DE1239754B - Leiteranordnung fuer Hochstromanlagen - Google Patents

Leiteranordnung fuer Hochstromanlagen

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DE1239754B
DE1239754B DE1962B0068884 DEB0068884A DE1239754B DE 1239754 B DE1239754 B DE 1239754B DE 1962B0068884 DE1962B0068884 DE 1962B0068884 DE B0068884 A DEB0068884 A DE B0068884A DE 1239754 B DE1239754 B DE 1239754B
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Germany
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conductor
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DE1962B0068884
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English (en)
Inventor
Hans Angert
Dr Hans-Josef Muertz
Dipl-Ing Norbert Weyss
Dr Herbert Winkenbach
Rudolf Weinsheimer
Dr Hermann Fay
Dipl-Ing Willibald Anger
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Forschungszentrum Juelich GmbH
BBC Brown Boveri France SA
Original Assignee
Kernforschungsanlage Juelich GmbH
BBC Brown Boveri France SA
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02GINSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G5/00Installations of bus-bars
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/20Electromagnets; Actuators including electromagnets without armatures
    • H01F7/202Electromagnets for high magnetic field strength
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2847Sheets; Strips

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Description

  • Leiteranordnungg für Hochstromanlagen In bestimmten elektrischen Anlagen, beispielsweise für das Gebiet der Plasmaphysik, kommen extrem hohe Stromstärken zur Anwendung. Diese Ströme werden aus Energiespeichern, beispielsweise Kondensatoren, stoßweise entnommen und einer Last zugeführt, die vorwiegend aus einer einwindigeii Spule besteht, Um extrem hohe Stromscheitelwerte im Moment der Einschaltung zu erreichen, ist es erforderlich, die allein maßgebenden induktiven Widerstände der Hochstromleitungen und Sammelschienen äußerst gering zu halten. Es ist bekannt, derartige Leitungen dadurch niederinduktiv zu machen, daß sie als Koaxialkabel ausgeführt werden. Da die Stromquelle üblicherweise aus einer Vielzahl von Kondensatoren bzw. Kondensatorbatterlen bestehen, werden Koaxialkabel bereits weitgehend als Verbindungsleitungen zwischen diesen zahlreichen Einzelstromquellen zur Last bzw. einer Sammeleinrichtung benutzt. Eine Sammeleinrichtung oder Kollektor ist notwendia da es im Hinblick auf die relativ geringe räumlichee Abmessung der Lastspule unmöglich ist, die zahlreichen Einzelkabel der Batterien unmittelbar an die Lastspule anzuschließen. Es ist erforderlich, ein Bauelement zu schaffen, das einerseits genügend Raum zum Anschluß der zahlreichen Einzelkabel bietet und andererseits den Hochstrom auf einem niederinduktiven Weg der beschränkt bemessenen Lastspule zuführt. Es ist klar, daß dabei der Energiefluß eine außergewöhnliche Steigerung der Energiedichte erf ährt.
  • Bei der Konstruktion eines derartigen Schaltungsbauelementes, das gemäß seiner Aufgabe als Kollektor bezeichnet wird, muß in erster Linie die bereits erwähnte Forderung einer extrem kleinen Eigeninduktivität beachtet werden. Weiterhin sind gewisse Forderungen bezüglich der mechanischen Festigkeit zu beachten, denn infolge der ungewöhnlich hohen Stromstärken wirken beträchtliche mechanische Kräfte auf die einzelnen Leiterteile ein, die unter Umständen zu einer Explosion des Bauelementes führen können. Bei dem Bau derartiger Zwischenbauelemente, die zwischen der vorwiegend induktiven Last und dem kapazitiven Energiespeicher die Energieleitung vermitteln, ist ferner zu beachten, daß hier ein schwingungsfähiges Gebilde vorliegt. Nach Auslösung der Entladung tritt eine gedämpfte Schwingung mit einer Frequenz von mehreren tausend Hertz auf. Diese relativ hohe Frequenz hat in Verbindung mit den extrem hohen Strömen zur Folge, daß sich ein beträchtlicher Hauteffekt ausbildet. Die massiv ausgebildeten Leiterteile führen somit in einer relativ dünnen Oberflächenschicht nahezu den vollen Strom. Bei Änderung der räumlichen Stromflußrichtung, wie sie insbesondere an den Anschlußstellen infolge der notwendigen Verkröpfungen bzw. Verschränkungen auftreten, ergeben sich auf Grund des Hauteffektes an den übergangsstellen punktfönnige Bereiche, in denen ungewöhnlich hohe Stromdichten auftreten. Diese räumlich eng begrenzten Bereiche werden stark erwärmt und zeigen deshalb häufig Schmelzerscheinungen, besonders an Verbindungsstellen.
  • Ein beispielhaftes Schema einer Leiteranordnung für Höchstströme, insbesondere in Forschungsanlagen der Plasmaphysik, ist aus F i g. 1 ersichtlich. Von einer nicht dargestellten Kondensatorbatterie wird über ebenfalls nicht dargestellte getriggerte Schaltfunkenstrecken die Lastspule 1 gespeist. Die Länge dieser Spule ist relativ begrenzt. Zum Anschluß der zahlreichen Kondensatoren ist eine Vielzahl von Koaxialkabeln 2 vorgesehen, die über einen Zwischenkollektor 3 an das Hauptsammelschienenpaar bzw. an den Hauptkollektor 4 angeschlossen sind.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, den einzelnen Leitun-Steilen an den Verwindungs- und Verkröpfungsstellen der Hochstromanlage eine Form zu geben, die die örtliche Stromdichtenkonzentrationen auf Grund des Hauteffektes, insbesondere an den Kanten bandförmiger Stromschienen, vermeidet. Die Stromdichten sollen längs des Stromflusses konstant bleiben oder sich gleichförmig ändern. Im allgemeinen wird mit der Annäherung an die Last wegen deren beschränkten räumlichen Abmessungen eine nicht unbeträchtliche Erhöhung der Stromdichte stattfinden. Eine leichte Herstellbarkeit der verschiedenen Leitungsteile soll außerdem sichergestellt sein.
  • Die Erfindung geht von den bei Mittel- und Hochfrequenzanlagen bekannten Maßnahmen aus, die Induktivität von schienenförmigen Verbindungsleitungen dadurch herabzusetzen, daß die Hin- und Rückleitun-sschienen unter Zwischenlage von Isolierfolien paarweise aufeinandergelegt und verschraubt werden. Das ganze oben geschilderte Problem erfordert jedoch zu seiner Lösung noch wesentlich weiter-Crehende, ganz spezielle Maßnahmen.
  • C Die Erfindung bezieht sich auf eine Leiteranordnung für Hochstromanlagen zum Anschluß einer Vielzahl von Einzelstromquellen mittels Koaxialkabel und zur induktionsannen Weiterleitung der gesammelten Einzelströme an den Verbraucher mit verwundenen und gekröpften, vorwiegend bandförmigen Leitereleinenten, die unter Zwischenlage von Isolationsfolien paarweise mit gegensätzlichen Stromrichtungen aufeinanderliegen, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente im Verwindungsbereich Teile eines Zylinder- oder eines Kegelmantels bilden, dessen Werkstoffasern durch die Formänderung weder gestreckt noch gestaucht werden.
  • In den F i g. 2 bis 5 ist das Lösungsprinzip bzw. ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Grundgedanke der Erfindung beruht auf der überlegung.. daß eine Konstanz der Stromdichte bei Verwindungen und Verkröpfungen bandförmiger Leiter beim Auftreten von Hauteffekten nur dann erreicht wird, wenn alle Werkstoffasem des Leiterquerschnittes bei der Formänderung weder gestreckt noch gestaucht werden. An Hand der F i g. 2 sei der Fall betrachtet, daß ein Band von relativ geringer Dicke von der Lage 5 in die Lage 6 verkröpft werden soll. Dies läßt sich unter Betrachtung der obigen Richtlinien gemäß der Erfindung dadurch erreichen, daß dieses Band auf -eine Zylinderinantelfläche aufgewickelt wird. Dieser Vorgang ist in F i g. 2 deutlich zu sehen. Bei der Aufwicklung nehmen alle Längsfasern des Bandes die Form von Schraubenlinien an wobei ihre gegenseitigen Abstände unverändert bleiben. Damit wird eine Streckung bzw. Stauchung der Materialfasem vermieden. Die geringfügigen Dehnungsvorgänge infolge der endlichen Dicke des Bandes sollen hierbei vernachlässigt werden. Vor der Aufwicklung hat das Leiterband die in F i g. 3 dargestellte- Form. Sind die beiden Richtungen 5 und 6 nach der Verkröpfung nicht parallel, sondern zueinander windschief, dann ist erfindungsgemäß an Stelle der Zylinderfläche eine entsprechende Kegelfläche für die Aufwicklung des Bandes zu benutzen.
  • Durch den erfindungsgernäßen Aufwickelvorgang auf Zylinder- bzw. Kegelflächen kann außer der Unversehrtheit der Materialfasem noch erreicht werden, daß die Krümmungsradien längs der Verwindungskante sich nach einer gewissen Vorschrift ändern. Auf Grund der elektrodynamischen Induktionsgesetze ist es bei Leitern endlicher Dicke vorteilhaft, beim übergang von einer Geraden in eine Krümmung und umgekehrt die Krümmungsradien stetig ab- und schließlich nach dem Scheitelpunkt der Krümmung wieder stetig zunehmen zu lassen. Diese Bedingung ist Voraussetzung dafür, daß der Hauteffekt, d. h. die Zusammendrängung der Stromdichte an der Oberfläche ihr geringstmögliches Ausmaß annimmt. Dieser Vorgang ist etwa vergleichbar mit den laminaren Strömungen von Flüssigkeiten in gekrümmten Kanälen.
  • In der Regel werden bei Hochstromanlagen aus Induktivitätsgründen eng aneinanderliegende Doppelleiter mit Isolationszwischenlagen verwendet. Die erfindungsgemäße Verkröpfung durch Aufwicklung auf eine Zylinderfläche läßt sich auch mit Doppelleitern durchführen und bringt den weiteren Vorteil, daß die Isolationsfolie keine mechanischen Deformationen erleidet, wodurch ihre elektrische Spannungsfestigkeit voll erhalten bleibt.
  • In den F i g. 4 und 5 ist ein technisches Ausführungsbeispiel eines Leiterteiles für Hochstromanlagen dargestellt. Das an der Last anzuschließende Ende 7 Creht nach Verwindung um einen rechten Winkel und C gleichzeitiger Verbreiterung in die Anschlußfahnen 8 über. In F i g. 5 ist die dazu gehörende Abwicklungsfläche dieses Leiterteiles dargestellt. Die Begreiizungskurven sind bei der Herstellung dieses Rohteiles gemäß der obengenannten Vorschrift über die allmähliche Ab- und Zunahme der Krümmungsradien ausgeführt. Die Verkröpfung gemäß Aufwicklung auf einen Zylinder erfolgt bei zwei aufeinanderliegenden Rohteilen gleichzeitig. Beide Leiterrohteile sind durch eine Isolierfolie 9 getrennt, die während des Verkröpfungsvorganges keine Materialbeanspruchung erfährt. Die Enden 7 der beiden Leiterelemente werden mit einem nicht dargestellten waagerecht verlaufenden Sammelschienenpaar der Last verbunden. An die Stimseiten der jeweiligen Lötfahnenenden 8 wird je ein Bündel von Koaxialkabeln angeschlossen. Die eng aneinanderliegenden Teffelemente gewährleisten eine niederinduktive Fortleitung von extrem hohen Stromstärken bei hoher Spannungsfestigkeit.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Leiteranordnung für Hochstromanlagen zum Anschluß einer Vielzahl von Einzelstromquellen mittels Koaxialkabel und zur induktionsarmen Weiterleitung der gesammelten Einzelströme an den Verbraucher mit verwundenen und gekröpften, vorwiegend bandförmigen Leiterelementen, die unter Zwischenlage von Isolationsfolien paarweise mit gegensätzlichen Stromrichtungen aufeinanderliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente im Verwindungsbereich Teile eines Zylinder- oder eines Kegelmantels bilden, dessen Werkstoffasern durch die Formänderung weder gestreckt noch gestaucht werden.
  2. 2. Leiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu kröpfenden Teilelemente als Abwickelflächen von Zylindern bzw. Kegeln derart ausgebildet sind, daß sämtliche Krümmungsradien der Verwindung längs des Stromlaufes stetig abnehmen und nach dem Scheitelpunkt der Krümmung stetig zunehmen. 3. Leiteranordnung nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmigen Leiterelemente sich zu Anschlußfahnen verbreitern. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 564 891; österreichische Patentschrift Nr. 124 543; Sonderdruck Nr. 2/58 der Firma Voigt & Häffner AG, Frankfurt, aus der Zeitschrift »Conti Elektro-Berichte«, 4 (1958) H. 2, S. 75 bis 79; »MttelfrequenzschaltanlagenfürNiederspannung«, Sonderdruck, S. 6.
DE1962B0068884 1962-09-18 1962-09-18 Leiteranordnung fuer Hochstromanlagen Pending DE1239754B (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT124543B (de) * 1926-07-16 1931-09-25 Vormals Skodawerke Ag Permutierter Leiter für elektrische Maschinen und Apparate.
DE564891C (de) * 1932-11-24 Siemens Schuckertwerke Akt Ges Mit Isolierstoff umgebene rohrfoermige Sammelschienen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE564891C (de) * 1932-11-24 Siemens Schuckertwerke Akt Ges Mit Isolierstoff umgebene rohrfoermige Sammelschienen
AT124543B (de) * 1926-07-16 1931-09-25 Vormals Skodawerke Ag Permutierter Leiter für elektrische Maschinen und Apparate.

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AT245694B (de) 1966-03-10
CH419281A (de) 1966-08-31

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