DE102015210655A1

DE102015210655A1 - Elektrische Spuleneinrichtung zur induktiv-resistiven Strombegrenzung

Info

Publication number: DE102015210655A1
Application number: DE102015210655.1A
Authority: DE
Inventors: Anne Kuhnert; Peter Kummeth; Christian Schacherer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2016-09-01
Also published as: CN107408441A; WO2016135311A1; KR101916440B1; US20180268975A1; KR20170121220A; EP3224839A1

Abstract

Es wird eine elektrische Spuleneinrichtung mit einer Drosselspule und einem innerhalb der Drosselspule angeordneten Tragkörper angegeben, wobei auf dem Tragkörper wenigstens ein ringförmig geschlossenes supraleitendes Leiterelement mit jeweils wenigstens einer ringförmig geschlossenen supraleitenden Schicht angeordnet ist. Weiterhin wird eine induktiv-resistive Strombegrenzungseinrichtung mit einer solchen elektrischen Spuleneinrichtung sowie ein Herstellungsverfahren für eine Spuleneinrichtung angegeben. Das Herstellungsverfahren umfasst den Schritt des Abscheidens einer ringförmig geschlossenen supraleitenden Schicht auf einer Oberfläche des Tragkörpers.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Spuleneinrichtung mit einer Drosselspule zur induktiv-resistiven Strombegrenzung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine induktiv-resistive Strombegrenzereinrichtung und ein Herstellungsverfahren mit einer solchen elektrischen Spuleneinrichtung.
Drosselspulen stellen induktive Wechselstromwiderstände dar, die oft zur Begrenzung von Kurzschlussströmen sowie zur Reduzierung hochfrequenter Stromanteile auf elektrischen Leitungen eingesetzt werden. Sie weisen meist einen geringen Gleichstromwiderstand auf, so dass die Gleichstromverluste hierbei gering gehalten werden können. In Wechselstromnetzen können Drosselspulen auch in Serie mit einem Verbraucher geschaltet werden, um als Vorwiderstand zu wirken und so die an dem Verbraucher anliegende Wechselspannung zu reduzieren.
In Wechselspannungs-Mittelspannungsnetzen werden typischerweise Drosselspulen mit Wicklungen aus normalleitenden Materialien wie Kupfer oder Aluminium zur Strombegrenzung oder zur Glättung der Stromverläufe eingesetzt. Der Einsatz solcher Drosselspulen reduziert die Netzstabilität, was im Zuge der Energiewende, insbesondere bei der Einspeisung von elektrischer Energie durch eine Vielzahl von dezentralen Energieeinspeiser von immer größerer Bedeutung ist. Um die Stabilität von elektrischen Wechselspannungsnetzen zu erhöhen, ist es besonders wünschenswert, dass im Normalbetrieb die Induktivität der Drosselspule klein ist, dass sie jedoch im Störfall oder Strombegrenzungsfall schnell einen hohen Wert annimmt.
Eine Möglichkeit, eine Drosselspule mit stark variabler Induktivität zur Verfügung zu stellen, ist durch das im Stand der Technik bekannte Konzept der sogenannten Erdschlusslöschspule gegeben. Bei solchen Erdschlusslöschspulen kann ein verfahrbarer eisenhaltiger Kern, ein sogenannter Tauchkern, in das Spulenzentrum eingebracht oder wieder daraus entfernt werden. Auf diese Weise kann die Induktivität der Drossel variiert werden, jedoch erfordert diese Variation durch die mechanische Bewegung erstens eine aktive Steuerungsmöglichkeit und zweitens eine relativ lange Zeitskala für die Änderung und ist daher für eine betriebszustandsabhängige Kurzschlussstrombegrenzung praktisch unbrauchbar. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung ist, dass auch im herausgefahrenen Zustand des Tauchkerns der Innenraum der Drosselspule nicht magnetfeldfrei ist. Somit sind auch in diesem Zustand die Induktivität und somit die Impedanz der Drosselspule größer als bei einer Spule mit einem im Wesentlichen magnetfeldfreien Innenraum.
In der DE 10 2010 007 087 A1 ist eine Vorrichtung zur Strombegrenzung mit einer veränderbaren Spulenimpedanz beschrieben. Bei dem dort beschriebenen Strombegrenzer wird durch den Einsatz einer supraleitenden Spule im Innern einer Drosselspule die Induktivität und damit die Impedanz der Drosselspule signifikant reduziert. Dies geschieht durch Ströme, die in der supraleitenden Spule induziert werden und die das Magnetfeld der Drosselspule im Normalbetrieb kompensieren. Bei Überschreiten eines bestimmten Stromwertes geht der Supraleiter in den normalleitenden Zustand über und vergrößert die Induktivität, wodurch der Strom begrenzt wird. Nach dem Abschalten des zu hohen Stroms geht der Supraleiter nach kurzer Zeit wieder selbstständig in den supraleitenden Zustand zurück und der Normalbetrieb kann wieder aufgenommen werden.
Nachteilig bei dieser bekannten Drosselspule mit supraleitender Abschirmspule ist, dass die Herstellung der Wicklungen für die innere supraleitende Spule relativ aufwendig ist. Insbesondere müssen einzelne Windungen, mehrere Wicklungen oder die gesamte innere Spule kurzgeschlossen werden, um das Fließen geschlossener Ringströme zu ermöglichen. Nach dem Stand der Technik werden hierzu möglichst gut leitfähige, elektrisch normalleitende Verbindungen zwischen den Endstücken der kommerziell erhältlichen supraleitenden Bandleiter angeordnet, beispielsweise durch Löten von Kontakten. Bei supraleitenden Bändern mit einem Schichtaufbau sollte der Strom im Kontaktbereich durch gut leitfähige Schichten verbunden sein. Insbesondere bei Bandleitern mit hochohmigen Schichten auf einer Seite kann es zweckmäßig sein, ein kurzes, zusätzliches Stück Bandleiter derart mit den Enden des Rings zu verbinden, dass der Strompfad durch gut leitfähige Schichten führt, nach Art eines sogenannten „Flip-Kontaktes“. Durch den daraus resultierenden Verbindungswiderstand entstehen jedoch auch elektrische Verluste durch den in der inneren Spule induzierten Stromfluss, die wiederum auch zu einem höheren Aufwand bei der Kühlung der supraleitenden Spule führen. Ein weiterer Nachteil der nachträglichen Verbindung der Spulenwicklungen liegt in der aufwendigen Herstellung der Kontaktstellen und in ihrer Fehleranfälligkeit.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Spuleneinrichtung zur induktiv-resistiven Strombegrenzung anzugeben, welche die genannten Nachteile vermeidet. Insbesondere soll eine schnelle und zuverlässige Veränderung der Induktivität der Drosselspule erreicht werden, bei gleichzeitig niedrigen elektrischen Verlusten im Normalbetrieb und vereinfachter Herstellung. Weitere Aufgaben der Erfindung sind es, eine induktiv-resistive Strombegrenzereinrichtung mit einer solchen Spuleneinrichtung sowie ein Herstellungsverfahren für eine solche Spuleneinrichtung anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch die in Anspruch 1 beschriebene elektrische Spuleneinrichtung, die in Anspruch 12 beschriebene Strombegrenzereinrichtung und das in Anspruch 13 beschriebene Herstellungsverfahren gelöst.
Die erfindungsgemäße Spuleneinrichtung weist eine Drosselspule und einen innerhalb der Drosselspule angeordneten Tragkörper auf. Auf dem Tragkörper ist wenigstens ein ringförmig geschlossenes Leiterelement mit jeweils wenigstens einer ringförmig geschlossenen supraleitenden Schicht angeordnet.
Unter einer ringförmig geschlossenen supraleitenden Schicht soll hierbei eine durchgehend supraleitende Schicht verstanden werden, die durch einheitliches supraleitendes Material in sich ringförmig geschlossen ist. Es sollen also keine zusätzlichen elektrischen Kontakte vorliegen, bei denen das supraleitende Material beispielsweise durch normalleitende Materialien elektrisch verbunden wird. Stattdessen wird eine ringförmige supraleitende Leiterschleife bereits durch die Abscheidung der supraleitenden Schicht erzeugt. In dem so erzeugten wenigstens einen ringförmigen und über diesen Ring durchgehend supraleitenden Leiter können so durch das sich ändernde Magnetfeld der Drosselspule in deren Innerem Ringströme induziert werden, die ihrerseits das Magnetfeld der Drosselspule kompensieren. Auf diese Weise wird der Bereich im Inneren des wenigstens einen ringförmigen Leiterelements im Wesentlichen feldfrei, was die Induktivität und somit auch die Impedanz der Drosselspule gegenüber einer nicht derart feldkompensierten Anordnung deutlich reduziert. Eine induktiv-resistive Strombegrenzereinrichtung mit einer solchen Spuleneinrichtung kann so mit geringeren Verlusten betrieben werden als ohne eine solche Kompensation. Die Spuleneinrichtung ist zweckmäßig so ausgelegt, dass im Störfall, also bei Strömen in der Drosselspule oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes, die in der ringförmig geschlossenen supraleitenden Schicht induzierten Ströme so weit ansteigen, dass die kritische Stromdichte überschritten wird und die Supraleitung in dieser Schicht zusammenbricht. So steigt die Induktivität der Drosselspule durch die dann fehlende Magnetfeldkompensation in ihrem Inneren an, und der in einem äußeren Stromkreis, in den die Drosselspule eingebunden ist, fließende Fehlerstrom kann wirksam begrenzt werden. Diese Begrenzung geschieht sehr schnell und ohne eine zusätzliche Steuerung, wie sie beim Einfahren eines Tauchkerns in die Spule nötig wäre.
Im Vergleich zu bekannten Spuleneinrichtungen mit supraleitenden Ringleitern aus nachträglich elektrisch verbundenen supraleitenden Bandleitern liegt der Vorteil der erfindungsgemäßen Spuleneinrichtung darin, dass durch das Fehlen von nachträglich eingeführten Kontakten, insbesondere ohmschen Kontakten, zusätzliche Widerstände in den ringförmigen Leiterelementen vermieden werden können. Der Ringstrom fließt stattdessen in einer durchgehend supraleitenden Schicht, was die Wärmeentwicklung innerhalb der supraleitenden Schicht reduziert. Da das wenigstens eine supraleitende Leiterelement für den Betrieb der Spuleneinrichtung auf eine Temperatur unterhalb seiner Sprungtemperatur gekühlt werden muss, ist im Bereich dieser Leiterelemente zweckmäßig eine Kühleinrichtung vorgesehen. Die benötigte Kühlleistung dieser Kühleinrichtung ist vorteilhaft umso niedriger, je geringer die elektrischen Verluste in den ringförmigen Leiterelementen sind. Bei einer durchgehend supraleitenden ringförmigen Schicht sind solche Verluste reduziert.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäß aufgebauten Spuleneinrichtung ergeben sich aus der leichteren Herstellbarkeit des wenigstens einen ringförmigen Leiterelements. Im Vergleich zur Herstellung eines solchen Leiterelements durch nachträgliche Kontaktierung der Endbereiche eines Leiterbandes werden weniger Prozessschritte benötigt. Außerdem wird der ebenfalls aufwändige Wickelprozess für ein solches Leiterband ebenfalls nicht benötigt. Der Bedarf an Wickelmaschinen, Wickelvorrichtungen, Stützstrukturen für die Wicklung sowie Lötvorrichtungen für den Bandleiter entfällt, und es wird lediglich eine Vorrichtung zur Aufbringung der Beschichtung auf den Tragkörper benötigt. Hierdurch können sowohl die Komplexität des Herstellungsprozesses wie auch die Herstellungskosten reduziert werden.
Ein weiterer Vorteil liegt schließlich in einer größeren Fehlertoleranz der beispielsweise direkt auf dem Tragkörper abgeschiedenen durchgehend supraleitenden Schicht. Im Vergleich zu einer Wicklung aus schmalen Leiterbänden können kleine Fehlstellen mit nicht supraleitenden Bereichen leichter toleriert werden, insbesondere da die ringförmig geschlossene supraleitende Schicht viel leichter breiter ausgeführt werden kann als eine ringförmig geschlossene Wicklung aus typischerweise nur wenige mm breiten Bandleitern. Gerade im Bereich der nachträglichen angebrachten elektrischen Kontakte können die supraleitenden Eigenschaften solcher herkömmlichen Bandleiter leicht degradieren, wodurch zusätzliche elektrische und thermische Verluste bewirkt werden.
Die erfindungsgemäße induktive Strombegrenzereinrichtung weist eine erfindungsgemäße elektrische Spuleneinrichtung auf. Zusätzlich zu den beschriebenen Merkmalen weist eine solche Strombegrenzereinrichtung elektrische Kontakte zur Einbindung der Drosselspule in einen äußeren Stromkreis auf. Dieser äußere Stromkreis kann beispielsweise ein Wechselstromnetz, insbesondere ein Wechselstrom-Mittelspannungs-Netz sein. Die Vorteile einer solchen induktiven Strombegrenzung gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich analog zu den beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Spuleneinrichtung.
Das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Spuleneinrichtung ist durch den Schritt des Abscheidens einer ringförmig geschlossenen supraleitenden Schicht auf einer Oberfläche des Tragkörpers gekennzeichnet. Das Herstellungsverfahren kann eine Mehrzahl weiterer Schritte aufweisen wie beispielsweise die Herstellung der Drosselspule und das Einbringen des derart beschichteten Tragkörpers in ein Inneres der Drosselspule. Kennzeichnend für die Erfindung ist jedoch die Herstellung einer ringförmig geschlossenen und durchgehenden supraleitenden Schicht, insbesondere in einem Beschichtungsschritt und ohne die nachträgliche Anbringung elektrischer Kontakte zur Herstellung des wenigstens einen ringförmigen geschlossenen Leiterelements. Die Vorteile dieses Herstellungsverfahrens wurden bereits im Zusammenhang mit den Vorteilen der erfindungsgemäßen Spuleneinrichtung näher erläutert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den von den Ansprüchen 1 und 13 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei können die Merkmale der Spuleneinrichtung, der Strombegrenzereinrichtung und des Herstellungsverfahrens vorteilhaft miteinander kombiniert werden.
Die Drosselspule und der Tragkörper mit dem wenigstens einen supraleitenden Leiterelement können eine gemeinsame zentrale Achse aufweisen. Mit anderen Worten können Drosselspule und der Tragkörper koaxial zueinander angeordnet sein, wobei der Tragkörper dann koaxial im Inneren der Drosselspule positioniert ist. Eine solche koaxiale Anordnung ist besonders zweckmäßig, um eine möglichst weitgehende Kompensation des insgesamt vorliegenden Magnetfeldes im Inneren der gesamten Anordnung, insbesondere im Inneren des wenigstens einen ringförmigen Leiterelements, zu erreichen. Die zentrale Achse kann dabei zweckmäßig eine Symmetrieachse der Drosselspule und/oder des Tragkörpers sein. Dabei kann beispielsweise eine Rotationssymmetrie von Drosselspule und/oder Tragkörper vorliegen, es kann sich aber auch um eine niedrigere Art der Symmetrie, beispielsweise eine zwei- oder vielzählige Rotationssymmetrie handeln. Besonders vorteilhaft weisen Drosselspule und Tragkörper die gleichen Symmetrieeigenschaften auf.
Der Tragkörper kann wenigstens eine zylinderartige Oberfläche aufweisen, auf der die wenigstens eine ringförmig geschlossene supraleitende Schicht angeordnet ist. Somit kann auch die supraleitende Schicht selbst die Form einer zylinderartigen Mantelfläche aufweisen. Diese Mantelfläche kann hierbei entweder durch eine einzige supraleitende Schicht definiert sein, oder es können auch mehrere solche ringförmig geschlossene Schichten auf einer gemeinsamen Zylinder-Mantelfläche vorliegen.
Bei der genannten Mantelfläche kann es sich um die Mantelfläche eines geraden Zylinders handeln. Unter einem geraden Zylinder soll hier nach der allgemeinen geometrischen Definition ein Körper verstanden werden, der durch Verschiebung einer ebenen Grundfläche entlang einer zu ihr senkrecht stehenden Gerade entsteht. Die Form ist also nicht auf Zylinder mit kreisförmiger Grundfläche beschränkt. Alternativ können beispielsweise auch ovale, eiförmige oder rechteckige Grundflächen vorliegen. Es können auch andere als rechteckige Polygonzüge zur Definition der Grundfläche dienen, wobei die Ecken der Polygone sowohl spitz als auch abgerundet sein können. Alternativ zu der genannten Ausführungsform mit der supraleitenden Schicht auf einer zylindrischen Mantelfläche können auch andere Mantelflächen die Schichtgeometrie vorgeben. Beispielsweise kann es sich auf der beschichteten Oberfläche des Tragkörpers auch um eine konkav und/oder konvex gekrümmte Oberfläche handeln. Vorteilhaft kann auch bei solch einer gekrümmten Mantelfläche eine Symmetrie bezüglich einer zentralen Achse vorliegen. Der Tragkörper kann auch einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
Der Tragkörper kann als Hohlkörper, beispielsweise als Hohlzylinder, ausgebildet sein. Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt in dem geringen Materialeinsatz. Im Inneren des Hohlkörpers wird im regulären Betriebszustand durch die Abschirmung ein im Wesentlichen feldfreier Raum geschaffen, in dem nicht unbedingt weitere elektromagnetisch wirksame Materialien benötigt werden. Die Spuleneinrichtung kann also vorteilhaft im Inneren des Tragkörpers kernlos ausgestaltet sein. Optional können jedoch auch weitere Komponenten im Inneren eines solchen Hohlkörpers angeordnet sein, beispielsweise ein zusätzlicher weichmagnetischer Kern, der entweder als fest positionierter Kern oder auch als Tauchkern ausgebildet sein kann.
Die wenigstens eine ringförmig geschlossene supraleitende Schicht kann dann auf einer Innenfläche des als Hohlkörper ausgebildeten Tragkörpers angeordnet sein. Dies kann beispielsweise dann besonders vorteilhaft sein, wenn der Tragkörper gleichzeitig als Teil eines Kühlmittelgefäßes, als Wand eines Kryostaten oder allgemein als Teil einer Kühlvorrichtung und/oder thermischen Isolierung für den zu kühlenden Bereich der supraleitenden Schicht dient. Bei einer Anordnung der supraleitenden Schicht auf dem Innenmantel eines Hohlkörpers ist es allgemein vorteilhaft, wenn der Tragkörper hauptsächlich elektrisch nichtleitende Materialien wie beispielsweise Kunststoff, keramische Materialien, glasfaserverstärkten Kunststoff, kohlefaserverstärkten Kunststoff, Hartgewebe oder Hartpapier aufweist. Wird ein Tragkörper aus hauptsächlich leitfähigem Material verwendet, so ist vorteilhaft zumindest in Längsrichtung ein durchgängig nichtleitender Bereich vorzusehen, der induzierte Wirbelströme im Tragkörper verhindert. Bei einer Ausführung mit einem die supraleitende Schicht umhüllenden Tragkörper haben elektrisch nicht-leitende Materialien den Vorteil, dass die Induktion von Strömen durch das Magnetfeld der Drosselspule vermieden wird. So können zusätzliche elektrische und thermische Verluste gering gehalten werden. Außerdem verringert sich der Einfluss der ungewollt induzierten Ströme auf die Änderung der Impedanz.
Ein als Hohlkörper ausgebildeter Tragkörper kann alternativ oder zusätzlich auch auf seiner äußeren Mantelfläche mit der wenigstens einen ringförmig geschlossenen supraleitenden Schicht versehen sein. Bei einer solchen Ausführungsform kann der Tragkörper aus elektrisch leitenden und/oder nicht-leitenden Materialien ausgeführt sein, da dieser in dem elektromagnetisch durch die supraleitende Schicht abgeschirmten Bereich angeordnet ist und somit die Ausbildung von Induktionsströmen im Tragkörper durch diese Abschirmung vorteilhaft vermieden wird. Vorzugsweise besteht der Tragkörper aus nichtleitenden Materialien, da die Abschirmwirkung der induzierten Ströme während der Kurzschlussstrombegrenzung reduziert werden soll. Beispielsweise kann der Tragkörper auch die oben genannten nicht-leitenden Materialien aufweisen und/oder metallische Materialien wie beispielsweise Stahl, Edelstahl oder Legierungen wie Hastelloy oder Nickel-Wolfram-Legierungen aufweisen. Der Tragkörper kann auch hier als Teil eines Kühlmittelgefäßes, als Wand eines Kryostaten oder allgemein als Teil einer Kühlvorrichtung und/oder thermischen Isolierung für den zu kühlenden Bereich der supraleitenden Schicht dienen.
Alternativ kann der Tragkörper auch als Vollkörper ausgebildet sein, bei dem dann die Außenfläche mit der wenigstens einen ringförmig geschlossenen supraleitenden Schicht versehen ist. Beispielsweise kann es sich dabei um einen Vollzylinder handeln. Bei einem Vollkörper können die Materialien ähnlich frei ausgewählt werden wie bei einem außen beschichteten Hohlkörper, also beispielsweise aus der Liste der im vorhergehenden Absatz genannten Materialien.
Die wenigstens eine ringförmig geschlossene supraleitende Schicht kann ein hochtemperatursupraleitendes Material aufweisen. Hochtemperatursupraleiter (HTS) sind supraleitende Materialien mit einer Sprungtemperatur oberhalb von 25 K und bei einigen Materialklassen, beispielsweise den Cuprat-Supraleitern, oberhalb von 77 K, bei denen die Betriebstemperatur durch Kühlung mit anderen kryogenen Materialien als flüssigem Helium erreicht werden kann. HTS-Materialien sind auch deshalb besonders attraktiv, da diese Materialien abhängig von der Wahl der Betriebstemperatur hohe obere kritische Magnetfelder sowie hohe kritische Stromdichten aufweisen können. Die hochtemperatursupraleitende Schicht kann beispielsweise Magnesiumdiborid oder einen oxidkeramischen Supraleiter, beispielsweise eine Verbindung des Typs REBa₂Cu₃O_x(kurz REBCO) aufweisen, wobei RE für ein Element der seltenen Erden oder eine Mischung solcher Elemente steht. Zur Abscheidungen von Schichten mit REBCO-Verbindungen eignen sich besonders metallische Tragkörper, da für eine hohe Qualität dieser supraleitenden Schichten eine vorstrukturierte Substratoberfläche vorteilhaft ist, die gegebenenfalls auch mit einer oder mehreren Zwischenschichten als Wachstumsunterlage versehen sein kann. Alternativ zu den genannten Materialien können aber auch metallische Supraleiter in dem ringförmigen Leiterelement zum Einsatz kommen.
Allgemein können auf dem Tragkörper mehrere parallel zueinander verlaufende ringförmig geschlossene supraleitende Leiterelemente mit jeweils wenigstens einer ringförmig geschlossenen supraleitenden Schicht angeordnet sein. Mit anderen Worten können mehrere solche Leiterelemente axial versetzt auf dem Tragkörper angeordnet sein, wobei jedes Leiterelement eine in sich geschlossene, durchgehend supraleitende Leiterschleife ohne ohmsche Kontakte bildet. Die einzelnen ringförmigen Leiterelemente können beispielsweise elektrisch gegeneinander isoliert sein, sie können jedoch auch elektrisch verbunden sein. Sie können, beispielsweise über einen elektrisch leitfähigen Tragkörper, normalleitend miteinander verbunden sein, oder es können die verschiedenen axial gegeneinander versetzten Teilringe durch supraleitende Brücken miteinander verbunden sein. Die verschiedenen Teilringe können, gegebenenfalls zusammen mit solchen Brücken, durch einen gemeinsamen Beschichtungsschritt auf dem Tragkörper abgeschieden worden sein.
Unabhängig davon, ob nur ein ringförmiges Leiterelement oder mehrere solche Leiterelemente vorliegen, kann jedes dieser Leiterelemente eine axiale Ausdehnung von wenigstens 1 mm, insbesondere wenigstens 20 mm aufweisen. Die Breite der Leiterelemente (senkrecht zu ihrer Ringebene) kann somit deutlich größer sein als dies beispielsweise durch ein ringförmiges Kurzschließen kommerziell erhältlicher supraleitender Bandleiter erreicht werden kann.
Die beschichtete Mantelfläche des Tragkörpers kann neben den ringförmigen Leiterelementen auch unbeschichtete Teilbereiche aufweisen. Dies kann sowohl bei Ausführungsformen mit nur einem Leiterelement als auch insbesondere bei Ausführungsformen mit mehreren nebeneinander angeordneten Teilringen der Fall sein.
Das wenigstens eine ringförmige Leiterelement kann auch eine supraleitende Schicht mit variierender Schicht aufweisen, beispielsweise um die Schichtdicke oder -breite an die zu erwartende Verteilung des Magnetfeldes anzupassen.
Die elektrische Spuleneinrichtung kann eine Kühleinrichtung zur Kühlung der wenigstens einen supraleitenden Schicht aufweisen, die einen Kryostaten umfasst. Mit dieser Kühleinrichtung kann die supraleitende Schicht also auf eine Betriebstemperatur unterhalb der Sprungtemperatur des supraleitenden Materials gekühlt werden. Durch eine thermische Isolation der supraleitenden Schicht gegen eine warme äußere Umgebung kann erreicht werden, dass mit der Kühleinrichtung dauerhaft eine solche kryogene Temperatur aufrechterhalten werden kann. Wenn die Wicklung der Drosselspule aus einem normalleitenden Leiter gebildet ist, kann die Drosselspule außerhalb des Kryostaten angeordnet sein. Alternativ ist es auch möglich, die Wicklung der Drosselspule ebenfalls innerhalb des Kryostaten anzuordnen, insbesondere wenn es sich bei der Wicklung der Drosselspule ebenfalls um eine supraleitende Wicklung handelt.
Bei den Ausführungsformen, bei denen außer dem wenigstens einen ringförmigen Leiterelement keine weiteren elektrischen Komponenten innerhalb des Kryostaten angeordnet werden müssen, kann der Kryostat besonders vorteilhaft ohne elektrische Durchführungen ausgebildet sein. Er kann also als weitgehend abgeschlossenes Gefäß mit besonders niedrigen thermischen Verlusten ausgestaltet sein, denn für die Abschirmwirkung des ringförmig geschlossenen Leiterelements ist keine elektrische Kontaktierung zu einem äußeren Stromkreis notwendig.
Die ringförmig geschlossene supraleitende Schicht kann auf einer Wand des Kryostaten angeordnet sein. Mit anderen Worten kann der Tragkörper, der die supraleitende Schicht trägt, eine der Begrenzungswände des Kryostaten darstellen. Eine solche Begrenzungswand kann dann beispielsweise durch eine Vakuumisolation und/oder Lagen von Superisolation gegen eine warme äußere Umgebung thermisch isoliert sein.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der elektrischen Spuleneinrichtung kann die ringförmig geschlossene supraleitende Schicht vorteilhaft durch Aerosol-Deposition abgeschieden werden.
Unter einer Aerosol-Deposition soll im vorliegenden Zusammenhang die Abscheidung einer Schicht aus einem Aerosol, also aus einer Dispersion von Festkörperteilchen in einem Gas, verstanden werden. Insbesondere kann dazu ein Ausgangsstoff der supraleitenden Schicht als in einem Gas dispergiertes Pulver vorliegen. Eine solche aus einem Pulveraerosol abgeschiedene Schicht ist an der Körnchenstruktur des zugrundeliegenden Pulvers leicht von Schichten aus anderen bisher bekannten Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung, zu unterscheiden. Mit den Verfahren der Aerosol-Deposition können supraleitende Schichten wesentlich leichter als mit herkömmlichen Verfahren auf nicht planaren Oberflächen wie der Mantelfläche des hier vorliegenden Tragkörpers abgeschieden werden.
Die supraleitende Schicht kann vorteilhaft Magnesiumdiborid umfassen. Besonders vorteilhaft kann diese supraleitende Schicht als Hauptbestandteil Magnesiumdiborid aufweisen oder sogar im Wesentlichen aus Magnesiumdiborid bestehen. Eine Abscheidung einer Magnesiumdiboridschicht aus einem Pulveraerosol ist besonders gut möglich, wie beispielsweise in der DE 10 2010 031 741 B4 beschrieben. Das im Aerosol dispergierte und als Ausgangsstoff dienende Pulver kann dabei entweder bereits als Magnesiumdiborid oder als ein Pulvergemisch aus elementarem Magnesium und Bor oder als ein Gemisch aus allen drei Komponenten Magnesiumdiborid, Magnesium und Bor vorliegen.
Durch die Aerosol-Deposition kann supraleitendes Magnesiumdiborid in definierten Schichten von beispielsweise 1 µm bis zu 100 µm hergestellt werden. Eine durch Aerosol-Deposition abgeschiedene Magnesiumdiboridschicht kann auch auf nichtplanaren Substraten unter Nachbildung deren Oberflächenstruktur als zusammenhängende Beschichtung aufgebracht werden. Im Unterschied zu den Methoden der Gasphasenabscheidung (wie beispielsweise chemischer Gasphasenabscheidung, Sputtern oder Verdampfen) können über die Aerosol-Deposition auf einfache Weise wesentlich dickere supraleitende Schichten abgeschieden werden. Vorteilhaft ist dabei die Schichtdicke der supraleitenden Schicht wenigstens 0,5 µm, besonders vorteilhaft sogar wenigstens 5 µm.
Magnesiumdiborid weist eine Sprungtemperatur von etwa 39 K auf und gilt somit als Hochtemperatur-Supraleiter, allerdings ist die Sprungtemperatur im Vergleich zu anderen HTS-Materialien eher niedrig. Die Vorteile dieses Materials im Vergleich zu oxidkeramischen Hochtemperatur-Supraleitern liegen bei seiner leichten Herstellbarkeit und dadurch bedingt bei einer besonders flexiblen Wahl von Substratmaterialien und Substratgeometrien.
Alternativ oder zusätzlich kann die supraleitende Schicht einen oxidkeramischen Hochtemperatur-Supraleiter umfassen. Insbesondere kann es sich dabei um ein Material des Typs REBa₂Cu₃O_x handeln. Diese Materialklasse erlaubt vorteilhaft die Ausbildung von elektrischen Leitern mit höheren Betriebstemperaturen als beispielsweise mit Magnesiumdiborid.
Die ringförmig geschlossene supraleitende Schicht kann vorteilhaft aus einer Lösung abgeschieden werden. Dies kann insbesondere zur Abscheidung von dickeren, oxidkeramischen supraleitenden Schichten vorteilhaft sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische, perspektivische Schnittdarstellung einer Spuleneinrichtung nach dem Stand der Technik darstellt,
2 eine schematische, perspektivische Schnittdarstellung einer Spuleneinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt,
3 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Tragkörpers nach einem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt,
4 einen schematischen Querschnitt einer Spuleneinrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel darstellt,
5 einen schematischen Querschnitt einer Spuleneinrichtung nach einem vierten Ausführungsbeispiel darstellt und
6 einen schematischen Querschnitt einer Spuleneinrichtung nach einem fünften Ausführungsbeispiel darstellt.
In 1 ist eine schematische, perspektivische Darstellung einer Spuleneinrichtung nach dem Stand der Technik als Halbschnitt durch das Zentrum der Spuleneinrichtung 1 gezeigt. Gezeigt ist eine auf dem äußeren Umfang angeordnete Drosselspule 3, die die weiteren gezeigten Komponenten der Spuleneinrichtung 1 radial umgibt. Diese Drosselspule 3 dient zur Begrenzung eines Kurzschlussstroms sowie zur Glättung des Stromverlaufs in einem übergeordneten Stromkreis. Hierzu ist die Drosselspule 3 über zwei Anschlüsse 19 mit dem hier nicht näher gezeigten Stromkreis verbunden, in dem der Strom I fließt. Bei diesem Stromkreis kann es sich beispielsweise um ein Wechselspannungs-Mittelspannungsnetz handeln, die Drosselspule 3 kann jedoch auch ganz allgemein für andere Industrie- oder Ortsnetze ausgelegt sein. So kann die Drosselspule 3 beispielsweise für Niederspannungsnetzte mit Wechselspannungen zwischen 100V und 1000V ausgelegt sein, alternativ kann es sich um Mittelspannungsnetze für Spannungen zwischen 1kV und 52kV oder auch um Hochspannungsnetze für Spannungen oberhalb von 52kV handeln. Die Drosselspule kann insbesondere für einen Leistungsbereich von wenigstens 250kVA, insbesondere wenigstens 400kVA oder sogar wenigstens 630kVA ausgelegt sein.
Im Inneren der Drosselspule 3 ist ein Kryostat 13 angeordnet, der in diesem Beispiel als Badkryostat ausgestaltet ist und ein Kühlmittel 14 beinhaltet. Innerhalb des Kryostaten ist eine Anordnung aus mehreren supraleitenden Leiterelementen 7 angeordnet, wobei diese Leiterelemente 7 jeweils als kurzgeschlossene Ringe aus supraleitendem Bandleitermaterial 8 vorliegen. Durch das von der Drosselspule erzeugte Magnetfeld wird in den ringförmigen Leiterelementen 7 ein Ringstrom induziert. Durch die supraleitenden Eigenschaften des Bandleiters 8 fließt dieser Ringstrom nahezu verlustfrei. Durch das Kühlmittel 14 innerhalb des Kryostaten 13 werden die supraleitenden Leiterelemente 7 auf eine Betriebstemperatur unterhalb ihrer Sprungtemperatur gekühlt. Die induzierten Ringströme bewirken eine Abschirmung des Magnetfelds der Drosselspule 3 im weiter innenliegenden Bereich der Spuleneinrichtung 1. Dieser Effekt ist schematisch in der 1 im unten abgebildeten Diagramm dargestellt. Es zeigt den Verlauf der magnetischen Feldstärke H in Abhängigkeit von der radialen Position r. Bei großen Werten des Radius r, die weit außerhalb der Drosselspule 3 liegen, ist die magnetische Feldstärke nahezu null. Im radial äußeren Bereich der Drosselspule wird die Feldstärke betragsmäßig groß, im Inneren der Drosselspule erfährt sie dann einen Nulldurchlauf und steigt zum radial innenliegenden Bereich der Drosselspule wieder auf ihren maximalen Wert H₁ an. Durch die in diesem Beispiel elektrisch nicht leitende Ausführung der Kryostatwände bleibt die magnetische Feldstärke im Inneren der Drosselspule zunächst relativ konstant bei dem Wert H₁, wird jedoch dann durch die abschirmende Wirkung der ringförmig geschlossenen Leiterelemente 7 wieder auf einen Wert nahe null reduziert. Es ergibt sich also eine Kompensation des Magnetfeldes in einem radial innenliegenden Bereich der Spuleneinrichtung 1. Hierdurch wird die Induktivität der Drosselspule 3 und somit die Impedanz der gesamten Spuleneinrichtung 1 im übergeordneten Stromkreis signifikant reduziert, wodurch die elektrischen Verluste gering gehalten werden. Um aus den dargestellten supraleitenden Bandleitern 8 ringförmig geschlossene Leiterelemente 7 zu erzeugen, müssen die Bandleiter 8 jedoch aufwändig gewickelt werden und anschließend durch nachträglich angebrachte Ohm'sche Kontakte elektrisch leitend verbunden werden. Hierdurch ist der induzierte Stromfluss in den Leiterelementen 7 nach dem Stand der Technik nicht völlig verlustfrei.
2 zeigt eine elektrische Spuleneinrichtung 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in ähnlicher schematischer, perspektivischer Darstellung. Die Spuleneinrichtung 1 enthält ebenfalls eine Drosselspule 3, die wiederum die übrigen gezeigten Komponenten der Spuleneinrichtung 1 radial umgibt. In ihrem Inneren ist wiederum ein Badkryostat 13 angeordnet, der hier jedoch einen zylindrischen Tragkörper 5 enthält, der auf seiner Außenseite 5b mit einer durchgehend supraleitenden Schicht 9 beschichtet ist.
Hierdurch ergibt sich ein ringförmig geschlossenes Leiterelement 7, welches aus einem einheitlichen supraleitenden Material gebildet ist und nicht durch nachträglich aufgebrachte Ohm'sche Kontakte kontaktiert werden muss. Im gezeigten ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein einzelnes ringförmig geschlossenes Leiterelement, dessen axiale Ausdehnung entlang der Hauptachse A ähnlich groß ist wie die axiale Ausdehnung der Drosselspule 3. Bei der gezeigten Spuleneinrichtung 1 handelt es sich um eine Anordnung aus kreiszylindrischen Spulen. Die Drosselspule 3 und das ringförmige Leiterelement 7 sind hierbei konzentrisch um eine gemeinsame Systemachse A ausgerichtet. Diese Ausrichtung ist vorteilhaft, um das Magnetfeld im Inneren der Spuleneinrichtung besonders gut zu kompensieren und zur Reduktion von auf die Spulen wirkenden Querkräften.
Der Verlauf der magnetischen Feldstärke H in Abhängigkeit von dem Radius r ist ähnlich wie bei der 1 im unteren Teil der Abbildung schematisch gezeigt. Auch hier ergibt sich durch die abschirmende Wirkung der supraleitenden Schicht 9 eine weitgehende Kompensation des Magnetfeldes H im Inneren der Spuleneinrichtung 1.
Der in 2 gezeigte Tragkörper ist ein kreiszylindrischer Hohlkörper, der prinzipiell sowohl aus nicht leitendem wie auch aus elektrisch leitfähigem Material gebildet sein kann. Je nach der Form der äußeren Drosselspule 3 können für den Tragkörper auch andere Geometrien wie beispielsweise zylindrische Formen mit nicht kreissymmetrischer Grundfläche oder auch nicht zylindrische geometrische Objekte mit mantelförmigen Oberflächen in Frage kommen. Da das Magnetfeld H bereits durch die supraleitende Schicht 9 weitgehend kompensiert wird, sind die elektromagnetischen Eigenschaften des Tragkörpers für den Feldverlauf im weiter innen liegenden Bereich im Normalbetrieb nicht mehr relevant. Die hohlkörperartige Ausgestaltung des Tragkörpers 5 ist vorteilhaft, um Material einzusparen und auch um die zu kühlende Masse zu reduzieren. Die supraleitende Schicht 9 kann beispielsweise eine Magnesiumdiborid-Schicht sein, die vorteilhaft durch eine Aerosol-Deposition abgeschieden werden kann. Alternativ kann es sich aber auch um andere supraleitende Materialien, wie beispielsweise andere Hochtemperatur-Supraleiter des Typs REBCO, handeln. Solche supraleitenden Materialien können sowohl aus der Gasphase wie auch aus einer Lösung abgeschieden werden. Wesentlich ist, dass die supraleitende Schicht 9 als durchgehend supraleitende Beschichtung auf einer ringförmig geschlossenen Oberfläche des Tragkörpers 5 ausgebildet ist, so dass kein nachträglich eingeführter, normalleitender Kontakt benötigt wird. Die supraleitende Schicht 9 kann in ihrer Schichtdicke homogen ausgebildet sein, sie kann prinzipiell auch in ihrer Schichtdicke variieren, beispielsweise um Inhomogenitäten des Magnetfeldes H in axialer Richtung auszugleichen.
3 zeigt einen alternativen Tragkörper 5, der in einer Spuleneinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Einsatz kommen kann. Die übrigen Komponenten der Spuleneinrichtung können beispielsweise analog wie in 2 gezeigt angeordnet sein. Der in 3 dargestellte Tragkörper 5 ist ebenfalls ein zylindrischer Hohlkörper, dessen äußere Mantelfläche mit einer supraleitenden Schicht 9' beschichtet ist. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist diese supraleitende Schicht 9' jedoch in mehrere ringförmige Leiterelemente 7' unterteilt. Es liegen also mehrere parallel verlaufende ringförmig geschlossene Leiterelemente vor, in denen jeweils ein geschlossener Ringstrom fließen kann, ähnlich wie bei dem in 1 gezeigten Stand der Technik. Im Unterschied dazu sind hier jedoch die einzelnen ringförmigen Leiterelemente 7' jeweils aus einer durchgehend supraleitenden Schicht 9' gebildet, ohne dass nachträglich eingeführte elektrische Kontakte benötigt werden. Die einzelnen Leiterelemente 7‘ können gleichzeitig in einem Beschichtungsvorgang aufgebracht werden. Dabei kann die Strukturierung entweder schon während der Beschichtung erfolgen, beispielsweise durch Schattenmasken, oder aber nach der Aufbringung der Schicht durch Entfernung des Materials in den Zwischenräumen 10. Die Anordnung von den hier gezeigten fünf parallelen ringförmigen Leiterelementen 7' ist hierbei nur beispielhaft zu verstehen, es können auch weniger oder auch wesentlich mehr Leiterelemente 7' vorliegen. Die axiale Ausdehnung der einzelnen Leiterelemente 7' kann hier auch deutlich größer gewählt werden als bei dem Stand der Technik nach der 1, denn die Ausdehnung der einzelnen Ringe ist nicht durch die Größe von kommerziell erhältlichen supraleitenden Bandleitern 8 begrenzt. Die Unterteilung der supraleitenden Schicht 9' in einzelne Teilringe, also das Vorliegen von unbeschichteten Bereichen 10 zwischen diesen Ringen, kann vorteilhaft sein, um unerwünschte Induktionsströme in axialer Richtung zu vermeiden.
4 zeigt einen schematischen Querschnitt einer elektrischen Spuleneinrichtung 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch hier ist eine Drosselspule 3 radial außenliegend angeordnet. Im innenliegenden Bereich ist wiederum ein Kryostat 13 angeordnet, der in diesem Beispiel als hohlzylindrischer Behälter mit einer inneren Kryostatwand 15a und einer äußeren Kryostatwand 15b ausgestaltet ist. Zwischen den beiden Kryostatwänden 15a und 15b ist wiederum ein hohlzylindrischer Tragkörper 5 angeordnet, der auch hier auf seiner Außenseite mit einer supraleitenden Schicht 9 beschichtet ist. Diese supraleitende Schicht 9 kann wiederum ähnlich wie in 2 als einzelner ringförmig geschlossener Zylindermantel ausgebildet sein, oder sie kann ähnlich wie in 3 als eine Mehrzahl von parallel verlaufenden, ringförmig geschlossenen Leiterelementen ausgestaltet sein.
Ein Vorteil der in 4 gezeigten Ausführungsform ist, dass das Innere des Kryostaten frei von Material bleiben kann, also auch frei von Kühlmittel. So kann die Spuleneinrichtung 1 relativ materialsparend aufgebaut werden. Optional steht der Bereich im Inneren der inneren Kryostatwand zusätzlich als Raum für einen Tauchkern zu Verfügung, der beispielsweise im Störfall zur Erhöhung der Induktivität in das Innere der Spuleneinrichtung 1 eingefahren werden kann. Alternativ kann sich auch ein weichmagnetischer Kern dauerhaft im Inneren der Spuleneinrichtung 1 befinden.
5 zeigt einen weiteren schematischen Querschnitt einer Spuleneinrichtung 1, nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch hier ist eine Drosselspule 3 radial außenliegend angeordnet. Angrenzend an die Drosselspule 3 ist auch hier auf der Innenseite ein Kryostat 13 angeordnet. Innerhalb der Kryostatwand 15b ist hier ein vollzylindrischer Tragkörper 5 angeordnet, der auf seiner Außenseite mit einer supraleitenden Schicht 9 beschichtet ist. Auch hier kann diese Schicht 9 entweder als einzelnes Leiterelement oder als eine Mehrzahl von Leiterelementen auf die Außenseite des Tragkörpers aufgebracht sein. Das Material des Vollzylinders kann vorteilhaft ein amagnetisches Material wie beispielsweise Glasfaser-verstärkter Kunststoff oder Edelstahl sein. Alternativ kann es sich bei dem Tragkörper um ein weichmagnetisches Material handeln, sodass die Induktivität im Störfall erhöht wird. Im Normalbetrieb wird der Kern durch die supraleitende Schicht elektromagnetisch abgeschirmt.
In 6 ist eine elektrische Spuleneinrichtung 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischem Querschnitt gezeigt. Auch bei diesem fünften Ausführungsbeispiel weist die Spuleneinrichtung 1 eine radial außen liegende Drosselspule 3 auf, an die radial innenliegend eine Kryostatwand 15b angrenzt. Im Inneren des Kryostaten 13 ist hier wiederum ein hohlzylindrischer Tragkörper 5 angeordnet, der in diesem Beispiel auf seiner inneren Mantelfläche mit einer supraleitenden Schicht 9 beschichtet ist. Im Inneren des so beschichteten Tragkörpers 5 fließt oder befindet sich hier ein verflüssigtes Kühlmittel 14, das zur Kühlung der supraleitenden Schicht dient. Bei diesem Kühlmittel kann es sich beispielsweise um verflüssigten Stickstoff, Helium oder Neon handeln. Der Tragkörper 5 kann so gleichzeitig als Träger der supraleitenden Schicht wie auch als Behälter für das Kühlmittel 14 dienen. Optional zu der in 6 gezeigten Konfiguration kann die zusätzliche, äußere Kryostatwand 15b auch entfallen, und der Tragkörper 5 kann gleichzeitig als äußere Kryostatwand dienen. Der in 6 gezeigte Tragkörper 5, der auf seiner Innenwand mit der supraleitenden Schicht 9 beschichtet ist, besteht vorteilhaft aus einem elektrisch nicht leitenden Material, da das Magnetfeld der Drosselspule hier erst in seinem Inneren durch die supraleitende Schicht 9 kompensiert wird. Ein leitfähiges Material für den Tragkörper 5 würde hier zu einem unerwünschten, zusätzlichen Induktionsstrom im Tragkörper 5 führen, der unnötige elektromagnetische Verluste verursachen würde. Durch die Wahl eines elektrisch nicht leitenden Materials für den Tragkörper 5 kann hier trotzdem das Magnetfeld durch die supraleitenden Schichten 9 nahezu verlustfrei kompensiert werden.
Weitere mögliche Ausführungsbeispiele umfassen Spuleneinrichtungen mit wenigstens einer auf einer Mantelfläche eines Tragkörpers angeordneten supraleitenden Schicht, innerhalb der mehrere in radialer Richtung nebeneinander angeordnete jeweils ringförmig kurzgeschlossene Teilspulen zur Abschirmung angeordnet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010007087 A1 [0005]
DE 102010031741 B4 [0034]

Claims

Elektrische Spuleneinrichtung (1) mit – einer Drosselspule (3) und – einem innerhalb der Drosselspule (3) angeordneten Tragkörper (5), wobei auf dem Tragkörper (5) wenigstens ein ringförmig geschlossenes supraleitendes Leiterelement (7) mit jeweils wenigstens einer ringförmig geschlossenen supraleitenden Schicht (9) angeordnet ist.
Elektrische Spuleneinrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der die Drosselspule (3) und der Tragkörper (5) mit dem wenigstens einen supraleitenden Leiterelement (7) eine gemeinsame zentrale Achse (A) aufweisen.
Elektrische Spuleneinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der der Tragkörper (5) wenigstens eine zylinderförmige Oberfläche (5a, 5b) aufweist, auf der die wenigstens eine ringförmig geschlossene supraleitende Schicht (9) angeordnet ist.
Elektrische Spuleneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Tragkörper (5) als Hohlkörper ausgebildet ist.
Elektrische Spuleneinrichtung (1) nach Anspruch 4, bei der die wenigstens eine ringförmig geschlossene supraleitende Schicht (9) auf einer Innenfläche (5a) des Hohlkörpers angeordnet ist.
Elektrische Spuleneinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Tragkörper (5) als Vollkörper ausgebildet ist.
Elektrische Spuleneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die wenigstens eine ringförmig geschlossene supraleitende Schicht (9) auf einer Außenfläche (5b) des Tragkörpers (5) angeordnet ist.
Elektrische Spuleneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die wenigstens eine ringförmig geschlossene supraleitende Schicht (9) ein hochtemperatursupraleitendes Material aufweist.
Elektrische Spuleneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der auf dem Tragkörper (5) mehrere parallel zueinander verlaufende ringförmig geschlossene supraleitende Leiterelemente (7‘) mit jeweils wenigstens einer ringförmig geschlossenen supraleitenden Schicht (9‘) angeordnet sind.
Elektrische Spuleneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Kühleinrichtung (11), die einen Kryostaten (13) umfasst.
Elektrische Spuleneinrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei die wenigstens eine ringförmig geschlossene supraleitende Schicht (9) auf einer Wand (15) des Kryostaten (13) angeordnet ist.
Induktiv-resistive Strombegrenzereinrichtung (17) mit einer elektrischen Spuleneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Spuleneinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Abscheidens einer ringförmig geschlossenen supraleitenden Schicht (9) auf einer Oberfläche (5a, 5b) des Tragkörpers (5).
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die ringförmig geschlossene supraleitende Schicht (9) durch Aerosol-Deposition abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die ringförmig geschlossene supraleitende Schicht (9) aus einer Lösung abgeschieden wird.