DE1665940A1 - Strom- bzw. Stromabfuehrung fuer elektrische Einrichtungen mit mehreren elektrisch parallel geschaltet zu betreibenden Supraleitern - Google Patents

Strom- bzw. Stromabfuehrung fuer elektrische Einrichtungen mit mehreren elektrisch parallel geschaltet zu betreibenden Supraleitern

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DE1665940A1 DE19671665940 DE1665940A DE1665940A1 DE 1665940 A1 DE1665940 A1 DE 1665940A1 DE 19671665940 DE19671665940 DE 19671665940 DE 1665940 A DE1665940 A DE 1665940A DE 1665940 A1 DE1665940 A1 DE 1665940A1
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Description

1865940
AKl'lKTGBSiSLLSCIIAPT Erlangen, den 28. Äorif f0ß7
V/erner-von-Siemens-Str.
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Stromzu- bzw. Stromabführung für elektrische Einrichtungen mit mehreren elektrisch parallel geschaltet zu betreibenden Supraleitern
Die Erfindung betrifft eine Stromzu- bzw. Stromabführung für elektri- ' sehe 3inrichtungen mit mehreren elektrisch parallel geschaltet zu betreibenden Supraleitern, wobei die Supraleiter an einer auf eine Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur der Supraleiter gekühlten
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Stelle mit bei dieser Temperatur elektrisch norma.lleiten.dem Material verbunden sind.
Bei elektrischen Einrichtungen mit Supraleitern, beispielsweise bei supraleitenden Kabeln, Spulen oder Maschinen muß häufig elektrischer Strom dem auf eine Temperatur unterhalb seiner Sprungtemperatur abgekühlten Supraleiter von einer auf höherer Temperatur, insbesondere auf Raumtemperatur, befindlichen Stelle zugeführt werden. Da der Supraleiter bei Raumtemperatur «eine Supraleitfähigkeit verlieren würde, wird zur Überbrückung der Temperaturdifferenz elektrisch normalleitendes Material, beispielsweise Aluminium oder Kupfer, verwendet, das an einer auf eine Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters abgekühlten Stelle mit diesem verbunden ist.
Bei verschiedenen derartigen elektrischen Einrichtungen sind mehrere Supraleiter, die untereinander nicht in supraleitender Verbindung stehen, elektrisch parallel geschaltet zu betreiben, wobei die Parallelschaltung über das elektrisch normalleitende Material erfolgt. ) Dabei ist es oft wünschenswert, daß jeder Supraleiter mit dem gleichen Strom belastet wird. Die erwünschte gleiche Stromverteilung kann jedoch durch die an der Verbindungsstelle mit dem elektrisch normalleitenden Material vorhandenen Übergangswiderstände oder durch entlang der einzelnen Supraleiter auftretende Übergangswiderstände gestört werden. Solche Übergangswiderstände können beispielsweise auftreten, wenn in langen Supraleitungskabeln verschiedene Supraleiterstücke zu einem leiter zusammengesetzt werden müssen oder wenn innerhalb der Einrichtung im Verlauf eines Suprrleiters etwa Schaltkontakte vorhanden üind. V/onn sich die entlang der einzelnen Supraleiter i;uf-
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tretenden G-esaratwiderstände voneinander unterscheiden, stellt sich, im Verlaufe des Betriebs der Einrichtung über das elektrisch norm.ulleitende Material eine diesen unterscniedlichen Widerständen entsprechende Stromverteilung ein, bei der dann die einzelnen Supraleiter mit unterschiedlichen Strömen belastet jind.
Der Erfindung liegt die aufgäbe zugrunde, durch eine geeignete Ausbildung der S;romzu- bzw. Stromabführungen für derartige Einrichtungen eine gleichmäßige Stromverteilung in den elektrisch parallel zu betreibenden Supraleitern zu gewährleisten und gleichzeitig die in der Stromzu- bzw. Stromabführung auftretenden -Verluste möglichst gering zu halten.
Die Stromzu- bzw. Stromabführung ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß das Ende jedes einzelnen Supraleiters mit je einem elektrisch normalleitenden Leiter verbunden ist, daß die normalleitenden Leiter von der Verbindungsatelle bis zu einer auf höherer Temperatur befindlichen Stelle elektrisch getrennt voneinander geführt und dort mit dem einen Ende eines normalleitenden Leiters größeren Querschnitte " elektrisch verbunden sind, dessen anderes Ende sich auf noch höherer Temperatur befindet, und daß jeder der elektrisch getrennt voneinander geführten normalleitenden Leiter den gleichen elektrischen Widerstand besitzt und dieser Widerstand groß gegenüber dem Übergangswiderstand an der Verbindungsstelle mit dem Supraleiter und groß gegenüber sonstigen gegebenenfalls in der supraleitenden Einrichtung entlang des Supraleiters auftretenden Übergangswiderständen ist.
Die elektrisch getrennt voneinander geführten, elektrisch normallei-
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tenden Leiter haben die Funktion von Vorschaltwiderstanden vor den einzelnen Supraleitern, gegenüber denen die entlang der einzelnen Supraleiter auftretenden Übergangswiderstände vernachläßigbar klein sind, und die daher die Stromverteilung in den Supraleitern bestimmen. Da die Widerstände der elektrisch getrennt geführten normalleitenden Leiter untereinander gleich sind, stellt sich in allen Supraleitern der gleiche Strom ein. Gleichzeitig dienen die elektrisch getrennt voneinander geführten Leiter als Stromzu- bzw. Stromabführungen für die Supraleiter, so daß getrennte Vorschaltwiderstände, die zusätzliche Verluste verursachen würden, vermieden sind.
Unter gleichen elektrischen Widerständen sind gleiche Widerstände im technischen Sinne zu verstehen. Unterschiede von wenigen Prozent werden oft aus technischen Gründen nicht vermeidbar sein.
Eine besonders gute Gleichverteilung des elektrischen Stromes auf die einzelnen Supraleiter kann erreicht werden, wenn der elektrische Widerstand jedes der elektrisch getrennt voneinander geführten normalleitenden Leiter wenigstens das zehnfache des größten der entlang der einzelnen Supraleiter auftretenden Gesamtwiderstände beträgt. Unter Gesamtwiderstand ist dabei die Summe aller entlang eines Supraleiters auftretenden Widerstände zu verstehen.
Bei einer wegen ihrer Einfachheit besonders vorteilhaften Stromzu- bzw. Stromabführung gemäß der Erfindung besitzen die getrennt voneinander geführten normalleitenden Leiter die gleiche Länge und den gleichen Querschnitt, bestehen aus dem gleichen Material und weisen im Betriebszustand zwischen den Verbindungsstellen mit dem Supr; leiter und dem normalleitenden Leiter größeren Querschnitts die gleiche
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Temperaturverteilung auf. Die gleiche Temperaturverteilung ist bei dieser Ausführungsform von Bedeutung, da der spezifische Widerstand des Materials der normalleitenden leiter, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, von der Temperatur abhängt.
Eine gleiche Temperaturverteilung entlang der einzelnen, elektrisch getrennt voneinander geführten normalleitenden Leiter kann bei dieser Ausführungsform vorteilhaft dadurch erreicht werden, daß die elektrisch getrennt voneinander geführten normalleitenden Leiter an der Verbindungsstelle mit den Supraleitern und entlang eines daran anschließenden jeweils gleichlangen Leiterabschnittes von einem flüssigen Kühlmittel niedriger Temperatur umgeben sind, daß die Leiter vom Ende dieses Leiterabschnitta bei zur Verbindungsstelle mit dem normalleitenden Leiter größeren Querschnittes in Isoliermaterial eingebettet sind und daß diese Verbindungsstelle durch ein Kühlmittel höherer Temperatur gekühlt ist. Durch die Flüssigkeitskühlung am einen Ende der normalleitenden Leiter und die Kühlung an der Verbindungsstelle mit dem normalleitenden Leiter größeren Querschnittes sind an beiden Enden der als Vorschaltwiderstände dienenden normalleitenden Leiter feste Temperaturen vorgegeben. Durch dae Isolationsmaterial zwischen beiden Kühlstellen, das die getrennt voneinander geführten normalleitenden Leiter eng umschließen soll, wird daa Eindringen von Kühlmittel entlang der Leiter verhindert. Zwischen den beiden Kühlstellen an den Leiterenden stellt sich dann auf Grund der Wärmeleitung eine für alle Leiter gleiche Temperaturverteilung ein. Der.von dem flüssigen Kühlmittel umgebene Leiterabschnitt wird vorteilhaft so lang gewählt, daß die Bildung einer Kühlmitteldarapfhaut an der Leiteroberfläche beim Betrieb der Einrichtung vermieden wird. Eine Kühlmit-
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teldampfhaut an der Leiteroberfläche kann nämlich, ζα einer Verringerung der Y/ärmeabfuhr und damit zu lokalen Erwärmungen der Leiter führen, durch welche die gleichmäßige Temperaturverteilung unter Umständen gestört werden kann. Ferner können die Leiter zur Verhinderung einer Dampfhautbildung Kühlfahnen erhalten.
Zur Herabsetzung der zur Kühlung der Stromzu- bzw. Stromabführung erforderlichen Kühlleistung kann es vorteilhaft sein, an einer Stelle fc des in Isoliermaterial eingebetteten Teiles der getrennt voneinander geführten normalleitenden Leiter eine zusätzliche Kühlstelle vorzu- ·■■ sehen. Als Kühlmittel wird man dabei ein Kühlmittel verwenden, dessen Temperatur zwischen den Temperaturen der an den Enden der normalleitenden Leiter verwendeten Kühlmittel liegt.
Zur Herabsetzung der erforderlichen Kühlleistung ist es ferner vorteilhaft, die Stromzu- bzw. Stromabführung derart auszubilden, daß sich an das auf der höheren Temperatur befindliche Ende des normalleitenden Leiters größeren Querschnittes weitere stufenweise gekühlte ' normalleitende Leiterabschnitte anschließen.
Anhand zweier Figuren und eines Ausführungabeispielea soll die Erfindung noch näher erläutert werden.
Figur 1 zeigt schematisch im Schnitt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Stromzuführung für ein supraleitendes Kabel.
Figur 2 zeigt sohematisch im Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stromzuführung für ein supraleitendes Kabel.
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Bei der in Figur 1 dargestellten Stromzuführung sind die Enden jedes einzelnen der Supraleiter 1 des supraleitenden Kabels mit je einem elektrisch normalleitenden Leiter 2 verbunden. Zur Herabsetzung des libergangswiderstandes sind die Enden der Supraleiter ganz in das normalleitende Material eingebettet. Die Verbindungsstellen zwischen Supruleitern und Hormalleitern befinden sich in einer Kühlkammer 3t die beispielsweise mit flüssigem Helium gefüllt werden kann, das eine 'temperatur von etwa 4,20K besitzt, die unterhalb der Sprungtemperatur der Supraleiter 1 liegt. Die normalleitenden Leiter 2 sind von der Verbindungsstelle mit den Supraleitern bis zu der auf einer höhereren Temperatur befindlichen Stelle 4 elektrisch getrennt voneinander geführt unü dort mit dem einen Ende des normalleitenden Leiters elektrisch verbunden, der einen größeren Querschnitt besitzt. Der normalleitende Leiter 5 kann beispielsweise aus massivem, vorzugsweise hochreinem, Aluminium bestehen, in das die ebenfalls aus Aluminium bestehenden Leiter 2 eingelötet sind. An der Verbindungsstelle mit den Leitern 2 ist der Leiter 5 mit Hilfe eines Kühlblockes 6 kühlbar, der mit Kühlkanälen 7 versehen ist· Durch diese Kühlkanäle kann beispielsweise gasförmiges Helium mit einer Temperatur von 2O0K ( geleitet werden. Das andere Ende des Leiters 5 ist mit einem weiteren, beispielsweise ebenfalls aus Aluminium bestehenden Leiter 8 verbunden. An der Verbindungsstelle ist ein beispielsweise ring- bzw. apiralenförmiger Kühlkanal 9 vorgesehen,durch den beispielsweise flüssiger Stickstoff mit einer Temperatur von etwa 770K geleitet werden kann, der innerhalb des Kühlkanales verdampft. Als weitere Kühlstufe ist ein Wasserkanal 10 vorgesehen.
Jeweils gleichlange Leiterabschnitte der normalleitenden Leiter 2 be-
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finden sich im Anschluß an die "Verbindungastelle mit den Supraleitern 1 in der Kühlkammer 3 und sind beim Betrieb des Kabels mit flüssigem Helium umgeben. Vom Ende dieses Leiterabschnittes bis zur Verbindungsstelle 4 mit dem normalleitenden Leiter 5 sind die Leiter 2 in Isoliermaterial 11 eingebettet. Als Isoliermaterial ist ein Material verwendet, das die zwischen dem Kabel und dem Erdpotential auftretenden Spannungen aushält. Beispielsweise können als Isoliermaterial Polyäthylen oder ein geeignetes Gießharz oder die unter den Handelsnamen Teflon oder Hylon bekannten Kunststoffe verwendet wer-
™ den. Die Wand 12 der Kühlkammer 3 und die Umhüllung 13 der normallei-
ebenfalls
tenden Leiter 5 und 8 besteht /aus Isoliermaterial. Das flüssige Helium wird durch das Rohr 14 in die Kühlkammer 3 eingeleitet; durch das konzentrisch dazu angeordnete Rohr -15 kann der Heliumdampf aus der Kühlkammer entweichen. Zur Zu- und Ableitung des gasförmigen Heliums dienen die Rohre 16 und 17, zur Zuführung des flüssigen Stickstoffs das Rohr 18. Durch das Rohr 19 kann der im Kühlkanal 9 verdampfte gasförmige Stickstoff entweichen. Das Rohr 20 dient zur Zuführung von Kühlwasser zum Kühlkanal 10. Die Rohre 14 bis 20 bestehen ebenfalls aus Isoliermaterial. Der auf der Temperatur des flüssigen Stickstoffs und auf niedrigeren Temperaturen befindliche Teil der Stromeinführung ist von einem Vakuummantel 21 umgeben. Innerhalb des Vakuummantels befindet sich ein Strahlungsschutzmantel 22, der beispielsweise aus Aluminium- oder Kupferblech bestehen kann. Ferner sind innerhalb des Vakuummantels verschiedene Lagen aus geknitterter, aluminiumbeschichteter Polyäthylentherephtalatfolie 23 vorgesehen, di< unter dem Namen "Superisolation" bekannt ist.
Die normalleitenden Leiter 2 sind so ausgebildet, daß ihre eiektri-
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sehen Widerstände untereinander gleich und groß gegenüber dem Übergangswiderstand an der Verbindungsstelle mit dem Supraleiter 1 sowie groß gegenüber den anderen entlang der Supraleiter auftretenden Widerständen sind. Die Länge 1Q der in der Kühlkammer 3 befindlichen Abschnitte der Leiter 2 ist se lang gewählt, daß bei der Kühlung der Leiter 2 die Bildung einer Kühlmitteldampfhaut an der Leiteroberfläche vermieden wird.
Ferner können die Länge 1 und der Querschnitt Q der zwischen zwei Kühlatellen befindlichen normalleitenden Leiteraoschnitte etwa im Ver- ™ hältnis
-S
gewählt sein, wobei k die mittlere Wärmeleitfähigkeit und gm den mittleren spezifischen Widerstand des normalleitenden Materials im gegebenen Temperaturbereich, Δ T die Temperaturdifferenz zwischen den
2
Kühlstellen und I den im Betriebszustand durch den Leiterabachnitt fließenden elektrischen Strom bedeuten. Wie in einem Artikel von Mc Pee in der Zeitschrift "Review of Scientific Instrumente", Band 30, 1959, Seiten 98 bis 102 im einzelnen beschrieben iat, erreicht bei einer aolchen Wahl dee Verhältniseea von Leiterlänge asu Leiterquerschnitt die am kälteren Ende dea Leiterabachnittea auatretende Wärme ihr Minimum. Am wärmeren Ende dea Leiterabachnittea atrömt dabei keine Wärme in den Leiter ein und die am kühleren leiterende auatretende Wärme stammt von den ohmschen Verlusten innerhalb des Leiterabschnittes. Oer Ouerschnitt der einzelnen Leiterschnitte wird vorteilhaft so gewählt, daß eich eine günstige Konstruktion ergibt und
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die Leiteroberflache an den Kühlstellen zur Abführung der im jeweiligen Leiterabschnitt entstandenen Verlustwärme ausreicht.
Die Längen der zwischen den einzelnen Kühlstellen befindlichen Leiterabachnitte oind in Figur 1 mit I1, I2 und 1, bezeichnet.
Als Ausführungsbeispiel soll eine Stromeinführung für ein spezielles supraleitendes Kabel, die im wesentlichen gemäß Figur 1 ausgebildet
100 km lange
ist, noch genauer beschrieben werden. Das/Kabel besteht aus 127 elektrisch parallel geschaltet zu betreibenden Drähten aus der supraleitenden Legierung Niob-33 At. ?6 Zirkon. Die.einzelnen Drähte haben einen Durchmesser von 0,25 mm. Die 127 einzelnen Supraleiter sollen jeweils aus Stücken von je 10 km Länge zusammengesetzt werden. Der Übergangswiderstand an jeder Verbindungsstelle beträgt bei geeigneter Verbindung höchstens etwa 10 3 0hm. In der erfindungs gemäß en Stromzuführung wird jeder der 127 Supraleiter 1 mit einem drahtförmigen normalleitenden Leiter 2 aus Aluminium mit einer Reinheit von etwa 99,99$ und einem Durchmesser d von etwa 1,28 mm verbunden. Der Übergangswider-) stand an dieser Verbindungeetelle beträgt ebenfalls höchstens etwa 10 7 0hm. Entlang eines einsteinen Supraleiters 1 tritt daher auf der Gesamtlänge dee Kabels ein Geaantwideretand von höchstens etwa 10~ö Ohm auf. Der Y/ideratand eines Leiters 2 soll also groß gegenüber 10~8 Ohm sein, um eine gleiohmäßige Stromverteilung in den Supraleitern 1 zu gewährleisten. Der Nennatrom I des Kabels beträgt 2 . 10^ Ampere.
Die Leiter 2 werden 45 cm lang gewählt. Dabei hat der in der Kühlkammer 3 befindliche Leiterabaohnitt die Länge 1Q = 4 om und der in das Isoliermaterial eingebettete Leiterabachnitt die Länge I1 * 41 cm.
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Der Querschnitt eines Leiters 2 beträgt etwa 1,28 mm . Bei einem spezifischen WiderstandS Q von etwa 6 . 10 Ohm . cm für den auf der Temperatur des flüssigen Heliums befindlichen Leiterabschnitt der Länge 1Q und einem mittleren spezifischen Widerstandjpm von etwa 7 . 10 Ohm . cm für den Leiterabschnitt der Länge I1 be-
-■5 trägt dann der elektrische Widerstand jedes Leiters 2 etwa 2,4 . 10
Ohm, ist also wesentlich größer als 10 Ohm. Diese Bemessung der Leiter 2 entspricht gleichzeitig dem obenerwähnten vorteilhaften Verhältnis zwischen Leiterlänge und Leiterquerschnitt sowie der Forderung, daß 1Q so groß sein soll, daß an der Oberfläche der von flüssigem Helium umgebenen Leiterabschnitte keine Heliumdampfhaut gebildet wird.
Bei Kühlung mit flüssigem Helium von 4» 20K bzw. gasförmigem Helium von 200K beträgt nämlich die Temperaturdifferenz zwischen den Kühlstellen des von Isoliermaterial umschlossenen Leiterabschnittes der Länge I1 ΛΤ = 15,8°K. Die mittlere Wärmeleitfähigkeit dieses Leiterabschnittes km beträgt etwa 55 W/cm°K. Setzt man nun in die Gleichung
die genannten Werte für I, km, £ m und Δ,Τ ein und setzt ferner, da
sich der Strom I auf alle 127 Leiter verteilt, Q= 127 . 1,2b mm2 =
ρ
1,63 cm ,so erhält man gerade I1 = 41 cm.
Aufgrund der in den 127 Leiterabschnitten der Länge I1 auftretenden ohmschen Verluste entsteht am kühleren Ende dieser Leiterabschnitte ein Wärmestrom P1 = I2Sm1I Q~1 = 70 w* Dieser Wärmestrom und die durch die ohmschen Verluste PQ = I2 . β q iq q~1 in den 127 Leiter-
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abschnitten der Länge 1Q seibat entstehende Wärme muß entlang der Leiterabsohnitte der Länge 1Q an das flüssige Helium abgegeben werden, damit keine Erwärmung der Supraleiter eintritt. Um an der Überfläche der Leiter 2 die Bildung einer Heliumdampfhaut zu vermeiden, soll der Wärmestrom durch die Oberfläche der im flüssigen Helium befindlichen Leiterabschnitte kleiner als 0,4 V//cm sein, Es gilt also die Bedingung
Po * P1 < 0,4 W/cm2, 127.10. d .*
Daraus erhält man die weitere Bedingung, daß 1Q größer als 3,7 cm sein muß. Für 1Q = 4 cm ist somit diese Bedingung erfüllt. Die ohmsohen Verluste in den 127 Leiterabscnnitten dieser Länge betragen 6 W, sodaß insgesamt eine Verlustleistung von insgesamt 76 W durch das flüssige Helium abgeführt werden muß. Dies ist mit einer Kühlmaschine möglich, die zwischen die Leitungen 14 und 15 geschaltet wird
Der Leiter 5, mit dem die Aluminiumdrähte 2 verbunden sind, besteht ebenfalls aus Aluminium einer Reinheit von etwa 99»99^. Er wird an seinem kälteren Ende mit gasförmigem Helium von 2O0K und an seinem wärmeren Ende mit flüssigem Stickstoff von 770K gekühlt.Δ Τ beträgt somit entlang der Strecke I2 570K. Der mittlere spezifische elektrisehe Widerstand beträgt etwa 0,9 . 10 0hm . cm, die mittlere Wärmeleitfähigkeit etwa 24 -WZCm0K. Wählt man für den Leiter 5 den aus kon-
2 struktiven Gründen günstigen querschnitt von 5 cm , so erhält man aus der bereits genannten Beziehung für l/Q als besonders günstige Länge für den Leiter 5 I2 = 4-4 cm. Die ohmschen Verluste im Leiter 5 führen zu einem Wärmestrom von 320 W am kühleren Ende, der im Kühlblock 6 an day gasförmige ilelium abgegeben wird.
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Der anschließende Leiterabschnitt 8 mit Λβτ Länge 1, besteht wiederum aus Aluminium einer Reinheit von 99,99$. Bas kühlere Ende befindet sich auf der Temperatur des flüssigen Stickstoffs von 770K, das wärmere ünde auf der Temperatur des Kühlwassers von 30O0K.Δ T ist also 2230K. Bei einem mittleren spezifischen Widerstand von 1,3 .
10 Ohm . cm, einer mittleren Wärmeleitfähigkeit von 3,6 W/cm°K
ρ und einem vorgewählten Leiternuerschnitt von 40 cm ergibt sich aus der bereits genannten Beziehung für den Leiterabschnitt zwischen beiden Kühlstellen die Länge 1, = 70 cm. Die in diesem Leiterabschnitt entstehende, durch den flüssigen bzw. gasförmigen Stickstoff abzu- f führende Verlustleistung beträgt etwa 900 W. Die im anschließenden, auf Raumtemperatur befindlichen Teil des Aluminiumleiters auftretende Verlustwärmejwird durch das Kühlwasser übernommen, das in dem zentralen Kanal 10 durch den Leiter geführt wird.
Die durch die Isolation von den Seiten in die einzelnen Leiterabschnitte eindringende Wärme wurde bei dem^yorstehenden Beispiel nicht berücksichtigt, da sie durch gute Wärmeisolation so gering gehalten wird, daß sie gegenüber der in den Leiterabschnitten entstehenden Verlustwärme vernachlässigbar klein i3t.
In Figur 2 ist ein Ausschnitt einer gegenüber Figur 1 etwas abgeänderten Ausführungsform einer Stromzuführung für ein supraleitendes Kabel dargestellt. Für die der Figur 1 entsprechenden Teile wurden dieselben Bezugszeichen beibehalten. Bei der Stromzuführung nach Figur 2 ist an einer Stelle des in das Isoliermaterial 11 eingebetteten Teiles, der getrennt geführten normalleitenden Leiter 2 eine zusätzliche Kühlatelle in Form einer Kühlkammer 25 vorgesehen, durch die mit Hilfe der Rohre 26 und 27 ein Kühlmittel geleitet werden kann, deaaen
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Temperatur zwischen den Temperaturen der die Enden der Leiter 2 kühlenden Kühlmittel liegt. Es kann beispielsweise ein flüssiges Kühlmittel, wie flüssiger Wasserstoff,verwendet werden. Da dieser eins Temperatur von etwa 200K hat, wird man dann zur Kühlung des Kühlblockes 6 anstelle des gasförmigen Heliums ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel' verwenden, dessen Temperatur zwiaohen 2O0K und der Temperatur des flüssigen Stickstoffs von 77°K liegt. Wird für die Zwischenkühlung in der Kühlkammer 25 bei 10 bis 300K kaltes Heliumgas verwendet, so kann dies vorteilhaft Anzapfstellen eines Helium-Refrigerators entnommen werden, der bereits zwischen die Leitungen H und 15 geschaltet ist. Die Überfläche der zu kühlenden ,Leiterabschnitte kann vorteilhaft an der Kühlstelle durch Abflachung der Leiter oder durch Kühlfahnen 28 vergrößert werden. Gegenüber der in Figur 1 dargestellten Stromzuführung wird bei der Ausführungsform nach Figur 2 eine zusätzliche Kühlstufe gewonnen, wodurch gegebenenfalls die zur Abführung der Verlustwärme erforderliche Kühlleistung verringert werden kann.
Auch entlang der Leiterabeohnitte größeren Querschnitts können gegebenenfalls nooh weitere Kühlatufen vorgesehen sein.
Die erfindungsgemäße Stromau- bzw. Stromabführung eignet sich nicht nur für supraleitende Kabel sondern für alle elektrischen Einrichtungen mit elektrisch parallel zu betreibenden Supraleitern, wie beispieleweise supraleitende Spulen oder supraleitenden Maschinen.
7 Patentansprüche
2 Figuren
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Claims (7)

  1. PLA 67/1235
    Patentansprüche
    JStromzu- bzw. Strömabführung für elektrische Einrichtungen mit mehreren elektrisch parallel geschaltet zu betreibenden Supraleitern, wobei die Supraleiter an einer auf eine Temperatur unterhalb der Sprungtera.oeratur der Supraleiter gekühlten Stelle mit bei dieser Temperatur elektrisch normalleitendem Material verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende jedes einzelnen Supraleiters (1) mit je einem elektrisch normalleitenden Leiter (2) verbunden ist, daß die normalleitenden Leiter (2) von der Verbindungsstelle bis zu einer auf ™ höherer Temperatur befindlichen Stelle (4) elektrisch getrennt voneinander geführt und dort mit dem einen Ende eines normalleitenden Leiters (5) größeren Querschnittes elektrisch verbunden sind, dessen anderes Ende sich auf noch höherer Temperatur befindet, und daß jeder der elektrisch getrennt voneinander geführten normalleitenden Leiter (2) den gleichen elektrischen Widerstand besitzt und dieser Widerstand groß gegenüber dem Übergangswiderstand an der Verbindungsstelle mit dem Supraleiter und groß gegenüber sonstigen gegebenenfalls in der supraleitenden Einrichtung entlang des Supraleiters auftretenden * Übergangswiderständen ist.
  2. 2. otromzu- bzw. Stromabführung nuch Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstand jedes der elektrisch getrennt
    voneinander geführten normalleitenden Leiter (2) wenigstens das zehnfache des größten der entlang der einzelnen Supraleiter (I) auftretenden Gesamtwiderstände beträgt.
  3. 3. Stromzu- bzw. Stromabführung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch ge-
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    BAD ORiGlNAL
    AC
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    kennzeichnet, daß die getrennt voneinander geführten normalleitenden Leiter (2) die gleiche Länge und den gleichen ;cuerschnitt besitzen, aus dem gleichen Material beetehen und im Betriebszustand zwischen den Verbindungsetellen mit dem Supraleiter (1) und dem normalleitenden Leiter (5) größeren Querschnitts die gleiche Temperaturverteilung aufweisen.
  4. 4. Stromzu- bzw. Stromabführung nach Anspruch. 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch getrennt voneinander geführten normalleitenden Leiter (2) an der Verbindungsstelle mit den Supraleitern (1) und entlang eines daran anschließenden jeweils gleichlangen Leiterabscnnittes von einem flüssigen Kühlmittel niedriger Temperatur umgeben sind, daß die Leiter vom Ende dieses Leiterabschnittes bis zur Verbindungsstelle (4) mit dem normalleitenden Leiter (5) größeren Querschnittes in Isoliermaterial (11) eingebettet sind und daß diese Verbindungsstelle (4) durch ein Kühlmittel höherer Temperatur gekühlt ist.
  5. 5. Stromzu- bzw. Stromabführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem flüssigen Kühlmittel umgebene Leiterabschnitt so lang gewählt ist, daß die Bildung einer Kühlmitteldampfhaut an der Leiteroberfläche vermieden wird.
  6. 6. Stromzu- bzw. Stromabführung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stelle des in Isoliermaterial (11) eingebetteten Teiles der getrennt geführten normalleitenden Leiter (2) eine zusätzliche Kühlstelle (25) vorgesehen ist.
  7. 7. Stromzu- bzw. Stromabführung nach einem oder mehreren der
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    1 bis 6, dadurch gekennzeiclinet, daß sich an das auf der höheren Temperatur befindliche Ende des normalleitenden Leiters (5) größeren Querschnittes weitere stufenweise gekühlte normalleitende Leiterabschnitte (8) anschließen.
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    - 17 - Kb/r}a
DE1665940A 1967-04-29 1967-04-29 Stromzu- bzw. Stromabführung für elektrische Einrichtungen mit mehreren elektrisch parallel geschaltet zu betreibenden Supraleitern Expired DE1665940C3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DES0109662 1967-04-29

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2451949A1 (de) * 1974-10-31 1976-05-20 Fuji Electric Co Ltd Stromzufuehrungsvorrichtung fuer supraleitende einrichtungen
EP3700036A1 (de) 2019-02-25 2020-08-26 Vision Electric Super Conductors GmbH Übergangsstück, das einen normalstromleiter mit einem supraleiter elektrisch leitend verbindet

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2105463A5 (de) * 1970-09-08 1972-04-28 Comp Generale Electricite
DE2157125C3 (de) * 1971-11-17 1975-07-17 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Stromzuführung für elektrische Einrichtungen mit auf Tieftemperatur gekühlten Leitern
DE2164706B1 (de) * 1971-12-27 1973-06-20 Siemens Ag, 1000 Berlin U. 8000 Muenchen Stromzuführung fur elektrische Ein richtungen mit auf Tieftemperatur gc kühlten Leitern
US3801723A (en) * 1972-02-02 1974-04-02 Fujikura Ltd Structure of the terminal portion of a cable
FR2178439A5 (de) * 1972-03-31 1973-11-09 Comp Generale Electricite
US4057737A (en) * 1972-07-29 1977-11-08 Felten & Guilleaume Carlswerk Ag Very-high-power-transmission cable system
US3828111A (en) * 1972-10-03 1974-08-06 Co Generale D Electricite Electrical connection, in particular, for connecting two cooled conductors disposed in a vacuum
US3865968A (en) * 1972-10-06 1975-02-11 Aeg Telefunken Kabelwerke Terminators for electrical superconductor cable installations
DE2249560B2 (de) * 1972-10-10 1978-11-16 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Endverschluß für ein tiefgekühltes Kabel
AT339979B (de) * 1974-03-01 1977-11-25 Siemens Ag Stromzufuhrung fur elektrische einrichtungen mit auf tieftemperatur gekuhlten leitern
DE2535487C3 (de) * 1975-08-08 1979-04-12 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Kabelverbindung für Tieftemperaturkabel
FR2669470B1 (fr) * 1990-11-20 1993-01-08 Alsthom Gec Procede de refroidissement d'une amenee de courant pour appareillage electrique a tres basse temperature et dispositif pour sa mise en óoeuvre.
DE4134492C2 (de) * 1991-10-18 1993-11-04 Kernforschungsz Karlsruhe Uebergangsstueck, das ein normalleitendes bauteil mit einem supraleitenden bauteil verbindet
EP2127051B1 (de) * 2007-03-21 2017-09-13 NKT Cables Ultera A/S Ein endverschluss für tiefgekühltes kabel
CN103106994B (zh) * 2013-01-29 2015-08-26 西部超导材料科技股份有限公司 一种用于磁控直拉单晶的MgB2超导绕组装置
US10509448B2 (en) * 2015-09-24 2019-12-17 Rambus Inc. Thermal clamp for cyrogenic digital systems

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL288524A (de) * 1962-02-16
US3263193A (en) * 1964-10-19 1966-07-26 Richard J Allen Superconducting to normal conducting cable transition
DE1665554C3 (de) * 1966-02-18 1974-10-03 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Kabeiförmiger Supraleiter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2451949A1 (de) * 1974-10-31 1976-05-20 Fuji Electric Co Ltd Stromzufuehrungsvorrichtung fuer supraleitende einrichtungen
EP3700036A1 (de) 2019-02-25 2020-08-26 Vision Electric Super Conductors GmbH Übergangsstück, das einen normalstromleiter mit einem supraleiter elektrisch leitend verbindet

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DE1665940C3 (de) 1975-07-03
SE330922B (de) 1970-12-07
DE1665940B2 (de) 1974-10-17
US3522361A (en) 1970-07-28

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