DE1189196B - Supraleitender Transformator - Google Patents

Supraleitender Transformator

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DE1189196B
DE1189196B DEK48642A DEK0048642A DE1189196B DE 1189196 B DE1189196 B DE 1189196B DE K48642 A DEK48642 A DE K48642A DE K0048642 A DEK0048642 A DE K0048642A DE 1189196 B DE1189196 B DE 1189196B
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Germany
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superconducting
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transformer
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DEK48642A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Dr Techn Peter Klaudy
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PETER KLAUDY DIPL ING DR TECHN
Original Assignee
PETER KLAUDY DIPL ING DR TECHN
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F36/00Transformers with superconductive windings or with windings operating at cryogenic temperature
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Description

  • Supraleitender Transformator Das Verschwinden des elektrischen Widerstandes bestimmter Stoffe, z. B. Blei, Quecksilber, Zink, bei tiefsten Temperaturen - die sogenannte Supraleitung - ist seit langem bekannt. In der Starkstromtechnik konnte dieses Phänomen jedoch bisher wegen der hohen Kosten und der geringen Zuverlässigkeit der Heliumverfliissigur_gseinrichtungen, die zur Herstellung der tiefen Temperaturen nötig sind, und wegen des hohen Energiebedarfs der Kühleinrichtungen, der die durch das Verschwinden des elektrischen Widerstandes auftretenden Ersparnisse überwog, nicht angewendet werden.
  • In jüngster Zeit ist es jedoch gelungen dank der jüngsten Entwicklung der Wärmeisoliertechnik und verläßlicher arbeitenden Heliumverflüssigungsanlagen die Möglichkeit zu schaffen, auch größere Räume mit Hilfe in Kühlkreisläufen strömenden Heliums, unter Aufwendung verhältnismäßig geringer Energie auf tiefster., nahe dem absoluten Nullpunkt liegenden Temperaturen zu halten. Außerdem konnten inzwischen Stoffe, Legierungen oder Verbundkörper entwickelt werden, wie z. B. Nioben, Niobenzinn, Niobenzirkon, die im Gegensatz zu den früher bekannten Supraleitern auch bei verhältnismäßig hohen magnetischen Feldstärken die Eigenschaft der Supraleitung beibehalten. Elektrische Geräte und Einrichtungen könnten deshalb nunmehr auch wirtschaftlich mit bei nahe dem absoluten Nullpunkt liegenden Temperaturen betrieben werden.
  • So wurden bekanntlich Versuchstransformatoren mit supraleitenden Wicklungen hergestellt (»Electrical World«, 11. September 1961), die erhebliche Gewichtsersparnisse in bezug auf die Wicklungen und - wegen der kompendiöseren Wicklungsanordnung - auch in bezug auf den Eisenkern gestatten. Der Eisenkern derartiger Transformatoren wird unter Zuhilfenahme von Wasserkreisläufen - im Gegensatz zu den durch entsprechende Kühleinrichtungen auf tiefste Temperaturen gebrachten Wicklungen - auf Zimmertemperatur gehalten, um unzulässi-e Wirbelstrom- und Hystereseverluste und damit großen Leistungsbedarf für die Kühleinrichtungen und lange Abkühlzeiten zu vermeiden.
  • Weitere Versuche zeigten, daß in Supraleitern, die im Hinblick auf die geringe Eindringtiefe des Stromes in Bandform ausführbar sind, Stromdichten in der Größenordnung 10'1 A/m=«, das ist das ?00fache der Stromdichten in normalen Starkstromleitern, angewendet werden können. Theoretisch wäre es daher möglich bei gleichen Nenn- und höchstens gleichen Magnetisierungsleistungen für Transformatoren mit supraleitenden Wicklungen und Eisenkernen gegenüber gewöhnlichen Transformatoren mit Eisenkern außerordentliche Gewichtsersparnisse und Wirkungsgradverbesserungen zu erzielen. Denn von den Einführungsstellen in die Kühlmäntel abgesehen, entstehen in den auf tiefster Temperatur befindlichen supraleitenden Wicklungen keine ohmschen Verluste und die Eisenverluste in den auf Zimmertemperatur befindlichen Transformatorkernen - die bei gleicher Kraftflußdichte je Volumeinheit zwar gleich groß denjenigen gewöhnlicher Transformatoren sind - bleiben wegen des theoretisch erreichbaren sehr kleinen Eisenkernvolumens gering. Das ist aus der nachfolgenden Gegenüberstellung eines supraleitenden und eines gewöhnlichen Transformators gleicher Nennspannung, gleicher Nennleistung, höchstens gleich großer Magnetisierungsleistung, gleicher Kraftflußdichte sowie gleichen Wicklungsfüllfaktors - mit einfachheitshalber ringförmig angenommenen Eisenkernen - zu erkennen. Es bedeutet W1 die primäre Windungszahl, A den magnetischen Querschnitt, l die mittlere magnetische Länge, S die Stromdichte für den gewöhnlichen Transformator, W1 S die primäre Windungszahl, AS den magnetischen Querschnitt, 1s die mittlere magnetische Länge, SS die Stromdichte für den supraleitenden Transformator. a ist das Verhältnis der linearen Abmessungen der beiden Transformatoren. Rein theoretisch betrachtet müßten sich demnach bei supraleitenden Transformatoren, wegen der großen anwendbaren Stromdichten, im Vergleich zu gewöhnlichen Transformatoren außerordentliche Gewichtsersparnisse erzielen lassen. Infolge des Raumbedarfs für die Kühleinrichtungen der Transformatorwicklungen, d. h. also aus technologischen Gründen, lassen sich derartige Volumen- bzw. Gewichtseinsparungen jedoch auch nicht annähernd erreichen. Eisenkernverluste und Eisengewicht der supraleitenden Transformatoren wirken sich demnach gegenüber dem theoretischen Idealfall in ungünstiger Weise aus.
  • Dieser Nachteil läßt sich erfindungsgemäß dadurch vermeiden, daß die Wicklungen aus supraleitenden Baustoffen bestehen und ringförmig ausgebildet sind, daß der eisenfreie Raum, in dem das Magnetfeld entsteht, entweder luftleer gemacht oder durch ein Dielektrikum ausgefüllt ist.
  • Ein Vergleich solcher supraleitender Transformatoren ohne Eisenkern gegenüber gewöhnlichen Transformatoren, d. h. solchen mit normal leitenden Wicklungen und mit Eisenkern ringförmiger Form - unter Voraussetzung gleicher Nennspannungen und -leistungen sowie gleicher oder kleinerer Magnetisierungsleistung für beide Transformatorentypen - ergibt mit den Bezeichnungen wie oben die Beziehungen: wenn g, für die relative Permeabilität des gewöhnlichen Transformatorkerns geschrieben wird. Die Kraftflußdichte B, von supraleitenden Transformatoren ohne Eisenkern errechnet sich aus derjenigen des vergleichbaren gewöhnlichen Transformators mit Eisenkern Baus der Beziehung: Sie liegt bei gleichen oder kleineren Magnetisierungsleistungen für den supraleitenden Transformator, wie sich durch Einsetzen der Werte für u" S und SS zeigt, wesentlich unter derjenigen gewöhnlicher Transformatoren, was einen Vorteil insofern darstellt, als die Gefahr der Löschung der Supraleitfähigkeit der Leiter dadurch vermindert wird. Bei Anwendung von Supraleitern wie z. B. Niobenzinn, Niobenzirkon, kann in bekannter Weise die Anwendung von Litzendraht in Betracht gezogen werden, um zusätzliche Wirbelstromverluste möglichst zu vermeiden. Die zu erwartende Streuung bei supraleitenden Transformatoren ohne Eisenkern hält sich bei streuarm gehaltenen Wicklungen und insbesonders bei ringförmigen Wicklungsanordnungen in erträglichen Grenzen und wirkt sich übrigens im Sinne einer Begrenzung der Kurzschlußstromstärken aus. Dies stellt bei supraleitenden Transformatoren einen besonderen Vorteil dar, weil ein Zusammenbrechen der Supraleitung durch zu große Leiterströme und bei nicht schnell genug erfolgender Kurzschlußabschaltung infolge der dann plötzlich auftretenden außerordentlich hohen ohmschen Verluste eine Zerstörung der Wicklungen vermieden werden kann.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Supraleitender Transformator, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Wicklungen aus supraleitenden Baustoffen bestehen und ringförmig ausgebildet sind und daß der eisenfreie Raum, in dem das Magnetfeld entsteht, entweder luftleer gemacht oder durch ein Dielektrikum ausgefüllt ist.
DEK48642A 1962-01-20 1963-01-07 Supraleitender Transformator Pending DE1189196B (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT44462A AT236513B (de) 1962-01-20 1962-01-20 Transformator mit Wicklungen aus supraleitendem Material

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DE1189196B true DE1189196B (de) 1965-03-18

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ID=3490769

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DEK48642A Pending DE1189196B (de) 1962-01-20 1963-01-07 Supraleitender Transformator

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2631155B1 (fr) * 1988-05-05 1991-02-15 Comp Generale Electricite Transformateur hybride torique
DE19501082C1 (de) * 1995-01-16 1996-11-14 Siemens Ag Mehrphasiger Transformator
DE19501081C2 (de) * 1995-01-16 1996-12-12 Siemens Ag Transformator

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Publication number Publication date
CH411124A (de) 1966-04-15
GB1027862A (en) 1966-04-27
AT236513B (de) 1964-10-26

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