DE1167408B

DE1167408B - Supraleitendes Drehstromkabel

Info

Publication number: DE1167408B
Application number: DES81608A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wilhelm Kafka
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1962-09-22
Filing date: 1962-09-22
Publication date: 1964-04-09
Also published as: US3292016A; NL297757A; GB1030125A; CH418451A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: HOIb

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21c-5/40

S 81608 VIIId/21 c
22. September 1962
9. April 1964

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehstromleitung verlustlos zu übertragen. Für die Übertragung von Gleichstromleistungen ist bereits die Verwendung von supraleitenden Materialien vorgeschlagen worden, die ihre Supraleitfähigkeit erst ab einer hohen kritischen Feldstärke verlieren und damit in der Lage sind, bei entsprechend tiefer Temperatur die erforderlichen Ströme zu führen.

Bei der Übertragung von Drehstrom kann es durch den Einfluß der Wirbelströme und die dadurch be- ίο dingte Stromverdrängung an der Leiteroberfläche zu lokalen Verstärkungen des magnetischen Feldes kommen, so daß stellenweise der kritische Feldwert überschritten wird und der Leiter seine Supraleitfähigkeit verlieren würde. Um dies mit Sicherheit zu verhindem, könnte der Leiter nur mit einem wesentlich geringeren Strom belastet werden als ein Leiter zur Übertragung eines entsprechenden Gleichstromes.

Die Erfindung betrifft ein Drehstromkabel mit dem Kennzeichen, daß jede Phasenleitung aus einer oder mehreren konzentrisch angeordneten supraleitenden Doppelleitungen besteht, wobei die einzelnen Verbraucherphasen jeweils zwischen Innen- und Außenleiter angeschlossen sind und die Phasenverkettungen nur auf einer Seite des Drehstromkabels erfolgen.

Durch die konzentrische Anordnung wird erreicht, daß die Stromverdrängung gleichmäßig am ganzen Umfang der Leiter erfolgt und es nicht zu örtlich überhöhten Strom- bzw. Feldkonzentrationen kommen kann.

Zweckmäßig wird das Durchmesserverhältnis von Innen- zu Außenleiter möglichst dem Wert 1 angenähert. Dadurch wird der Wellenwiderstand

Supraleitendes Drehstromkabel

Z =

IL c

des Kabels möglichst klein und die übertragbare natürliche Leistung entsprechend der Beziehung

N_n = ^-

möglichst groß.

In Anlagen mit veränderlicher Ubertragungsleistung kann es sich als vorteilhaft erweisen, eine Phase mit mehreren konzentrischen Doppelleitungen vorzusehen, um dann je nach der zeitweiligen Übertragungsleistung die Zahl der eingeschalteten Doppelleitungen zu verändern. Die dafür erforderlichen Drehstromschalter können dann in Abhängigkeit von den bestimmenden Betriebsgrößen, z. B. dem Lei- so stungsfaktor automatisch ein- bzw. ausgeschaltet werden.

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Wilhelm Kafka,
Tennenlohe bei Erlangen

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In F i g. 1 ist mit 4 ein Drehstromerzeuger bezeichnet, dessen drei Phasen über einen Hauptschalter 5 an die drei Klemmen 1, 2 und 3 gelegt werden können. Mit 6, 7 und 8 ist je eine aus zwei konzentrisch angeordneten Leitern bestehende Doppelleitung des Drehstromkabels bezeichnet. Die Klemmen 1, 2 und 3 sind jeweils über den Innenleiter an einen Phasenanschlußpunkt eines Drehstromverbrauchers, im dargestellten Fall an das eine Ende der Primärwicklungen eines Drehstromtransformators 9 geführt. Die anderen Enden der Primärwicklungen des Drehstromtransformators 9 sind an den Außenleitern der Doppelleitungen 6, 7 und 8 angeschlossen. Auf der dem Drehstromerzeuger zugekehrten Seite des Drehstromkabels erfolgt die Verkettung der einzelnen Phasen durch die Verbindungen 10. An Stelle der Verkettung im Stern können die drei Phasen auf der Einspeiseseite auch im Bedarfsfalle im Dreieck verkettet werden.

F i g. 2 stellt eine Anordnung dar, bei der pro Phase zwei Doppelleiter parallel geschaltet sind. Die Innenleiter werden dabei von der gleichen Halbwelle der entsprechenden Phasenspannung parallel beaufschlagt und die Außenleiter von der anderen Halbwelle. Wiederum sind am Anfang der Übertragungsleitung die einzelnen Phasen im Stern verkettet.

F i g. 3 zeigt eine Abwandlung der Anordnung nach Fig. 1. Wiederum ist der Strom einer Phase parallel auf zwei Doppelleitungen verteilt. Der Unterschied gegenüber der Anordnung nach F i g. 2 besteht darin, daß sowohl bei der Hin- als auch bei der Rückleitung des Phasenstromes ein Innen- und ein Außenleiter parallel angeordnet sind.

In F i g. 4 ist der Aufbau des neuen Drehstromkabels im Querschnitt dargestellt. Bei diesem Aus-

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führungsbeispiel besteht es aus sechs konzentrischen Doppelleitungen, wobei zwei zu einer Phase gehören und nach Fig. 2 oder 3 parallel geschaltet werden können. Jede konzentrische Doppelleitung besteht aus einem Metallrohr 11, in dem sich zur Erzeugung der für die Supraleitfähigkeit erforderlichen tiefen Temperatur flüssiges Helium He befindet und das außen mit einer supraleitfähigen Schicht 12 überzogen oder bewickelt ist.

Als Leitungsmaterial können hierfür Niob-Zirkon-Verbindungen oder Niob-Zinn-Verbindungen, etwa der Form NbZr bzw. Nb₃Sn, in Betracht kommen. An diese supraleitfähige Schicht schließt sich nach außen eine elektrische Isolationsschicht 13 an, auf die wieder eine supraleitende Schicht oder Beflechtung 14 folgt. Eine zweite elektrisch isolierende Schicht 15 umschließt die bisher beschriebene Doppelleitung. Sechs derartige Doppelleitungen sind in einem Rohr 16 angeordnet, wobei sich in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Doppelleitungen flüssiges ao oder bereits verdampftes Helium befindet. Dieses Rohr ist von einem hochevakuierten Hohlraum 17 und einer Ummantelung 18 umgeben. Zur Verhinderung von Wärmestrahlung kann der Hohlraum mit blankpolierten Metallfolien ausgekleidet oder mehrere solcher Folien konzentrisch in ihm angeordnet werden. Als zweckmäßig erweist es sich auch, den Hohlraum 17 mit einem wärmeisolierenden Glasgewebe oder einem Pulver, wie es unter dem Namen Aerogelpulver bekanntgeworden ist, auszufüllen, wobei diesem zu 50 °/o Aluminiumpulver beigemischt ist. Da die Verluste durch Wärmestrahlung etwa mit der vierten Potenz des Temperaturgefälles der voneinander zu isolierenden Medien anwachsen, empfiehlt es sich, mehrere Doppelmäntel vorzusehen, die durch Schichten von verschiedenen flüssigen Gasen, z. B. Stickstoff (77° K), Methan (Hl⁰K), Äthylen (170° K), Kohlensäure höheren Druckes (etwa 22O⁰K) oder Ammoniak (240° K) getrennt sind. Durch diese stufenweise Unterteilung des Temperaturgefälles zwischen Außentemperatur und der im Innern des Rohres 16 herrschenden Temperatur des flüssigen Heliums (4,2° K) können die Leistungen der Kühlmaschinen zur Beseitigung der durch Strahlung und Leistung eindringenden Wärme niedrig gehalten werden.

Trotz bester Wärmeisolation wird im Betrieb des Drehstromkabels eine gewisse Verdampfung des Heliums eintreten, so daß sich neben flüssigem auch gasförmiges Helium in den Kühlräumen befindet. Es ist deshalb zweckmäßig, für einen kontinuierlichen Umlauf des Heliums in der Weise zu sorgen, daß die Kühlräume des Trägers 11 mit den Zwischenräumen an beiden Leitungsenden unter Zwischenschaltung einer Umlaufpumpe in Verbindung gebracht werden. Auf diese Weise kann das gasförmige Helium zu längs des Kabels in geeigneten Abständen angeordneten Kühlstationen gebracht, dort vom flüssigen Helium getrennt und wieder verflüssigt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Drehstromkabel, dadurch gekennzeichnet, daß jede Phasenleitung aus einer oder mehreren konzentrisch angeordneten supraleitenden Doppelleitungen besteht, wobei die einzelnen Verbraucherphasen jeweils zwischen Innen- und Außenleiter angeschlossen sind und die Phasenverkettungen nur auf einer Seite des Drehstromkabels erfolgen.

2. Drehstromkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der eingeschalteten Doppelleitungen je Phase von Hand oder selbsttätig der Höhe der zu übertragenden Leistung angepaßt wird, derart, daß das Kabel ständig in der Nähe der natürlichen Übertragungsleistung betrieben wird.

3. Drehstromkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Innen- und Außenschalter aus Niob-Zinn-Verbindungen der Form Nb₃Sn bestehen.

4. Drehstromkabel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis von Innen- zu Außenleiter ungefähr gleich 1 ist.

5. Drehstromkabel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Doppelleitungen bestehen aus einem metallischen mit flüssigem Helium gefüllten hohlzylinderförmigen Träger, der mit einer supraleitenden Schicht überzogen oder bewickelt ist, sowie aus einer zweiten konzentrisch angeordneten und beidseitig von Isoliermaterial umgebenen hohlzylinderförmigen supraleitenden Schicht.

6. Drehstromkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Doppelleitungen von einer gemeinsamen Wärmeisolation umschlossen sind.

7. Drehstromkabel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolation aus evakuierten Hohlräumen besteht.

8. Drehstromkabel nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolation aus einem wärmeisolierenden Pulver oder Glasgewebe besteht.

9. Drehstromkabel nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolation mindestens an der kälteren Seite konzentrisch umgeben ist von einer polierten Metallfolie.

10. Drehstromkabel nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume zwischen den aneinanderliegenden zylinderförmigen Doppelleitungen mit flüssigem Helium ausgefüllt sind.

11. Drehstromkabel nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Helium des Trägers mit dem flüssigen Helium der Zwischenräume an beiden Leitungsenden in Verbindung steht, unter Zwischenschaltung von einer oder mehreren Pumpen, die einen kontinuierlichen Kreislauf des flüssigen Heliums bewirken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen