DE1665610A1

DE1665610A1 - Tieftemperaturkabel zur Energieuebertragung

Info

Publication number: DE1665610A1
Application number: DE19661665610
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl-Ing Kafka; Claus-Peter Dipl-Ing Parsch
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1966-04-06
Filing date: 1966-04-19
Publication date: 1971-07-15
Also published as: DE1665610B2; DE1665610C3; DE1665599A1; GB1167054A; NL6704710A; SE349888B; CH459384A; DE1665599B2; DE1665599C3

Description

Tieftemperaturkabel zur Energieübertragung (Zusatz zur Patentazmeldung P 16 65 599.5-34) Zur Übertragung großer elektrischer Energien mit kleinen Verlusten besitzen Tieftemperaturkabel mit Leitern aus sehr reinen Metallen, insbesondere Aluminium, besondere Eignung. Zur Erhaltung der tiefen Temperatur von ca. 200K bei Aluminiumleitern ist bei bisher bekanntgewordenen Vorschlägen eine das ganze Kabel umschließende thermische Isolation vorgesehen, die im wesentlichen aus einer durchgehend evakuierten Zone besteht. Als Kühlmedium kommt z.B. Helium in gasförmigem Zustand in Betracht, wobei von diesem die Verluste im Leiter, bedingt durch den Laststrom und eventuell auftretende Wirbelströme, abzuführen sind. Ebenso müssen die dielektrischen Verluste der innerhalb der thermischen Isolation angeordneten elektrischen Isolation abgeführt werden. Wird das Kabel mit Wechselstrom betrieben, so erreichen insbesondere bei Ausführungen mit höheren Spannungen die in der elektrischen Isolation auftretenden dielektrischen Verluste einen Wert, der ein Vielfaches der Leiterverluste betragen kann. Die Abführung dieser Verluste ist sehr kostspielig und setzt den Wirkungsgrad der Übertragung und die Übertragungs-grenze herab. Ferner erfordert die Unterbringung der elektrischen Isolation in der Tieftemperaturzone Material mit hinreichender elektrischer und mechanischer Festigkeit sowie genügender Elastizität bei der tiefen Temperatur. Dieses ist entsprechend teuer.
Im Hauptpatexnt wird ein Tieftemperaturkabel vorgeschlagen, das diese Nachteile nicht besitzt. Bei diesem ist der Tieftemperatur-leiter direkt von der thermisehen Isolation umgeben und die elektrische Isolation außerhalb derselben angeordnet. Durch diese Erfindung wird die Erfindung nach dem Hauptpatent weitergebildet. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einem durch ein gasförmiges Medium gekühlten Tieftemperaturleiter aus Reinstmetall und einer Stromdichte von etwa 3 A/mm2 der Gesamtquerschnitt der Kühlkanäle etwa zweimal so groß wie der Gesamtquerschnitt des Tieftemperaturleiters ist.
Wird der Gesamtquerschnitt der Kühlkanäle etwa zweimal so groß wie der Gesamtquerschnitt des Tieftemperaturleiters gemacht, so erhält man bei einem Minimum an Materialaufwand eine ausreichende KÜhlung.
Bei Kabeln spielt die Biegsamkeit eine große Rolle. Für ein gasgekühltes Kabel mit großer Energieübertragung wird, falls nur ein einziger Kühlkanal vorgesehen ist, der Durchmesser dieses Kanals bei der oben angegebenen Abmessung so groß, daß das Kabel nicht mehr ausreichend gebogen werden kann. Es wird deshalb vorgeschlagen, das Kabel in mehrere Teilkabel zu unterteilen und diese wiederum aus einer größeren Anzahl Einzelleitern zusammenzusetzen. Man gewinn eine größere Anzahl Kühlkanäle, wenn jedes der Teilkabel rohrförmig ausgebildet ist, wobei man den Austritt des gasförmigen Kühlmediums in die evakuierte Zone der thermischen Isolation durch einen Kunststoffschlauch verhindern kann, der alle Teilkabel umhüllt, oder dadurch, daß jedes Teilkabel um ein Metallrohr angeordnet ist, durch das das Kühlmedium geleitet wird. Ein biegsames Kabel wird auch dann erhalten, wenn Teilkabel um ein Metallrohr mit elliptischem Querschnitt angeordnet werden.
Die Erfindung wird durch drei Ausführungsbeispiele anhand dreier Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Tieftemperaturkabel mit rohrförmig ausgebildeten Teilkabeln, die von einem heliumdichten Kunststoffschlauch umgeben sind., Pig. 2 ein Tieftemperaturkabel mit einer Vielzahl von Einzelleitern, die jeweils um Metallrohre angeordnet-sind-, Fig. 3 ein Tieftemperaturkabel bestehend aus Teilkabeln, die um ein Metallrohr mit elliptischem Querschnitt angeordnet sind. Das in fig. 1 in Querschnitt dargestellte Tieftemperatürkabel ist in mehrere rohrförmige Teilkabel 1 unterteilt, die jeweils aus einer größeren Anzahl Einzelleitern bestehen. Die beim Wickeln durch jeweils eine Bandspirale freigelassenen Hohlräume 2 dienen als Kühlkanäle für Heliumgas von etwa 20°K. Die Teilkabel sind von einem heliumdichten Kunststoffschlauch 3 umgeben, der mit einer Armierung 4 aus Glasfaserbändern versehen ist und verhindert, daß das Heliumgas in einen evakuierten Zwischenraum 5 zwischen dem Kunststoffschlauch und einem elektrischen Isolationsrohr 6 gelangt. Das elektrische Isolationsrohr besitzt innen und außen je eine Halbleitereehicht 7 und 8, die eine ungleichmäßige Aufladung des Rohres und damit eine ungleichmäßige Belastung der elektrischen Isolation verhindern. Die äußere Halbleiterschicht ist geerdet. 'Um das Isolationsrohr ist noch ein üblicher mechanischer Schutzmantel 9 angebracht. Der Gesamtquerschnitt der Kühlkanäle 2 ist bei einer Stromdichte von etwa 3 A/mm2 etwa zweimal so groß wie der Gesamtquerschnitt des Tieftemperaturleiters. Hierdurch erhält man bei einem Abstand von etwa 3000iis 4000 m zwischen den Kühlstationen, in denen das Kühlgas rückgekühlt wird, eine ausreichende Kühlung. Kann der Abstand der Kühlstationen nicht so klein gewählt werden, - in Großstädten ist oftmals ein größerer Abstand nötig - dann liegt das optimale Verhältnis zwischen dem Querschnitt der Kühlkanäle und dem Querschnitt des Tieftemperaturleiters höher.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die Einzelleiter jedes Teilkabels 1 tu ein Metallrohr 10 angeordnet, durch das das Kühlgas geleitet wird.
Bei den Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Biegsamkeit ausreichend gekühlter Teilkabel 1 dadurch bewirkt, daß diese um ein Metallrohr 11 mit elliptischem Querschnitt angeordnet sind.

Claims

Patentansprüche 1. Tieftemperaturkabel zur Energieübertragung, vorzugsweise für Wechselstrom, bei dem derTieftemperaturleiter direkt von der thermischen Isolation umgeben und die elektrische Isolation außerhalb derselben angeordnet ist, nach Patentanmeldung P 16 65 599.5-34, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem durch ein gasförmiges Medium gekühlten Tieftenperaturleiter aus Reinstmetall und einer Stromdichte von etwa 3 A/mm2 der Gesamtquerschnitt der Kühlkanäle (2) etwa zweimal so groß wie der Gesamtquerschnitt des Tieftemperaturleiters (1) ist.
2. Tieftemperaturkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es in mehrere Teilkabel (1) unterteilt ist, die jeweils aus einer größeren Anzahl Einzelleitern bestehen. 3Tieftemperaturkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkabel rohrförmig ausgebildet und von einem biegsamen heliumdichten Kunststoffschlauch (3) umgeben sind (Fig. 1). 4.. Tieftemperaturkabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffschlauch mittels Glasfaserbändern (4) armiert ist. 5. Tieftemperaturkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelleiter jedes Teilkabels um ein Metallrohr (10) angeordnet sind (Fig. 2). 6. Tieftemperaturkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkabel um ein Metallrohr (11) mit elliptischem Querschnitt angeordnet sind.