DE2318617A1 - LOW TEMPERATURE ELECTRIC CABLE - Google Patents
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Description
Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte AktiengesellschaftCable and metal works Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft
1 1252 12.4.19731 1252 April 12, 1973
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Tieftemperaturkabel, beispielsweise Supraleiterkabel, aus mehreren konzentrisch zueinander angeordneten, vorzugsweise gewellten Metallrohren als Kälteschutz und im innersten Rohr angeordneten, über Stützelemente gehaltenen Leiterstränge, die durch ein geeignetes Kühlmedium auf die benötigte Temperatur gebracht werden. The present invention relates to an electrical low-temperature cable, for example superconductor cable, of several concentrically arranged, preferably corrugated metal pipes as protection against the cold and arranged in the innermost tube, held by support elements conductor strands, which by a suitable Cooling medium can be brought to the required temperature.
Zur Halterung der Leiterstränge in einem Supraleiterkabel ist es bereits bekannt, (Frankreich 7O.I3O96) eine freitragende schraubenförmige Metall- oder Kunststoff spirale zum Teil auch mit einer zusätzlichen Verstärkungsrippe zu verwenden, auf die dann die supraleitfähigen Leiterstränge aufgebracht werden. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß bei Zugbeanspruchungen sich der Durchmesser dieser Spirale verringert, während bei Stauchungen, die an der Spirale auftreten, der Durchmesser vergrößert wird. Auf diese Weise ist es nicht möglich, die geometrischen Abmessungen des Kabelaufbaues einzuhalten. Hinzu kommt, daß bei dieser bekannten Anordnung die als Leiterstränge verwendeten Bänder oderFor holding the conductor strands in a superconductor cable it is already known (France 7O.I3O96) a cantilevered helical metal or plastic Spirale can also be used with an additional reinforcement rib, on which the superconductive Conductor strands are applied. The disadvantage of this arrangement is that when tensile stresses the diameter of this spiral is reduced, while in the case of upsets that occur on the spiral, the diameter is enlarged. In this way it is not possible to determine the geometric dimensions of the cable structure to be observed. In addition, in this known arrangement, the tapes used as conductor strands or
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Drähte nur in größeren Abständen auf den eins eine B lbindungen der Tragspirale zum Aufliegen kommen, wobei sieb diese Abstände noch verringern und insbesondere die Auflageflächen dann noch verkleinern, wenn die Spirale mit zusätzlichen Verstärkungsrippen versehen ist.Wires spaced wider apart on one of the bindings the support spiral come to rest, with sieve reducing these distances and in particular the bearing surfaces still smaller when the spiral with additional reinforcement ribs is provided.
Bekannt ist auch eine Stützanordnung für die Leiter von Tieftemperaturkabeln (DAS 2 020 735), bei der Stützringe verwendet sind, die zusammen mit Kunststoffstäben, die in entsprechende Ausnehmungen einrasten, eine Art käfigartige Stützkonstruktion bilden. Zur besseren Stabilität dieser Konstruktion sind dann noch zusätzlich Kunststoffbänder spiralförmig aufgewickelt. Auch hierbei ergeben sich Schwierigkeiten insoweit, als durch die käfigartige Ausbildung zu kleine Auflageflächen für die supraleit-. fähigen Drähte oder Bänder vorhanden sind, so daß beim Biegen oder Krümmen des fertigen Kabels die Gefahr des Einknickens der Leiterstränge besteht. Die Folge solcher Knickungen ist dann, daß z.B. ein supraleitendes Band, das durch Plattieren mehrerer Metallschichten hergestellt ist, durch ein Auftrennen der Schichten zerstört wird. So geben die Hersteller solcher supraleitfähigen Leiterstränge bereits einen kleinsten Biegeradius an, bei dessen Unterschreitung die supraleitende Schicht innerhalb der aufeinanderplattierten Lagen reißt. Hinzu kommt, daß solche in der bekannten käfigartigen Konstruktion verwendeten Ringe den Fluß des Kühlmittels hindern.Also known is a support arrangement for the conductors of low-temperature cables (DAS 2 020 735) with support rings are used together with plastic rods that Snap into corresponding recesses, form a kind of cage-like support structure. For better stability In this construction, plastic strips are additionally wound up in a spiral. Here too, surrender Difficulties arise insofar as the cage-like training too small contact surfaces for the superconducting. Capable wires or tapes are present, so that when bending or bending the finished cable, the danger of There is buckling of the conductor strands. The consequence of such kinks is that e.g. a superconducting tape, made by plating several metal layers is destroyed by separating the layers will. So give the manufacturers of such superconductive Conductor strands already have a smallest bending radius, if it falls below this level, the superconducting layer within the layers clad on top of one another tears. In addition comes that such rings used in the known cage-like construction the flow of the coolant prevent.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stützung der in einem Tieftemperaturkabel angeordneten Leiter-The invention is based on the task of supporting the conductor arranged in a low-temperature cable
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stränge so durchzuführen, daß eine Beschädigung der Leiter auch beim Auftrommeln oder Verlegen des Kabels verhindert und gleichzeitig erreicht ist, daß die Leiterstränge im fertigen Kabel beim Betrieb allseitig vom strömenden Kühlmittel umgeben werden, um so eine optimale Kühlung der Leiter zu erreichen.to carry out strands in such a way that the conductors are damaged even when the cable is being reeled up or laid prevented and at the same time achieved that the conductor strands in the finished cable on all sides during operation be surrounded by the flowing coolant in order to achieve optimal cooling of the conductors.
Diese Aufgabe wird bei einem elektrischen Tieftemperaturkabel gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Stützelemente für die längsverlaufenden oder wendelförmig gewickelten Leiterstränge zylindrische Formkörper mit an der Oberfläche längsverlaufenden Nuten dienen, die durch Verbindungsglieder zu einer Gliederkette mit zwischen den einzelnen Formkörpern vorhandenen Durchtrittsmöglichkeiten für das kühlende Medium aneinanderreihbar sind. Eine solche Stützanordnung hat den besonderen Vorteil der einfachen Herstellung der einzelnen Formkörper, da diese z.B. in Form eines Stranges hergestellt und von diesem Strang in den gewünschten Längen abgeschnitten werden. Hinzu kommt, daß hierbei die supraleitfähigen Bänder oder Drähte optimal von allen Seiten durch das flüssige Kühlmedium, z.B. Helium, umströmt werden und daß darüber hinaus die supraleitfähigen Leiterstränge eine einwandfreie Auflagefläche haben, so daß keine Gefahr besteht, daß beim Auftrommeln oder bei der Verlegung solcher Kabel die Leiter einknicken.This object is achieved in an electrical low-temperature cable according to the invention in that as Support elements for the longitudinal or helical wound conductor strands cylindrical shaped body with longitudinal grooves on the surface, which are connected by connecting links to form a link chain with passages between the individual molded bodies for the cooling medium can be lined up. Such a support arrangement has the particular advantage of being easy to manufacture individual shaped bodies, as these are produced, for example, in the form of a strand and from this strand into the desired Lengths to be cut off. In addition, the superconducting tapes or wires are optimal from here The liquid cooling medium, e.g. helium, flows around all sides and that, in addition, the superconductive Conductor strands have a perfect contact surface, so that there is no risk of being reeled up or kink the conductors when laying such cables.
Bei der gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Stützkonstruktion kann das flüssige Kühlmedium auch über längere Kabelstrecken überall an die Leiter herangeführtWith the support structure proposed according to the invention, the liquid cooling medium can also be used over longer periods of time Cable routes brought up to the ladder everywhere
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werden, da die Tragkörper praktisch als Hohlringe oder Hohlzylinder ausgeführt sind, deren lichter Querschnitt maßgebend für die kühlbare Strecke ist. Denn je größer der Innendurchmesser dieser Tragelemente, desto geringer ist der Strömungswiderstand und um so weiter kann beispielsweise das flüssige Helium fortgeleitet werden, ohne daß es zusätzlicher zwischengeschalteter Pumpstationen bedarf. Durch die Spalte zwischen den einzelnen zylindrischen Formkörpern kann das flüssige Helium die supraleitfähigen Bänder oder Drähte oder auch tiefgekühlte Leiterstränge umspülen und so für eine intensive Kühlung sorgen und zusätzlich die über den Leitersträngen angebrachte Isolierung benetzen. Denn das flüssige Kühlmedium dient ja bekanntlich nicht nur zur Kühlung, um beispielsweise eine Supraleitung oder verbesserte Leitung im tiefgekühlten Zustand zu erreichen, sondern auch dazu als hochspannungsgeeignetes Dielektrikum zu wirken.since the support bodies are practically designed as hollow rings or hollow cylinders, their clear cross-section is decisive for the coolable route. Because the larger the inner diameter of these support elements, the smaller is the flow resistance and the further, for example, the liquid helium can be carried away, without the need for additional intermediate pumping stations. Through the gap between each In cylindrical moldings, the liquid helium can be the superconducting tapes or wires or also deep-frozen ones Rinse the conductor strands and thus ensure intensive cooling and, in addition, the cooling above the conductor strands Wet the insulation that has been applied. Because, as is well known, the liquid cooling medium is not only used for Cooling, for example to achieve superconductivity or improved conduction when frozen, but also to act as a dielectric suitable for high voltage.
Die Längskanäle an der Oberfläche der zylindrischen Formkörper durch angebrachte Nuten ermöglichen ein ungehindertes Fließen des kühlenden Mediums. Da die Bänder oder Drähte im Falle einer spiralförmigen Aufbringung in einem durch .die Schlaglänge bedingten Winkel zur Längsrichtung auf die hintereinander zu einer Gliederkette zusammengeschalteten Formkörper aufgewickelt sind, werden sie auf einem beträchtlichen Teil ihrer Oberfläche vom flüssigen Helium benetzt. Die Auflageflächen sind dichter beieinander, die Gefahr des Knik-The longitudinal channels on the surface of the cylindrical shaped body through attached grooves allow an unhindered Flow of the cooling medium. As the tapes or wires in the case of spiral application at an angle due to the lay length to the longitudinal direction on the one behind the other to form a link chain interconnected moldings are wound up, they are on a considerable part of their Surface wetted by liquid helium. The contact surfaces are closer together, the risk of kinking
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kens wird dadurch ausgeschaltet. Hinzu kommt, daß die über die tiefgekühlten Leiterstränge aufzubringende Aderisolierung mit beliebiger Zugspannung aufgebracht werden kann, ohne daß befürchtet werden muß, daß die Bänder oder Drähte in Mitleidenschaft gezogen werden.This turns kens off. In addition, the lines to be applied via the frozen conductor strands Core insulation can be applied with any tensile stress without having to fear that the Tapes or wires are affected.
Von Vorteil ist es schließlich auch, daß die zylinderförmigen Formkörper in einem kontinuierlichen Verfahren herstellbar sind, beispielsweise kann ein Schlauch aus einem entsprechend geeigneten Material, z.B. Teflon hergestellt, in einzelne Ringe geschnitten und diese können dann mit dem erforderlichen Spiel zu einer Gliederkette zusammengefügt werden. Zum Zusammenfügen der einzelnen Formkörper hat es sich in Durchführung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, Klammern aus Metall oder auch Kunststoff zu verwenden, beispielsweise aus entsprechend vorgeformten Drahtstücken, die in entsprechenden Bohrungen der jeweils benachbarten Formkörper eingreifen.Finally, it is also advantageous that the cylindrical shaped bodies are produced in a continuous process can be produced, for example a hose made of a suitable material, e.g. Teflon manufactured, cut into individual rings and these can then with the necessary clearance to form a link chain be joined together. To assemble the individual molded bodies, it has become necessary to carry out the Invention proven to be advantageous to use clips made of metal or plastic, for example from appropriately preformed pieces of wire, which are inserted into corresponding bores in the respective adjacent shaped bodies intervention.
Wegen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien kann es mitunter vorteilhaft sein, die zur Verbindung dienenden Klammern federnd auszubilden, beispielsweise dadurch, daß man den Drähten eine bestimmte Form gibt, z.B. durch Biegen in eine Mäanderform. Zweckmäßig ist es ferner, wenn die Verbindungsglieder, beispielsweise Drahtklammern, am Umfang der einzelnen Stützelemente verteilt angeordnet sind, beispielsweise indem drei Drahtklammern verwendet werden, die um 120° versetzt am Umfang verteilt angeordnet sind.Because of the different expansion coefficients Because of the materials used, it can sometimes be advantageous to make the clamps used for connection resilient to form, for example by giving the wires a certain shape, for example by bending in a meander shape. It is also useful if the connecting links, for example wire clips, are arranged distributed on the circumference of the individual support elements, for example by three wire clips used, which are arranged offset by 120 ° on the circumference.
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Die ringförmige Ausführung der tragenden Formkörper für die Leiterstränge hat darüber hinaus die Aufgabe, die Schwierigkeiten zu überwinden, die sich durch die etwa zehnmal größere Kontraktion der verwendeten Kunststoffteile gegenüber den Metallteilen bei einem Temperaturunterschied von etwa 3OO K ergeben. Aus diesem Grunde hat es sich unter anderem als vorteilhaft erwiesen, daß die Verbindungsglieder, z.B. elastische Drahtklammern, mit denen die einzelnen Formkörper verbunden sind,in Löcher größeren Durchmessers als es der Drahtdurchmesser ist einzuhängen, so daß das Spiel des Drahtes in den jeweiligen Löchern den Formkörpern die nötige Freiheit zur Kontraktion gibt. Werden die Formkörper schließlich durch mäatiderförmig gebogene Drähte zusammengehalten, so kann jeder Tragring für sich kontrahieren, ohne auf die Kontraktion der Drähte Einfluß nehmen zu können, deren Kontraktion etwa gleich der der über die Formkörper gewickelten z.B. supraleitenden Bänder oder Drähte ist. Etwa dann noch vorhandene, äußerst geringe Längenunterschiede, durch die Kontraktion bedingt, können durch das z.B. mäanderförmige Biegen der Drähte sicher ausgeglichen werden.The ring-shaped design of the supporting moldings for the conductor strands also has the task of to overcome the difficulties caused by the approximately ten times greater contraction of the plastic parts used compared to the metal parts at a temperature difference of about 300 K. For this Among other things, it has proven advantageous that the connecting members, e.g. elastic Wire clips, with which the individual moldings are connected, in holes of larger diameter than the Wire diameter is to be hooked in so that the play of the wire in the respective holes corresponds to the shaped bodies gives the necessary freedom to contract. The shaped bodies are finally made by wires bent in a mäatider shape held together, each support ring can contract for itself without affecting the contraction of the wires the contraction of which is approximately equal to that of the e.g. superconducting ones wound over the shaped body Tapes or wires is. About then still existing, extremely small differences in length through which Contraction caused, for example, can be safely compensated for by the meandering bending of the wires.
Die Erfindung sei anhand des in den Fig. 1 bis 3 als Ausführungsbeispiel dargestellten Supraleiterkabels näher erläutert.The invention is based on the superconductor cable shown in FIGS. 1 to 3 as an exemplary embodiment explained in more detail.
Die zur Halterung der Leiterstränge dienenden Stützelemente sind, wie insbesondere aus der Fig. 1 ersichtlich, als zylindrische, im Querschnitt ringförmige Formkörper 1 ausgebildet, die mit in Längsrichtung ver-The supporting elements used to hold the conductor strands are, as can be seen in particular from FIG. 1, designed as a cylindrical, in cross-section annular shaped body 1, which with ver in the longitudinal direction
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laufenden Nuten für das Kühlmittel versehen sind. Solche einzelnen Elemente könnten, wie aus der Fig. 2 hervorgeht, z.B. durch die Drahtklammern 3 in geringem Abstand zueinander zu einer Gliederkette verbunden werden, wobei zum Zwecke der Berücksichtigung der auftretenden Kontraktion die in dem Formkörper 1 für die Klammern 3 vorgesehenen Bohrungen wesentlich größer als der Querschnitt der Klammern 3 ist.running grooves are provided for the coolant. Such individual elements could, as can be seen from FIG. 2, e.g. be connected by the wire clips 3 at a short distance from each other to form a link chain, for the purpose of taking into account the contraction occurring in the molded body 1 for the brackets 3 provided holes is much larger than the cross section of the brackets 3.
Auf die aus einer Vielzahl solcher einzelner Formkörper 1, 1', 1'', I1'' usw. bestehenden Gliederkette werden dann, wie aus der Fig. 3 hervorgeht, z.B. supraleitfähige Bänder 5 spiralförmig aufgewickelt. Durch die Vielzahl der an der Oberfläche in Längsrichtung verlaufenden Kanäle 2 sowie durch die von den Klammern 3 gebildeten Abständen h zwischen den einzelnen Formkörpern 1 ist dem Kühlmittel die Möglichkeit gegeben, die Leiterstränge 5 allseitig zu umströmen, so daß eine intensive Kühlung der Leiter 5 möglich ist.As can be seen from FIG. 3, superconducting tapes 5, for example, are then wound spirally onto the link chain consisting of a large number of such individual molded bodies 1, 1 ', 1 ", I 1", etc. Due to the large number of channels 2 running on the surface in the longitudinal direction as well as the distances h formed by the brackets 3 between the individual molded bodies 1, the coolant is given the opportunity to flow around the conductor strands 5 on all sides, so that intensive cooling of the conductor 5 is possible is.
Die Verwendung solcher zu einer Gliederkette zusammengeschalteter Formkörper 1 ist selbstverständlich nicht auf die Verwendung bei Supraleiterkabeln beschränkt, sondern kann ebenso bei sogenannten cryoresistiven Kabeln Anwendung finden, z.B. bei der Verwendung von tiefgekühlten Kupfer- oder Aluminium-Bändern oder Drähten bei diesen Au sführungen.The use of such molded bodies 1 interconnected to form a link chain is of course not included the use of superconductor cables is limited, but rather can also be used with so-called cryoresistive cables, e.g. when using frozen ones Copper or aluminum strips or wires in these Performances.
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Legal Events
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