导屏蔽层时，根据构成各层的超导线材的超导导体层以及金属基板的方向或者取向，有可能发生使交流损失问题加剧的情况。

[0016] 关于超导线材的交流损失，日本公开公报JP2012-256508公开了通过减小构成超导导体层的超导线材的宽度，以使交流损失最小化的技术，但是对于与超导线材的方向或取向有关的技术解决方案，不存在具体的认识或者暗示，日本授权专利号JP5192741虽然公开了与交流损失有关的技术问题以及技术解决方法，但是在技术解决方法上与本发明存在较大的区别，并且对其发明效果也有疑问，日本授权专利号JP5385746中虽然存在对于构成超导电缆的超导线材的各层结构的公开，但是完全不存在对于解决本发明涉及的技术问题的技术解决方案的公开或暗示。

发明内容

[0017] 所要解决的技术问题

[0018] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种超导电缆，所述超导电缆通过调节构成超导电缆的超导导体层以及超导屏蔽层的多层超导线材的超导层以及金属基板的方向，能够使传输交流电力时所发生的交流损失最小化。

[0019] 解决技术问题的方案

[0020] 为解决所述技术问题，本发明可以提供一种超导电缆，其包括：芯部，所述芯部包括骨架、至少一个超导导体层、绝缘层以及至少一个超导屏蔽层，所述超导导体层包括沿着所述骨架的长度方向并排配置以包覆所述骨架外部的多个超导线材，所述绝缘层包覆所述超导导体层，所述超导屏蔽层包括沿着所述骨架的长度方向并排配置以包覆所述绝缘层外部的多个超导线材；冷却部，位于所述芯部外侧，具备用于冷却所述芯部的液态制冷剂的循环流路；隔热部，位于所述冷却部外侧，通过多次缠绕隔热材料而构成；以及真空部，位于所述隔热部外侧，且在相互隔开距离的位置具备多个隔离件，构成所述超导导体层以及超导屏蔽层的超导线材包括金属基板层以及超导层，所述超导层以多层蒸镀在所述金属基板层上部并且包含超导物质，所述超导导体层中构成最外部超导导体层的超导线材的金属基板层沿着超导电缆的中心方向配置，而超导层沿着超导电缆的半径方向配置。

[0021] 此时，所述超导导体层可以形成为多层，构成多层超导导体层的超导线材的金属基板层沿着超导电缆的中心方向配置，而超导层沿着超导电缆的半径方向配置。

[0022] 并且，所述超导屏蔽层中构成最内部超导屏蔽层的超导线材的超导层可以沿着超导电缆的中心方向配置，而金属基板层可以沿着超导电缆的半径方向配置。

[0023] 其中，所述超导屏蔽层可以形成为多层，构成多层超导屏蔽层的超导线材的超导层全部沿着超导电缆的中心方向配置，而金属基板层全部沿着超导电缆的半径方向配置。

[0024] 另外，所述超导导体层可以形成为四层，所述超导屏蔽层可以形成为两层。

[0025] 并且，所述超导导体层以及所述超导屏蔽层的超导线材可以是包含由镍合金材料构成的金属基板层的第二代超导线材。

[0026] 另外，为了解决所述技术问题，本发明提供一种超导电缆，其包括：骨架；位于所述骨架外侧的至少一个超导导体层；包覆所述超导导体层的绝缘层；以及位于所述绝缘层外部的至少一个超导屏蔽层，构成所述超导导体层以及超导屏蔽层的超导线材包括金属基板层以及超导层，所述超导层以多层蒸镀在金属基板层上部并且包含超导物质，所述超导导体中构成最外部超导导体层的超导线材和所述超导屏蔽层中构成最内部超导屏蔽层的超导线材的金属基板层以及超导层的配置方向相反。

[0027] 并且，所述超导导体层可以形成为多层，构成多层超导导体层的超导线材的超导层全部沿着超导电缆的半径方向配置，金属基板层沿着超导电缆的中心方向配置。

[0028] 此时，所述超导屏蔽层可以形成为多层，构成多层超导屏蔽层的超导线材的超导层全部沿着超导电缆的中心方向配置，金属基板层全部沿着超导电缆的半径方向配置。

[0029] 另外，为了解决所述技术问题，本发明可以提供一种超导电缆，其包括芯部，所述芯部包括：骨架；包覆所述骨架外部的至少一个超导导体层；包覆所述超导导体层的绝缘层；以及包覆所述绝缘层外部的至少一个超导屏蔽层，构成所述超导导体层以及超导屏蔽层的超导线材包括金属基板层以及超导层，所述超导层多层蒸镀在金属基板层上部并且包含超导物质，所述超导导体层中构成最外部超导导体层的超导线材的金属基板层沿着超导电缆的中心方向配置，超导层沿着超导电缆的半径方向配置，并且，所述超导屏蔽层中构成最内部超导屏蔽层的超导线材的超导层沿着超导电缆的中心方向配置，金属基板层沿着超导电缆的半径方向配置。

[0030] 其中，所述超导导体层以及所述超导屏蔽层可以形成为多层，构成多层超导导体层的超导线材的超导层全部沿着超导电缆的半径方向配置，金属基板层沿着超导电缆的中心方向配置，并且构成多层超导屏蔽层的超导线材的超导层全部沿着超导电缆的中心方向配置，金属基板层全部沿着超导电缆的半径方向配置。

[0031] 另外，所述超导导体层以及所述超导屏蔽层的超导线材可以是包含由镍合金材料构成的金属基板层的第二代超导线材。

[0032] 有益效果

[0033] 根据本发明涉及的超导电缆，对于由包含磁性体金属基板(Ni-W基)的超导线材构成的超导导体层以及超导屏蔽层，优化超导线材的方向或取向，从而能够使传输交流电力时所发生的交流损失(AC loss)最小化。

[0034] 另外，根据本发明涉及的超导电缆，使构成超导导体层以及超导屏蔽层的超导线材的磁场变化所引起的临界电流的减小最小化，从而能够提高包含超导电缆的电力系统的稳定性。

附图说明

[0035] 图1示出了分层次剥开本发明涉及的超导电缆的立体图。

[0036] 图2示出了图1所示的超导电缆的剖视图。

[0037] 图3是本发明涉及的超导电缆的实施例的概念图。

[0038] 图4是本发明涉及的超导电缆的另一实施例的概念图。

[0039] 图5示出了本发明涉及的超导电缆的另一实施例。

[0040] 图6示出了图5所示的超导电缆沿水平方向设置的状态的剖视图。

具体实施方式

[0041] 下面，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。但是，本发明并非限定于在此说明的实施例，也可以以其它形式具体化。提供在此介绍的实施例的目的在于，使公开的内容彻底且完整，并且向本领域技术人员充分地传达本发明的思想。说明书全文中相同的附图标记表示相同的构成要素。

[0042] 图1示出了分层次剥开本发明涉及的超导电缆的立体图，图2示出了图1所示的超导电缆的剖视图。

[0043] 说明本发明涉及的超导电缆的基本结构。

[0044] 超导电缆包括：芯部100、冷却部200、内部金属管300、隔热部400、真空部500、外部金属管600以及护套部700，所述芯部包括：骨架110；至少一个超导导体层130，所述超导导体层130包括沿着所述骨架110的长度方向并排配置以包覆所述骨架110外部的多个超导线材；绝缘层140，包覆所述超导导体层130；至少一个超导屏蔽层180，所述超导屏蔽层180包括沿着所述骨架110的长度方向并排配置以包覆所述绝缘层140外部的多个超导线材，所述冷却部200位于所述芯部100的外侧，具备用于冷却所述芯部100的液态制冷剂的制冷剂流路，以冷却所述芯部100，所述内部金属管300位于所述冷却部200外侧，所述隔热部400位于所述内部金属管300的外侧，形成有缠绕多层隔热材料401而成的隔热层，所述真空部500在所述隔热部400外部的相互隔开距离的位置具备多个隔离件560，以便对所述冷却部200进行真空隔热，所述外部金属管600位于所述真空部500的外侧，所述护套部700位于所述外部金属管600的外侧，形成护套层，所述隔热部400与所述外部金属管600之间的平均隔开距离大于位于所述真空部500的隔离件560的直径。

[0045] 下面依次分析构成超导电缆的各个构成要素。所述骨架110提供将扁长的超导线材安装于骨架110周围的场所，同时发挥用于形成形状的框架作用，可以成为故障电流流动的路径。所述骨架110可以具有将截面为圆形的多个铜(Cu)裸线111压缩成圆形的形状。

[0046] 具体而言，基本上骨架110呈圆筒形状，发挥用于布置扁长的超导线材的框架作用。确定所述骨架110的直径时，考虑超导线材的宽度，要求能够防止超导线材隆起，并且当把超导线材一同布置在骨架110上时能够形成尽量接近圆形的结构。

[0047] 如图1以及图2所示，所述骨架可以构成为中心部充满的形式，但是所述骨架110可以构成为中空的圆筒状，以便同时发挥用于布置超导线材的框架作用以及制冷剂在内部移动的路径作用，构成骨架的各裸线111可以由铜等构成，也可以将各裸线与超导线材并联连接，以便在电力系统中出现故障电流时能够发挥回路导体作用。

[0048] 可以根据故障电流的容量来确定构成裸线的铜等的导体截面积，高压情况下，铜裸线可以构成为压缩成圆形的绞线形式。

[0049] 由于将构成所述骨架110的多股圆形截面的裸线111压缩成圆形的绞线形式，骨架110的表面必然凹凸不平。为了使骨架110的凹凸不平的表面变得平滑，可以在骨架110的外部覆盖平滑层120。所述平滑层120可以采用半导电性碳纸或黄铜带等材料。

[0050] 虽未图示，但是可以在所述平滑层120与超导导体层130之间进一步设置垫层。所述垫层可以利用半导电碳纸带来保护超导导体层。

[0051] 可以在通过所述平滑层120平坦化的所述骨架110的外侧设置由多个超导线材131缠绕而形成的层即第一超导导体层130a。可以将第一超导导体层130a设置成，使多个超导线材并排邻接并缠绕所述平滑层120的周围。

[0052] 另外，如图1所示，根据通过超导电缆输电或配电的电流容量，超导导体层130也可以形成为多层。

[0053] 图1所示的实施例中示出了共具备两层超导导体层130a、130b。另外，单纯地层叠配置超导导体层时，由于电流的趋肤效应，电流容量不会增加。为了防止这样的问题，当具备多层超导导体层时，可以在超导导体层130a、130b之间设置绝缘层140。所述绝缘层140可以以绝缘带的形式构成，并且配置在层叠的超导导体层130a、130b之间，使超导导体层130a、130b彼此绝缘，从而能够防止层叠的超导线材的趋肤效应。通过所述绝缘层140层叠为多层的超导导体层的通电方向可以一致。

[0054] 图1所示的实施例中示出了所述超导导体层130由两层即第一超导导体层130a和第二超导导体层130b构成的示例，但是根据需要，还可以具备层数更多的超导导体层。

[0055] 并且，构成各超导导体层130a、130b的超导线材可以与构成骨架110的各裸线并联连接。这是为了在发生超导条件的破坏等事故时，使流向超导线材的电流流向骨架110的裸线。为的是通过这样的方法在不满足超导条件时防止超导线材的电阻变大并使超导线材发热或损伤等。

[0056] 设置在所述第一超导导体层130a外侧的第二超导导体层130b的外部可以设有内部半导电层150。所述内部半导电层150可以用来缓解超导导体层130的不同区域的电场集中，使表面电场均匀。具体而言，所述内部半导电层150可以用来缓解发生在超导线材角落部分的电场集中，使电场分布均匀。后述的外部半导体层170同样如此。

[0057] 可以通过缠绕半导电带的方式设置所述内部半导电层150。

[0058] 所述内部半导电层150外侧可以设有绝缘层160。所述绝缘层160可以用来增大超导电缆的绝缘强度。为了使高压电缆绝缘，一般采用XLPE(Cross Linking-Polyethylene：交联聚乙烯)或充油方式(oil filled cable)，但是为了超导线材的超导性，将超导电缆冷却至极低温，而在极低温下因XLPE受损而存在绝缘击穿的问题，充油方式(oil filled cable)则会引发环境问题等，因此本发明涉及的超导电缆可以将普通纸质的绝缘纸用作绝缘层160，可以通过多次缠绕绝缘纸的方式构成所述绝缘层160。

[0059] 所述绝缘纸主要采用牛皮纸或PPLP(Polypropylene Laminated Paper：聚丙烯层压纸)。在多种纸绝缘物质中，考虑到缠绕的容易性以及绝缘强度特性，超导电缆采用PPLP绝缘纸。

[0060] 所述绝缘层160的外部可以设有外部半导电层170。所述外部半导电层同样可以用来缓解超导导体层130的不同区域的电场集中，使表面电场均匀，并且同样可以通过缠绕半导电带的方式设置所述外部半导电层170。

[0061] 并且，所述外部半导电层170的外侧可以设有超导屏蔽层180。形成所述超导屏蔽层180的方法可以与形成所述超导导体层130的方法相同。当所述外部半导电层170的表面不均匀时，可以根据需要设置平滑层(未图示)，可以在所述平滑层的外部分别沿着圆周方向并排配置用于形成超导屏蔽层180的超导线材。

[0062] 设计成使流通于由第二代超导线材构成的屏蔽层的电流大约达到流经超导导体层的电流的95％左右，从而能够实现漏磁的最小化。

[0063] 所述超导屏蔽层180的外侧可以设有发挥芯部100外保护层作用的芯外保护层190。所述芯外保护层190可以包括各种带或粘合剂等，发挥保护层作用，使芯部100露出于后述的冷却层，并且发挥紧固芯部100的所有结构物的作用，可以由SUS材料等的金属带构成。

[0064] 可以通过这样的方法构成超导电缆的芯部100，虽然图1以及图2中示出了所述平滑层以及所述半导电层由相同材料的单层构成，但是可以根据需要增设多种附属层。

[0065] 所述芯部100的外侧可以设有冷却部200。所述冷却部200可以用来冷却所述芯部100的超导线材，所述冷却部200的内侧可以设有液态制冷剂的循环流路。所述液态制冷剂可以采用液氮，所述液态制冷剂(液氮)以冷却至零下200度左右温度的状态在所述冷却流路中循环，能够保持冷却部内部的芯部所具备的超导线材的超导条件即极低温。

[0066] 所述冷却部200所具备的冷却流路可以使液态制冷剂沿着一个方向流动，在超导电缆的接线盒等中被回收且再次冷却，然后再次供应至所述冷却部200的冷却流路中。

[0067] 所述冷却部200的外侧可以设有内部金属管300。所述内部金属管300与后述的外部金属管600一同发挥超导电缆的外保护层作用，防止在超导电缆的铺设以及搬运过程中的芯部100的机械损伤。为了容易制造并搬运，将超导电缆卷绕在卷筒上，在设置时展开卷绕在卷筒上的电缆进行设置，因此超导电缆有可能持续承受弯曲应力或拉伸应力。

[0068] 为了在承受这样的机械应力的情况下仍然保持初始性能，可以设置内部金属管300。因此，为了增强对于机械应力的强度，所述内部金属管300可以具有沿着超导电缆的长度方向重复出现隆起和凹陷的波纹结构(corrugated)，所述内部金属管300可以由铝等材料构成。

[0069] 所述内部金属管300位于所述冷却部200的外侧，因此可以处于与液态制冷剂温度对应的极低温下。因此，可以将所述内部金属管300归类为低温部金属管。

[0070] 另外，所述内部金属管300的外周面可以设有隔热部400，所述隔热部400包括缠绕多层隔热材料的隔热层，所述隔热材料在高反射率金属薄膜上涂覆有较薄的低热导率高分子。所述隔热层构成多层绝缘(MLI，Multi Layer Insulation)，可以用来阻断向所述内部金属管300侧发生热侵入。

[0071] 特别是所述内部金属管300由金属材料构成，因此容易发生基于传导的热侵入或热交换，所述隔热部400可以使主要基于传导的热交换或热侵入最小化，并且由于反射率高的金属薄膜材料，还可以获得防止基于辐射的热交换或热侵入的效果。

[0072] 可以调节所述隔热部400的层数，以使热侵入最小化。如果形成为多层，则辐射热阻断效果高，但是传导热阻断效果下降，并且由于真空层的厚度变薄而使基于对流的热阻断效果下降，因而重要的是采用合适的层数。

[0073] 所述隔热部400的外侧可以设有真空部500。当基于所述隔热部400的隔热不充分时，有可能向所述隔热层方向发生基于对流等的热传递，可以设置所述真空部500以使这种热传递最小化。

[0074] 可以通过在所述隔热部400的外侧形成隔离空间并对所述隔离空间进行真空化的方法形成所述真空部500。

[0075] 所述真空部500是隔离空间，用于防止从常温的外部朝向所述芯部侧的基于对流等的热侵入，为了形成物理隔离空间，可以具备至少一个隔离件560。为了在超导电缆的整个区域防止位于所述真空部500内的隔离空间外侧的外部金属管600等与所述真空部500内侧的所述隔热部400接触，可以在所述隔离空间内设置至少一个隔离件560。

[0076] 可以沿着超导电缆的长度方向配置所述隔离件560，并且可以以螺旋形或圆形缠绕所述芯部100外侧，具体为，缠绕所述隔热部400。

[0077] 如图1所示，可以具备多个所述隔离件560，并且可以根据超导电缆的种类或大小来增减所述隔离件560的数量。本发明涉及的超导电缆可以具备三至五个隔离件。所述隔离件形成隔离空间，从而能够防止基于传导的热交换，并且隔离件可以构成为单层或多层结构。

[0078] 所述隔离件560的材料可以是聚乙烯(FEP、PFA、ETFE、PVC、P.E、PTFE)材料。

[0079] 另外，根据需要，所述隔离件560可以由聚氟乙烯(PTFE，Poly Tetra Fluoro Ethylene)材料构成，或者在由一般树脂或聚乙烯材料构成的后表面涂覆聚氟化乙烯等。此时，所述聚氟乙烯可以是聚四氟乙烯。

[0080] 聚四氟乙烯(Teflon)是氟树脂的一种，通过氟和碳的强化学键形成非常稳定的化合物，具有近乎完美的化学惰性、耐热性、非粘合性、优秀的绝缘稳定性、低摩擦系数等特性。另外，聚四氟乙烯具有一定程度的柔韧性，因此能够以螺旋形缠绕所述隔热部400，沿着超导电缆的长度方向缠绕配置，并且具有一定程度的刚度，因此能够用作防止隔热部400与外部金属管600接触的隔离单元，从而发挥物理上保持构成真空部500的隔离空间的作用。所述隔离件560的直径可以是4mm至8mm。所述隔离件560的截面形状可以是圆形、三角形、四边形、星形等各种形状。

[0081] 具备所述隔离件560的所述真空部500的外侧可以设有外部金属管600。所述外部金属管600可以以与所述内部金属管300相同的形状和材料构成，所述外部金属管600的直径大于所述内部金属管300，以便能够通过隔离件560形成隔离空间。将在后面对所述隔离件560进行详细说明。

[0082] 并且，所述外部金属管600的外侧可以设有护套部700，所述护套部700发挥用于保护超导电缆内部的外保护层功能。所述护套部可以采用构成一般电力用电缆的护套部700的护套材料。所述护套部700可以防止其内部的金属管600等的腐蚀，并且防止基于外力的电缆损伤。构成所述护套部700的护套材料可以是聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)等。

[0083] 如图2所示，所述真空部500具备四个所述隔离件560，以便缠绕位于所述内部金属管300外部的隔热部400。

[0084] 图3是本发明涉及的超导电缆的实施例的概念图。

[0085] 图3所示的实施例示出了具备两个超导导体层以及一个超导屏蔽层的示例。

[0086] 示出了构成本发明涉及的超导电缆的超导线材采用作为第二代超导线材的的镍钨(Ni-W)合金材料的金属基板的实施例。

[0087] 两个超导导体层可以由内侧的第一超导导体层以及外侧的第二超导导体层构成。

[0088] 为了便于在附图中示出，将各个超导线材简化为例如由金属基板层以及超导层构成，并进行图示和说明，所述金属基板层由镍钨(Ni-W)等镍合金材料构成，所述超导层位于金属基板层上部并且包括通过蒸镀等方法附加的多个膜，所述多个膜包括超导层(layer)或者超导物质。

[0089] 构成本发明涉及的超导电缆的超导线材可以是第二代超导线材，超导线材的超导层可以主要具有YBCO或REBCO(RE＝Sm、Gd、Nd、Dy、Ho)物质等超导物质。

[0090] 具体而言，超导现象是指电阻在特定温度以下变成“0”的现象，高温超导(High Temperature Superconductor)是指在比绝对零度(-273℃)更高的温度100K(-173℃)附近出现超导现象。在电力电缆领域所用的高温线材采用高温超导体，报道过以BSCCO为主材料的第一代线材和以YBCO或ReBCO为主材料的Coated Conductor(CC：涂层导体)型的第二代线材。

[0091] 近来使用第二代超导线材的理由在于，第一代超导线材将银(Ag)用作母材而难以降低超导线材的价格，并且第二代超导线材的交流损失特性更加优秀，与第一代超导线材的细丝结构相比，第二代超导线材的层(Layer)状结构特性在滞后损失方面效率更高。

[0092] 第二代超导线材可以具体包括金属基板层、缓冲层、超导层、保护层等。金属基板层用作线材的基底构件，发挥维持超导线材的机械强度的作用，可以采用哈斯特合金(Hastelloy)、镍钨(Ni-W)等物质。所述缓冲层可以发挥用于在金属基板上蒸镀超导层的缓冲(buffer)作用。所述超导层在通电时用作电流的通电路径，保护层的材料可以由银(Ag)或铜(Cu)合金层构成。银(Ag)合金层位于超导层与铜(Cu)合金层之间，以便能够进行蒸镀，铜(Cu)合金层可发挥加强机械强度的作用。根据应用设备，可以以不同的厚度和材料构成各个合金层。

[0093] 并且，为了便于说明，将超导线材说明为大致由金属基板层和超导层两部分构成。因此，可以理解成缓冲层位于金属基板层与超导层之间，保护层位于超导层外侧。

[0094] 并且，如前所述，所述超导线材的超导层可以主要具有YBCO或REBCO(RE＝Sm、Gd、Nd、Dy、Ho)物质等超导物质。

[0095] 在图3所示的实施例中，所述超导导体层中的第一超导导体层130a以及第二超导导体层130b的金属基板层130a-1、130b-1沿着超导电缆的中心方向配置，第一超导导体层130a以及第二超导导体层130b的超导层130a-2、130b-2沿着超导电缆的半径方向配置。

[0096] 并且，在图3所示的实施例中，当通过构成位于超导电缆内侧的第一超导导体层130a的超导线材的超导层130a-2以及第二超导导体层130b的超导层130b-2流通电流时，由于流经各个超导层130a-2、130b-2的电流，能够在各个第一超导导体层130a以及第二超导导体层130b的外侧形成圆形磁场。

[0097] 在各个第一超导导体层130a以及第二超导导体层130b的外侧分别形成圆形磁场的理由在于，当流经构成各层的超导线材的电流的方向相同时，构成各层的相邻超导线材之间的磁场中的垂直成分相互抵消。

[0098] 并且，与前述的超导导体层不同，构成超导屏蔽层180的超导线材的金属基板层180-1沿着超导电缆的半径方向配置，构成超导屏蔽层180的超导线材的超导层180-2沿着超导电缆的中心方向配置。

[0099] 并且，当对构成所述第一超导导体层130a以及第二超导导体层130b的超导线材的超导层130a-2、130b-2施加电流时，构成超导屏蔽层180的超导线材的超导层180-2沿着与构成第一超导导体层130a以及第二超导导体层130b的超导线材的超导层130a-2、130b-2的电流方向相反的方向诱导电流，感应磁场可以沿着其内部形成为圆形，与第一超导导体层130a以及第二超导导体层130b相反，所述第一超导导体层130a、所述第二超导导体层130b以及所述超导屏蔽层180的边界区域以及内外部区域的主要磁场可以通过构成超导导体层或超导屏蔽层的超导线材的超导层的位置来确定。

[0100] 即，特定位置的磁场的大小可以根据是否存在构成相隔近距离的超导导体层或超导屏蔽层的超导层以及超导线材的超导层和金属基板层是否为磁性体来确定。

[0101] 这是因为，可假设因电流流经构成超导导体层或超导屏蔽层的超导线材的超导层而产生的磁场贯穿具有铁磁性的金属基板层并传播到其它区域的量微小。

[0102] 因此，简化表示基于感应磁场的磁力线时，可以将所述第一超导导体层130a、所述第二超导导体层130b以及所述超导屏蔽层180的边界区域、超导导体层以及超导屏蔽层内外部区域的主要磁场分别表示为B1、B2、B3。

[0103] 由于由磁性体构成的金属基板层，各个磁场B1、B2、B3会受其磁力线的轨迹的影响，因此应该妥善确定基于磁场的磁力线的轨迹和构成各个超导导体层或超导屏蔽层的超导线材的金属基板层的方向。

[0104] 例如，如果构成图3所示的实施例的超导体导体中最外部导体层即第二超导导体层130b的超导线材的金属基板层130b-1以及超导层130b-2的方向相反，即构成第二超导导体层130b的超导线材的金属基板层130b-1朝向超导电缆的半径方向，超导层130b-2朝向中心方向，则因第二超导导体层130b而形成并围绕第二超导导体层130b的磁场B2因相邻的金属基板层130b-1的铁磁性而扭曲或抵消，从而引发磁场的大小变化，反过来，磁场的扭曲或抵消还有可能引起传输的交流电流的损失。

[0105] 通过特定超导导体层形成的磁场中，大小有意义的主要磁场在构成相应超导导体层的超导线材的金属基板层以及超导层中与超导层相邻的边界区域沿着圆周方向形成，在相反一侧隔着金属基板层形成的磁场可以视为被金属基板层的铁磁性或由与相应超导导体层相邻的超导导体层形成的磁场抵消或干涉。

[0106] 磁场的磁力线的变化最终降低超导导体层自身的临界电流或允许电流，成为交流损失的原因，进而在流通临界电流以上的电流时有可能成为各种故障或事故的原因。

[0107] 假如，超导导体层为3个以上时，介于中间的超导导体层在倒转方向时也不得不在某种程度上受到由相邻层叠的多个超导导体层产生的磁场的影响。但是可以预料，即使以层叠多层的方式构成超导导体层，当沿着与图3相反的方向配置位于最外部的超导导体层，使超导层朝向超导电缆的中心方向时，前述的交流损失问题最为严重。

[0108] 因此，为了使交流损失最小化，优选，沿着超导电缆的中心方向配置构成所述超导导体层中最外部超导导体层的超导线材的金属基板层，并且沿着超导电缆的半径方向配置超导层。

[0109] 与流经超导导体层的电流对应地产生相反方向感应电流的超导屏蔽层180应该使向其外部方向暴露的磁场的大小最小化。因此，如图3所示，超导屏蔽层180的金属基板层180-1可以沿着半径方向配置于外侧，从而使向超导屏蔽层外部方向暴露的磁场大小最小化。

[0110] 如从图3所示的实施例可知，以使基于各个超导导体层的磁场围绕各个导体层的方式形成超导导体层，并且由流经超导屏蔽层的感应电流引起的磁场可以在超导屏蔽层内侧形成为圆形。

[0111] 因此，超导屏蔽层180与超导导体层的情形相反，只有构成超导屏蔽层180的超导线材的金属基板层180-1并非沿着超导电缆的中心方向而是沿着半径方向配置时，才能使向外部暴露的磁场的大小以及交流损失都最小化。

[0112] 综上，当超导导体层以及超导屏蔽层分别由多层构成时，优选，使构成所述超导导体层中最外部超导导体层以及所述超导屏蔽层中最内部超导屏蔽层的超导线材的金属基板层以及超导层的方向相反，具体如图3所示，优选，构成所述超导导体层中最外部超导导体层的超导线材的金属基板层沿着超导电缆的中心方向配置，超导层沿着超导电缆的半径方向配置，并且构成超导屏蔽层的超导线材的金属基板层沿着超导电缆的半径方向配置，超导层沿着超导电缆的中心方向配置。

[0113] 图4是本发明涉及的超导电缆的另一实施例的概念图。

[0114] 图4所示的实施例示出了具备两个超导导体层以及一个超导屏蔽层的示例。省略与参照图3进行的说明重复的说明。图4所示的实施例与图3所示的实施例在超导导体层为多层这一点上一致，但是区别在于，超导导体层的数量为四个，以便提高输电容量。

[0115] 另外，随着超导导体层的增加，超导屏蔽层的数量也增加至两个。

[0116] 通过前述的内容也可知，当构成两个超导屏蔽层180a、180b中最内部的第一超导屏蔽层180a的超导线材的金属基板层180a-1和超导层180a-2的位置变化时，通过第一超导屏蔽层180a形成的磁场因构成第一超导屏蔽层180a的超导线材的金属基板层180a-1而受到影响，水平方向磁场中的一部分的垂直方向成分被加强，因而有可能与超导导体层同样增加与感应电流有关的交流损失，从而降低屏蔽能力。

[0117] 因此，当超导导体层以及超导屏蔽层均由多层构成时，如果将构成最外部超导导体层的超导线材的金属基板层配置成朝向超导电缆的中心方向，并且将超导屏蔽层配置成，使构成最内部超导屏蔽层的超导线材的超导层朝向超导电缆的中心方向即朝向内侧，则最外部超导导体层以及最内部超导屏蔽层能够使基于磁场的交流损失最小化。

[0118] 另外，通过实验也得以确认，当使多层的超导导体层以及多层的超导屏蔽层各自的金属基板层以及超导层的方向与最外部超导导体层以及最内部超导屏蔽层对应时，能够使交流损失最小化。

[0119] 因此，优选，以分别朝向相同方向的方式层叠多层的超导导体层130以及多层的超导屏蔽层180。

[0120] 作为结论，使构成所述超导导体层中最外部超导导体层以及所述超导屏蔽层中最内部超导屏蔽层的超导线材的金属基板层以及超导层的方向相反，更详细地，构成超导导体层的超导线材的金属基板层沿着超导电缆的中心方向配置，超导线材的超导层沿着超导电缆的半径方向配置，如图4所示，如果超导导体层以及超导屏蔽层由多层构成，则构成多层的超导导体层的超导线材的金属基板层全部沿着超导电缆的中心方向配置，超导层沿着超导电缆的半径方向配置，并且构成多层超导屏蔽层的超导线材的超导层全部沿着超导电缆的中心方向配置，金属基板层全部沿着超导电缆的半径方向配置，这是使交流损失最小化的条件。

[0121] 图5示出了本发明涉及的超导电缆的另一实施例，图6示出了图5所示的超导电缆沿水平方向设置的状态的剖视图。省略与参照图1至图4进行的说明重复的说明。图5以及图6所示的实施例示出了超导电缆中的芯部100的数量为三个的三相超导电缆。

[0122] 另外，图5以及图6所示的实施例与图1以及图2所示的实施例不同，是各个芯部分别具备四个超导导体层并且分别具备两个屏蔽层，可适用图4所示的说明的示例。

[0123] 因此，在图5以及图6所示的实施例中，当超导导体层以及超导屏蔽层全部由多层构成时，如果正如参照图4所说明的，将超导导体层130配置成，使最外部超导导体层130d的金属基板层朝向超导电缆的中心方向，并且将超导屏蔽层配置成，使构成最内部超导屏蔽层的超导线材的超导层朝向超导电缆的半径方向即朝向外侧，从而能够使最外部超导导体层以及最内部超导屏蔽层基于磁场的交流损失最小化。

[0124] 因此，可以以分别朝向相同方向的方式层叠多层的超导导体层130以及多层的超导屏蔽层180。

[0125] 三相超导电缆的结构可以不是各个芯部100各自具备冷却部200，而是在三个芯部100的外侧共享冷却部200，并且可以是在所述冷却部200的外侧还共享真空部500的结构。

[0126] 虽然本说明书中参照本发明的优选实施例进行了说明，但是该技术领域的普通技术人员可以在不超出权利要求书所记载的本发明的思想以及领域的范围内对本发明实施各种修改以及变更。因此，当变形的实施方式基本上包括本发明的权利保护范围的构成要素时，应视为均包含在本发明的技术范畴之内。