[发明专利]电缆、构制电缆的方法和电缆的使用

说明书

本发明涉及一种电缆，其具有至少一个电缆芯，所述电缆芯包括3个或多个由绝缘层隔开的导电层，其中所述导电层包括以预定的螺距角(pitch angle)被螺旋地设置的电导体。本发明尤其涉及具有减少的交流损耗的电缆。

当使用电力电缆时，一般需要获得尽可能低的功率损耗。适用于具有低损耗的电缆在现有技术中是公知的。现有技术中披露了一种具有至少一个电缆芯的交流电缆，所述电缆芯包括由绝缘层相互隔开的若干个导电层。所述导电层一般由电导体构成，它们以预定的螺距角被螺旋地设置。

由超导材料制成的最内部的导体一般围绕一个中心骨架螺旋地缠绕，借以形成导电层。同样，也由超导材料制成的其它的导电层一般围绕适用于把导电层分开的绝缘层螺旋地缠绕。所需的导电层的数量取决于电缆的特定用途，并且取决于所用的带的电流传输能力。

层之间的电流分布取决于缠绕的螺距、层的半径、层的厚度以及导体的层的电阻率，因为层之间的电感取决于缠绕的螺距。因此，按照现有技术，螺距逐层地以给定的方式被改变。结果，使得在导电层之间的电流分布更均匀，从而使交流损耗减小。

WO 96/39705公开了一种电缆，其具有中心承载本体，围绕着所述中心承载本体至少在3个导体位置以预定的螺距角(pitch angle)被螺旋地设置。在各个导体位置的导体的螺距角被这样选择，使得它们从一个位置到一个位置在径向最内的导体位置的第一值和径向最外的导体位置的第二值之间逐步地增加或者减小。

虽然按照现有技术的交流电缆是有用的，但是它们具有这样的缺点，即，为了获得相等的电流分布，要求缠绕的螺距具有非常大的改变。因此，实际上，难于生产具有这样大的改变的螺距的电缆。

本发明的目的在于提供一种具有低的交流损耗的并且克服了现有技术中的缺点的电缆。

本发明的目的是通过一种电缆实现的，所述电缆具有至少一个电缆芯，所述电缆芯具有3个或多个被绝缘层相互隔离的导电层，其中所述导电层包括电导体，它们以预定的螺距角被螺旋地设置，其中所述预定的螺距角从径向最内的导电层到位于径向最内的导电层和径向最外的导电层之间的中间导电层逐层地逐步增加，并且所述预定的螺距角从所述中间导电层到径向最外的导电层逐层地基本上保持恒定或者逐层地逐步减小。

因而，在这种电缆中获得了均匀的电流分布，因而减少了交流损耗。此外，和现有技术的电缆相比获得了螺距改变较少的电缆。这是有益的，因为具有较大螺距改变的电缆在电缆的冷却期间导致不同层的不同的热收缩。此外，希望在层与层之间的螺距具有小的改变，因为这可以改善电缆的机械性能。

本发明基于这样的事实，即为了设计上述类型的具有小的交流损耗的电缆要解的方程是非常复杂的，因而不可能用解析法求解。所述方程包括多个耦联的参数，使得系统难于求解，即当改变一个参数时，可能影响一个或几个其它的参数。当使用简化模型时，可以解释一些参数之间的关系，例如，发现电感随着导电层半径的增加而减少，并且导电层的自感随着螺距角的增加而增加。在不合超导体的电缆中，层电阻也起作用。实际上，已经发现，当按照本发明设计电缆时，可以在上述类型的电缆的截面上获得均匀的电流分布，从而获得上述的优点。

本发明的目的也可以通过一种电缆来实现，其中：

·至少一个所述的绝缘层具有和其它绝缘层中的至少一个不同的厚度，

·至少一个所述的导电层具有和其它导电层中的至少一个不同的厚度，

·至少一个所述的绝缘层包括和其它绝缘层中的至少一个的材料不同的材料，或者

至少一个所述的导电层包括和其它导电层层中的至少一个的材料不同的材料。 

从而获得在电缆中的电流的均匀分布，因而减少了在电缆中的交流损耗。虽然电缆可以构成具有上述特性的单一特性，但是也可以组合两个或多个特性。因而，当设计上述类型的电缆时，获得了增加的自由度，因为可以获得所需的电流均匀分布的电缆，其中通过改变一个或几个附加的参数，即除去改变螺距之外，还可以改变绝缘层的厚度、导电层的厚度、绝缘层的材料与/或导电层的材料。其结果是，可以减少螺距的改变，借以进一步改变电缆的机械性能。

在一优选实施例中，至少一个所述的绝缘层比径向最外的相邻的绝缘层较厚。在另一优选实施例中，至少一个所述的导电层比径向最外的相邻的导电层较厚。

按照另一个实施例，所述的绝缘层的厚度与/或所述的导电层的厚度在径向最内的绝缘层的第一值和径向最外的绝缘层的第二值之间逐层地逐步减少。