Сверхпроводящий кабель и система передачи постоянного тока, содержащая этот сверхпроводящий кабель

Сверхпроводящий кабель и система передачи постоянного тока, содержащая этот сверхпроводящий кабель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к сверхпроводящему кабелю, сформированному посредством скручивания вместе множества кабельных жил, и к системе передачи электроэнергии постоянного тока, содержащей такой сверхпроводящий кабель. Настоящее изобретение, в частности, относится к сверхпроводящему кабелю, который дает возможность простого формирования скрученной структуры.

Уровень техники

В качестве сверхпроводящего кабеля переменного тока общеизвестен трехжильный витой кабель, который сформирован посредством скручивания трех кабельных жил вместе. Фиг.7 - это поперечный разрез трехжильного витого кабеля для использования на трехфазном переменном токе. Сверхпроводящий кабель 100 имеет структуру, в которой три кабельных жилы 102 скучены вместе и помещены в теплоизоляционную трубку 101. Теплоизоляционная трубка 101 имеет структуру двойной трубки, состоящей из внешней трубки 101а и внутренней трубки 101b, между которыми помещен теплоизоляционный материал (не показан). Промежуток между внешней трубкой 101а и внутренней трубкой 101b разрежен до вакуума. Антикоррозионное покрытие 104 предусмотрено на внешней окружной периферии теплоизоляционной трубки 101. Каждая из кабельных жил 102 содержит, от центра в следующем порядке, каркас 200, слой 201 сверхпроводящего проводника, изоляционный слой 202, сверхпроводящий экранирующий слой 203 и защитный слой 204. Пространство 103, ограниченное внутренней трубкой 101b и кабельными жилами 102, образует канал для хладагента, такого как жидкий азот.

Когда выполняется передача переменного тока посредством использования вышеописанного сверхпроводящего кабеля, происходит не только потеря переменного тока вследствие индуктивности, но и ток во время короткого замыкания является большим, так что температура может чрезмерно повышаться вследствие потерь в этот момент. В отличие от передачи переменного тока, передача постоянного тока с помощью сверхпроводящего кабеля не только устраняет потери переменного тока, но также уменьшает ток короткого замыкания. В качестве сверхпроводящего кабеля постоянного тока в патентном источнике 1 предложен сверхпроводящий кабель, сформированный посредством скручивания трех кабельных жил, каждая из которых имеет сверхпроводящий проводник и изоляционный слой. В этом сверхпроводящем кабеле каждая из жил содержит сверхпроводящий проводник, изоляционный слой, предусмотренный на внешней окружной периферии этого проводника, и обратный проводник, который состоит из сверхпроводящих проводов, предусмотренных на внешней окружной периферии изоляционного слоя. Униполярная передача выполняется посредством использования сверхпроводящих проводников в качестве выводящей линии и обратных проводников в качестве обратной линии.

Патентный источник 1: опубликованная заявка на патент Японии Tokukai 2003-249130.

Раскрытие изобретения

Проблемы, решаемые изобретением

В случае сверхпроводящего кабеля, раскрытого в вышеупомянутом патентном источнике 1, применение одного кабеля обеспечивает передачу постоянного тока, такую как униполярная передача и биполярная передача. Поскольку сверхпроводящий кабель имеет структуру, сформированную посредством скручивания множества кабельных жил, кабель может иметь допуск на сжатие, когда кабель охлаждается. Тем не менее, этот кабель имеет кабельные жилы, каждая из которых снабжена сверхпроводящим проводником и обратным проводником, оба из которых изготовлены из сверхпроводящего материала. Как следствие, каждая из жил получается при использовании большого количества сверхпроводящего материала. Это повышает тенденцию к увеличению жесткости жил на изгиб. Как результат, достаточно трудно скрутить вместе три кабельные жилы. Следовательно, необходимо улучшение этого свойства. Помимо этого, в случае сверхпроводящего кабеля переменного тока, показанного на фиг.7, также вследствие того, что кабель имеет кабельные жилы, каждая из которых снабжена сверхпроводящим проводником и сверхпроводящим экранирующим слоем, причем оба они изготовлены из сверхпроводящего материала, достаточно трудно скрутить жилы вместе.

В свете вышеуказанных обстоятельств основная задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить сверхпроводящий кабель, который дает возможность простого формирования скрученной структуры даже в том случае, когда используется множество кабельных жил. Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить сверхпроводящий кабель, подходящий для передачи постоянного тока. Еще одна задача заключается в том, чтобы предложить систему передачи постоянного тока, содержащую вышеописанный сверхпроводящий кабель.

Средства для решения проблем

Настоящее изобретение решает вышеуказанные задачи за счет уменьшения количества сверхпроводящего материала, используемого во всем кабеле.

(Тип, сформированный посредством скручивания вместе кабельных жил, имеющих два различных типа структуры: тип 1)

В качестве средства для того, чтобы уменьшить количество сверхпроводящего материала, используемого во всем кабеле, настоящее изобретение сначала предлагает уменьшить количество сверхпроводящего материала, используемого на кабельную жилу.

Настоящее изобретение предлагает сверхпроводящий кабель, сформированный посредством скручивания вместе множества кабельных жил, каждая из которых имеет сверхпроводящий слой и изоляционный слой. Кабель имеет тот признак, что кабель содержит следующие жилы, имеющие следующие структуры:

(a) первую жилу, имеющую первый сверхпроводящий слой; и

(b) вторую жилу, имеющую второй сверхпроводящий слой, который имеет больший внутренний диаметр, чем внешний диаметр первого сверхпроводящего слоя.

Настоящее изобретение предлагает систему передачи постоянного тока, которая содержит сверхпроводящий кабель типа 1, содержащий вышеописанные первую и вторую жилы. Система передачи описана ниже.

(Униполярная передача)

Первый сверхпроводящий слой, предусмотренный в первой жиле, используется в качестве выводящей линии, а второй сверхпроводящий слой, предусмотренный во второй жиле, используется в качестве обратной линии.

(Биполярная передача)

Предусмотрено множество первых жил. Первый сверхпроводящий слой, предусмотренный в по меньшей мере одной первой жиле, используется для того, чтобы выполнять передачу для одного полюса, либо положительного полюса, либо отрицательного полюса. Первый сверхпроводящий слой, предусмотренный в оставшейся по меньшей мере одной первой жиле, используется для того, чтобы выполнять передачу для другого полюса. Второй сверхпроводящий слой, предусмотренный во второй жиле, используется в качестве нейтральной линии.

Настоящее изобретение также предлагает другой вариант осуществления, отличный от типа варианта осуществления, имеющего вышеупомянутые два различных типа кабельных жил. Новый предлагаемый вариант осуществления имеет структуру, которая сформирована посредством скручивания вместе жилы или жил, каждая из которых имеет сверхпроводящий слой, изготовленный из сверхпроводящего материала, и элемента, не имеющего сверхпроводящего слоя.

(Тип, снабженный трубкой циркуляции хладагента: тип 2)

Настоящее изобретение предлагает еще один сверхпроводящий кабель, сформированный посредством скручивания вместе множества кабельных жил. Кабель имеет тот признак, что этот кабель сформирован посредством скручивания вместе трубки циркуляции хладагента, имеющей такой же диаметр, что и диаметр кабельной жилы, и двух кабельных жил, каждая из которых имеет структуру, содержащую следующие элементы:

(a) слой сверхпроводящего проводника;

(b) изоляционный слой, предусмотренный на внешней окружной периферии слоя сверхпроводящего проводника; и

(c) внешний сверхпроводящий слой, предусмотренный на внешней окружной периферии изоляционного слоя.

Настоящее изобретение также предлагает еще одну систему передачи постоянного тока, которая содержит сверхпроводящий кабель типа 2, сформированный посредством скручивания вместе вышеописанных двух жил и одной трубки циркуляции хладагента. Система передачи описана ниже.

(Униполярная передача)

Слои сверхпроводящего проводника, предусмотренные в обеих жилах, используются в качестве выводящей линии, а внешние сверхпроводящие слои, предусмотренные в обеих жилах, используются в качестве обратной линии.

(Биполярная передача)

Слой сверхпроводящего проводника, предусмотренный в одной из жил, используется для того, чтобы выполнять передачу для одного полюса, либо положительного полюса, либо отрицательного полюса. Слой сверхпроводящего проводника, предусмотренный в другой жиле, используется для того, чтобы выполнять передачу для другого полюса. Внешние сверхпроводящие слои, предусмотренные в обеих жилах, используются в качестве нейтральной линии.

В описанном выше сверхпроводящем кабеле переменного тока, показанном на фиг.7, и в сверхпроводящем кабеле постоянного тока, описанном в патентном источнике 1, трехжильная витая структура используется для того, чтобы гарантировать допуск на сжатие, когда кабель охлаждается. Помимо этого, в патентном источнике 1 предлагается выполнять униполярную передачу посредством использования жилы, которая содержит сверхпроводящий проводник и обратный проводник, оба из которых сформированы из сверхпроводящего материала. Тем не менее, когда большое количество сверхпроводящего материала используется для кабельных жил сверхпроводящего кабеля, жилы увеличивают свою жесткость на изгиб. Как результат, становится достаточно трудно выполнять скручивание трех жил. В свете этой проблемы настоящее изобретение предлагает уменьшить количество сверхпроводящего материала, используемого на кабельную жилу, так чтобы операция скручивания могла легко выполняться. Более конкретно, используются следующие два типа жил:

(a) жила (соответствующая первой жиле), которая не имеет внешнего сверхпроводящего слоя, а которая имеет только слой сверхпроводящего проводника в качестве сверхпроводящего слоя; и

(b) другая жила (соответствующая второй жиле), которая имеет только внешний сверхпроводящий слой в качестве сверхпроводящего слоя и не имеет слоя сверхпроводящего проводника (эта жила имеет структуру, обратную структуре вышеупомянутой жилы).

При этом внешний сверхпроводящий слой - это слой, используемый в качестве обратного проводника при передаче постоянного тока и используемый в качестве экрана при передаче переменного тока, а слой сверхпроводящего проводника - это слой, используемый в качестве выходящего проводника при передаче постоянного тока и используемый в качестве проводника при передаче переменного тока. Альтернативно, настоящее изобретение предлагает упростить операцию скручивания посредством использования структуры, в которой одна из трех жил сформирована элементом, который вообще не имеет сверхпроводящего материала. Более конкретно, вместо одной кабельной жилы используется трубка циркуляции хладагента. Настоящее изобретение подробнее поясняется ниже.

(Тип 1)

Сверхпроводящий кабель по настоящему изобретению сформирован посредством скручивания вместе по меньшей мере одной первой жилы и по меньшей мере одной второй жилы, каждая из которых содержит сверхпроводящий слой и изоляционный слой. Упомянутая или каждая первая жила (далее упоминаемая просто как первая жила) снабжена первым сверхпроводящим слоем, состоящим из сверхпроводящего материала, без наличия другого сверхпроводящего слоя, изготовленного из сверхпроводящего материала. Упомянутая или каждая вторая жила (далее упоминаемая просто как вторая жила) снабжена вторым сверхпроводящим слоем, состоящим из сверхпроводящего материала, без наличия другого сверхпроводящего слоя, изготовленного из сверхпроводящего материала. Более конкретно, первая жила имеет сверхпроводящий слой со стороны центральной части жилы и не имеет сверхпроводящего слоя со стороны внешней окружной периферии жилы. Вторая жила имеет сверхпроводящий слой со стороны внешней окружной периферии жилы и не имеет сверхпроводящего слоя со стороны центральной части жилы. Второй сверхпроводящий слой второй жилы сформирован таким образом, что он имеет больший внутренний диаметр, чем внешний диаметр первого сверхпроводящего слоя.

Рекомендуется, чтобы сверхпроводящий слой первой и второй жил формировался посредством спиралевидной намотки лентовидных проводов, имеющих структуру, в которой множество нитей, изготовленных, к примеру, из сверхпроводящего материала на основе Bi-2223, помещены в матрицу, такую как серебряная оболочка. Сверхпроводящий слой может быть либо одиночным слоем, либо может состоять из множества слоев. Когда используется многослойная структура, между входящими в ее состав сверхпроводящими слоями может быть предусмотрен изоляционный слой. Изоляционный слой между входящими в состав сверхпроводящими слоями может быть предусмотрен, например, посредством спиралевидного наложения 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 ламинированной полипропиленом бумаги).

Первый сверхпроводящий слой сформирован посредством спиралевидной намотки вышеупомянутых проводов, изготовленных из сверхпроводящего материала, на внешнюю окружную периферию каркаса. Каркас может быть либо сплошным телом, либо полым телом, сформированным посредством использования металлического материала, такого как медь или алюминий. Например, он может иметь структуру, в которой скручено множество медных проволок. В качестве медных проволок могут быть использованы проволоки, каждая из которых имеет изоляционное покрытие. Каркас действует в качестве элемента для поддержания формы первого сверхпроводящего слоя. Между каркасом и первым сверхпроводящим слоем может быть предусмотрен амортизирующий слой. Амортизирующий слой не допускает прямого металлического контакта между каркасом и сверхпроводящими проводами, препятствуя повреждению сверхпроводящих проводов. В частности, когда каркас сформирован скрученными проволоками, амортизирующий слой также служит для того, чтобы дополнительно выравнивать поверхность каркаса. В качестве специального материала для амортизирующего слоя может подходящим образом использоваться изоляционная бумага или углеродная бумага.

Второй сверхпроводящий слой сформирован посредством спиралевидной намотки вышеупомянутых проводов, изготовленных из вышеупомянутого сверхпроводящего материала, на внешнюю окружную периферию элемента-сердечника. Рекомендуется, чтобы элемент-сердечник формировался посредством использования материала, который не повышает жесткость второй жилы по сравнению с кабельной жилой, содержащей как слой сверхпроводящего проводника, так и внешний сверхпроводящий слой. Элемент-сердечник может быть сформирован либо с помощью изоляционного материала, либо с помощью проводящего материала (за исключением сверхпроводящего материала). Например, он может быть сформирован посредством любого из следующих способов:

(a) с использованием изоляционного материала, аналогичного формирующему изоляционный слой материалу, что описано ниже;

(b) с использованием пластмассового материала;

(c) скручиванием металлических проволок, таких как медные проволоки; и

(d) спиралевидным наложением изоляционного материала на внешнюю окружную периферию пластмассового материала или скрученных металлических проволок.

В качестве вышеописанного элемента-сердечника может быть использована трубка циркуляции хладагента. В этом случае желательно использовать следующую кабельную структуру:

(a) использовать пространство, ограниченное первой и второй жилами и нижеописанной теплоизоляционной трубкой, в качестве выводящего канала хладагента (канала хладагента); и

(b) использовать трубку циркуляции хладагента для элемента-сердечника в качестве обратного канала для хладагента.

Когда вторая жила имеет трубку циркуляции хладагента в своей центральной позиции, выводящие и обратные каналы хладагента могут быть предусмотрены в теплоизоляционной трубке, не вызывая наличием трубки циркуляции хладагента уменьшения пространства, ограниченного первой и второй жилами и теплоизоляционной трубкой. Как результат, в структуре, в которой трубка циркуляции хладагента предусмотрена во второй жиле, пространство, ограниченное первой и второй жилами и теплоизоляционной трубкой, может сохраняться достаточным, по сравнению со структурой, в которой трубка циркуляции хладагента для обратного канала предусмотрена в теплоизоляционной трубке отдельно от жил. Другими словами, при обеспечении достаточного выводящего канала хладагента хладагент может в достаточной мере циркулировать в выводящем канале хладагента. Контур циркуляции хладагента, образованный выводящим и обратным каналами, оснащен холодильником для охлаждения хладагента, насосом для принудительной подачи хладагента и т.п. Эти устройства определяют длину контура циркуляции (секции охлаждения) так, чтобы хладагент мог циркулировать при надлежащей температуре. Как описано выше, для структуры, в которой хладагент может в достаточной степени циркулировать в выводящем канале хладагента, большая скорость потока хладагента может дополнительно уменьшать рост температуры в хладагенте вследствие проникновения тепла и других причин. Как следствие, хладагент при надлежащих температурных условиях может транспортироваться на большие расстояния. В результате одна охлаждающая секция может быть удлинена. Более того, как описано выше, может обеспечиваться достаточное пространство для циркуляции хладагента. Следовательно, давление циркуляции хладагента может быть снижено, уменьшая потерю давления. Это, к примеру, дает возможность уменьшить электроэнергию на приведение в действие насоса.

Желательно, чтобы вышеописанная трубка циркуляции хладагента не только была изготовлена из металлического материала, имеющего превосходную прочность даже при температуре хладагента, но также имела гибкость в такой степени, чтобы ее можно было скручивать вместе с другим элементом. Типы трубки циркуляции хладагента включают в себя, например, металлическую трубку, спиральную стальную ленту и полое тело, сформированное с помощью спиралевидной намотки металлических проволок, например медных проволок, на спиральную стальную ленту. Желательна гофрированная металлическая трубка, поскольку она не только имеет отличную гибкость, тем самым упрощая скручивание ее вместе с другим элементом, но также легко сжимается в то время, когда кабель охлаждается. Когда используется трубка циркуляции хладагента, изготовленная из металлического материала, изоляционный слой формируется на внешней окружной периферии трубки циркуляции хладагента посредством использования изоляционного материала. Далее, второй сверхпроводящий слой предусмотрен на изоляционном слое. В частности, когда используется гофрированная трубка, желательно, чтобы изоляционный слой был предусмотрен на гофрированной трубке таким образом, что поверхность, на которой сформирован второй сверхпроводящий слой, могла стать гладкой.

В первой жиле изоляционный слой предусмотрен на внешней окружной периферии первого сверхпроводящего слоя. Во второй жиле изоляционный слой предусмотрен на внешней окружной периферии второго сверхпроводящего слоя. Эти изоляционные слои могут быть сформированы посредством спиралевидного наложения полусинтетической изоляционной бумаги, такой как PPLP (зарегистрированный товарный знак), или изоляционной бумаги, такой как крафт-бумага. Изоляционный слой, предусмотренный в первой жиле, предусматривается на первом сверхпроводящем слое таким, чтобы первый сверхпроводящий слой мог иметь электрическую прочность изоляции, требуемую для того, чтобы быть изолированным от напряжения относительно земли. Изоляционный слой, предусмотренный во второй жиле, предусматривается на втором сверхпроводящем слое таким, чтобы второй сверхпроводящий слой мог иметь электрическую прочность изоляции, требуемую для того, чтобы быть изолированным от напряжения относительно земли.

Когда сверхпроводящий кабель по настоящему изобретению используется для передачи постоянного тока, вышеописанный изоляционный слой может быть структурирован с постепенным изменением (градацией) ρ (удельного сопротивления), чтобы сгладить радиальное распределение (по толщине) электрического поля постоянного тока. Постепенное изменение ρ выполняется таким образом, чтобы по мере того, как радиальная позиция перемещается в направлении самой внутренней части изоляционного слоя, удельное сопротивление снижалось, а по мере того, как радиальная позиция перемещается в направлении самой внешней части, удельное сопротивление повышалось. Выполнение постепенного изменения ρ ступенчато меняет удельное сопротивление изоляционного слоя по толщине. Постепенное изменение ρ позволяет сгладить распределение по толщине электрического поля постоянного тока по всему изоляционному слою. Как результат, толщина изоляции может быть уменьшена. Число слоев, каждый из которых имеет различное удельное сопротивление, особо не ограничено. Тем не менее, на практике используется два или три слоя или около того. В частности, когда толщина отдельных слоев выровнена, может эффективно выполняться сглаживание распределения электрического поля постоянного тока.

Чтобы выполнять постепенное изменение ρ, рекомендуется использовать изоляционные материалы, имеющие различные удельные сопротивления (ρ). 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), состоящая из изоляционной бумаги и пластмассовой пленки, удельное сопротивление может изменяться посредством либо варьирования отношения k толщины tp пластмассовой пленки к общей толщине T композитной бумаги (отношение k выражается как (tp/T)×100), либо посредством варьирования плотности, качества, добавок и т.п. изоляционной бумаги. К примеру, желательно, чтобы значение отношения k находилось в диапазоне от 40% до 90% или около того. Обычно по мере того, как отношение k увеличивается, удельное сопротивление ρ возрастает.

Помимо этого, когда изоляционный слой имеет, рядом со слоем сверхпроводящего проводника, слой с высокой ε (диэлектрической постоянной), который имеет более высокую диэлектрическую постоянную, чем диэлектрическая постоянная другой части, может быть улучшено не только свойство выдерживаемого постоянного напряжения, но также может быть улучшено свойство выдерживаемого 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 изоляционный слой посредством использования композитной бумаги, которая имеет высокое отношение k и которая содержит крафт-бумагу, имеющую достаточно высокую воздухонепроницаемость, поскольку эта структура является оптимальной по выдерживаемому постоянному и импульсному напряжениям.

Помимо вышеописанного постепенного изменения ρ, изоляционный слой структурирован таким образом, чтобы по мере того, как его радиальная позиция перемещается в направлении самой внутренней части, диэлектрическая постоянная ε возрастала, а по мере того, как его радиальная позиция перемещается в направлении самой внешней части, диэлектрическая постоянная ε уменьшалась. Это постепенное изменение ε также сформировано радиально по всему изоляционному слою. Как описано выше, посредством выполнения постепенного изменения ρ сверхпроводящий кабель по настоящему изобретению становится кабелем, имеющим отличные свойства на постоянном токе, что делает его подходящим для передачи постоянного тока. С другой стороны, в настоящее время большинство линий передачи структурированы как системы переменного тока. В свете будущего перехода систем передачи с переменного тока на постоянный ток, 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 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 предназначенными для использования на переменном токе. В этом случае сначала кратковременно выполняется передача переменного тока с помощью кабеля по настоящему изобретению, а затем в итоге осуществляется переход к передаче постоянного тока. Следовательно, желательно, чтобы кабель по настоящему изобретению не только имел отличные свойства на постоянном токе, но также был разработан с учетом свойств на переменном токе. Когда также принимаются во внимание свойства на переменном токе, кабель, имеющий отличные характеристики по импульсному напряжению, такие как выброс напряжения, может быть структурирован посредством использования изоляционного слоя, который повышает свою диэлектрическую постоянную ε по мере того, как радиальная позиция перемещается в направлении самой внутренней части, и понижает свою диэлектрическую постоянную ε по мере того, как радиальная позиция перемещается в направлении самой внешней части. Позднее, когда вышеуказанный переходный период завершается и начинается передача постоянного тока, кабель по настоящему изобретению, используемый в переходном периоде, может быть использован в качестве кабеля постоянного тока без какой-либо модификации. Другими словами, кабель по настоящему изобретению, структурированный не только с постепенным изменением ρ, но также и с постепенным изменением ε, может быть подходящим образом использован в качестве кабеля переменного/постоянного тока.

Обычно вышеописанная PPLP (зарегистрированный товарный знак) имеет такое свойство, что когда отношение k повышается, удельное сопротивление ρ повышается, а диэлектрическая постоянная ε понижается. Как следствие, когда изоляционный слой структурирован таким образом, что по мере того, как радиальная позиция перемещается в направлении самой внешней части, используется PPLP (зарегистрированный товарный знак) с более высоким отношением k, изоляционный слой может иметь такое свойство, что по мере того, как радиальная позиция перемещается в направлении самой внешней части, удельное сопротивление ρ повышается и одновременно с этим понижается диэлектрическая постоянная ε.

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

Помимо этого, между первым сверхпроводящим слоем и изоляционным слоем и между изоляционным слоем и вторым сверхпроводящим слоем может быть сформирован полупроводящий слой. Когда полупроводящий слой сформирован вышеописанным образом, сверхпроводящий слой приводится в больший контакт с изоляционным слоем, так что повреждение, сопровождающее генерирование частичного разряда или т.п., будет подавляться.

Сверхпроводящий кабель по настоящему изобретению представляет собой многожильный кабель, сформированный посредством скручивания вместе по меньшей мере одной первой жилы и по меньшей мере одной второй жилы, каждая из которых имеет вышеописанную структуру. Число первых жил и число вторых жил может быть одинаковым или различным. Тем не менее, число первых и вторых жил корректируется таким образом, чтобы количество сверхпроводящего материала, используемого в первом сверхпроводящем слое первой жилы, было равно количеству сверхпроводящего материала, используемого во втором сверхпроводящем слое второй жилы. Например, когда используемое число первых жил превышает используемое число вторых жил, рекомендуется, чтобы количество сверхпроводящего материала, используемого на вторую жилу, регулировалось таким образом, чтобы превышать количество сверхпроводящего материала, используемого на первую жилу. Как описано выше, кабель по настоящему изобретению снабжен первым и вторым сверхпроводящими слоями так, чтобы внутренний диаметр второго сверхпроводящего слоя превышал внешний диаметр первого сверхпроводящего слоя. Как следствие, даже когда число первых жил задано превышающим число вторых жил, так чтобы первые жилы в сумме использовали такое же количество сверхпроводящего материала, что и суммарное количество сверхпроводящего материала упомянутой по меньшей мере одной второй жилы, упомянутая по меньшей мере одна вторая жила не обязательно должна иметь второй сверхпроводящий слой, имеющий чрезмерно увеличенную толщину. Следовательно, жесткость на изгиб второй жилы не будет чрезмерно возрастать. Когда выполняется униполярная передача, подготавливаются по меньшей мере одна первая жила и по меньшей мере одна вторая жила, и они скручиваются вместе. Таким образом получают сверхпроводящий кабель, имеющий по меньшей мере одну первую жилу и по меньшей мере одну вторую жилу, для использования для передачи. Когда выполняется биполярная передача в дополнение к униполярной передаче, подготавливаются по меньшей мере две первых жилы и одна вторая жила, и они скручиваются вместе. Таким образом получают многожильный сверхпроводящий кабель, имеющий по меньшей мере две первых жилы и по меньшей мере одну вторую жилу, для использования для передачи. В этом случае рекомендуется, чтобы первые жилы использовались для передачи для отдельных полюсов и чтобы вторая жила использовалась в качестве нейтральной линии. Желательно, чтобы эти первые жилы и вторая жила имели одинаковый диаметр, чтобы упростить операцию скручивания.

Рекомендуется, чтобы сверхпроводящий кабель типа 1, содержащий вышеупомянутые первую и вторую жилу, структурировался так, чтобы скрученные первая и вторая жилы помещались в теплоизоляционную трубку. Теплоизоляционная трубка может иметь структуру, в которой, например, структура сдвоенной трубки состоит из внешней трубки и внутренней трубки, между этими двумя трубками помещается теплоизоляционный материал, а промежуток между внешней и внутренней трубками разрежен до вакуума. Во внутренней трубке пространство, ограниченное внешней поверхностью первой и второй жил и внутренней поверхностью внутренней трубки, заполняется хладагентом, таким как жидкий азот, для охлаждения первой и второй жил. Антикоррозионное покрытие может быть предусмотрено на внешней окружной периферии теплоизоляционной трубки посредством использования смолы, такой как поливинилхлорид. Обсуждение, касающееся теплоизоляционной трубки, также применимо к описанному ниже сверхпроводящему кабелю типа 2.

Вышеописанный сверхпроводящий кабель типа 1 имеет структуру, в которой множество жил скручено вместе. Следовательно, как и в случае традиционного сверхпроводящего кабеля, имеющего трехжильную витую структуру, кабель может иметь допуск на сжатие в то время, когда кабель охлаждается. Чтобы предоставить допуск на сжатие, жилы могут быть скручены, к примеру, за счет допускания провисания жил. Провисание может быть задано, например, посредством скручивания жил с прокладкой, помещенной между соседними жилами, и последующего вынимания этой прокладки либо тогда, когда скрученные жилы помещаются в предварительно сформированную теплоизоляционную трубку, либо когда теплоизоляционная трубка формируется на внешней окружной периферии скрученных жил. Прокладка может быть сформирована, например, из листа войлока, имеющего толщину примерно 5 мм. Рекомендуется подходящим образом варьировать толщину прокладки согласно диаметру кабельной жилы. Обсуждение, касающееся допуска на сжатие, также применимо к описанному ниже сверхпроводящему кабелю типа 2.

Сверхпроводящий кабель типа 1, имеющий вышеописанную структуру, может быть использован для униполярной передачи посредством использования первого сверхпроводящего слоя первой жилы в качестве выводящей линии, а второго сверхпроводящего слоя второй жилы - в качестве обратной линии.

Более того, сверхпроводящий кабель типа 1, имеющий вышеописанную структуру, может быть использован для биполярной передачи следующим образом. Предусматривается множество первых жил. Первый сверхпроводящий слой, предусмотренный в по меньшей мере одной первой жиле, используется для того, чтобы выполнять передачу для одного полюса, либо положительного полюса, либо отрицательного полюса. Первый сверхпроводящий слой, предусмотренный в оставшейся по меньшей мере одной первой жиле, используется для того, чтобы выполнять передачу для другого полюса. Второй сверхпроводящий слой, предусмотренный во второй жиле, используется в качестве нейтральной линии. Помимо этого, в ходе выполнения биполярной передачи один полюс может вызывать, например, аномальный режим в первом сверхпроводящем слое для полюса или в преобразователе постоянного тока в переменный, соединенном с кабелем. В этом случае, когда полюсу требуется прекратить передачу электроэнергии вследствие этой аномальности, первая и вторая жилы для другого полюса, который является нормальным, могут быть использованы для того, чтобы выполнять униполярную передачу. Более конкретно, первый сверхпроводящий слой первой жилы может быть использован в качестве выводящей линии, а второй сверхпроводящий слой второй жилы - в качестве обратной линии.

В любой из систем передачи, будь то униполярная или биполярная передача, второй сверхпроводящий слой находится при потенциале земли. Когда выполняется биполярная передача, обычно ток положительного полюса и ток отрицательного полюса имеют практически одинаковую величину и компенсируют друг друга. Следовательно, второй сверхпроводящий слой, который действует в качестве нейтральной линии, является практически свободным от приложения напряжения. Тем не менее, когда возникает дисбаланс между положительным и отрицательным полюсами, неуравновешенный ток протекает через второй сверхпроводящий слой. Помимо этого, когда биполярная передача переключается на униполярную передачу вследствие аномального режима в одном полюсе, через второй сверхпроводящий слой будет протекать ток, сравнимый с током передачи, поскольку второй сверхпроводящий слой используется для того, чтобы действовать в качестве обратной линии униполярной передачи. В