DE1812613A1 - Anordnung zur Halterung eines oder mehrerer supraleitfaehiger Leiterstraenge im Innern eines tiefstgekuehlten Kabels - Google Patents

Description

Kabel- und Metallwerke 1 930

Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft 30. 11. 1968

Anordnung zur Halterung eines oder mehrerer supraleitfähiger Leiterstränge im Innern eines tiefstgekühlten Kabels

Zur Übertragung elektrischer Energie sind sogenannte tiefstgekühlte Kabel bekannt geworden," bei denen die Leitungsstränge im Innern eines mit flüssigem Helium gefüllten Rohres angeordnet sind. Der Wärmeschutz nach außen wird durch weitere, dieses Rohr konzentrisch umgebende und Zwischenräume bildende Rohre jeweils größeren Durchmessers gebildet, die glatt oder zur Herstellung praktisch beliebiger Längen auch gewellt sein können. Im Raum zwischen dem innersten und dem nächstfolgenden Rohr wird ein Vakuum aufrecht erhalten, während der Raum zwischen dem zweiten und dritten Rohr zur Verteilung des von innen nach außen gerichteten Temperaturgefälles mit flüssigem Stickstoff gefüllt ist. Der Zwischenraum vom dritten zum letzten, auf Raumtemperatur stehenden Kohr kann wiederum evakuiert sein. Der Leiterstrang kann bei solchen Kabeln aus zwei konzentrischen Trägern bestehen, von denen der innere an seiner Außenfläche und der äußere an seiner Innenfläche mit einer supraleitenden Schicht versehen ist.

Bekannt ist es auQh bereits, statt eines einzigen Leiterstranges mit Leitern großen Querschnittes mehrere elektrisch parallel geschaltete Leitungestränge mit Leitern geringeren Querschnitts zu wählen. Als supraleitende Materialien sind beispielsweise Blei, Niobium und einige Nioblegierungen bekannt geworden. Die Leiterstränge des supraleitenden Ka-

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bels können aus einem dieser Materialien bestehen oder, da die Energieübertragung beispielsweise durch Stromverdrängung in einer dünnen Schicht an der Oberfläche erfolgt, auch aus anderen Materialien aus Metall oder Kunststoff bestehen, die mit einer dünnen Schicht eines supraleitenden Materials überzogen sind. Diese Schicht kann durch Elektrolyse, durch Aufdampfen oder auch beispielsweise durch Aufbringen eines dünnen Metallbandes erfolgen.

Zur Halterung eines oder mehrerer solcher supraleitfähiger Leiterstränge im Innern eines aus konzentrischen Rohren als ,värmeschutz aufgebauten tiefstgekühlten Kabels ho.t man bereits daran gedacht, die Leiterstränge in gewissen Abständen durch Distanzscheiben zu fixieren, nachteilig wirkte sich hierbei jedoch aus, dai3 in den Zwischenräumen zwischen je zwei benachbarten Distanzscheiben der konstante Abstand beispielsweise zwischen je drei Phasenleiter we;-:eu der Verdrillung nicht mehr aufrechterhalten werden konnte» Die Einfügung eines Rohrstückes aus einem geeigneten Isoliermaterial zwischen jeweils zwei Abstandshaltern hat auch nicht den gewünschten -^rfolg gebracht, da sich hierbei erhebliche fertigungstechnische Schwierigkeiten ergeben.

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten geht deshalb die Erfindung einen anderen Weg. Gemäß der Erfindung sind die supraleitfähigen Leiterstränge eines aus konzentrischen Rohren aufgebauten tiefstgekühlten Kabels Teil eines im Innersten der konzentrischen Rohre befindlichen, aus einer Anzahl gegebenenfalls um einen Kern verseilter Stränge bestehenden Seiles. Abgesehen davon, daß sich ein solches Seil mit den üblichen aus der Kabeltechnik bekannten Verseilvert'ahren ohne Schwierigkeiten herstellen läßt, ist stets gewährleistet, daß die supraleitfähigen Leiterstränge längs

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des Kabels konstanten Abstand voneinander, von der Innenwand des Rohres bzw. von gegebenenfalls weiteren Leiterbündeln gleichen oder abweichenden Aufbaues haben. Darüber hinaus ist gewährleistet, daß die Leiteroberfläche weitestgehend vom gewählten Kühlmedium, beispielsweise Helium, umspült wird, so daß eine optimale Kühlung des Leiterstranges erreicht wird.

Die einzelnen, das Seil bildenden verseilten Stränge können als Kunststoffdrahte, d.h. Vollstränge, ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, statt dessen einzelne, beispielsweise aus Kunststoff bestehende Röhrchen zu verwenden, durch die ebenfalls das umströmende Kühlmittel hindurchgeführt wird. Bei den in diesem Verband angeordneten supraleitfähigen Leitersträngen kann es sich ebenfalls um Vollstränge handeln oder auch um solche, bei denen die supraleitende Schicht auf einen geeigneten Trägerkörper, beispielsweise aus Kunststoff oder Metall, aufgebracht ist.jJie Leiterstränge in den einzelnen Lagen, wenn es sich beispielsweise um ein mehrlagiges Seil handelt, können zur Anpassung an die geometrischen Abmessungen des sie umgebenden Rohres gleiche oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Ebenso hat es sich als zweckmäßig erwiesen, zur Fixierung des Abstandes eines Bündels von der inneren Rohrwand bzw, von weiteren, innerhalb des innersten Rohres vorhandenen Seilen gleichen oder unterschiedlichen Aufbaues dieses mit einem isolierenden Strang, beispielsweise in Form eines isolierenden Bandes, wendelförmig zu umwickeln.

Handelt es sich bei dem zur Halterung eines oder mehrerer supraleitfähiger Leiterstränge verwendeten Seil um ein

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mehrlagiges Seilbündel, dann wird man bei der Herstellung eines solchen Seiles zweckmäßig in der Weise vorgehen, daß zunächst durch Fäden aus einem Isolierstoff, der in der l'ieftemperaturtechnik verwendbar ist, lagenweise ein Kernbündel hergestellt wird. In der darauf folgende Lage werden die supraleitfähigen Leiterstränge aufgebracht, wobei diese durch in der gleichen Lage dazwischenliegende weitere Iso™ lierstoffäden von einem Durchmesser, der dem supraleitenden Leiterstrang selbst entspricht, gegeneinander fixiert sind. Dieses Bündel wird dann durch einen weiteren isolierstoffaden in der darauf folgende Lage umwickelt und zusammengehalten, wobei gleichzeitig durch den Durchmesser des Fadens der Abstand zur benachbarten Rohrinnenwand bzw. anderen gegebenenfalls vorhandenen Leiterbündeln festgelegt ist. An Stelle eines Kernbündels aus einzelnen isoiierstoi'fäden ist es selbstverständlich auch möglich, ein solches aus einzelnen Röhrchen zu verwenden, oder die darauffolgende Lage auf ein als Kern dienendes Rohr aufzubringen. Dieses Rohr, das ebenso wie die anderen Rohre im Aufbau des supraleitenden Kabels gewellt sein kann, kann aus Kunststoff oder, wenn die Isolierung der supraleitenden Stränge z.B. durch eine Lage Isolierstoffäden sichergestellt ist, auch aus Metall bestehen; es kann auch in Längsrichtung in seiner Mantelfläche Bohrungen und dergl. aufweisen, um auf diese Weise sicherzustellen, daß das kühlende Medium, das auch durch das Kernrohr geführt wird, die supraleitenden Leiterstränge weitestgehend umspült.

Die Erfindung sei an Hand der in den Figuren 1 Ibis 5 dargestellten Ausführungebeispiele näher erläutert.

Zum Betrieb eines aus konzentrisch zueinander angeordneten Rohren bestehenden elektrischen Kabels in supraleitendem

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Zustand befindet sich in dem innersten Rohr 1, das im Ausführungsbeispiel als Glattrohr dargestellt, ebenso aber auch gewellt sein kann, beispielsweise flüssiges Helium mit einer Temperatur von etwa 4° K. Innerhalb dieses Rohres sind, wie aus der Figur 1 ersichtlich, die Leiterstränge aus einem supraleitende» Material, beispielsweise aus einer Nioblegierung, angeordnet. Um sicherzustellen, daß über die gesamte Länge der Abstand zwischen den Leitersträngen 2 im Falle eines Energieübertragungskabels, beispielsweise drei,konstant ist, ist über einem Kernfaden 3 aus einem geeigneten Isolierstoff eine Lage 4 aus Fäden des gleichen Werkstoffes aufgebracht. Über den so gebildeten Kern ist nun mit entgegengesetzter Verseilrichtung eine Lage weiterer Isolierstoffäden 5 aufgebracht, wobei jeder vierte Faden durch einen supraleitfähigen Leiterstrang 2 gleichen Airchmessers ersetzt wird. Das ganze £>eil ist von einem weiteren Isolierfaden 6 umgeben, beispielsweise wendelförmig umwickelt, und zwar im entgegengesetzten Wickelsinn, so daß die einzelnen Lagen zusammengehalten und gleichzeitig das Seil im Inneren des Hohres 1 gegenüber der Wand in seiner Lage fixiert ist.

Die in der obersten Lage mit den Isolierstoffäden 5 verseilten supraleitfähigen Leiterstränge 2 können, wie aus der Figur 2 ersichtlich, als Massivdrähte, beispielsweise aus einer Nioblegierung, hergestellt sein. Es ist aber auch möglich und oft von besonderem Vorteil, die supraleitfähigen Leiterstränge als Röhrchen auszubilden, wie etwa in der Figur 3 dargestellt, und diese Röhrchen 7 mit in den Seilaufbau einzubeziehen. Desgleichen kann man auch auf einen geeigneten Träger θ eine Schicht aus supraleitfähigen! Material 9, beispielsweise elektrolytisch

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oder duroh Aufdampfen, aufbringen und die so gebildeten Leiter in der beschriebenen V/eise mit den Kunststoffäden verseilen. Als Träger kann schließlich auch, wie in der figur 5 angedeutet, ein Kunststoff- oder Metallröhrchen 10 verwendet werden, auf dem die supraleitende Schicht 11 aufgebracht ist. Unabhängig davon, welche form dem supraleitfähigen Leiterstrang gegeben wird, ist es wesentlich, daß durch die Erfindung die Herstellung eines supraleitenden Kabels wesentlich erleichtert wird. Die in dem Leiterverband angeordneten supraleitfähigen Leitungsstränge haben über die gesamte Kabellänge definierten Abstand untereinander und zur Innenwand des das Kühlmittel führenden Rohres. Der supraleitfäiiige Leiter wird weitestgehend von dem kühlenden Medium umspült, so daß ein einwandfreier Betrieb des Kabels gewährleistet ist»

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Claims (1)

1. Kabel- und Metallwerke 1 930

   Ü-utehoffnungshütte Aktiengesellschaft 30. 11. 1968

   Patentansprüche

   1. Anordnung zur Halterung eines oder mehrerer supraleitfähiger Leiterstränge im Innern eines aus konzentrischen Rohren als Wärmeschutz aufgebauten tiefstgekühlten Kabels, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitfähigen Leiterstränge Teil eines im Innersten der konzentrischen Rohre befindlichen aus einer Anzahl, gegebenenfalls um einen Kern verseilter Stränge bestehenden Seiles sind.

   Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   die verseilten Stränge die Form eines mehrlagig-en Bündels aufweisen, in dessen oberster Lage die supraleitfähigen Leiterstränge verseilt angeordnet sind.

   3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitfähigen Leiterstränge aus massiven Drähten hergestellt sind.

   4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitfähigen Leiterstränge die Form von Röhrchen haben.

   5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitfähigen Leiterstränge durch auf einem Trägerkörper aus Metall oder einem Isoliermaterial, beispielsweise einem Kunststoff, aufgebrachte supraleitfähige Schichten gebildet Bind.

   6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kern ein oder mehrere, gegebenenfalls ebenfalls ein Kühlmittel führende Rohre verwendet sind.

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   7· Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die den Kern für die aufgebrachte Verseillage bildenden Rohre in ihrer Wandung Durchbrüche aufweisen.

   8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge einzelner Lagen gleiche oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen. ·

   9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einer Anzahl verseilter Stränge bestehende Seil mit einem isolierenden Strang wendelförmig umwickelt ist,

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