DE1813397A1 - Arrangement for holding one or more superconductive conductor strings inside a deeply cooled cable - Google Patents
Arrangement for holding one or more superconductive conductor strings inside a deeply cooled cableInfo
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Description
Kabel- und Metallwerke 1 932Cable and metal works 1 932
Gutehoffnungshütte AG _ .f Gutehoffnungshütte AG _ . f
Anordnung zur Halterung eines oder mehrerer supraleitfähiger Leiterstränge im Innern eines tiefstgekühlten KabelsArrangement for holding one or more superconducting conductor strands inside a cryogenic cable
Zur Übertragung elektrischer Energie sind sogenannte tiefstgekühlte Kabel bekannt geworden, bei denen die Leitungsstränge im Innern eines mit flüssigem Helium gefüllten Rohres angeordnet sind» Der Wärmeschutz nach außen wird durch weitere, dieses " Rohr konzentrisch umgebende und Zwischenräume bildende Rohre jeweils größeren Durchmessers gebildet, die glatt oder zur Herstellung praktisch beliebiger Längen auch gewellt sein können. Im Raum zwischen dem innersten und dem nächstfolgenden Rohr wird ein Vakuum aufrechterhalten, während der Raum zwischen dem zweiten und dritten Rohr zur Verteilung des von innen nach außen gerichteten Temperaturgefälles mit flüssigem Stickstoff gefüllt ist. Der Zwischenraum vom dritten zum letzten, auf Raumtemperatur stehenden Rohr kann wiederum evakuiert sein. Der Leiterstrang kann bei solchen Kabeln aus zwei konzentrischen Trägern bestehen, von denen der innere an seiner Außenfläche und der äußere an seiner Inrm fläche mit einer supraleitenden Schicht versehen ist. λ For the transmission of electrical energy, so-called cryogenic cables have become known, in which the cable strands are arranged inside a pipe filled with liquid helium or can also be corrugated to produce practically any length. A vacuum is maintained in the space between the innermost and the next following pipe, while the space between the second and third pipe is filled with liquid nitrogen to distribute the temperature gradient directed from inside to outside The space between the third and last tube, which is at room temperature, can again be evacuated hen is. λ
Bekannt ist es auch bereits, statt eines einzigen Leiterstranges mit Leitern großen Querschnittes mehrere elektrisch parallel gescbaLtete Leitungsstränge mit Leitern geringeren Querschnitts zu wählen. Als supraleitende Materialien sind beispielsweise Blei, Niobium und einige Nioblegierungen bekannt geworden. Die Leiter des supraleitenden Kabels können aus einem dieser Materialien bestehen oder, da die Energieübertragung beispielsweise durch Stromverdrängung in einer dünnen Schicht an derOberfläche erfolgt, auch aus anderen Materialien aus Metall oder Kunststoff bestehen, die mit einer dünnen Schicht von supraleitenden Materialien überzogen sind* Diese Schicht kann durch Elektrolyse, durch Aufdampfen oder auch beispielsweise durch Aufbringen eines dünnen Metallbandes er-It is also already known that instead of a single conductor strand with conductors of large cross-section, several electrically connected in parallel Cable strands with conductors with a smaller cross-section should be selected. Lead, for example, are superconducting materials Niobium and some niobium alloys have become known. The conductors of the superconducting cable can consist of one of these materials or, since the energy transfer takes place, for example, by current displacement in a thin layer on the surface, also consist of other materials made of metal or plastic coated with a thin layer of superconducting materials * This layer can be created by electrolysis, by vapor deposition or, for example, by applying a thin metal strip.
foi*#n· 009825/1025 foi * # n009825/1025
Zur Halterung eines oder mehrerer solcher supraleitfähiger Leiterstränge im Innern eines aus konzentrischen Rohren als Wärmeschutz aufgebauten tiefstgekühlten Kabels hat man bereits daran gedacht, die Leiterstränge in gewissen Abständen durch Distanzscheiben zu fixieren. Nachteilig wirkte sich hierbei jedoch aus, daß in den Zwischenräumen zwischen je zwei benachbarten Distanzscheiben der konstante Abstand beispielsweise zwischen je drei Phasenleiter wegen der Verdrillung nicht mehr aufrechterhalten werden konnte. Die Einfügung eines Rohrstückes aus einem geeigneten Isoliermaterial zwischen jeweils zwei Abstandshaltern hat auch nicht den gewünschten Erfolg gebracht, da sich hierbei erhebliche ferti-Il gungstechnische Schwierigkeiten ergeben.For holding one or more such superconducting conductor strands inside one of concentric tubes as thermal protection built-up cryogenic cable is already there thought to fix the conductor strands at certain intervals with spacers. However, the disadvantage here was that that in the spaces between every two adjacent spacers the constant distance, for example between three Phase conductor could no longer be maintained because of the twisting. The insertion of a piece of pipe from a suitable Insulating material between two spacers has also not brought the desired success, since this results in considerable ferti-Il technical difficulties arise.
Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten geht deshalb die Erfindung einen anderen Weg. Gemäß der Erfindung befindet sich im innersten konzentrischen Rohr ein Profilstrang, durch dessen Formgebung der oder die an seinem Umfang verteilten Leiterstränge über die Kabellänge fortlaufend ihre Lage zur Kabelachse ändern. Ein solcher Profilstrang gewährleistet einen konstanten Abstand beispielsweise zwischen den drei Phasenleitern eines Energieübertragungskabels, wobei gleichzeitig durch die fortlaufende Lagenänderung der Leiter zur Kabelachse eine bestmögliche Feldverteilung erreicht ist. Zudem bringt die Verwendung eines solchen Profilstranges erhebliche fertigungstechnische Vorteile mit sich, da die Leiterstränge mit- ψ tels bekannter Verseilverfahren auf den miteinlaufenden Profilstrang aufgebracht werden.To overcome these difficulties, the invention therefore takes a different approach. According to the invention, a profile strand is located in the innermost concentric tube, through the shape of which the conductor strand or strands distributed on its circumference continuously change their position relative to the cable axis over the length of the cable. Such a profile strand ensures a constant distance, for example, between the three phase conductors of a power transmission cable, with the best possible field distribution being achieved at the same time due to the continuous change in position of the conductors relative to the cable axis. Moreover, the use of such a profile strand brings considerable manufacturing advantages with it because the conductor strands are applied with- ψ means of known Verseilverfahren the miteinlaufenden profile strand.
Das gilt insbesondere dann, wenn in Durchführung des Erfindungsgedankeis der Profilstrang aus einem im Querschnitt sternförmigen, in Längsrichtung verdrillten Trägerkörper aus einem Isoliermaterial, beispielsweise einem Kunststoff, besteht. In diesem Fall wird man nämlich den Profilstrang mittels eines geeigneten Formwerkzeuges verdrillen und den so vorbereiteten Strang anschließend zusammen mit den supraleitfähigen Leitersträngen in den Verseilnajpel einlaufen lassen. Schließlich wird der Kunststoff, z.B. durch Wärmeeinwirkung entspannt, so daß der Strang die als Trägerkörper für die aufgeseilten Leiterstränge günstigste Form beibehält.This is especially true when in implementation of the inventive concept the extruded profile from a cross-sectionally star-shaped, longitudinally twisted carrier body made of an insulating material, for example a plastic. In this case you will namely the profile strand by means of a suitable molding tool twist and then run the prepared strand together with the superconductive strands into the Verseilnajpel permit. Finally, the plastic is relaxed, e.g. by the action of heat, so that the strand acts as a carrier for the split conductor strands most favorable shape retains.
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Vorteilhaft weist der Profilstrang in seinem Zentrum eine in
Längsrichtung verlaufende Bohrung auf*. Durch die hiermit erzielte Verringerung des Widerstandmomentes ist eine besonders
leichte Verdrillung des Stranges möglich. Falls erwünscht, kann
man die Bohrung im Profilstrang auch dazu verwenden, um ein gesondertes Zugelement im Profilstrang unterzubringen, so daß die Zugfestigkeit
des Stranges beträchtlich erhöht wird.The profile strand advantageously has an in
Longitudinal bore on *. The reduction in the moment of resistance achieved in this way is a special one
slight twisting of the strand possible. If desired, can
the hole in the extruded profile can also be used to accommodate a separate tension element in the extruded profile, so that the tensile strength of the strand is considerably increased.
Ist der Profilstrang aus einem Kunststoff hergestellt, dessen Ausdehnungskoeffizient
sich von dem des für die supraleitenden Leiterstränge verwendeten Metalles wesentlich unterscheidet, ist es
oft zweckmäßig, zum Ausgleich der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten
den Profilstrang in Längsrichtung zu unterbrechen. |If the profile strand is made of a plastic whose coefficient of expansion differs significantly from that of the metal used for the superconducting conductor strands, it is
it is often useful to interrupt the profile strand in the longitudinal direction to compensate for the different expansion coefficients. |
Als Materialien für den die supraleitfähigen Leiterstränge tragenden
Profilstrang können Polyäthylen, Polyamid, beispielsweise auch in Form eines Schaumstoffes, oder auch Polyphenylenoxid gewählt
werden, wobei sich letzteres durch einen Ausdehnungskoeffizienten
auszeichnet, der in der Nähe des von Kupfer liegt.Polyethylene, polyamide, for example also in the form of a foam, or also polyphenylene oxide can be selected as materials for the profile strand carrying the superconducting conductor strands
the latter being characterized by a coefficient of expansion
which is close to that of copper.
Um den Profilstrang mit den supraleitfähigen Leitersträngen, beispielsweise
aus auf einem geeigneten Träger angebrachten supraleitenden Schichten, wie Blei, Niob und dergl, im innersten koaxialen
Rohr zu fixieren, ist es besonders vorteilhaft, über dem oder den Leiter stetigen auf dem Profilstrang eine Wendel, zum Beispiel
aus einem kältefesten Kunststoff, aufzubringen, deren Stärke ein i Maß für den Abstand zwischen Leiter und Rohrwandung ist.In order to fix the profile strand with the superconducting conductor strands, for example from superconducting layers such as lead, niobium and the like, attached to a suitable carrier in the innermost coaxial tube, it is particularly advantageous to use a helix over the conductor or conductors steady on the profile strand example
of a cold-resistant plastic, to apply whose strength is a measure of the distance i between the conductor and the tube wall.
Die Erfindung sei an Hand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to the embodiment shown in the figure.
Zum Betrieb eines aus konzentrisch zueinander angeordneten glatten
oder gewellten Rohren bestehenden elektrischen Kabels in supraleitendem Zustand befindet sich in dem innersten Rohr 1 beispielsweise
flüssiges Helium mit einer Temperatur von etwa 4 K. Innerhalb dieses Rohres, von flüssigem Helium umspült, sind die Leiterstränge
2 angeordnet, die aus einem Träger 3 aus Metall oder einem
kältefesten Isolierstoff und der supraleitenden Schicht k aufgebaut
sind. Die supraleitende Schicht 4, z.B. Blei, Niob oder auch
eine Nioblegierung, kann auf elektrolytischem Wege oder durch Auf-To operate an electrical cable in a superconducting state consisting of smooth or corrugated tubes arranged concentrically to one another, the innermost tube 1 contains, for example, liquid helium at a temperature of about 4 K. Inside this tube, surrounded by liquid helium, the conductor strands 2 are arranged, which are constructed from a carrier 3 made of metal or a cold-resistant insulating material and the superconducting layer k . The superconducting layer 4, for example lead, or niobium
a niobium alloy, can be electrolytically or by
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dampfen aufgebracht sein, oder auch dadurch, daß ein längseinlaufendes Blech dünner Wandstärke um den Träger zum Rohr geformt, an den Kanten verschweißt und im gleichen Arbeitsgang auf den Träger heruntergezogen wird.be applied vapor, or by the fact that a longitudinally running Thin-walled sheet metal formed around the carrier to form a pipe, welded at the edges and in the same operation on the Carrier is pulled down.
Um sicherzustellen, daß über die gesamte Kabellänge der Abstand zwischen den drei Leitersträngen 2 des Energieübertragungskabels konstant ist und darüber hinaus die aus elektrischen Gründen notwendige Verdrillung der Leiterstränge gewährleistet ist, ist als Träger für die Leiterstränge der sternförmige Profilstrang 5 mit seinem im Ausführungsbeispiel für drei Leiterstränge um 120 versetzten Rippen vorgesehen. Dieser Formstrang ist über seine gesamte Länge so verdrillt, daß die Leiterstränge über die Kabellänge fortlaufend ihre Lage zur Kabelachse ändern. Der Profilstrang 5 besteht im dargestellten Beispiel aus einem Isoliermaterial, beispielsweise einem kältefesten Kunststoff, der nach dem Verdrillen entspannt ist, so daß der zusammen mit den Leitersträngen in einen nicht dargestellten Verseilnippel einlaufende Strang nicht zurückdreht und damit zu einer Lagenänderung der Leiterstränge in Bezug auf das Rohr 1 führt. Dabei weist zur Verringerung des Widerstandsmomentes beim Verdrillen der Profilstrang 5 die in Achsrichtung verlaufende Bohrung 6 auf, die gegebenenfalls zur Aufnahme eines Zugelementes verwendet werden kann.To ensure that the distance between the three conductor strands 2 of the power transmission cable over the entire length of the cable is constant and, moreover, the twisting of the conductor strands, which is necessary for electrical reasons, is guaranteed Carrier for the conductor strands of the star-shaped profile strand 5 with its offset by 120 in the exemplary embodiment for three conductor strands Ribs provided. This shaped strand is twisted over its entire length so that the conductor strands over the length of the cable continuously change their position in relation to the cable axis. In the example shown, the extruded profile 5 consists of an insulating material, for example a cold-resistant plastic, which is relaxed after twisting, so that together with the conductor strands in one Stranding nipple (not shown) does not turn back the incoming strand and thus leads to a change in the position of the conductor strands in relation to the tube 1. To reduce the moment of resistance when twisting, the profile strand 5 points in the axial direction extending bore 6, which may be used to receive a Tensile element can be used.
Über die Leiterstränge 2 ist der Isolierstrang 7, z.B. ein Kunststoffaden, wendelförmig aufgebracht. Dieser Isolierstrang gibt den im Profil des Stranges 5 gelagerten Leitersträngen einen zusätzlichen Halt und sorgt darüber hinaus als Abstandshalter dafür, daß die Lage der Leiterstränge in Bezug auf die Innenwandung des im Ausführungsbeispiel glatten,aber auch vorteilhaft gewellten Rohres 1 nicht verändert wird. Der aus elektrischen Gründen geforderte konstante Abstand der einzelnen Stränge voneinander und von der Rohrinnenwand ist damit stets gewährleistet. Das gilt sowohl bei der Herstellung des Kabels während des Aufbringens der weiteren als Wärmeschutz dienenden Rohre, beim Auftrommeln des fertigen Kabels, bei der Verlegung und beim Betrieb.Over the conductor strands 2, the insulating strand 7, e.g. a plastic thread, applied helically. This insulating strand gives the in the profile of the strand 5 stored conductor strands an additional Halt and also acts as a spacer to ensure that the position of the conductor strands in relation to the inner wall of the im Embodiment of a smooth, but also advantageously corrugated tube 1 is not changed. The constant distance between the individual strands required for electrical reasons and from the The inner wall of the pipe is thus always guaranteed. This applies to both the manufacture of the cable and the application of the other pipes serving as thermal insulation when the finished product is rolled up Cables, during laying and during operation.
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