Узел концевого соединения

Узел концевого соединения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Силовые кабели, установленные в электрической сети, должны присоединяться к сети/шинам через узлы концевого соединения. Настоящее изобретение относится к узлу концевого соединения для электрического концевого соединения охлаждаемой кабельной системы, например кабельной системы с криогенным охлаждением, при температуре окружающей среды.

Предшествующий уровень техники

Настоящее изобретение было сделано в рамках контракта №DE-FG36-02GO12070 Департамента Энергетики США. Правительство США имеет определенные права на настоящее изобретение.

В целом, для нормального функционирования сверхпроводящего кабеля должна поддерживаться криогенная температура (0-150 кельвин или от -273,25 до -123°C). Обычно кабельная секция присоединяется к другим компонентам системы, которые функционируют при температуре окружающей среды или повышенной температуре.

В настоящем документе общий термин "сверхпроводящая кабельная система" обозначает сверхпроводящий и/или гиперпроводящий кабель (например, многофазный кабель, такой как трехфазный кабель) в сочетании с соответствующей термоизоляционной оболочкой.

Для концевого соединения сверхпроводящей кабельной системы, как правило, требуются некоторые основные элементы, а именно:

1) проводник (токовый элемент),

2) электрическая изоляция (элемент напряжения),

3) термоизоляция (термический элемент),

4) средство охлаждения, например жидкий хладагент (охлаждающий элемент), и

5) опционально, различные диагностические устройства (диагностический элемент).

Элементы 3), 4) и 5) являют собой элементы, которые, обычно, отсутствуют в обычных кабелях, тогда как элемент 4) имеет некоторое сходство с охлаждаемыми шинами, а элемент 5) также в некоторой форме присутствует в кабелях с масляной изоляцией, где масло поддерживается при определенном давлении, которое непрерывно отслеживается. Могут быть реализованы различные типы опциональной диагностики, например мониторинг давления, температуры (внутренней и/или внешней), потока, уровня охлаждающего флюида, влажности воздуха и т.п.

Трехаксиальная конструкция Высокотемпературного Сверхпроводящего (ВТСП) кабеля с тремя концентрическими фазами, окруженными концентрическим нейтральным проводником (например, раскрытая в документе US 2005173149 A (Гог и др.) 08.11.2005 и WO 2006/111170 A (NKT CABLES ULTERA) 10.26.2006), имеет определенные преимущества по сравнению с другими конструкциями ВТСП кабелей.

Преимуществами по сравнению с коаксиальной конструкцией с холодным диэлектриком являются:

1. Сокращение количества используемого сверхпроводящего материала на 34-50%, в результате чего обеспечивается сокращение стоимости и потерь энергии.

2. Сокращение количества используемых материалов криогенной оболочки и холодной поверхности на 30-50%, в результате чего обеспечивается сокращение стоимости и повышение энергоэффективности.

Преимуществами по сравнению с однофазными кабелями с теплым диэлектриком являются:

1. Отсутствие внешних магнитных полей, создающих помехи в кабеле.

2. Улучшение отношения между индуктивными и емкостными электрическими свойствами, благодаря чему обеспечиваются большие критические длины, улучшенная стабильность и уменьшение падений напряжения на нагрузке.

3. Уменьшение внутренних магнитных полей в кабеле, благодаря чему обеспечивается сокращение потерь энергии и повышение характеристик сверхпроводящих материалов.

4. Сокращение количества используемых материалов криогенной оболочки и холодной поверхности на 30-50%, в результате чего обеспечивается сокращение стоимости и повышение энергоэффективности.

5. Сокращение количества криогенных оболочек, благодаря чему сокращается количество этапов сварки и сборки, обеспечивается более низкая стоимость изготовления и повышенная надежность.

Недостатками перечисленных двух альтернативных вариантов конструкций являются:

1. Применение диэлектрика, который менее изучен, чем теплый диэлектрик для одной фазы, приводит к повышению риска в использовании.

2. Более сложная конструкция кабеля и концевого соединения, чем коаксиальная конструкция с холодным диэлектриком и конструкция однофазного кабеля с теплым диэлектриком, приводит к повышению риска при изготовлении и использовании.

3. По существу, возникает дисбалансирование полных сопротивлений в фазах 1, 2 и 3.

Преимуществами ВТСП кабелей по сравнению с обычными кабелями из медных или алюминиевых проводников являются большая токопроводящая способность, сокращение генерации и выделения тепла вдоль кабеля, меньшие электрические потери и меньший вес.

Недостатками по сравнению с традиционными альтернативами являются необходимость системы охлаждения, непрерывные тепловые потери через термоизоляцию и повышенная сложность вспомогательных устройств, таких как муфты и концевые соединения.

Узлы концевого соединения для сверхпроводящих кабельных систем по известному уровню техники рассмотрены в ряде документов.

В документе US 6988915 B (SEI) от 24.01.2006 г. рассматривается структура концевого соединения для сверхпроводящего кабеля постоянного тока, в которой концевые части сверхпроводящих слоев, предоставленных на гильзе сердечника, раскрыты ступенчатым образом с внешнего слоя к внутреннему слою, и отходящие проводники из обычного проводящего материала по отдельности соединены с раскрытыми концевыми участками соответствующих сверхпроводящих слоев. Изоляционный фиксирующий элемент поддерживает сердечник и отходящие проводники.

В документе WO 2005/086306 A (SEI) от 15.09.2005 г. рассматривается структура концевого соединения для многофазного сверхпроводящего кабеля, в которой электропроводящая изолирующая трубка расположена вокруг каждого из концентрически устроенных сверхпроводящих слоев электрических фаз и электрически соединена с этими изолирующимим трубками и выводами для отвода каждой фазы при комнатной температуре.

В документе US 6936771 B (SOUTHWIRE COMPANY) от 30.08.2005 г. рассматривается узел концевого соединения для присоединения ВТСП кабеля, погруженного в жидкий азот под давлением, к внешним вводам высокого напряжения и нейтрали (экрану) при комнатной температуре и давлении. Упомянутый узел концевого соединения содержит холодный корпус, соединенный с теплым корпусом через проходной канал, в котором один или более капиллярных проходов, направленных через или параллельно проходному каналу, обеспечивают возможность течения газа, чтобы поддерживать баланс давления между холодным корпусом и теплым корпусом.

В документе 2005173149 A (Гог и др.) от 11.08.2005 г. рассматривается узел концевого соединения для сверхпроводящего кабеля, содержащего три концентрически расположенных сверхпроводящих слоя (трехаксиальная структура). Электрические фазовые проводники присоединяются к медным трубкам. В предпочтительном варианте осуществления эти трубки являются концентрическими, и они отделены друг от друга твердыми изоляционными трубками. Кабель охлаждается посредством потоков жидкого хладагента, проходящих внутри центральной трубки кабеля и снаружи кабеля. В предпочтительном подходе, холодный конец узла концевого соединения охлаждается снаружи посредством жидкого хладагента c потенциалом земли. Для этого требуется электрически изолирующий материал с высокой теплопроводностью.

Краткое изложение существа изобретения

Задачей настоящего изобретения является использование преимуществ сверхпроводящих и гиперпроводящих кабелей путем предоставления надежного и экономически эффективного соединения между фазовыми проводниками высокого напряжения и нейтральными проводниками в этих кабелях с внешним оборудованием, таким как генераторы, трансформаторы, прерыватели, электрические сети, другие кабели или другие устройства.

Задача настоящего изобретения достигнута посредством настоящего изобретения и его вариантов осуществления согласно формуле изобретения и следующему описанию.

Согласно настоящему изобретению узел концевого соединения содержит концевую секцию кабеля для одного или нескольких выводов токовых ветвей и окружающую термоизоляционную оболочку, приспособленную для содержания охлаждающего флюида, причем выводы токовых ветвей по отдельности изолированы от термоизоляционной оболочки посредством отдельных электрических изоляторов.

Варианты настоящего изобретения демонстрируют дополнительные преимущества, что будет очевидно из следующего описания и формулы изобретения.

Концевая секция кабеля определяет центральную продольную ось, причем концевая секция содержит концевые части N электрических фаз и концевую часть нейтрального проводника, причем каждая из концевых частей N электрических фаз и нейтрального проводника содержит, по меньшей мере, один электрический проводник, и расположена в кабеле концентрически вокруг каркаса сердечника, причем фаза 1 расположена в самом центре, а фаза N расположена в самом удалении от центра кабеля, и фаза N окружена нейтральным проводником. Между соседними электрическими фазами, а также между фазой N и нейтральным проводником расположена электрическая изоляция. Каждая из концевых частей нейтрального проводника и электрических фаз содержит контактную поверхность для электрического соединения с токовым выводом (выводом токовой ветви). Контактная поверхность нейтрального проводника и соответствующих электрических фаз формируется непокрытой частью нейтрального проводника/электрической фазы, то есть непокрытой частью, в которой электрическая изоляция удалена для открытия и обеспечения доступа к контактной поверхности для обеспечения соединения с выводом токовой ветви. Каждая из непокрытых частей (которые формируют контактные поверхности) имеет продольную ориентацию и, предпочтительно, минимальную длину, причем непокрытые части расположены последовательно в продольном направлении вдоль концевой части кабеля.

В контексте настоящего документа термин "кабель" используется для части "кабельной системы", которая содержит электрические проводники и соответствующую электрическую изоляцию между смежными электрическими проводниками (и, опционально, дополнительные связанные с ними слои). Таким образом, "кабельная система" согласно настоящему изобретению содержит "кабель" в вышеупомянутом смысле и термоизоляцию, окружающую кабель в месте его размещения.

В одном варианте осуществления кабель расположен эксцентрически относительно центральной продольной оси термоизоляции на, по меньшей мере, части упомянутой термоизоляции в продольном направлении.

Термины "самый близкий к центру"/"самый дальний от центра" относительно кабеля обозначают, соответственно, ближе/дальше от сердцевины кабеля. Альтернативно, они могут обозначать, соответственно, ближе/дальше от центральной продольной оси концевой секции кабеля.

Нумерация 1, 2, ..., N электрических фаз не подразумевает каких-либо конкретных свойств или взаимосвязи между фазами (например, отношения размера или углов). В целом, электрические фазы могут быть расположены в любом порядке. На практике, порядок, обеспечивающий наименьшие электрические потери, может быть определен посредством оптимизации, например путем вариации фазовых углов соседних электрических фаз, материала, количества, формы, углов набмотки и т.п. электрических проводников, образующих электрические фазы.

В контексте настоящего изобретения термин "непокрытая часть" кабеля обозначает длину кабеля, где электрическая изоляция, которая обычно окружает электрическую фазу (или нейтральный проводник) удаляется, чтобы обеспечить доступ к рассматриваемой электрической фазе (или нейтральному проводнику).

Термины "токовый вывод" и "вывод токовой ветви" используются как взаимозаменяемые.

В одном варианте осуществления узла концевого соединения, по меньшей мере, одно из электрических соединений между контактной поверхностью и нейтральным проводником/электрической фазой содержит систему управления электрическим полем, которая целиком или частично окружает контактную поверхность и обеспечивает эквипотенциальный объем при соответствующем фазном напряжении.

В одном варианте осуществления охлаждающий флюид приспособлен для того, чтобы подаваться внутрь эквипотенциального объема. В принципе, охлаждающий флюид может являть собой любой охлаждающий флюид, которая обеспечивает необходимое охлаждение.

Очевидно, что схема охлаждения согласно настоящему изобретения обеспечивает охлаждение с высокой надежностью, которое стабилизирует систему и позволяет применять относительно высокие номинальные токи. Благодаря этой стабильной и надежной схеме охлаждения могут использоваться несколько различных охлаждающих флюидов.

В одном варианте осуществления, где концевая секция содержит, по меньшей мере, одну основу токового вывода, узел концевого соединения устроен так, чтобы охлаждающий флюид выполнял теплообмен с, по меньшей мере, одной основой токового вывода над токовым выводом и над контактной поверхностью. Таким образом, можно обеспечить дополнительный охлаждающий эффект.

Основа токового вывода обеспечивает переход от токового вывода к фазе или нейтральному проводнику. Основа токового вывода может быть предоставлена посредством электрического соединения между токовым выводом (ветви) и нейтральным проводником/электрической фазой.

В эквипотенциальном объеме охлаждающий флюид может, предпочтительно осуществлять теплообмен с основанием токового вывода. Дополнительно, она может осуществлять теплообмен с одним или более дополнительными электропроводящими элементами, используемыми в электрическом соединении между контактной поверхностью и выводом токовой ветви. В одном варианте осуществления дополнительные электропроводящие элементы содержат одну или более токовых изолирующих трубок, устроенных так, чтобы иметь хороший электрический контакт с соответствующей контактной поверхностью проводника(ов), один или более токовых зажимов, контактирующих с токовыми изолирующимим трубками, и, опционально, дополнительные соединительные элементы, обеспечивающие соединение между основанием токового ввода и зажимами.

В одном варианте осуществления основание токового вывода и другие электропроводящие элементы, заключенные в эквипотенциальный объем, могут содержать элементы для теплообмена с охлаждающим флюидом, причем теплообмен реализуется путем охлаждения с принудительным потоком через и/или сквозь отверстия, канавки, ребра и профили, но не ограничиваясь перечисленным. Токовая изолирующая трубка и/или токовый зажим может иметь относительно большую контактную поверхность, причем соответствующие размеры могут быть подобраны так, чтобы точное положение в продольном направлении не было критичным и обеспечивалась возможность достаточного допуска в продольном направлении.

В одном варианте осуществления эквипотенциальный объем реализован посредством некоторого количества элементов изолятора и он имеет проводящую и/или полупроводящую внутреннюю поверхность для целей управления полем.

В одном варианте осуществления узла концевого соединения эквипотенциальный объем содержит вывод токовой ветви, соединенный с, по меньшей мере, одним из элементов, основание токового вывода, токовый зажим и токовую изолирующую трубку, причем вывод токовой ветви в конце соединяется с контактной поверхностью нейтрального проводника или одной из электрических фаз, и при этом, по меньшей мере, один из элементов, предпочтительно, обеспечен для охлаждения посредством принудительного потока (такое как канавки, отверстия, профили и фланцы) через и/или сквозь основание токового вывода, токовый зажим, токовую изолирующую трубку и/или интерфейс между любыми из элементов, причем электрическая фаза, предпочтительно, являет собой проводник, выбранный из сверхпроводящего, гиперпроводящего и обычного проводникового материала.

В одном варианте осуществления контактные поверхности расположены последовательно вдоль продольного направления концевой секции кабеля в модульном порядке, согласно которому контактная поверхность каждой из электрических фаз и нейтрального проводника, по меньшей мере, на части длины их контактных поверхностей расположена на, по существу, равном радиальном расстоянии от центральной продольной оси.

Этот вариант осуществления узла концевого соединения имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что обеспечивается соединение, которое может быть использовано для различных типов кабелей и для различных фазовых проводников в кабеле одного типа.

Радиальное расстояние контактной поверхности нейтрального проводника/электрической фазы (фаз) от центральной продольной оси может регулироваться путем применения регулирующей вставки, которая может являть собой, например, адаптивную вставку, как описано ниже, но она также может регулировать радиальные расстояния от центральной продольной оси кабеля до контактной поверхности таким образом, чтобы эти расстояния оставались неравными. Структура регулирующей вставки может соответствовать структуре, описанной ниже для адаптивной вставки, но без ограничения, что контактные поверхности должны быть приспособлены к, по существу, одинаковым радиальным расстояниям от центральной продольной оси кабеля.

В одном варианте осуществления контактные поверхности концевой секции кабеля расположены с, по существу, равным продольным расстоянием между ними. Таким образом, можно дополнительно сократить стоимость производства узла концевого соединения, поскольку может быть сокращено количество разных используемых элементов.

По существу, равное продольное расстояние, а также, по существу, равное радиальное расстояние могут быть получены любым подходящим путем. В одном варианте осуществления, по существу, равные радиальные расстояния получают посредством радиальных адаптивных вставок (например, из эпоксипластика с армированными волокнами, такого как материал, известный под торговой маркой G10™), которые имеют, по существу, идентичные внешние радиальные диаметры, причем радиальные адаптивные вставки применяются к контактной поверхности каждой фазы и нейтрали, выравнивая их размер относительно продольного размера и, в частности, радиальный размер в концевой секции кабеля.

В одном варианте осуществления, по существу, равное радиальное расстояние контактных поверхностей нейтрального проводника и электрических фаз от центральной продольной оси концевой секции кабеля, по существу, предоставляется путем индивидуальной адаптации внутренних радиальных размеров таких адаптивных вставок.

Адаптивные вставки могут быть изготовлены из любого подходящего материала, который, предпочтительно, содержит электрически изолирующий материал и/или полупроводниковый материал, чтобы избежать нежелательных путей утечки. В одном варианте осуществления радиальные адаптивные вставки выполнены в форме регулирующих вставок, изготовленных из электрически изолирующего материала, полупроводникового материала или комбинации таких материалов.

В одном варианте осуществления радиальные адаптивные вставки обеспечивают равный радиальный размер контактных поверхностей, причем, по меньшей мере, один из элементов основания токового вывода, токового зажима и токовой изолирующей трубки перекрывает соответствующую адаптивную вставку, чтобы обеспечить электрическое соединение между соответствующими контактными поверхностями и соответствующими выводами токовой ветви.

В одном варианте осуществления, по меньшей мере, одна из адаптивных вставок расположена между электрическим проводником(ами) непокрытой части (контактной поверхности) нейтрального проводника или электрической фазы и расположенного ниже изоляционного слоя.

Адаптивные вставки могут иметь любую требуемую толщину, чтобы обеспечивать требуемую адаптацию.

Адаптивные вставки обеспечивают преимущество, заключающееся в облегчении соединения выводов токовой ветви с электрическими фазами или нейтралью концевых секций кабеля. Они, дополнительно, упрощают модульное строение узла концевого соединения, включая термоизоляционную оболочку. Пример описан ниже.

Адаптивные вставки могут, дополнительно, обеспечивать механическую поддержку концевой секции кабеля и защиту от тепловых повреждений нижележащих слоев концевой секции кабеля в течение обработки (например, пайки) и монтажа концевой части кабеля, например, в узле концевого соединения.

В одном варианте осуществления узел концевого соединения содержит одну или более продольных распорок, которые обеспечивают фиксированное расстояние между выводами токовой ветви.

Концевая секция узла концевого соединения может, например, содержать продольные распорки, которые обеспечивают равное расстояние между фазами и нейтралью. Эти продольные распорки могут дополнительно обеспечивать управление потоком, разделение потока, электрическую изоляцию и/или модульную систему сборки/монтажа. Концевая секция может содержать радиальные адаптивные вставки, которые обеспечивают равный продольный и радиальный размер, причем эти адаптивные вставки могут, например, предоставлять альтернативы для дополнительного диэлектрика и концепции модульной конструкции.

В одном варианте осуществления продольная(ые) распорка(и) действует как управление потоком или ограничение потока для охлаждающего флюида, направляя, по меньшей мере, часть охлаждающего флюида через средство теплообмена вблизи контактной поверхности или основания токового вывода.

В одном варианте осуществления продольные распорки обеспечивают, по существу, равное расстояние между выводами токовой ветви.

Как описано выше, по меньшей мере, один из нейтрального проводника и электрических фаз может иметь электрический контакт с токовой изолирующей трубкой. Токовая изолирующая трубка может, в принципе, состоять из любого типа электропроводящего материала. Тем не менее, предпочтительно, чтобы токовая изолирующая трубка, по меньшей мере, частично состояла из обычного электропроводящего материала.

В одном варианте осуществления электропроводящая изолирующая трубка устанавливается вокруг конца кабеля, например, поверх адаптивной вставки. Проводящая изолирующая трубка устанавливается в электрическом контакте с контактной поверхностью электрической фазы или нейтрального проводника. Электрический контакт может, предпочтительно, обеспечиваться путем прямого контакта между проводящей изолирующей трубкой и электрической фазой или нейтральным проводником. В одном варианте осуществления электрическая фаза или нейтральный проводник частично перекрывают проводящую изолирующую трубку. В этих вариантах осуществления сам сверхпроводящий материал из кабеля может образовать, по меньшей мере, часть контактной поверхности изолирующей трубки.

В одном конкретном варианте осуществления, по меньшей мере, один из нейтрального проводника и электрических фаз окружен токовой изолирующей трубкой из обычного электропроводящего материала и имеет с ней электрический контакт. В еще одном варианте осуществления токовая изолирующая трубка изготовлена, по меньшей мере, частично из сверхпроводящего материала и/или гиперпроводящего материала.

В контексте настоящего изобретения термин "обычный электропроводящий материал" обозначает материал, который является электропроводящим, но имеет конечное электрическое сопротивление при комнатной температуре, а также при криогенных температурах (то есть, материал, который НЕ является сверхпроводящим при данных температурах). Термин "криогенные температуры" обозначает температуры ниже 0°C (273 кельвин), до которых охлаждается концевая секция кабельной системы в нормальном режиме работы, например, температура, которая равна или ниже температуры кипения (при заданном рабочем давлении) флюида (например, жидкого N₂), используемой для охлаждения концевой секции кабеля в узле концевого соединения, например, до температуры в диапазоне от 0 до 77 кельвин.

В одном варианте осуществления токовая изолирующая трубка имеет контактную поверхность изолирующей трубки для электрического контакта с токовым выводом.

В одном варианте осуществления, по меньшей мере, часть токовой изолирующей трубки обеспечивает электрическое соединение между контактными поверхностями и соответствующими выводами токовой ветви. В этом варианте осуществления токовая изолирующая трубка может иметь контактную поверхность изолирующей трубки, которая электрически соединена с выводом токовой ветви.

В одном конкретном варианте осуществления, где узел концевого соединения содержит две или более токовые изолирующие трубки, находящиеся в электрическом контакте с нейтральным проводником/электрическими фазами и с соответствующими контактными поверхностями изолирующей трубки, эти контактные поверхности изолирующей трубки расположены на, по существу, равном радиальном расстоянии от центральной продольной оси концевой секции кабеля.

В одном варианте осуществления, где два или более из нейтрального проводника и электрических фаз имеют электрический контакт с соответствующими токовыми изолирующими трубками, размеры токовых изолирующих трубок, предпочтительно, могут быть, по существу, одинаковыми.

В одном варианте осуществления, по существу, равное радиальное расстояние контактной поверхности изолирующей трубки нейтрального проводника и электрических фаз от центральной радиальной оси обеспечивается, предпочтительно, путем индивидуальной адаптации радиальных размеров токовых изолирующих трубок. Например, токовые изолирующей трубки могут иметь различные внутренние размеры и, по существу, равные внешние размеры.

В одном варианте осуществления изолирующая трубка содержит наклонное сечение для соединения с проводниками в форме ленты/провода сверхпроводящего кабеля, например, путем пайки.

В еще одном варианте осуществления секция пайки изготовляется с уступами, адаптированными по длине и высоте для соответствующих лент/проводов ВТСП кабеля и для опционального шунтирования лент обычного проводника.

Радиальное регулирование контактной поверхности изолирующей трубки каждой электрической фазы или нейтрали для достижения постоянного радиального расстояния поверхности от продольной оси концевой секции кабеля может быть обеспечено путем соответствующей адаптации материалов и конструкции, лежащих под контактной стороной.

В одном конкретном варианте осуществления радиальный размер, по меньшей мере, одного из электроизоляционных и электропроводящих материалов, окружающих или лежащих под отдельными контактными поверхностями нейтрального проводника или электрических фаз, по отдельности адаптируется таким образом, чтобы предоставить отдельные контактные поверхности и/или отдельные контактные поверхности изолирующей трубки с постоянным радиальным расстоянием от продольной оси.

В одном конкретном варианте осуществления адаптивная вставка из электроизолирующего материала, полупроводникового материала или из комбинации таких материалов вставляется между концевыми частями нейтрального проводника или электрической фазы и соседней нижележащей электрической фазой в позиции контактной поверхности рассматриваемого нейтрального проводника или электрической фазы.

В одном конкретном варианте осуществления, по меньшей мере, две электрические фазы или нейтраль, то есть, большинство или все электрические фазы или нейтраль, содержат изолирующие трубки, имеющие идентичные внешние и внутренние радиальные размеры. Предпочтительно, все электрические фазы и нейтраль снабжены токовой изолирующей трубкой, имеющей, по существу, идентичные размеры.

В одном варианте осуществления узел концевого соединения содержит, по меньшей мере, один токовый зажим, изготовленный, по меньшей мере, частично из обычного электропроводящего материала, такого как медь, но не ограничиваясь им. Токовый зажим электрически соединен с токовым выводом и прижат к контактной поверхности и/или к контактной поверхности изолирующей трубки. Токовый зажим, предпочтительно, может быть короче осевой длины контактной поверхности и/или короче контактной поверхности изолирующей трубки. Таким образом, контактная поверхность и/или контактная поверхность изолирующей трубки представляет широкий электрический контакт (в продольном направлении) с токовым зажимом, обеспечивая возможность большого допуска движения токового зажима/токового вывода в продольном направлении концевой секции кабеля (например, в течение установки и нагрева/охлаждения кабельной системы).

В одном варианте осуществления, по меньшей мере, один из токовых зажимов содержит сквозные отверстия для дополнительного охлаждения.

В целом, представляется желательным, чтобы, по меньшей мере, одна из электрических фаз и нейтрального проводника содержала сверхпроводящий или гиперпроводящий материал.

В одном варианте осуществления, по меньшей мере, одно из электрических соединений содержит систему управления электрическим полем, целиком или частично окружающую контактную поверхность и, по меньшей мере, часть вывода токовой ветви. Посредством этой системы управления электрическим полем может быть получена очень надежная и стабильная система.

Система управления электрическим полем может содержать диэлектрики, такие как диэлектрик, известный под торговой маркой ULTEM™, или эпоксипластик с армированными волокнами, такой как диэлектрик, известный под торговой маркой G10™. В принципе, может использоваться любой другой подходящий диэлектрик.

В одном варианте осуществления система управления электрическим полем, дополнительно, содержит материал, сглаживающий поле, например металлический проводниковый материал или полупроводниковый материал. Материал, сглаживающий поле, предпочтительно, образует слой системы управления электрическим полем, и, более предпочтительно - внутренний слой системы управления электрическим полем.

В одном варианте осуществления система управления электрическим полем предоставляет переходное соединение к одному из вывода токовой ветви и электрической изоляции ветви, изолирующей вывод токовой ветви. Переходное соединение, предпочтительно, может быть образовано между поверхностями, формирующими соответствующие зигзагообразные каналы или извилистые каналы, чтобы увеличить длину пути утечки, или переходное соединение может иметь сферические поверхности, обеспечивающие возможность углового регулирования системы изоляции ветви. Предпочтительно, упомянутое переходное соединение уплотняется посредством прокладки.

В одном варианте осуществления, по меньшей мере, один из выводов токовой ветви содержит секцию токового вывода, и эта секция токового вывода (которая может являть собой весь вывод токовой ветви или его часть) содержит холодный конец, соединенный с нейтральным проводником или электрической фазой, противоположный конец температуры окружающей среды и промежуточную секцию термического якоря. Упомянутая промежуточная секция термического якоря обеспечивает терминальный градиент от холодной температуры до температуры окружающей среды.

В одном варианте осуществления, по меньшей мере, один из упомянутых выводов токовой ветви содержит секцию токового вывода, содержащую секцию термического якоря, который предоставляет опцию термического градиента от холодной температуры до более низких температур.

В этом варианте осуществления узел концевого соединения может содержать, по меньшей мере, одно из изолирующей трубки, вставки и зажима, причем изолирующая трубка(и), вставка(и) и/или зажим(ы) имеют форму манжеты.

В одном варианте осуществления группа, в которую входят изолирующие трубки, вставки и зажимы, содержит две, три или более деталей для упрощения монтажа.

Для управления электрическим полем края и/или поверхности продольных распорок, адаптивных вставок, изолирующих трубок, зажимов, основ токовых выводов, предпочтительно, могут быть закруглены.

В одном варианте осуществления узел концевого соединения содержит, по меньшей мере, одну вставку (адаптивную вставку) из материала, удельное электрическое сопротивление которого выше примерно 10^{^}6 Ом·м²/м в диапазоне рабочих температур.

В одном варианте осуществления узел концевого соединения содержит, по меньшей мере, одну вставку (адаптивную вставку), содержащую эпоксидный материал, такой как эпоксидная смола с армированными волокнами, например термореактивный промышленный слоистый материал, который состоит из стеклоткани с непрерывными волокнами и эпоксидной смолой в качестве связующего вещества.

В одном варианте осуществления узел концевого соединения содержит жесткий цилиндр или трубку, расположенную в отверстии в центре каркаса сердечника концевой секции кабеля для обеспечения механической опоры для концевой секции кабеля.

В одном варианте осуществления узел концевого соединения приспособлен для предоставления и электрического соединения многофазной кабельной системы с криогенным охлаждением с концевыми токовыми выводами при температуре окружающей среды. Концевая секция кабеля являет собой концевую секцию многофазного кабеля. Концевая секция многофазного кабеля окружена термоизоляционной оболочкой для обеспечения возможности охлаждения до минусовых температур и поддержания, по меньшей мере, части концевой секции кабеля при температуре, которая ниже температуры окружающей среды, причем термоизоляционная оболочка содержит множество ответвлений в форме вывода токовой ветви, для вывода из концевой секции электрических фаз кабеля и нейтрального проводника к соответствующим токовым выводам. Ветви расположены последовательно вдоль продольного направления концевой секции кабеля в позициях, которые соответствуют позициям контактных поверхностей соответствующих концевых частей нейтрального проводника и электрических фаз. Первая ветвь предназначена для ответвления нейтрального проводника, вторая ветвь - для N-ой электрической фазы, третья ветвь - для (N-1)-ой электрической фазы ..., и (N+1)-ая ветвь предназначена для ответвления N-ой электрической фазы.

Термоизоляционная оболочка может, предпочтительно, иметь цилиндрическую внутреннюю поверхность, причем концевая секция кабеля располагается вдоль этой поверхности и точки контакта между поверхностью и кабелем образуют, по существу, прямую линию контакта, благодаря чему обеспечивается простая и надежная конструкция.

В одном варианте осуществления, по меньшей мере, одно и, предпочтительно, все ответвления могут быть, по существу, перпендикулярны продольной оси концевой секции кабеля.

В одном варианте осуществления термоизоляционная оболочка, охватывающая концевую секцию кабеля, имеет модульную конструкцию, причем каждый модуль содержит часть для охвата длины концевой секции кабеля и, по меньшей мере, одну ветвь для ответвления нейтрального проводника или электрической фазы.

В одном варианте осуществления для улучшения охлаждения термоизоляционная оболочка может содержать два отдельных канала для протока охлаждающего флюида.

По меньшей мере, часть охлаждающего флюида в термоизоляционной оболочке может быть ограничена так, чтобы протекать по каналу, который уникален для узла концевого соединения, и не проходить через остальную часть сверхпроводящего кабеля.

В одном варианте осуществления узел концевого соединения содержит систему управления полем, находящуюся в контакте с электроизоляционным материалом, расположенным вокруг концевой секции кабеля у ответвлений термоизоляционной оболочки, причем система управления полем, предпочтительно, образует эквипотенциальный объем при напряжении фазы и управляет линией электрических полей вблизи ответвления от фазного напряжения до потенциала земли на корпусе концевого соединения.

Подобная система управления полем может, например, содержать материал, выбранный из группы материа