DE1640750C

DE1640750C - Superconducting alternating current cable

Info

Publication number: DE1640750C
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Ing. 8521 Tennenlohe Kafka
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1971-11-25

Description

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Die Erfindung betrifft ein supraleitendes Wechselstromkubel mit Helium als Kühl-und Isolationsmittel. Supraleitende Wechselstromkabel sind bisher in verschiedenen Ausführungsformen bekanntgeworden.The invention relates to a superconducting alternating current cube with helium as a coolant and insulation. AC superconducting cables have hitherto been in various Embodiments become known.

Eine Bauforrr« verwendet Supraleiter mit einer elektrischen Isolation aus festem dielektrischem Material zwischen den Leitern verschiedener Spannung (»Power Engineering«, Oktober 1961, S. 80 bis 82). Außerhalb dieser Isolation ist die Wärmeisolation angeordnet. Eine Kühlung durch flüssiges Helium führt die Wärme ab, die durch Wechselstromverluste im Leiter, durch Wirbelstromverluste in normalleitenden Metallen, soweit diese innerhalb der Wärmeisolation liegen, durch Verluste durch mechanische Wechselkräfte und durch dielektrische Verluste in der elektrischen Isolation entsteht, und ferner die Wärmemenge, die von außen durch die Wärmeisolation eindringt. Bei dem heutigen Stand der Kühltechnik muß man damit rechnen, daß für 1 Watt W ärmeleistui.g, das bei der Temperatur des flüssigen Heliums von 4,2° K anfällt, eine Kühlleistung von etwa 500 Watt auf Raumtemperatur aufgewendet werden muß. Die Stromkosten für die Kühlleistung und der große Aufwand an Kühleinrichtungen machen diese Bauart heute noch unwirtschaftlich. One construction uses superconductors with a electrical insulation made of solid dielectric material between the conductors of different voltages ("Power Engineering", October 1961, pp. 80 to 82). Outside this insulation is the thermal insulation arranged. Cooling with liquid helium dissipates the heat caused by alternating current losses in the conductor, due to eddy current losses in normally conductive metals, as far as these are within the thermal insulation, through losses through mechanical alternating forces and through dielectric Losses in the electrical insulation arise, and also the amount of heat that is generated from the outside by the Thermal insulation penetrates. Given the current state of cooling technology, one must expect that for 1 watt of heat output at the temperature of the liquid helium of 4.2 ° K is obtained, a cooling capacity of around 500 watts to room temperature must be expended. The electricity costs for the cooling capacity and the large amount of cooling equipment required make this type of construction uneconomical today.

Eine andere Bauforrn benutzt für jeden Stromleiter einen rohrförmigen Träger mit einer dünnen Außenschicht aus Niob, der im Inneren durch flüssiges Helium gekühlt wird Der Stromleiter ist zunächst von einer Wärmeisolation und darüber von einer elektrischen Isolation aus fetten hvlierstoffen auf Raumtemperatur umgeben (»Electrical Times«, 2. Februar 1967, S. 168 bis 170). Diese Anordnung hat den Zweck, die dielektrischen Verluste direkt an die Umgebung ableiten zu können. Die Wärmeisolation muß hier die magnetischen Kräfte zwischen den Leitern übertragen. Diese Wechselkräfte erzeugen wegen der nicht idealen Elastizität der Wärmeisolation gewisse Verluste, die zum großen Teil auf dcir niedrigen Temperatur entstehen. Da die sVärmeisolar.ior. wegen der /u übertragenden Kräfte stabiler als bei der erstgenannten Bauform ausgeführt werden muli, hat sie eine relativ große Wärmeleitfähigkeit. Die Bauart hat aber auch noch andere Nachteile, die bisher eine praktische Ausnutzung dieses Vorschlages verhindert haben. Die Wärmeisolation verbraucht z. B. viel Platz, wodurch die elektrische Isolation kostspielig wird. Ferner ist die Kapazität solcher Kabel sehr groß und die Wellenausbreitungs-Geschwindigkeit klein, was die Verwendung für größere übertragungscntfernungen erschwert.Another type of construction uses a tubular support with a thin outer layer for each conductor made of niobium, which is cooled inside by liquid helium from heat insulation and, above that, from electrical insulation made of fatty insulating materials Surrounding room temperature ("Electrical Times", February 2, 1967, pp. 168 to 170). This arrangement has the purpose of the dielectric losses directly to the To be able to derive the environment. The thermal insulation must here the magnetic forces between the conductors transfer. Because of the non-ideal elasticity of the thermal insulation, these alternating forces generate certain Losses, most of which arise at the low temperature. Since the sVärmeisolar.ior. because the / u transmitting forces are more stable than the former The design is muli, it has a relatively high thermal conductivity. The type has but also other disadvantages that have hitherto prevented this proposal from being used in practice to have. The thermal insulation consumes z. B. a lot of space, which makes the electrical insulation expensive will. Furthermore, the capacity of such cables is very large and so is the speed of wave propagation small, which means that it can be used for longer transmission distances difficult.

Bei einer weiteren bekannten Bauform eines Drehstromkabels sind vier rohrförmigc Leiter aus je einem Trägerrohr mit einer Niobschicht auf einer Oberfläche koaxial ineinander angeordnet. Der innere und der äußere rohrformige Leiter dienen als Leiter für je eine Drehstromphase, die dritte Drehstromphase wird Über die beiden anderen rohrförmiijen Leiter geführt, die zwischen dem inneren und dein äußeren Leiter liegen und zur thermischen Isolation durch einen Vakuumraum voneinander getrennt sind. Um die einzelnen Drehstrcimpha»en voneinander elektrisch zu isolieren, wird das gleichzeitig zur Kühlung der rohrförmigen Leiter dienende flüssige Helium verwendet, welches in dem Zwischenraum zwischen dem inneren Leiter und dem diesem Leiter benachbarten ersten Leiter für die dritte Phase in einer Richtung entlang der Kabelachse geleitet und in dem Zwischenraum zwischen dem zweiten Leiter für die dritte Phase und dem diesen Leiter umgebenden äwßeren Leiter in entgegengesetzter Richtung zuriickgeleitet wird (»Electrical Times«, 2, Februar 1967, S, 168 bis 170; »Elektric«, 19C7, Heft 6, S, U 108). Beim Betrieb dieser Kabelbauform maß jedoch streng darauf geachtet werden, daß bei der Wärmeabfuhr entweder im flüssigen Helium keine die IsolationsIn a further known design of a three-phase cable, four tubular conductors, each consisting of a support tube with a niobium layer on one surface, are arranged coaxially one inside the other. The inner and outer tubular conductors each serve as a conductor for a three-phase phase, the third three-phase phase is routed over the two other tubular conductors that lie between the inner and outer conductors and are separated from one another by a vacuum chamber for thermal insulation. In order to electrically isolate the individual three-phase phases from one another, the liquid helium, which is also used to cool the tubular conductor, is used, which is conducted in the space between the inner conductor and the first conductor adjacent to this conductor for the third phase in a direction along the cable axis and in the space between the second conductor for the third phase and the outer conductor surrounding this conductor is returned in the opposite direction (Electrical Times, February 2, 1967, pp. 168 to 170; Elektric, 19C7, No. 6, S, U 108). When operating this cable design, however, strict care must be taken to ensure that the heat is dissipated either in the liquid helium and there is no insulation

ίο wirkung beeinträchtigenden Gasblasen entstehen oder daß das Helium trotz entstehender Gasblasen die volle Spitzenspannung zwischen den rohrförmigen Leitern aushält. Dazu sind ein sehr großer. Heliumdurchsatz bzw. sehr höht Drücke im Helium erforderl^:ch. Dies bringt einmal den Nachteil eines großen Kühlaufwandes und einer kostspieligen Kabelbauart mit sich. Außerdem kann die bei Helium vorteilhafte Verdampfungskühlung nicht angewendet werden. Das gleiche gilt für ein weiteres bekanntes Dreh ίο gas bubbles affecting the effect arise or that the helium can withstand the full peak voltage between the tubular conductors in spite of the gas bubbles that arise. These are a very big one. Helium throughput or very high pressures in helium required ^: ch. This brings with it the disadvantage of a large cooling effort and an expensive cable construction. In addition, evaporative cooling, which is advantageous for helium, cannot be used. The same goes for another well-known spin

»o stromkabel, bei dem mehrere an der Außenseite mit Niobschichten versehene Aluminium- oder Kupfer rohre in einem größeren an der Innenseite mit Niob beschichteten Aluminium- oder Kupferrohr angeord net sind und bei dem unter Druck stehendes flüssiges oder gasförmiges Helium gleichzeitig als Dielektrikum zwischen den Leitern und als Kühlmittel dient (»Electrical Review«, J. Februar 1967, S. 155).»O power cable with several on the outside with Aluminum or copper pipes with niobium layers in a larger one with niobium on the inside coated aluminum or copper pipe are angeord net and the pressurized liquid or gaseous helium simultaneously serves as a dielectric between the conductors and as a coolant ("Electrical Review", J. February 1967, p. 155).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem supraleitenden Wechselstromkabel mit HeliumThe invention is based on the object of a superconducting alternating current cable with helium

als Kühl- und Isolationsmittel den Kühlaufwand herabzusetzen.as a coolant and insulation means to reduce the cooling effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das als Isolationsmittcl dienende Helium und das als Kühlmittel dienende Helium voneinander räumlich getrennt sind und unier verschiedenem Druck stehen.According to the invention, this object is achieved in that the helium, which is used as an insulating agent and the helium serving as a coolant are spatially separated from one another and unier different Standing under pressure.

Auf diese Weise werden einerseits gegenüber Bau formen mit festen Isolationsmitteln *\r dielektrischen Verluste in der Isolation verkleinert und es wird andererseits die Ausnutzung der Verdampfungskühlung ermöglicht, ohne daß die Wirksamkeit der elektrischen Isolation gefährdet wird.In this way, on the one hand with respect to the construction shape with solid insulating means reduces * \ r dielectric losses in the insulation and on the other hand, the use of evaporative cooling allows, without the effectiveness of the electrical insulation is compromised.

Als Isolationsmittel kann insbesondere flüssiges Helium verwendet werden, welches unter höherem Druck gehalten wird als das als Kühlmittel dienende Helium. Durch den höheren Druck im Isolations raum wird eine Verdiimpfung den als Isolationsmittel dienenden flüssigen Heliums und die Bildung von Gasblasen in diesem Helium verhindert. Die Isolation hat Häher eine hohe Durchschlagfestigkeit. Wegen der etwas höheren Temperatur in dem mit flüssigem Helium gefüllten Isolationsraum sollte der Druckunterschied entsprechend groß gewählt werden. Er kann beispielsweise 0,5 bis 5 Atmosphären betragen.Liquid helium, in particular, can be used as the insulating medium, which under higher Pressure is maintained as the helium serving as the coolant. Due to the higher pressure in the insulation In the space there is an evaporation of the liquid helium, which serves as an insulating medium, and the formation of Prevents gas bubbles in this helium. The insulation has a high dielectric strength. Because the slightly higher temperature in the insulation space filled with liquid helium should be the pressure difference be chosen accordingly large. For example, it can be 0.5 to 5 atmospheres.

In Fällen, wo eine kleinere Durchschlagsfestigkeit der Isolation ausreicht, kann als Isolationsmittel auch gasförmiges Helium verwendet werden, welches unter einem niedrigeren Druck »tent als das als Kühlmittel dienende, strömende, flüssige und verdampfende In cases where a lower dielectric strength of the insulation is sufficient, gaseous helium can also be used as the insulation medium, which is under a lower pressure than the flowing, liquid and evaporating helium used as a coolant

ie Helium. Durch den niedrigeren Druck im Isolations* raum wird eine Kondensation oder Tropfenbitdung des als Isolationsmittel dienenden gasförmigen Heliums verhindert. Da das als Isolationsmittd dienende gasförmige Helium nicht kälter sein kann alsie helium. Due to the lower pressure in the insulation * In the space, a condensation or droplet formation of the gaseous material used as an insulating medium is created Heliums prevented. Since the gaseous helium serving as an insulating medium cannot be colder than

«8 das als Kühlmittel dienende Helium, ist eine Kondensation des gasförmigen Heliums ausgeschlossen. Diese Isolationsart ist insbesondere bei supraleitenden Fermmetdeicabeln vorteilhaft, bei welchen Kon-«8 the helium, which is used as a coolant, prevents condensation of the gaseous helium. This type of insulation is particularly advantageous in the case of superconducting Fermmetdeicabeln, in which

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ilensmion und I ropfenbildung unerwünschte Andeningen der Leitungskonsumten über die Kabellänge hervorrufen können.ilensmion and roping undesirable Andeningen of the line consumption caused by the length of the cable.

Das Kabel kann vorteilhaft ein oder mehrere koaxiale Ueiterpanre enthalten, die aus einem Innenleiter und einem rohrförmigen, den Innenleiter umschließenden Außenleiter bestehen. Beim Betrieb des Kabels ist dann der Zwischenraum zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter mit als Isolationsmittel dienendem Helium gefüllt, während der rohrförmige Außenleiter an seiner Außenseite von als Kühlmittel dienendem flüssigem Helium umströmt wird. Der Innenleiter kann dabei beispielsweise drahtförmig sein, Bevorzugt wird der Innenleiter jedoch rohrförmig ausgebildet, so daß er von als Kühlmittel dienendem flüssigem Helium durchströmt werden kann.The cable can advantageously contain one or more coaxial Ueiterpanre consisting of an inner conductor and a tubular outer conductor surrounding the inner conductor. When operating the Cable is then the space between the inner conductor and the outer conductor as an insulation means serving helium, while the tubular Outer conductor flows around its outside by serving as a coolant liquid helium will. The inner conductor can be wire-shaped, for example. The inner conductor is preferred however, it is tubular so that liquid helium serving as a coolant flows through it can be.

Das Kabel kann aber auch mehrere Leiter enthalten, von welchen jeder konzentrisch in einer ihn in einem gewissen Abstand umschließenden rohr- ao förmigen Hülle aus schlechtleitendem Metall oder Kunststoff angeordnet ist. Beim Betrieb Jieses Kabels ist der Zwischenraum zwischen Leiter und Hülle mit als Isolationsmittel dienendem Helium gefüllt, während die Außenseite der Hülle von als Kühlmittel dienendem flüssigem Helium umströmt wird. Auch bei dieser Bauform können die Leiter vorteilhaft rohrförmig ausgebildet sein, so daß sie von als Kühlmittel dienendem flüssigem Helium durchströmt werden können. Drei solche Leiter können ein Drehstrom-System bilden.However, the cable can also contain several conductors, each of which is concentric in one at a certain distance enclosing tubular ao-shaped shell made of poorly conductive metal or Plastic is arranged. When operating this cable the space between the conductor and the sheath is filled with helium, which acts as an insulating medium, while the outside of the shell is surrounded by liquid helium serving as a coolant. Also at With this design, the conductors can advantageously be of tubular design so that they can be used as a coolant serving liquid helium can be flowed through. Three such conductors can form a three-phase system form.

Als Abstandhalter zwischen dem rohrförmigen Außenleiter bzw der rohrförmigen Hülle und dem dazu konzentrisch angeordneten inneren Leiter kann in dem als Isolationsmittel dienenden Helium ein Faden aus verluistarmem Kunststoff, z. B. Polytetrafluoräthykn, vorgesehen sein, der zu einer Schraubenfeder verformt und um den inneren Leiter in Form einer Schraubenlinie herumgewickelt ist. Die Steigung des Fadens in der Schraubenfeder kann vorteilhaft 4c etwa gleich dem Durchmesser der Schraubenfeder sein. Dieser Abstandhalter hat den Vorteil, daß man die Schraubenfeder nach dem Aufwickeln beim Aufbringen des äußeren Leiters oder der äußeren Hül?e so weit zusammendrücken kann, daß sie nach dem Abkühlen nicht locke·· wird und auch durch das Abkühlen keine übermäßigen Zugspannungen erleidet. Tr hat noch den wu'eren Vorteil, daß das als IsoIptionsmitlel dienende Helium an eintr Strömung in Richtung der Kabelachse kaum gehindert wird. Da die Kunststoffäden der Schraubenfeder zum großen Teil quer und nie ganz in Richtung der elektrischen Feldstärke liegen und ihre Dielektrizitäts-Ziffer größer ist als die des gasförmigen oder flüssigen Heliums, ist die elektrische Feldstärke im Kunststoff im Durchschnitt kleiner als im Isolierhelium. Das ermäßigt die dielektrischen Verluste. Etwa die gleichen Vorteile bieten Abstandhalter aus gescht.tzten und mit öffnungen versehenen, konisch geformten KunststoffhUlsen, die abwechselnd von mehreren Seiten auf den inneren Leiter aufgeschoben werden. Außer Polytetrafluoröthylen sind beispielsweise auch Polyäthylen oder Polystyrol geeignet. As a spacer between the tubular outer conductor or the tubular sheath and the concentrically arranged inner conductor, a thread made of low-loss plastic, e.g. B. Polytetrafluoräthykn, be provided, which is deformed into a helical spring and wrapped around the inner conductor in the form of a helix. The pitch of the thread in the helical spring can advantageously be approximately equal to the diameter of the helical spring. This spacer has the advantage that after winding the coil spring when the outer conductor or the outer sleeve is applied, it can be compressed to such an extent that it does not become loose after cooling and that it does not suffer excessive tensile stresses as a result of cooling. Tr has the additional advantage that the helium, which is used as an insulating agent, is hardly prevented from flowing in in the direction of the cable axis. Since the plastic threads of the helical spring are largely transverse and never quite in the direction of the electrical field strength and their dielectric constant is greater than that of gaseous or liquid helium, the electrical field strength in plastic is on average smaller than in insulating helium. This reduces the dielectric losses. Spacers made of protected, conically shaped plastic sleeves with openings, which are alternately pushed onto the inner conductor from several sides, offer roughly the same advantages. In addition to polytetrafluoroethylene, polyethylene or polystyrene, for example, are also suitable.

Dei Supraleiter *.vird zweckmäßig nur als dünne Schicht auf einem Träger aus Metall oder Isolierstoff £5 vorgesehen. Bei 50 Hz haben weiche Supraleiter wie Niob oder Blei keitw Wechselstromverluste. Die Bin* drifiatiefe des Stromes ist aber bei der Temperatur des lliissigen Heliums von 4,2 K nur etwa K) »cm. Verwandet man hurte Supraleiter, so lassen sich die Wechselstromverluste im Suprulejiermnierial nur dadurch klein holten, daß man die magnetischu Feldstärke auf wenige kA/cm begrenzt. Das kommt ebenfalls darauf hinaus, daß man die harten Supraleiter nur in sehr dünnen Schichten anwendet oder weit unter ihrer kritischen Stromdichte belastet. Dünne Supraleiterschichten lassen sich durch Aufdampfen, durch galvanischen Niederschlag usw. erzeugen. Man kann sie auf einer Folie auftragen, die man dann um einen Leiterträger bzw. den Abstandhalter ohne Drall herumlegt. Bei Fernmeldekabeln mit Supraleitern aus Blei können die Supraleiter aus Bleidrähten oder -rohren bestehen. Ein eigener Träger ist nicht erforderlich. The superconductor * is expediently only provided as a thin layer on a carrier made of metal or insulating material £ 5. At 50 Hz, soft superconductors such as niobium or lead have alternating current losses. At the temperature of the molten helium of 4.2 K, however, the binaries depth of the current is only about K) »cm. Verwandet one hurte superconductor, then the AC losses in Suprulejiermnierial be brought only in small that it limits the magnetischu cm field strength of a few kA /. This also means that the hard superconductors are only used in very thin layers or that the load is far below their critical current density. Thin superconductor layers can be produced by vapor deposition, galvanic deposition, etc. You can apply it to a foil, which you then put around a ladder support or the spacer without twist. In the case of telecommunication cables with superconductors made of lead, the superconductors can consist of lead wires or pipes. A separate carrier is not required.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an Hand von sechs Figuren näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail by means of exemplary embodiments on the basis of six figures. Show it

Fig. I und 2 ein koaxiales Leiterpaar im Längsschnitt bzw. Querschnitt,Fig. I and 2 a coaxial conductor pair in longitudinal section or cross-section,

Fig. 3 und 4 ein koaxial·.'. Leiterpaar mit einer anderen Ausführungsform der Abstandhalter im Längsschnitt bzw. Querschnitt,3 and 4 a coaxial '.'. Pair of conductors with another embodiment of the spacer in the Longitudinal section or cross-section,

F i g. 5 den Querschnitt eines Kabe's mit sechs koaxialen Leiterpaaren,F i g. 5 shows the cross section of a cable with six coaxial conductor pairs,

Fig. 6 den Querschnitt eines Drehstrom-Systems mit drei parallelen, nicht koaxialen Leitern.6 shows the cross section of a three-phase system with three parallel, non-coaxial conductors.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein koaxiales Leiterpuar. 1 ist der Innenleiter. Er best"ht aus einer dünnen supraleitenden Schicht 8 aus reinem Niob auf y.inet bandförmigen Folie 9 aus Aluminium einer Reinheit von 99,9«Ό. Diese bandförmige Folie ist mit der supraleitenden Schicht nach außen um das Träger rohr 2, das aus reinem Aluminium besteht, herumgelegt oder mit einem Drall sehr großer Steighöhe herumgewickelt. Auf den Innenleiter sind als Abstandhalter Wendeln aus einer Schraubenfeder 3 aufgewickelt. Die Schraubenfeder besteht «ius Po ytetrafluoräthylenfäden. Auf diesen Abstandhalter ist der Außenleiter 4 in Form eines Aluminiumbandes 10 mit supraleitender Schicht 11 so herumgelegt, daß die supraleitende Schicht innen liegt. Darüber ist als dichter Abschluß des mit dem als Isolationsmittel dienenden Helium erfüllten Isolationsraumes 5 ein vorzugsweise stanggepreßtes Aluminiumrohr 6 aufgebracht. Das als Kühlmittel dienende flüssige Helium durchströmt den Innenraum 7 des Trägerrohres 2 und umgibt die Außenseite des Rohres 6.Figs. 1 and 2 show a coaxial conductor pair. 1 is the inner conductor. It consists of a thin superconducting layer 8 made of pure niobium on y.inet strip-shaped foil 9 made of aluminum with a purity of 99.9 «Ό. This tape-shaped film is with the superconducting layer to the outside around the support tube 2, which consists of pure aluminum, wrapped or wrapped around with a twist of very high rise. On the inner conductor are as spacers Coils wound from a helical spring 3. The helical spring consists of polytetrafluoroethylene threads. The outer conductor 4 in the form of an aluminum tape 10 with a superconducting layer 11 is placed around this spacer in such a way that the superconducting layer is inside. Above it is as a tight seal of the with the as an insulating means Serving helium filled insulation space 5, a preferably extruded aluminum tube 6 is applied. The liquid helium serving as a coolant flows through the interior 7 of the carrier tube 2 and surrounds the outside of the tube 6.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Variante des Abstandhalters. Hier sind geschlitzte, konisch geformte Hülsen 13 aus Kunststoff abwechselnd von verschiedenen Seiten auf den Innenleiter 1 aufgeschoben. Zur Verkleinerung des Kunststoff-Volumens und zur Verbesserung der axialen Durchlässigkeit für das sich im Zwischenraum 5 befindende Isolationshelium sind sie mit öffnungen 14 versehen. Der Schlitz, der zum Aufstecken der Abstandshalter auf den Innenleiter 1 dient, ist mit 15 bezeichnet. Diese Abstandhalter können »ich beim Abkühlen in tangentialer und axialer Richtung frei zusammenziehen und erleiden dadurch keine gefährlichen Spannungen. Sie können sehr leicht ausgeführt werden, da sie keine elektrischen Kräfte aufzunehmen haben, sondern nur das Gewicht des Innenleiters 1 mit dem Träger rohr 2 und dem Kühlhelium in diesem Rohr. 3 and 4 show a variant of the spacer. Here, slotted, conically shaped sleeves 13 made of plastic are pushed onto the inner conductor 1 alternately from different sides. To reduce the plastic volume and to improve the axial permeability for the insulating helium located in the space 5, they are provided with openings 14. The slot which is used to plug the spacers onto the inner conductor 1 is denoted by 15. These spacers can "I" pull together freely in the tangential and axial direction when they cool down and thus do not suffer any dangerous stresses. They can be carried out very easily because they do not have to absorb any electrical forces, but only the weight of the inner conductor 1 with the support tube 2 and the cooling helium in this tube.

Fig. S zeigt den Querschnitt eines Kabels mit sechs koaxialen Lsiterpaaren 21, die jeweils wie die in den Fig. 1 und 2 bzw. 3 und 4 dargestelltenFig. S shows the cross section of a cable with six coaxial lsiter pairs 21, each like those shown in FIGS. 1 and 2 and 3 and 4, respectively

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Leiterpaafe aufgebaut sind, Die sechs Leiterpaafe befinden sich in einem Rohr 22 aus Aluminium. Um dieses Rohr ist eine eiste Wäfttieisolation Ii aus Kunststoffolien mit reflektierenden Metallschichten gelegt, darüber ein Zwisehenschild 24 aus Aluminium, S der wärmeleitend mit Aluminiumrohren IS verbunden ist, die flüssigen Stickstoff führen, Darüber liegt die Wärmeisolation 16, ebenfalls aus Kunststoffolien mit reflektierenden Metallsehiehten. Alles befindet sich in einem längsgeteilten Eisenbetonrohr 27. das den äußeren Luftdruck aufnimmt. Nach Einlegen des Rohres 22 und der Wärmeisolation sowie des Zwischenschildes wird das Rohr 22 mit Hilfe von dünnen Fäden 30 gegenüber dem Druckrohr 27 verspannt und dann der Deckel 28 aufgelegt. Zum vakuumdichten Abschluß erhält das Druckrohr außen eine Haut 29 aus Kunststoff oder Metall, die längsgeschweißt, gelötet oder geklebt ist. Der Raum zwischen den Rohren 22 und 27 wird evakuiert. Die koaxialen Leiterpaare 21 können vor oder nach dem »o Befestigen des Rohres 22 im Rohr 27 in das Rohr 22 eingezogen werden. Der freie Innenraum 31 des Rohres 22 und die Innenräume 7 der Innenleiter der Leiterpaare 21 dienen zur Aufnahme des flüssigen Kühlheliums. Durch Zwischenfiechten von Drähten 9$ oder Isolier st of fäden zwischen die Leiterpaare 21 wird dafür gesorgt, daß das Kühlhelium in alle Zwicket eindringen und sich bildende Oasblasen nach oben aufsteigen können. Das das Kühlhelium umschließende Rohr 22 kann stranggepreßt oder nahtlos ge- zogen oder auch als Blech um die Leiterpaare herumgelegt und nachher längsgesohweißt sein. Das Isolationshelium befindet sich in den Zwischenräumen 5 zwischen den Leitern der koaxialen Leiterpaare 21.Ladder pairs are built up, the six ladder pairs are located in a tube 22 made of aluminum. Around this pipe there is a real heat insulation Ii made of plastic foils with reflective metal layers, over it an intermediate shield 24 made of aluminum, S which is thermally connected to aluminum pipes IS , which carry liquid nitrogen, over it is the heat insulation 16, also made of plastic foils with reflective metal lines. Everything is in a longitudinally divided reinforced concrete pipe 27. which absorbs the external air pressure. After inserting the tube 22 and the thermal insulation as well as the intermediate shield, the tube 22 is braced with the aid of thin threads 30 relative to the pressure tube 27 and then the cover 28 is placed. For a vacuum-tight seal, the pressure tube is provided with a skin 29 made of plastic or metal which is longitudinally welded, soldered or glued. The space between the tubes 22 and 27 is evacuated. The coaxial conductor pairs 21 can be drawn into the pipe 22 before or after the pipe 22 is fastened in the pipe 27. The free interior space 31 of the tube 22 and the interior spaces 7 of the inner conductors of the conductor pairs 21 serve to accommodate the liquid cooling helium. By interweaving wires or insulating threads between the pairs of conductors 21, it is ensured that the cooling helium can penetrate into all pinholes and that the oasis bubbles that are formed can rise upwards. The tube 22 enclosing the cooling helium can be extruded or drawn seamlessly or also placed around the conductor pairs as a sheet metal and subsequently welded longitudinally. The insulating helium is located in the spaces 5 between the conductors of the coaxial conductor pairs 21.

F i g. 6 zeigt ein Drehstrom-System aus drei par- 3s allelen. niclht koaxialen Leitern 41. Jeder Leiter besteht hier aus einem Rohr aus hochreinem Blei. Als Abstandshalter 42 dienen die in F i g. 3 und 4 dargestellten Kunststoff-Hülsen. Sie tragen stranggepreßte Rohre 43 aus einem Kunststoff, z. B. aus einer bei der niedrigen Temperatur noch elastischen Polyäthylen-Mischung. Diese Rohre können außen mit einem schwachleitenden Überzug versehen sein. Im Zwischenraum 44 zwischen den Rohren 43 und den Leitern 41 befindet sich das Isolations-Helium. Außerhalb der Rohre 43 und im Inneren der Leiter 41 ist Kühlhelium. Die drei Leiter sind durch Bänder 45 zusammengehalten, damit sie durch die Stromkräfte nicht auseinandergetrieben werden. Der Abstandshalter 42 muß wegen der Stromkräfte stärker ausgeführt sein als bei koaxialen Leiterpaaren. Damit auch der Zwickel zwischen den drei Rohren 43 von Kühlhelium durchstömt werden kann, ist ein sternförmiges Abstandsstück 46 eingelegt. Eine Mehrzahl solcher Drehstrom-Systeme kann zu einem Starkstromkabel vereinigt und in einem gemeinsamen Heliumrohr, beispielsweise im Rohr 22 des in F i g. 5 dargestellten Kabels,, untergebracht werden. Ein gewisser Nachteil dieser nicht koaxialen Ausführung iäi, daß zwischen den drei Leitern Wechselkräite auftreten, die in den nicht idealelastischen Abstandshaltern 42, 46 und Kunststoffrohren 43 Verluste erzeugen. Diese Bauart ist daher vorwiegend für kleinere Stromstärken iin den Einzelleitern zweckmäßig.F i g. 6 shows a three-phase system made up of three par 3s alleles. Non-coaxial conductors 41. Each conductor here consists of a tube made of high-purity lead. When Spacers 42 are used in FIG. 3 and 4 shown plastic sleeves. They carry extruded tubes 43 made of a plastic, e.g. B. off a polyethylene mixture that is still elastic at the low temperature. These pipes can be outside be provided with a weakly conductive coating. In the space 44 between the tubes 43 and the conductors 41 contain the insulation helium. Outside the tubes 43 and inside the ladder 41 is cooling helium. The three conductors are held together by straps 45 so that they are not driven apart by the forces of the current. The spacer 42 must be stronger because of the current forces be designed than with coaxial conductor pairs. So that the gusset between the three tubes 43 of Cooling helium can be flowed through, a star-shaped spacer 46 is inserted. A majority Such three-phase systems can be combined into one power cable and into one common Helium tube, for example in the tube 22 of the FIG. 5 shown cable ,, can be accommodated. A certain disadvantage of this non-coaxial design iäi, that alternating forces occur between the three conductors, which generate losses in the non-ideal elastic spacers 42, 46 and plastic pipes 43. This type of construction is therefore mainly useful for smaller currents in the individual conductors.

Claims

Patent claims:

1. Supraleitendes Wechselstromkabel mit Helium als Kühl- und Isolationsmittel, dadurch1. Superconducting alternating current cable with helium as a coolant and insulation, thereby gekennzeichnet, daß das als Isolations· mittel dienende Helium und das als Kühlmittel dienende Helium voneinander räumlich getrennt sind und unter verschiedenem Druck stehen.characterized in that the helium serving as the insulating medium and that serving as the coolant serving helium are spatially separated from each other and are under different pressures.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das als Isolationsmittel dienende Helium flüssig ist und unter einem höheren Druck steht als das als Kühlmittel dienende Helium.2. Cable according to claim 1, characterized in that the serving as an insulating means Helium is liquid and is under a higher pressure than the helium used as a coolant.

3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das al» Isolationsmittel dienende Helium gasförmig ist und unter einem niedrigeren Druck steht als das als Kühlmittel dienend« Helium.3. Cable according to claim 1, characterized in that the al »insulating agent is used Helium is gaseous and is under a lower pressure than that used as a coolant « Helium.

4. Kahel nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ein oder mehrere koaxiale Leiterpaare enthält, die aus einem Innenleiter (1) und einem rohrförmigen, den Innenleiter umschließenden Außenleiter (4) bestehen, daß der Zwischenraum (S) zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter von als Isolationsmittel dienendem Helium erfüllt ist und der rohrförmigt Außenleiter an seiner Außenseite von als Kühlmittel dienendem flüssigem Helium umströmt ist.4. Kahel according to one of claims I to 3, characterized in that it contains one or more coaxial conductor pairs which consist of an inner conductor (1) and a tubular outer conductor (4) surrounding the inner conductor, that the space (S) between the inner conductor and the outer conductor is filled with helium, which serves as an insulating medium, and the tubular outer conductor is on its outside as Liquid helium flows around the coolant.

5. Kabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dp? der Innenletter (1) rohrförmig ausgebildet ist und von als Kühlmittel dienendem flüssigem Helium durchströmt ist.5. Cable according to claim 4, characterized in that dp? the inner letter (1) is tubular and is used as a coolant liquid helium flows through it.

6. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere Leiter (41) enthält, von welchen jeder innerhalb einer rohrförmigen Hülle (43) aus schlechtleitendem Metall oder Kunststoff konzentrisch angeordnet ist, daß sich in dem Zwischenraum (44) zwischen Leiter und Hülle als Isolationsmittel dienendes Helium befindet und die Außenseite der Hütte von als Kühlmittel dienendem flüssigem Helium umströmt ist.6. Cable according to one of claims 1 to 3, characterized in that there are several conductors (41) contains, each of which within a tubular casing (43) made of poorly conductive Metal or plastic is arranged concentrically that is in the space (44) between Head and sheath serving as an insulating means is located helium and the outside of the hut is flowed around by serving as a coolant liquid helium.

7. Kabel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (41) rohrförmig ausgebildet ist und von als Kühlmittel dienendem flüssigem Helium durchströmt ist.7. Cable according to claim 6, characterized in that the conductor (41) is tubular and serving as a coolant liquid helium flows through it.

8. Kabel nach einem der Ansprüche 4 und S oder 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandhalter zwischen dem rohrförmigen Außenieiier (4) bzw. der rohrförmigen Hülle (43) und dem dazu konzentrisch angeordneten inneren Leiter (1 bzw. 41) in dem als Isolationsmittel dienendem Helium eine Schraubenfeder (3) aus einem Faden aus verlustarmem Kunststoff vorgesehen ist, die in Form einer Schraubenlinie um den inneren Leiter herumgewickelt ist.8. Cable according to one of claims 4 and S or 6 and 7, characterized in that as Spacer between the tubular outer egg (4) or the tubular casing (43) and the inner conductor (1 or 41) arranged concentrically to it in the as insulating means Serving helium, a helical spring (3) made of a thread made of low-loss plastic is provided, which is in the form of a helical line the inner conductor is wrapped around.

9. Kabel nach einem der Ansprüche 4 und 5 oder 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandhalter zwischen dem rohrförmigen Außenleiter (4) bzw. der rohrförmigen Hülle (43) und dem dazu konzentrisch angeordneten inneren Leiter (1 bzw. 41) in dem als Isolationsmittel dienendem Helium konisch geformte, geschlitzte, mit Offnungen versehene Kunststoffhülsen (13) vorgesehen sind, die auf den inneren Leiter aufgeschoben sind.9. Cable according to one of claims 4 and 5 or 6 and 7, characterized in that as a spacer between the tubular outer conductor (4) or the tubular sheath (43) and the inner conductor (1 or 41) arranged concentrically to it in the as insulating means serving helium, conically shaped, slotted, plastic sleeves provided with openings (13) are provided, which are pushed onto the inner conductor.

10. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Leiter (1 bzw. 4) aus dünnen, auf einen Metalloder Isolicrstoffträger (9 bzw. 10) aufgebrachten Schichten (8 bzw. 11) aus Supraleitermatejial bestehen.10. Cable according to one of claims 1 to 9, characterized in that the individual Thin conductor (1 or 4) attached to a metal or insulating carrier (9 or 10) Layers (8 or 11) consist of superconductor material.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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