Сверхпроводящий кабель

Сверхпроводящий кабель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к сверхпроводящему кабелю, имеющему сверхпроводящий проводник, изготовленный из сверхпроводящего материала, а также к способу управления температурой хладагента, используемого для сверхпроводящего кабеля. Настоящее изобретение, в частности, относится к сверхпроводящему кабелю, который не только обеспечивает охлаждение сверхпроводящего проводника с высокой эффективностью, но также имеет достаточную эффективность изоляции.

Уровень техники

В качестве традиционного сверхпроводящего кабеля известен кабель, который имеет структуру, в которой кабельная жила, имеющая сверхпроводящий проводник, помещена в теплоизоляционную трубку. Примеры вышеупомянутого сверхпроводящего кабеля включают в себя (a) одножильный кабель, который содержит одну кабельную жилу в теплоизоляционной трубке и (b) трехжильный витой кабель, который сформирован посредством скрутки трех кабельных жил вместе и посредством помещения скрученного объекта в трубку. Фиг.5 - это поперечный разрез трехжильного витого сверхпроводящего кабеля для использования с трехфазным переменным током. Сверхпроводящий кабель 100 имеет структуру, в которой три кабельных жилы 102 скручены вместе и помещены в теплоизоляционную трубку 101. Теплоизоляционная трубка 101 имеет структуру двойной трубки, состоящей из внешней трубки 101a и внутренней трубки 101b, между которыми помещен теплоизоляционный материал (не показан). В промежутке между трубками 101a и 101b имеется разрежение вакуума. Каждая из кабельных жил 102 содержит, начиная от центра и в следующем порядке, основу 200, сверхпроводящий проводник 201, электроизоляционный слой 202, сверхпроводящий экранирующий слой 203 и защитный слой 204. Промежуток 103, закрытый посредством внутренней трубки 101b и кабельных жил 102, формирует канал хладагента. Антикоррозионное покрытие 104 предусмотрено на внешней окружности теплоизоляционной трубки 101.

Сверхпроводящий проводник 201 и сверхпроводящий изоляционный слой 203 кабельной жилы 102 охлаждаются посредством хладагента, циркулирующего в промежутке 103, так чтобы поддерживалось сверхпроводящее состояние. В качестве такого хладагента общеизвестен жидкий азот. Патентный документ 1 описывает сверхпроводящий кабель, который (a) использует полную основу, (b) использует жидкий воздух в качестве хладагента, который должен циркулировать внутри основы, и (c) и использует жидкий азот в качестве хладагента, который должен циркулировать в теплоизоляционной трубке.

Патентный документ 1. Опубликованная патентная заявка (Япония) Tokukai 2001-202837.

Сущность изобретения

Жидкий азот имеет не только способность к охлаждению, но также и высокую эффективность электроизоляции. Следовательно, использование жидкого азота в качестве хладагента позволяет выполнять функции охлаждения и электрической изоляции. Помимо того, когда жидкий азот используется в качестве хладагента, достаточный ток экранирования также протекает в сверхпроводящем экранирующем слое, поэтому проблема электромагнитной интерференции (EMI) может быть устранена. Следовательно, традиционный сверхпроводящий кабель обычно использует жидкий азот, чтобы выполнять функции охлаждения и электрической изоляции сверхпроводящего проводника и устранять проблему EMI.

В сверхпроводящем кабеле по мере того, как поддерживающая температура сверхпроводящего проводника снижается, критический ток возрастает, тем самым сохраняя оптимальное сверхпроводящее состояние. Следовательно, в случае, когда два кабеля используют одинаковое количество сверхпроводящего материала для формирования сверхпроводящего проводника, кабель, имеющий хладагент, температура которого для охлаждения сверхпроводящего проводника ниже, чем температура другого кабеля, имеет больший критический ток и, как следствие, может передавать большую энергию. Альтернативно, в случае, когда два кабеля передают одинаковую величину электрической энергии, кабель, имеющий хладагент, температура которого для охлаждения сверхпроводящего проводника ниже, чем температура другого кабеля, может быть изготовлен посредством использования меньшего количества сверхпроводящего материала для формирования сверхпроводящего проводника и, следовательно, может использовать сверхпроводящий проводник, имеющий меньший диаметр. Он также может быть изготовлен посредством использования меньшего количества сверхпроводящего материала для формирования сверхпроводящего экранирующего слоя. Следовательно, понижение температуры хладагента обеспечивает возможность увеличения мощности передачи и снижения необходимого количества сверхпроводящего материала. Тем не менее, в традиционном сверхпроводящем кабеле, использующем жидкий азот в качестве хладагента, когда планируется понижать температуру жидкого азота с тем, чтобы мощность передачи могла быть увеличена, и диаметр сверхпроводящего проводника мог быть снижен, необходимо использовать охлаждающее устройство, имеющее высокую способность к охлаждению, чтобы дополнительно понижать температуру жидкого азота. Эта заданная система имеет низкую эффективность использования энергии. Более того, когда жидкий азот используется в качестве хладагента, достигаемая низкая температура имеет ограничение.

С другой стороны, сверхпроводящий кабель, описанный в Патентном документе 1, имеет структуру, в которой жидкий воздух используется в качестве хладагента, который должен циркулировать внутри основы. Эта структура позволяет охлаждать сверхпроводящий проводник до более низкой температуры, чем температура, достигаемая при использовании жидкого азота в качестве хладагента. Тем не менее, не проводилось исследований по хладагентам, отличным от жидкого воздуха, в качестве хладагента для охлаждения сверхпроводящего проводника. Помимо этого, Патентный документ 1 изучает методику только для полой основы и не изучает методику для сплошной основы.

В свете вышеуказанных ограничений основная цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить сверхпроводящий кабель, который в достаточной степени позволяет выполнять охлаждение сверхпроводящего проводника и обеспечивать электрическую изоляцию, при увеличении мощности передачи и снижении требуемого количества сверхпроводящего материала. Другая цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить сверхпроводящий кабель, который позволяет в достаточной степени выполнять охлаждение сверхпроводящего проводника и электрическую изоляцию, даже в кабеле со сплошной основой. Еще одна цель заключается в том, чтобы предоставить способ контроля температуры хладагента, используемого в сверхпроводящем кабеле.

Настоящее изобретение достигает вышеуказанной цели посредством отдельного предоставления хладагента для охлаждения сверхпроводящего проводника и хладагента для обеспечения электрической изоляции сверхпроводящего проводника, а не путем использования одного типа хладагента для выполнения и охлаждения сверхпроводящего проводника и обеспечения его электрической изоляции. Более конкретно, сверхпроводящий кабель по настоящему изобретению имеет структуру, в которой элемент, имеющий низкую теплопроводность, помещается между сверхпроводящим проводником и электроизоляционным слоем, с тем чтобы хладагент для охлаждения проводника и хладагент для электрической изоляции могли быть разделены посредством этого элемента. Следовательно, два хладагента по отдельности подаются внутри и за пределами элемента. Другими словами, настоящее изобретение предоставляет сверхпроводящий кабель, оснащенный теплоизоляционной трубкой, которая содержит кабельную жилу. В кабеле кабельная жила оснащена:

(a) сверхпроводящим проводником, изготовленным из сверхпроводящего материала;

(b) трубкой с низкой теплопроводностью, помещенной снаружи от внешней окружности сверхпроводящего проводника;

(c) электроизоляционным слоем, помещенным на внутреннюю окружность трубки с низкой теплопроводностью; и

(d) внешним сверхпроводящим слоем, который помещен на внешнюю окружность электроизоляционного слоя и который изготовлен из сверхпроводящего материала.

Хладагент, используемый в проводнике, для охлаждения сверхпроводящего проводника, чтобы позволить ему достичь сверхпроводящего состояния, циркулирует в трубке с низкой теплопроводностью. Теплоизоляционная трубка заполнена хладагентом, используемым для изоляции, т.е. для обеспечения электрической изоляции сверхпроводящего проводника. В частности, желательно, чтобы хладагент, используемый в проводнике, имел температуру ниже, чем температура хладагента, используемого для изоляции. Настоящее изобретение подробнее поясняется ниже.

Сверхпроводящий кабель по настоящему изобретению снабжен кабельной жилой, помещенной в теплоизоляционную трубку. Кабельная жила имеет сверхпроводящий проводник, трубку с низкой теплопроводностью, электроизоляционный слой и внешний сверхпроводящий слой. Кабельная жила содержится в теплоизоляционной трубке, так чтобы обеспечивался промежуток между поверхностью внешней окружности жилы и поверхностью внутренней окружности теплоизоляционной трубки. Кабельная жила, которая должна содержаться в теплоизоляционной трубке, может быть либо одной жилой (одножильной) либо множеством жил (многожильной). Более конкретно, например, в случае, если сверхпроводящий кабель по настоящему изобретению используется для передачи трехфазного переменного тока, рекомендуется скручивать вместе три жилы, с тем чтобы помещать в теплоизоляционную трубку. Когда он используется для передачи однофазного переменного тока, в теплоизоляционную трубку рекомендуется помещать одну жилу. Когда сверхпроводящий кабель по настоящему изобретению используется для передачи постоянного тока с помощью системы униполярной передачи, рекомендуется помещать одну жилу в теплоизоляционную трубку. Когда он используется для передачи постоянного тока с помощью системы биполярной передачи, рекомендуется скручивать вместе две или три жилы для их помещения в теплоизоляционную трубку. Как описано выше, сверхпроводящий кабель по настоящему изобретению может быть использован для передачи постоянного тока и переменного тока.

Сверхпроводящий проводник, предусмотренный в кабельной жиле, сформирован посредством использования сверхпроводящего материала. Типы сверхпроводящего материала включают в себя, например, материал на основе оксида висмута, более конкретно, материал из оксида, содержащего Bi-2223. Сверхпроводящий проводник может быть сформирован, например, в форме слоя посредством спиральной намотки на основу материала в форме ленты, имеющего структуру, в которой множество нитей, изготовленных из вышеописанного оксидного сверхпроводящего материала, помещены в матрицу, например в оболочку из серебра. Намотанный слой может быть либо выполнен в виде одного слоя, либо нескольких слоев. Когда используется многослойная структура, изоляционный слой может быть предусмотрен между сверхпроводящими слоями. Изоляционный слой между сверхпроводящими слоями может быть сформирован, например, посредством спиралевидной намотки изоляционной бумаги, такой как крафт-бумага, или полусинтетической изоляционной бумаги, такой как PPLP (зарегистрированный товарный знак, производится компанией Sumitomo Electric Industries, Ltd.) (PPLP - это сокращение от полипропиленовой многослойной бумаги). Основа выступает в качестве элемента для поддержания формы сверхпроводящего проводника. Основа может быть либо сплошным корпусом, либо полым корпусом, сформированным посредством использования металлического материала, такого как медь или алюминий. В качестве основы, сформированной в виде полого корпуса, может быть использована, например, спиральная стальная лента или металлическая трубка. Металлической трубкой может быть либо гладкая трубка, имеющая гладкую поверхность, либо гофрированная трубка, имеющая чередующиеся гребни и пазы на поверхности. Когда гофрированная трубка используется в качестве основы, она имеет желательное свойство, например, отличную гибкость. Когда используется полая основа, нижеописанный хладагент, используемый в проводнике, заполняет, по меньшей мере, внутреннюю часть основы, чтобы охлаждать сверхпроводящий проводник. У сплошной основы может быть структура, в которой скручены, например, множество металлических проводов, таких как медные провода. В качестве металлических проводов, таких как медные провода, могут быть использованы провода, каждый из которых имеет изоляционное покрытие. Когда используется основа, имеющая шероховатость поверхности, такая как гофрированная трубка или структура из скрученных металлических проводов, может быть трудно спиралевидно намотать провода, изготовленные из сверхпроводящего материала. Более того, поскольку сверхпроводящие провода и каркас изготовлены из металла, когда два элемента входят в непосредственный контакт, может быть вызвано повреждение сверхпроводящих проводов и другие проблемы. Чтобы избежать подобных проблем, амортизирующий слой для получения гладкой поверхности может быть предусмотрен посредством спиралевидного наложения крафт-бумаги или копировальной бумаги на поверхность каркаса.

Трубка с низкой теплопроводностью помещается на внешней стороне внешней окружности вышеописанного сверхпроводящего проводника, чтобы дать возможность хладагенту, используемому в проводнике (который описан ниже) для охлаждения сверхпроводящего проводника, циркулировать по внутренней части трубки с низкой теплопроводностью. Промежуток снаружи трубки с низкой теплопроводностью (т.е. внутри теплоизоляционной трубки (которая описана ниже)) заполняется хладагентом, используемым в изоляции, (который описан ниже) для обеспечения электрической изоляции сверхпроводящего проводника. Другими словами, трубки с низкой теплопроводностью выступает в качестве элемента для отделения хладагента, используемого в проводнике, от хладагента, используемого в изоляции. Трубка с низкой теплопроводностью не допускает смешивание друг с другом обоих хладагентов посредством прохождения через промежуток (в котором, как подразумевается, должна быть помещена) изнутри наружу, и наоборот. Трубка с низкой теплопроводностью может быть предусмотрена непосредственно на сверхпроводящем проводнике с тем, чтобы соприкасаться со сверхпроводящим проводником. Альтернативно, трубка с низкой теплопроводностью, имеющая внутренний диаметр больше внутреннего диаметра сверхпроводящего проводника, также может быть использована. В этом случае сверхпроводящий проводник вставляется в трубку таким образом, что формируется зазор между поверхностью внутренней окружности трубки и поверхностью внешней окружности сверхпроводящего проводника. Когда трубка с низкой теплопроводностью сформирована непосредственно на сверхпроводящем проводнике, основа изготовлена с полым корпусом. Основа заполняется нижеописанным хладагентом, используемым в проводнике для охлаждения сверхпроводящего проводника. В этом случае структура такова, что хотя хладагент, используемый в проводнике, циркулирует внутри трубки с низкой теплопроводностью, сама трубка не контактирует с хладагентом, используемым в проводнике. С другой стороны, в случае, когда трубка с низкой теплопроводностью сформирована таким образом, что предусмотрен зазор между ней и сверхпроводящим проводником, как описано выше, основа может иметь либо сплошной корпус, либо полый корпус. В случае сплошного корпуса зазор заполняется хладагентом, используемым в проводнике. Другими словами, трубка с низкой теплопроводностью заполняется хладагентом, используемым в проводнике. В этом случае структура такова, что трубка с низкой теплопроводностью контактирует с хладагентом, используемым в проводнике. В случае полого корпуса хладагент, используемый в проводнике, может заполнять либо (a) и основу, и зазор между трубкой с низкой теплопроводностью и сверхпроводящим проводником, либо (b) только основу. Во втором случае вышеописанный зазор может поддерживаться в вакуумированном состоянии с низкой степенью вакуума, так чтобы тепло снаружи трубки с низкой теплопроводностью могло передаваться в хладагент, используемый в проводнике, в каркасе до определенной степени, чтобы охлаждать хладагент, используемый в изоляции. Альтернативно, зазор может заполняться жидкостью, которая отличается от хладагента, используемого в проводнике, и которая охлаждена до степени, сравнимой с хладагентом, используемым в проводнике.

Вышеописанная трубка с низкой теплопроводностью задается, чтобы иметь низкую теплопроводную способность. Хотя задано, что трубка имеет низкую теплопроводную способность, она также должна иметь такую теплоизоляционную эффективность, чтобы эта эффективность была меньше, чем эффективность теплоизоляционной трубки, которая содержит кабельную жилу. Если трубка с низкой теплопроводностью имеет чрезмерно высокую теплопроводную способность, т.е. если она чрезмерно передает тепло, хладагент, используемый в проводнике, циркулирующий в ней, имеет температуру ниже температуры хладагента, используемого в изоляции, хладагент, используемый в изоляции, находящийся снаружи теплопроводной трубки, охлаждается посредством хладагента, используемого в проводнике. В этом случае хладагент, используемый в изоляции, может затвердевать. Когда он чрезмерно затвердевает, циркуляция хладагента, используемого в изоляции, может измениться нежелательным образом. Напротив, в случае, когда жидкость, имеющая температуру ниже температуры хладагента, используемого в изоляции, используется в качестве хладагента, используемого в проводнике, хладагент, используемый в проводнике, может нагреваться хладагентом, используемым в изоляции, до превращения в газ. Превращение в газ может чрезмерно увеличивать объем хладагента, используемого в проводнике, что нежелательно. Следовательно, теплопроводная способность трубки с низкой теплопроводностью задается таким образом, чтобы быть высокой до такой степени, чтобы теплопроводная способность не создавала проблем в работе кабеля, посредством недопущения чрезмерного превращения в газ хладагента, используемого в проводнике, или чрезмерного затвердевания хладагента, используемого в изоляции. Кабель по настоящему изобретению оснащен трубкой с низкой теплопроводностью, имеющей вышеуказанную теплопроводную способность. Как следствие, в кабеле может образовываться температурный градиент, при котором температура относительно постепенно повышается от внутренней части теплопроводной трубки к внешней части трубки в зоне между внутренней и внешней частью трубки. Следовательно, потери тепла в хладагенте, используемом в изоляции, могут быть компенсированы посредством хладагента, используемого в проводнике. Другими словами, даже когда температура хладагента, используемого в изоляции, возрастает вследствие проникающего тепла, увеличение температуры хладагента, используемого в изоляции, может быть снижено посредством охлаждения хладагентом, используемым в проводнике.

Эта трубка с низкой теплопроводностью может быть подготовлена, например, посредством использования теплоизоляционной структурированной трубки, имеющей сниженную теплоизоляционную эффективность, или посредством образования формы трубки с помощью материала, имеющего низкую теплопроводность. Чтобы понизить теплоизоляционную эффективность, например, сначала трубка с низкой теплопроводностью может быть сформирована с помощью структуры с двумя трубками, имеющей внешнюю трубку и внутреннюю трубку. Затем любой из следующих способов может быть использован для того, чтобы обработать промежуток между двумя трубками, например:

(a) разрежение промежутка с помощью меньшего количества теплоизоляционного материала, помещенного в промежуток,

(b) разрежение промежутка вообще без использования теплоизоляционного материала, и

(c) разрежение промежутка с низкой степенью вакуума вообще без использования теплоизоляционного материала.

Типы материала, имеющие низкую теплопроводность, включают в себя смолу, которая известна своей теплопроводностью, которая ниже теплопроводности металла (металл, в общем, характеризуется высокой теплопроводностью). Конкретные типы смолы включают в себя фторсодержащую смолу, например, Teflon (зарегистрированный товарный знак) и пластик, усиленный волокнами (FRP). Вышеописанный материал может быть обработан, чтобы образовать форму полой трубки (трубы), с тем чтобы сверхпроводящий проводник, сформированный на основе, вставлялся в нее. Альтернативно, вышеупомянутый смоляной материал может выдавливаться непосредственно на сверхпроводящий проводник, чтобы покрывать его, так чтобы формировалась трубка с низкой теплопроводностью. Помимо этого, трубка с низкой теплопроводностью может иметь структуру, в которой объединены металлическая трубка и смоляная трубка.

Электроизоляционный слой предусмотрен на трубке с низкой теплопроводностью. Электроизоляционный слой может быть сформирован, например, посредством спиралевидного наложения полусинтетической изоляционной бумаги, такой как PPLP (зарегистрированный товарный знак), или изоляционной бумаги, такой как крафт-бумага, непосредственно на трубку с низкой теплопроводностью. Желательно предоставить часть электрода, через который может быть дан потенциал проводника, на трубку с низкой теплопроводностью. Когда часть электрода предусмотрена, электроизоляционный слой предоставляется на части электрода. Часть электрода может быть сформирована, например, с помощью проводящего материала, такого как медь. Полупроводящий слой может быть сформирован на внутренней окружности, внешней окружности либо на обеих окружностях электроизоляционного слоя. Более конкретно, он может быть сформирован между трубкой с низкой теплопроводностью (или частью электрода) и электроизоляционным слоем, между электроизоляционным слоем и внешним сверхпроводящим слоем (который описан ниже) или между и тем, и другим. Когда сформирован внутренний полупроводящий слой, который является первым, или полупроводящий слой, который является вторым, трубка с низкой теплопроводностью или внешний сверхпроводящий слой в большей степени контактируют с электроизоляционным слоем. Как результат может подавляться износ, сопровождающий генерирование частичного разряда и т.п. Полупроводящий слой может быть сформирован, например, посредством использования копировальной бумаги.

Когда сверхпроводящий кабель по настоящему изобретению используется для передачи постоянного тока, вышеописанный электроизоляционный слой может быть структурирован с постепенным изменением ρ (удельного сопротивления), чтобы сглаживать радиальное распределение (в отношении толщины) электрического поля постоянного тока. Постепенное изменение ρ выполняется таким образом, чтобы по мере того, как радиальная позиция перемещается в направлении самой внутренней, дальней части электроизоляционного слоя, удельное сопротивление снижалось, и по мере того, как радиальная позиция перемещается в направлении крайней части, удельное сопротивление повышалось. Осуществление постепенного изменения ρ пошагово меняет удельное сопротивление электроизоляционного слоя по толщине. Постепенное изменение с позволяет сглаживать распределение в отношении толщины электрического поля постоянного тока по всему электроизоляционному слою. Как результат, толщина электроизоляционного слоя может быть уменьшена. Число слоев, каждый из которых имеет различное удельное сопротивление, не ограничено специальным образом. Тем не менее, на практике используется два или три слоя, или около того. В частности, когда толщина отдельных слоев выровнена, сглаживание распределения электрического поля постоянного тока может выполняться более эффективно.

Чтобы выполнять постепенное изменение ρ, рекомендуется использовать изоляционные материалы, имеющие различные удельные сопротивления (с). Например, когда используется изоляционная бумага, такая как крафт-бумага, удельное сопротивление может варьироваться, к примеру, посредством варьирования плотности крафт-бумаги или посредством добавления дициандиамида в крафт-бумагу. Когда используется композитная бумага, такая как PPLP (зарегистрированный товарный знак), составленная из изоляционной бумаги и пленки из пластмассы, удельное сопротивление может изменяться посредством либо варьирования отношения k толщины tp пленки из пластмассы к общей толщине T композитной бумаги (отношение k выражается как (tp/T)×100), либо посредством варьирования плотности, качества, связующих и т.п. у изоляционной бумаги. Желательно, чтобы значение отношения k находилось в диапазоне от 40% до 90% и т.п. Обычно по мере того, как отношение k увеличивается, удельное сопротивление ρ возрастает.

Помимо этого, когда электроизоляционный слой имеет, рядом со слоем сверхпроводящего проводника, слой с высокой ε (диэлектрической постоянной), который имеет диэлектрическую постоянную выше диэлектрической постоянной другой части, может быть улучшено не только свойство выдерживания постоянного напряжения, но также может быть улучшено свойство выдерживания импульсного напряжения. Значения диэлектрической постоянной ε (при 20°C) обобщены ниже:

(a) обычная крафт-бумага: 3,2-4,5 или около этого;

(b) композитная бумага с отношением k в 40%: 2,8 или около этого;

(c) композитная бумага с отношением k в 60%: 2,6 или около этого;

(d) композитная бумага с отношением k в 80%: 2,4 или около этого.

В частности, желательно формировать электроизоляционный слой посредством использования композитной бумаги, которая имеет высокое отношение k и содержит крафт-бумагу, имеющую достаточно высокую воздухонепроницаемость, поскольку эта структура является оптимальной для выдерживаемого постоянного и импульсного напряжения.

Помимо вышеописанного постепенного изменения ρ, предусмотрено, что когда электроизоляционный слой структурирован таким образом, чтобы по мере того как его радиальная позиция перемещается в направлении самой внутренней дальней части, диэлектрическая постоянная ε возрастала, а по мере того как его радиальная позиция перемещается в направлении крайней части, диэлектрическая постоянная ε снижалась, кабель также становится подходящим для передачи переменного тока. Это постепенное изменение ε также обеспечено радиально по всему электроизоляционному слою. Как описано выше, посредством выполнения постепенного изменения ρ сверхпроводящий кабель по настоящему изобретению становится кабелем, имеющим отличное свойство передачи постоянного тока, делая его подходящим для передачи постоянного тока. С другой стороны, в настоящее время большинство линий передачи выполнены как системы переменного тока. В свете будущего перехода систем передачи от переменного тока к постоянному току, можно считать, что до перехода к передаче постоянного тока существует случай, когда передача переменного тока выполняется посредством кратковременного использования кабеля по настоящему изобретению. Например, имеется случай, при котором, хотя часть кабеля в линии передачи заменена на сверхпроводящий кабель по настоящему изобретению, оставшаяся часть по-прежнему состоит из кабеля для передачи переменного тока. Возможен другой случай, при котором, хотя кабель передачи переменного тока в линии передачи заменен на сверхпроводящий кабель по настоящему изобретению, устройства передачи электроэнергии, соединенные с кабелем, по-прежнему остаются для использования при переменном токе. В этом случае, сначала кратковременно выполняется передача переменного тока с помощью кабеля по настоящему изобретению, а затем осуществляется переход к передаче постоянного тока. Следовательно, желательно, чтобы кабель по настоящему изобретению не только имел отличное свойство передачи постоянного тока, но также был разработан с учетом передачи переменного тока. Когда свойство передачи переменного тока также рассматривается, кабель, имеющий отличное свойство в отношении импульсного напряжения, такого как выброс напряжения, может быть реализован посредством использования электроизоляционного слоя, который повышает его диэлектрическую постоянную ε по мере того, как радиальная позиция перемещается в направлении самой внутренней дальней части, и понижает его диэлектрическую постоянную ε по мере того, как радиальная позиция перемещается в направлении крайней части. Позднее, когда вышеуказанный переходный период завершается, чтобы начать передачу постоянного тока, кабель настоящего изобретения, используемый в переходном периоде, может быть использован как кабель постоянного тока без какой-либо модификации. Другими словами, кабель по настоящему изобретению, структурированный не только посредством постепенного изменения ρ, но также и посредством постепенного изменения ε, может быть надлежащим образом использован не только для передачи постоянного тока и передачи переменного тока отдельно, но также в качестве кабеля переменного и постоянного тока.

Обычно вышеописанный PPLP (зарегистрированный товарный знак) имеет такое свойство, что когда отношение k повышается, удельное сопротивление ρ повышается, а диэлектрическая постоянная ε понижается. Как следствие, когда электроизоляционный слой структурирован таким образом, что по мере того, как радиальная позиция перемещается в направлении крайней части, используется PPLP (зарегистрированный товарный знак), имеющий более высокое отношение k, электроизоляционный слой может иметь такое свойство, что по мере того, как радиальная позиция перемещается в направлении крайней части, удельное сопротивление ρ повышается и диэлектрическая постоянная ε понижается.

С другой стороны, крафт-бумага, в общем, имеет такое свойство, что когда ее воздухонепроницаемость повышается, удельное сопротивление ρ повышается и диэлектрическая постоянная ε также повышается. Следовательно, когда используется только крафт-бумага, трудно структурировать электроизоляционный слой таким образом, что по мере того, как радиальная позиция перемещается в направлении крайней части, удельное сопротивление ρ повышается и параллельно диэлектрическая постоянная ε снижается. Следовательно, когда используется крафт-бумага, желательно, чтобы электроизоляционный слой был структурирован посредством комбинирования с композитной бумагой. Например, рекомендуется, чтобы слой крафт-бумаги был сформирован в самой внутренней дальней части электроизоляционного слоя, а слой PPLP был сформирован на внешней стороне слой крафт-бумаги. В этом случае слой PPLP имеет удельное сопротивление ρ более высокое, чем удельное сопротивление слоя крафт-бумаги, и в то же время слой PPLP имел диэлектрическую постоянную ε ниже диэлектрической постоянной слоя крафт-бумаги.

Внешний сверхпроводящий слой предусмотрен на вышеописанном электроизоляционном слое (или внешнем полупроводящем слое). Внешний сверхпроводящий слой выступает в качестве экранирующего слоя, который дает возможность току (току экранирования), имеющему практически такой же модуль, что и модуль тока, протекающего в сверхпроводящем проводнике, протекать в противоположном направлении, чтобы не допустить электромагнитную интерференцию. Магнитное поле, генерируемое посредством тока, протекающего во внешнем сверхпроводящем слое, уравновешивает магнитное поле, генерируемое посредством тока, протекающего в сверхпроводящем проводнике, так что электромагнитные помехи могли быть устранены. Когда сверхпроводящий кабель по настоящему изобретению используется для передачи постоянного тока, внешний сверхпроводящий слой может быть использован в качестве обратного проводника (в случае однополярной передачи) или в качестве слой нейтральной линии (в случае биполярной передачи). В частности, в случае, когда выполняется биполярная передача, когда возникает дисбаланс между положительным и отрицательным полюсами, внешний сверхпроводящий слой может быть использован для того, чтобы распространять несбалансированный ток. Помимо этого, когда биполярная передача переключается на однополярную передачу вследствие ненормального состояния в одном полюсе, внешний сверхпроводящий слой может быть использован в качестве обратного проводника, через который протекает ток, который сравним с током передачи, протекающим в сверхпроводящем проводнике. Вышеописанный внешний сверхпроводящий слой сформирован из сверхпроводящего материала. Внешний сверхпроводящий слой может быть сформирован посредством использования сверхпроводящего материала, аналогичного материалу, используемому для сверхпроводящего проводника, и посредством спиралевидной намотки сверхпроводящих проводов, как в случае сверхпроводящего проводника. Защитный слой, совмещающий функцию электрической изоляции, может быть предусмотрен на внешнем сверхпроводящем слое. Защитный слой может быть сформирован, например, посредством спиралевидного наложения крафт-бумаги или другого материала непосредственно на другой сверхпроводящий слой.

Кабельная жила, имеющая вышеописанную структуру, содержится в теплоизоляционной трубке. Промежуток, сформированный в теплоизоляционной трубке, т.е. промежуток, охватываемый поверхностью внешней окружности жилы и поверхностью внутренней окружности трубки, заполнен описанным ниже хладагентом, используемым для изоляции. Хладагент, используемый для изоляции, заполнивший теплоизоляционную трубку, окружает защитный слой, внешний сверхпроводящий слой и электроизоляционный слой в перечисленном порядке. Таким образом, хладагент, используемый для изоляции, охлаждая внешний сверхпроводящий слой, чтобы поддерживать его сверхпроводящее состояние, обеспечивает электрическую изоляцию сверхпроводящего проводника вместе с электроизоляционным слоем. Следовательно, сверхпроводящий кабель по настоящему изобретению достигает достаточной электрической изоляции посредством использования электроизоляционного слоя и хладагента, используемого для изоляции. Помимо этого, когда кабель по настоящему изобретению используется для передачи переменного тока, внешний сверхпроводящий слой в достаточной степени распространяет ток экранирования, индуцированный посредством тока, протекающего в сверхпроводящем проводнике, с тем чтобы электромагнитные помехи могли быть снижены или устранены. Более того, когда кабель по настоящему изобретению используется для однополярной передачи при передаче постоянного тока, внешний сверхпроводящий слой может быть использован в качестве обратного проводника. В этом случае внешний сверхпроводящий слой также может выступать в качестве экрана, чтобы снижать или устранять электромагнитные помехи. В случае, когда кабель по настоящему изобретению используются для биполярной передачи при передаче постоянного тока, когда жила, которая должна быть использована для передачи по положительному полюсу, и жила, которая должна быть использована для передачи по отрицательному полюсу, помещаются рядом друг с другом таким образом, чтобы две жилы содержались в одной теплоизоляционной трубке, магнитные поля, генерируемые посредством двух жил, могли уравновешивать друг друга, с тем чтобы магнитное поле практически не выходило за пределы кабеля.

Вышеописанная теплоизоляционная трубка предназначена для того, чтобы не допускать повышение температуры хладагента, используемого в изоляции, заполняющего трубку, вследствие тепла, проникающего внутрь трубки снаружи. Следовательно, в отличие от вышеупомянутой трубки с низкой теплопроводностью, теплоизоляционная трубка должна иметь структуру с высокой теплоизоляционной эффективностью. Например, теплоизоляционная трубка может иметь вид, в котором структура из двух трубок составлена из внешней трубки и внутренней трубки, и промежуток между двумя трубками не только снабжен теплоизоляционным материалом, но также разрежен с высокой степенью вакуума. Когда использует