DE1811679A1 - End connection for superconducting coaxial cable - Google Patents
End connection for superconducting coaxial cableInfo
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Description
British Insulated Callender's Cables LimitedBritish Insulated Callender's Cables Limited
21, Bloomsbury Street, L ο η d ο η, W.G.I., England21, Bloomsbury Street, L ο η d ο η, W.G.I., England
Pur diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Br. 54-609/67 vom 30. November 1967 beanspruchtFor this application, the priority will be taken from the UK Patent application Br. 54-609 / 67 dated November 30, 1967 claimed
Endanschluß für supraleitende Koaxialkabel End connection for superconducting coaxial cables
Die Erfindung bezieht sich auf Endanschlüsse für supraleitende Koaxialkabel zur Übertragung sehr hoher Leistungen bei Hochspannungen, wobei der im Nachfolgenden verwendete Ausdruck "Kabel" auch Sammelschienen einschließt. Ein supraleitendes Kabel ist ein Kabel, bei welchem bei KabelbelastungThe invention relates to end connections for superconducting coaxial cables for the transmission of very high powers for high voltages, the term "cable" used below also including busbars. A superconducting one Cable is a cable in which when the cable is loaded
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die lasttragenden Leiter im supraleitfähigen Zustand gehalten werden. Bevorzugte Typen von supraleitenden Koaxialkabeln sind in der zugehörigen deutschen Patentanmeldung P 17 65 457.8 vom 22. Mai 1968 der gleichen Anmelderin beschrieben.the load-bearing conductors are kept in the superconductive state. Preferred types of superconducting coaxial cables are in the associated German patent application P 17 65 457.8 of May 22, 1968 by the same applicant.
Der erfindungsgemäße Endanschluß kann mit einem supraleitenden Kabel verbunden werden, bei welchem zwei oder mehr lasttragende Leiter koaxial innerhal'b einer kryogenischen Hülle angeordnet und voneinander sowie von der1 Hülle durch evakuierte Ringräume getrennt sind. Leitungen für ein Kühlmedium können in den Leitern gebildet oder an diesen vorgesehen werden, und im letzteren Falle können sie unter gewissen Umständen als Abstandshalter zwischen den Leitern wirksam sein oder benutzt werden. Wo diese Anordnung nicht geeignet ist, werden separate thermisch und/oder elektrisch isolierende Abstandshalter verwendet. Die kryogenische Hülle kann von der Ausführungsform sein, welche in der zugehörigen deutschen Patentanmeldung P 17 51 656.8 vom 3. Juli 1968 beschrieben ist.The end termination according to the invention can be connected to a superconducting cable, wherein two or more load-carrying conductors are arranged coaxially innerhal'b a cryogenic envelope and separated from each other and from the sheath 1 by evacuated annular spaces. Lines for a cooling medium can be formed in the conductors or provided on them, and in the latter case they can under certain circumstances act or be used as spacers between the conductors. Where this arrangement is not appropriate, separate thermally and / or electrically insulating spacers are used. The cryogenic envelope can be of the embodiment which is described in the associated German patent application P 17 51 656.8 of July 3, 1968.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Endanschluß zu schaffen, der ein Hochspannungsende aufweist, mit welchem α elektrische Verbindungen hergestellt werden können und welches bei Raumtemperatur arbeitet.It is an object of the invention to provide an end connector having a high voltage end with which α electrical connections can be made and which works at room temperature.
Der erfindungsgemäße Endanschluß setzt sich zusammen aus einer rohrförmigen isolierenden Hülle, die am einen Ende an der kryogenischen Hülle des Kabels und am anderen Ende an einem koaxialen Anschluß abgedichtet ist, aus einer Anzahl von Koaxialleitern, die je am einen Ende mit einem der leitenden Teile des koaxialen Anschlusses verbunden oder mit diesem einstückig ausgebildet und am anderen Ende mit einem der Leiter des Kabels verbunden sind, ferner aus isolierenden Abstands- und Vakuum-Abdichtungseinrichtungen zwischen denThe end connection according to the invention is composed from a tubular insulating sheath attached to one end is sealed to the cryogenic envelope of the cable and to a coaxial connector at the other end, of a number of coaxial conductors, each at one end with one of the Conductive parts of the coaxial connection connected or formed in one piece with this and at the other end with a the conductors of the cable are connected, further insulating spacing and vacuum sealing means between the
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leitenden Teilen des koaxialen Anschlusses sowie aus einer in der rohrförmigen isolierenden Hülle des Endanschlusses eingebauten Einrichtung, welche eine Axialbewegung des koaxialen Anschlusses nach dem Kabelende hin und von diesem weg infolge Temperaturänderung in den Koaxialleitern des Endanschlusses gestattet. Die Verbindung zwischen den Koaxialleitern des Anschlusses und den Kabelleitern enthält eine Wärmeabschirmung zur Hemmung der Wärmeübertragung durch direkte Strahlung in Längsrichtung von den Leitern des Anschlusses nach den Kabelleitern; diese Wärmeabschirmung wird im nachfolgenden als Wärmelängsabschirmung bezeichnet.conductive parts of the coaxial connection and from a tubular insulating sheath of the end connection built-in device, which an axial movement of the coaxial connector to and from the cable end away due to temperature change in the coaxial conductors of the end connector. The connection between the coaxial conductors the connector and the cable ladders contains a heat shield to inhibit heat transfer through direct radiation in the longitudinal direction from the conductors of the connector to the cable conductors; this heat shield will hereinafter referred to as longitudinal heat shield.
Die Wärmelängsabschirmung wird vorzugsweise durch besondere Ausbildung der Leiter des Kabels und/oder des Endanschlusses erreicht; die Leiter können beispielsweise im Durchmesser bis zu einem Maximum zunehmen und dann wieder im Durchmesser abnehmen, um jedem der evakuierten Ringräume zwischen ihnen eine Sinusform zu geben, derart, daß keine ungehemmte bzw. ununterbrochene gerade Linie im Ringraum, mit dem einen ihrer Enden zwischen den Kabelleitern und dem anderen ihrer Enden zwischen den Leitern des Anschlusses, liegen kann. Normalerweise haben die Leiter des Endanschlusses einen runden Querschnitt, wobei die Sinusform so sein sollte, daß keine ungehemmte bzw. ununterbrochene rechtzylindrische oder kegelstumpfförmige Oberfläche im Ringraum, mit dem einen ihrer Enden zwischen den Kabelleitern und dem anderen ihrer Enden zwischen den Leitern des Anschlusses, liegen kann. Da jeder der Leiter des Anschlusses normalerweise einen beträchtlich größeren Durchmesser als dem des Kabelleiters, mit welchem dieser verbunden ist, aufweist, kann den sinusförmigen Wegen leicht ein zusätzlicher gekrümmter Abschnitt dadurch gegeben werden, daß zunächst der Durchmesser jedes Leiters vom Kabelleiterdurchmesser her vergrößert und dann dessen Durchmesser in dem beschriebenen Weg verringert wird, und daß schließlich sein Durchmesser wieder auf den Durchmesser des entsprechenden Leiters des Anschlusses vergrößert wird.The longitudinal heat shield is preferably provided by a special design of the conductors of the cable and / or the end connection achieved; for example, the conductors may increase in diameter to a maximum and then again decrease in diameter to give each of the evacuated annuli between them a sinusoidal shape such that none unrestrained or uninterrupted straight line in the annulus, with one of its ends between the cable ladders and the other their ends between the conductors of the connection can lie. Usually the conductors have the end connection a round cross-section, the sinusoidal shape should be such that no unrestrained or uninterrupted right cylindrical or frustoconical surface in the annulus, with the one their ends between the cable ladders and the other of theirs Ends between the conductors of the connection, may lie. Since each of the conductors of the connection is usually one sizeable has a larger diameter than that of the cable conductor to which it is connected, the sinusoidal Because of this, an additional curved section can easily be given by first determining the diameter of each conductor increased from the cable conductor diameter and then its diameter is reduced in the described way, and that finally its diameter is increased again to the diameter of the corresponding conductor of the connection.
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Es wird jedoch vorgezogen, einen Teil des Raumes zwischen dem inneren leiter des Endanschlusses dazu auszunutzen, eine gemeinsame Zuführleitung zum Zuführen des. kryogenischen Mediums nach Kühlleitungen innerhalb oder zwischen den Kabelleitern oder sowohl nach solchen Leitungen als auch nach Kühlleitungen innerhalb, oder zwischen den Leitern des Endanschlusses aufzunehmen. Die gemeinsame Zuführleitung ,endet;, vorzugsweise in einem Sammelraum, der sich innerhalb der Zwischentemperaturzone befindet und einen Teil derselben bildet, die wiederum einen Teil der Wärmelängsabschirmung bildet, wobei es sich vorzugsweise um einen kugeligen Sammelraum handelt, von welchem aus Isoliermaterial bestehende Verteilerleitungen sich radial nach den Leitern erstrecken. Der Sammelraum bildet einen Teil der Wärmelängsabschirmung, da er von der Innenoberfläche des gekrümmten Teils des inneren Leiters in der Zwischentemperaturzone in Abstand angeordnet ist und vorzugsweise im wesentlichen parallel dazu verläuft, um einen Vakuumraum von Sinusform, wie oben definiert, zu bilden.However, it is preferred to have some of the space between Use the inner conductor of the end connection to create a Common supply line for supplying the cryogenic medium to cooling lines within or between the cable conductors or both after such lines and after cooling lines within or between the conductors of the end connection. The common supply line ends, preferably in one Collecting space, which is located within the intermediate temperature zone and forms part of it, which in turn forms a Forms part of the longitudinal heat shield, which is preferably a spherical collecting space from which Distribution lines made of insulating material extend radially after the conductors. The collecting space forms part of the Longitudinal thermal shield, as it extends from the inner surface of the curved part of the inner conductor in the intermediate temperature zone is spaced apart and preferably runs substantially parallel thereto to form a vacuum space of sinusoidal shape, such as defined above, to form.
Von den radialen Verteilerleitungen kann ein Teil des kryogenischen Mediums entlang dem Kabel und ein anderer Teil zurück entlang dem Endanschluß (über Reduzierventile) strömen, jedoch können separate Leitungen zur Verteilung des Mediums in jeden der Kabel- und jeden der Endanschlußleiter hinein vorgesehen werden.Of the radial distribution lines, part of the cryogenic Medium flow along the cable and another part back along the end connection (via reducing valves), however, separate lines for distributing the medium may be made into each of the cable and end-connector conductors are provided.
Zusätzlich zu der Einrichtung, welche eine Axialbewegung zwischen dem Koaxialanschluß und dem Kabel, wie bereits erwähnt, ermöglicht, ist es notwendig, eine Einrichtung zur Aufnahme bzw. zum Ausgleich einer Axialbewegung zwischen verschiedenen anderen Teilen vorzusehen, nämlich der gemeinsamen Zuführleitung und der Manschette, wo diese in den Endanschluß und die Verteilerleitungen eintritt, sowie den Stellen, wo sie durch den Sammelraum hindurch verlaufen oder diesen verlassen, und die Erfindung wird nunmehr beispielsweise anhandIn addition to the device which creates an axial movement between the coaxial connector and the cable, as already mentioned, allows, it is necessary to provide a device for receiving or compensating for an axial movement between different other parts to be provided, namely the common supply line and the sleeve, where they fit into the end fitting and the distribution lines enter, as well as the points where they run through or leave the collecting space, and the invention will now be exemplified by way of example
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eines Endansch'lusses für ein supraleitendes Dreiphasen-Koaxialkabel mit solchen Einrichtungen beschrieben. Die Zeichnung zeigt einen schematischen Längsschnitt durch diesen Endanschluß. ·an end connection for a superconducting three-phase coaxial cable described with such facilities. The drawing shows a schematic longitudinal section through this end connection. ·
Der dargestellte Endanschluß ist für ein koaxiales Dreiphasenkabel bestimmt, welches drei rohrförmige Leiter 1 aufweist, die voneinander und von e^ner äußeren rohrförmigen kryogenischen Hülle 2 durch evakuierte Ringräume-3 getrennt, sind. Die Abstützung (nicht dargestellt), welche die Leiter φ und die Hülle in räumlicher Beziehung zueinander hält, kann, aus isolierten Abstandshaltern und/oder Leitungen bestehen, durch welche ein kryogenisches Medium strömen kann, um die Leiter auf etwa.; 4,5°K zu halten.The end connection shown is for a three-phase coaxial cable determines which has three tubular conductors 1, which are separated from each other and from an outer tubular cryogenic envelope 2 by evacuated annular spaces 3, are. The support (not shown) that holds the ladder φ and holds the shell in spatial relation to each other, can, consist of insulated spacers and / or lines through which a cryogenic medium can flow to the Head on about .; To hold 4.5 ° K.
Jeder ("Leiter 1 kann beispielsweise aus einem ringförmi- , gen Körper aus Metall bestehen, der bei Betriebstemperatur nicht supraleitend ist, der nur auf der einen Oberfläche, oder sowohl auf seiner inneren als auch seiner äußeren Oberfläche mit einer dünnen Metallschicht überzogen ist, die bei Betriebstemperatur supraleitend ist; es wird hierzu Bezug genommen auf einen susammengesetzten Leiter nach der deutschen Patentanmeldung P 17 65 457.8. Jeder ringförmige Leiterkörper kann w mit einer Anzahl von inneren oder äußeren Leitungen für das . kryogenische Medium versehen werden, oder er kann.aus inneren und äußeren Hülsen bestehen, die durch leitende Abstandshalter voneinander getrennt sind und zwischen denen eine ringförmige Strömung des: kryogenischen Mediums fließt; solche Kühlmittel-·· kanäle sind schematisch bei 4 angedeutet. Der zentrale E?,v.m · 5 innerhalb des inneren rohrförmigen Leiters ist vorzugsweise evakuiert und muß evakuiert v/erden, wenn er mit einem evakuierten Raum im Endanschluß in Verbindung steht. . -Each ("conductor 1 can, for example, consist of a ring-shaped, gen body made of metal, which is not superconducting at operating temperature, only on one surface, or is coated on both its inner and outer surface with a thin layer of metal that is at operating temperature is superconducting; reference is made to a composite conductor according to the German patent application P 17 65 457.8. Each ring-shaped conductor body can w with a number of inner or outer leads for the. cryogenic medium, or it can. from internal and outer sleeves which are separated from one another by conductive spacers and between which an annular one Flow of: cryogenic medium flows; such coolant channels are indicated schematically at 4. The central E?, V.m 5 inside the inner tubular conductor is preferably evacuated and must be evacuated / grounded when connected to an evacuated one Space in the end connection. . -
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leitung 12 bilden, durch welche ein kryogenisches Medium durch den Endansehluß "hindurch in die Leiter· des Kabels und ■ die Leiter des Endanschlusses hinein zugeführt wird. Der ' innerste Abstand'shal ter ~ ist mit der Zuführleitung■" durch eine Vorrichtung 3 verbunden-,· z-,B·. eine 'Balgeinrichtung, die der Leitung die Möglichkeit gibt, sich in Längsrichtung relativ zum Endanschluß zu bewegen. ' · ■■-....-.■■ ■ ■-Form line 12, through which a cryogenic medium through the end connection "through into the conductor · of the cable and ■ the conductor of the end connection is fed into it. Of the ' innermost spacer is connected to the supply line through a Device 3 connected-, · z-, B ·. a 'bellows device that the Line gives the opportunity to move lengthways relatively to move to the end connector. '· ■■ -....-. ■■ ■ ■ -
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist diese gemeinsame ZuführLeitung-mit zwei Wärmeabschirmungen ver-' : sehen: Einer äußeren, für höhere Temperatur bestimmten Wärme-·■■■ abschirmung 14, die sich nur auf einem Teil des Weges entlang der Leitung innerhalb des Endanschlusses erstreckt, und einer, inneren.Wärmeabschirmung 15 für Zwischentemperatur, die sich entlang, der Leitung fast so ,weit wie die· Einschnürung im '" -* inneren Leiter an der Stelle 9 zwischen den Endanschlußlei-. :iv tern und den Leitern der Wärmelängsabschirmung erstreckt.In the exemplary embodiment described here, this common supply line is provided with two heat shields: see: an outer heat shield 14 intended for higher temperatures, which extends only part of the way along the line within the end connection and a, inneren.Wärmeabschirmung 15 for intermediate temperature along the line almost as far as the · constriction in the "up" - the inner conductor at the point 9 between the Endanschlußlei- *:. tern iv and extends the conductors of the heat longitudinal shield .
Innerhalb des Innenleiters, und zwar im Bereich der " Zwischentemperaturzone - der Wärmelängsabschirmung, versorgt die gemeinsame Zuführleitung einen Sammelraum 16 inform-.-.--einer kugeligen Edelstahlhülse,, und durch die Hülsenwand.verlaufen drei Glas-Verteilerleitungen radial nach den-drei Leitern. Die Manschetten, durch welche die Glas-Leitungen durch die Hülsenwand hindurchgeführt sind, gestatten, beispielsweise durch .Einbau von Balgen 18, eine Relativbewegung in radialer Richtung zum Sammelraum zwischen den Leitungen und der Hülsenwand. - - · · . - ' Within the inner conductor, namely in the area of the "intermediate temperature zone - the longitudinal heat shield, the common feed line supplies a collecting space 16 inform -.-.-- a spherical stainless steel sleeve, and through the sleeve wall. Three glass distributor lines run radially after the-three conductors . the sleeves through which the glass pipes are passed through the sleeve wall, allowing, for example, by .Einbau of bellows 18, a relative movement in the radial direction to the collecting space between the pipes and the sleeve wall -. - · -. '
Die Leitung, welche den äußeren Leiter versorgt, verläuft durch, entsprechende Aussparungen. 19 (im Durchmesser größer als die Leitung) im Zwischen- und Innenleiter hindurch, und die Leitung, welche den Zwischenleiter versorgt, verläuft durch eine ähnliche Aussparung 20 im Innenleiter hindurch. Die Leitung, die mit jedem Leiter verbunden ist, liefert einThe line, which supplies the outer conductor, runs through corresponding recesses. 19 (in diameter larger than the line) in the intermediate and inner conductor, and the line that supplies the intermediate conductor runs through a similar recess 20 in the inner conductor. The line connected to each conductor delivers a
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kryogenisches Medium sowohl nach dem Kabelleiter als auch nach dem entsprechenden Endanschlußleiter, wobei ein voreingestelltes Ventil oder Ventile 21 vorgesehen ist bzw, sind, um sicherzustellen, daß die Menge des durch den Endanschlußleiter strömenden Mediums in entsprechender Beziehung zu dem durch den Kabelleiter fließenden steht.cryogenic medium both after the cable conductor and after the corresponding end connection conductor, whereby a preset valve or valves 21 is or are provided, to ensure that the amount of medium flowing through the end connector is related to the Stands flowing through the cable ladder.
Die Verteilerleitungen 17 erstrecken sich in die gemeinsame Zuführleitung hinein und teilweise entlang derselben auf einem geraden oder sinusförmigen Weg, um einen ausreichenden Schutz gegen elektrischen Zusammenbruch bzw. Überschlag zwischen den leitern und dem geerdeten Sammelraum über das kryogenische Medium hinweg, welches durch die gemeinsame Zuführleitung hindurch nach den Leitern gelangt, zu gewährleisten. The distribution lines 17 extend into the common supply line and partially along the same on a straight or sinusoidal path to provide adequate protection against electrical breakdown or flashover between the conductors and the grounded plenum across the cryogenic medium flowing through the common Feed line passed through to ensure the conductors.
Me drei Koaxialleiter des Endanschlusses erstrecken sich durch die Vakuumabdichtung am Hochtemperaturende des Endanschlusses hindurch in die Atmosphäre in Form eines Koaxialanschlusses und sind je mit einer Auslaßleitung 22 für das kryogenische Medium versehen, welche aus isolierendem Material besteht, wie beispielsweise Glas, und eine solche Länge und Form hat, daß sie dem Potentialgefälle von der Leiterspannung an der Stelle, wo sie den Leiter verläßt, nach Erdpotential an der Stelle, wo sie in das Kühlgerät für das kryogenische Medium eintritt, standhält. Manschetten, durch welche die Leitungen mit den Leitern verbunden werden, sind vorzugsweise mit Korona-Abschirmungen 23 versehen. Die gemeinsame Zuführleitung 12 bleibt axial zwischen diesen Anschlußteilen der Leiter angeordnet und erstreckt sich weiterhin über diese hinaus.Me three coaxial conductors extend from the end connector through the vacuum seal at the high temperature end of the end connection into the atmosphere in the form of a coaxial connection and are each provided with an outlet line 22 for the cryogenic medium, which is made of insulating Material, such as glass, and is of such a length and shape that it corresponds to the potential gradient of the Conductor voltage at the point where it leaves the conductor, according to earth potential at the point where it enters the cooling device for the cryogenic medium. Cuffs, by means of which the lines are connected to the conductors are preferably provided with corona shields 23. the common feed line 12 remains axially arranged between these connection parts of the conductors and continues to extend beyond this.
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Die kryogenische Hülle 2 des Kabels ist mittels Vakuumdichtungen über einen Expansionsbalg 24 mit dem Niederspannungsende eines rohrförmigen Isolators 25 aus Glas oder einem anderen geeigneten Material verbunden, der die äußere Hülle für den Endanächluß bildet, dessen Hochspannungsende den Koaxialanschluß hält. Thermische und elektrische Abschirmungen 26 oder andere Mittel zum Abschirmen des Endanschlusses gegenüber einer Strahlung, die in radialer Richtung eindringt, sind zwischen der Innenoberfläche dieser Hülle und der Außenoberfläche des äußeren Leiters des Endanschlusses vorgesehen..The cryogenic envelope 2 of the cable is by means of vacuum seals via an expansion bellows 24 to the low-voltage end a tubular insulator 25 made of glass or other suitable material, which is the outer shell for forms the end connection, the high voltage end of which holds the coaxial connection. Thermal and electrical shielding 26 or other means for shielding the end connection from radiation penetrating in the radial direction provided between the inner surface of this sheath and the outer surface of the outer conductor of the end terminal ..
Bei Betriebsverwendung werden die Räume im Endanschluß zwischen den Koaxialleitern, zwischen dem äußeren leiter und der umgebenden Hülle und innerhalb des inneren Leiters evakuiert. In operational use, the spaces in the end connection between the coaxial conductors, between the outer conductor and the surrounding envelope and within the inner conductor.
Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Anspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Merkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.The invention also relates to and relates to modifications of the embodiment outlined in the appended claim 1 especially to all features that are used individually - or in combination - in the entire description and Drawing are disclosed.
AnsprücheExpectations
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Claims (4)
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