DE1954681A1

DE1954681A1 - Leitungssystem fuer elektrische Leistungsuebertragung

Info

Publication number: DE1954681A1
Application number: DE19691954681
Authority: DE
Inventors: Conrad Dipl-Ing Doose
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1969-10-30
Filing date: 1969-10-30
Publication date: 1971-07-15
Also published as: FR2066722A5; JPS5023909B1; DE1954681B2; GB1324552A; US3686422A

Description

Kernforschungsanlage Jülich Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Leitungssystem für elektrische Leistungsübertragung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leitungssystem für elektrische leistungsübertragung, bei dem zur Kühlung der in einem Mantelrohr angeordneten, in Rohrleitungen geführten elektrischen Teiter bis in den Bereich der Tieftemperatur- oder Supra-Ie i tf"h ^! -rVei t abkühlbar und diese umgebende zylindrische 5'-tr ah Inn ¹^n schilde sowie durch Kälteerzeuger gekühlte, im Kreislauf .strömende Kedien vorgesehen sind,wobei in dem zwischen K-r-itpolrohr und ^+rahluni-Rschild Gebildeten Ringspalt diesen -'-anζ π^ργ zum Teil ausfüllende reflektierende Isolationen sovn'.e dar i-iantelrohr und. die Strahlung sch Lide durchbrechende n'^re zu den elektrischen Leitern vorgesehen sind.

^T ei tungss3Asteme zur Übertragung hoher elektrischer Leistung bei tiefen Temperaturen, bei denen einige Metalle nur noch einen sehr geringen elektrischen Widerstand aufweisen, sind bekannt. Dabei befinden sich die elektrischen Leiter entweder in supraleitendem oder in tiefkaltem normalleitenden Zustand. Die Betriebstemperatur liegt unter 80 K, meist zwischen k und 20⁰K. Die elektrischen Leiter bestehen aus Drähten, metallischen Bändern oder auch aus dünnen Metallschichten, die auf starre oder flexible Kunststoffbänder oder Rohrleitungen aufgebracht worden sind und werden - elektrisch isoliert - meist wiederum in Rohrleitungen geführt, die von einem tiefkalten gasförmigen oder flüssigen Kältemittel durchflossen sind. Die die elektrischen Leiter enthaltenden kalten Rohrleitungen sind zur thermischen Isolation gegenüber der Umgebung von einem.

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pT'i'lise'"'*

Mantelrohr umgeben, in dem der Ringsnalt zwischen diesem und den kalten Rohrleitungen evakuiert ist. K>i^t werden die kalten Rohrleitungen zur Verbesserung der Isolation noch .konzentrisch mit. un^ekühlten reflektierenden und' ebenfalls '"It Kältemitteln gekühlten und mit den entsprechenden KUhIr: ■.'- ' e".l leitungen wärmeleitend verbundenen Strahlunpcsschilden um-geben.

Die bisher bekannten Leitungssysteme der \m-rr'enannten. Art weisen jedoch erhebliche Nachtelle auf, da bei ihnen die v^i^h-115s ten Anforderungen der elektrischen I..e i s tun ^:?;süb er tragung, nämlich geringe Störanfälligkeit, Dauerbetrieb übe^ mehre ro Jahre - das heißt gegebenenfalls ^ehn Jahre und rn<=>hr - ^i ^- ■fache Wartung sowie Ip ^törfall schnei I^ fvenprat¹.¹."- oder Au?-- wechselmöglichkpl't der· plpktrischen Leiter, nicht erfüllt, sind. Bei den bekannten. T.eitunj-SF-vstenen fü^i^t »inr·· Zerrt'^-a;: "-der elektrischen Ιρι^θτ¹, ζ. B. dur^h Ku^r>--;.-r-¹"iln.⁰,, --."-n- ii/'u*¹ ■'. ■· auch zur Beschäd:' ·"■?-■-·.-■· de"^ nicht r'iFve^hn? ^!! ?r'^r:i K"'"3Glitte ' — rohre, was besonders umfangreiche und "nhvi.e^V.^e Tr-r-tn^dr«-: - . zungsarbeitsn zur FoI^e hat.

Ein v/eiterer., beson'^r? pchv/erwiegender Nachteil der bir-lan~ bekannten Leitungssystene ist die Abhängigkeit der Kühlung ' ,jedes einzelnen elektrischen Leiters von der Kühlung der übrigen elektrischen Leiter. Bei einer Störung und insbesondere bei einer notwendigen Reparatur eines einzigen Leiters oder einer einzigen Kühlmittelleitung - sei es auch nur in einem kurzen Abschnitt zwischen zwei Kälteerzeugern — kann die Kühlung der übrigen Telter und. Rohrleitungen und damit der übertragung elektrischer Leistung mit Hilfe den noch funktionsfähigen Leiter nicht fortgesetzt werden. Die Leitungssysteme müssen vielmehr über die gesamte gegebenenfalls mehrere hundert Kilometer betragende länge abgeschaltet und bis auf Raumtemperatur erwärmt werden. Häufigere Temperaturänderungen solch komplizierter Systeme führen jedoch wegen der damit verbundenen

τ "τ en ^r'ⁿ«p^up^eri un^ "⁷^rmespannungen er'fahrn.rn.gs gemäß zu "{ρίΊρι vnri F°"■ "β<ί.οτ^ηιτ"-ϊΓ?η , d-i-e die ¹⁴Iiederi'ihet^iebnahme des T λ i i~i - -ι -<:cvr!"Q]r}s f-viri ™ 1 i '"'Ή. Jn Frage Stell ρ>Ή . Darüber¹') XTlBXXS wo—<3f->ri *"5r* ■'- ο Srt.j!iH-;!jn^ voτ* und nach ^e¹" '-ibMJhlunp sov/ie fi7^ ·-^; - oi ,ν-' ·"- ^c¹IPi Belastung nach del" Reparatur mehrere Wochen boiiö" ■""*/. ^«^ HpJl die T.-P1 tnno'fpystemp \«/ährend läiifce^er· Zeit ni'^Vv' '"M"¹^ r^p⁵ ihertrafnrnff elektrischer I-eistun=¹? ?rur Verfüfpin?. ine':·^. B^i rt^i bekannten Leitungssystemen ist ferner sehr _:!_P^+.-i]ir-, rl·,?-; _zur direkten: Kühlunj-j der elektrischen Leiter Flümi"-H^liun verwendet wird, das gleichzeitig einen größeren Anteil des ä'.iBeren Wärme ein falls über die Verdampfungswärme anf^vriPhTren hat. Dabei muß ^e nach d.er Anzahl der angeordneten StrahUuripsschilde das Flussig-Heliura einen mehr oder PT' großen Anteil der Wärmeeinfälle von außen aufnehmen,

fTüp^ifes Helium verdamnft. Da die Verdampfungswärme vnn K°liun sehr· i?erin>? ist, verdampft schon bei kleinen Wärme— e inf-"ll ^n ein verh^lt'iispäBi 3 großer¹ Flüssigkeitsanteil, was zur FcOh=¹ hat, daß das Kühlmittel die elektrischen Leiter, in ^T"/ir>klichke.it nicht als Flüssigkeit, sondern als Flüssif?keits-Danrnfgemisch umgibt. Das ist wegen der infolgedessen durch Reibung und Drosselxmg entstehenden Strönun.rrsvermste des als Zwei-\'^Λ as en gemisch vorliegenden Kühlmitte].s besonder? nachteilig \m^r~ svfa"»' so. daß, dadurch der Abstand der Kälteanlagen im wesentlichen bestimmt wird. Um gleichwohl die '.v'ärneeinfalle von außen zu vermeiden und somit den Dampfanteil in dem Kühlmedium für die elektrischen Leiter herabzusetzen, hat man daher bei den bisher bekannten Leitungssystemen den Strahlungsschild mit flüssigem Wasserstoff und/oder flüssigem Stickstoff r-f?kühlt oder auch zusätzliche Dampfabscheider angeordnet.

Darüberhinau^ besteht ein wesentlicher Nachteil der bisher bekannten Leitungssysteme darin, daß die optimalen Betriebsdaten der Kühlung der elektrischen Leiter, das heißt der Wärmeübertragung an das umgebende Kühlmedium nicht übereinstimmen

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mit den optimalen Betriebsdaten für den Transport aller in den die elektrischen Leiter enthaltenden Rohrleitungen entstehenden Wärmeverluste zu den Kälteerzeugern. Die bisher bekannten Leitungssysteme sind daher unwirtschaftlich. Das gilt auch für die Anordnung von Dampfabscheidern. Während'der Transport der gesamten einfallenden und entstehenden Wärme bei möglichst hoher Temperatur erfolgen sollte und dabei auch eine Erwärmung des vorteilhafter Weise gasförmigen Kühlmittels über die Verdampfungstemperatur des Flüssig-Helium von etwa 4⁰K bis 5°K hinaus zugelassen werden kann, ist die Kühlung der elektrischen Leiter bei möglichst niedriger und konstanter Temperatur bei den derzeit verwendeten supraleitenden Werkstoffen vorzugsweise unter etwa 5°K, optimal. Zur Aufrechterhaitung der elektrischen Isolation und um die Betriebstemperatur bei plötzlicher erhöhter Wärmeentwicklung im Supraleiter durch die Verdampfungstemperatur konstant halten zu können, ist jedoch Flüssigkeitskühlung.erforderlich, um damit auch die Verdarnpfungswärme als zusätzliche Kühlreserve nutzen zu können. Unter Umständen sind dafür plötzlich große Flüssigkeitsmengen als Kühlreserve erforderlich. Es sind jedoch schon supraleitende Werkstoffe mit Sprungtemperaturen von über 20⁰K bekannt und es ist anzunehmen, daß auch Materialien mit noch höheren Sprungtemperaturen verwendet werden. Solche Werkstoffe können durchaus oberhalb etwa 14⁰K, dem Tripelpunkt des Wasserstoffes betrieben werden, so daß die Wärmeübertragung an zum Beispiel mit geringer Geschwindigkeit strömenden flüssigen Wasserstoff, der. Wärmetransport jedoch durch gasförmiges Helium mit großem Masεendurchsatz erfolgen kann. Eine derart günstige Betriebsweise ist jedoch mit den bekannten Leitungssystemen nicht möglich. Werden die elektrischen Leiter beispielsweise mit flüssigem Wasserstoff gekühlt, so bedeutet das, daß dieses Kühlmittel sowohl zur Wärmeabfuhr aus den elektrischen Leitern als auch zum Transport dieser abgeführten Wärme zu den Kälteerzeugern verwendet wird, obwohl es eigentlich wirtschaftlicher wäre, für den Wärmetransport ein anderes, flüssiges oder gas-

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förmiges Kältemittel _r zum Beispiel flüssiges oder gasförmiges Helium oder Helium.im superkritischen Zustand zu verwenden. Ein weiterer, sich daraus bei den bisher bekannten Leitungssystemen ergebender Nachteil besteht darin, daß der in Verbindung mit Luft hochexplosive Wasserstoff nicht nur in den Rohrleitungen des Leitungssystems, sondern auch als Kältemittel in den Kälteerzeugern verwendet wird, wodurch eine nicht unerhebliche Gefährdung entsteht.

Die Erfindung geht daher von der Erkenntnis aus, daß es bei den bekannten Leitungssystemen für die Energiebilanz von Nachteil ist, daß zum Wärmetransport der aus den elektrischen Leitern abgeführten Wärme, der sich in Wärme umwandelnden Strömungsverluste und der durch Wärmestrahlung und -leitung in das die elektrischen Leiter enthaltende Rohrleitungssystem einfallenden Wärme dasselbe Kühlmittel verwendet wird. Der Erfindung liegt die weitere Erkenntnis zugrunde, daß wegen des Strömungsverlaufes des dem Wärmetransport dienenden Kältemittels bei den bisher bekannten Leitungssystemen in Kanälen, in denen auch die elektrischen Leiter mit ihren elektrisch isolierenden Abstützungen verlegt sind, besonders hohe Druckverluste in Kauf genommen werden müssen. Schließlich weisen einige Flüssiggase zwar für die elektrische Isolationsfähigkeit und Wärmeübertragung sowie in bezug auf die Verdampfungswärme sehr günstige Eigenschaften auf, doch sind diese aus anderen thermodynamischen oder sicherheitstechnischen Gründen für den Wärmetransport ungünstig. Die Erfindung geht daher auch davon aus, daß die thermodynamisch und sicherheitstech— nisch für den Wärmetransport günstigen Eigenschaften des einen Gases und die elektrisch und thermodynamisch für die Wärmeübertragung und Bildung von Kältereserven günstigen Eigenschaften eines anderen.Gases bei den bekannten Leitungssystemen nicht voll ausgenutzt werden können.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Leitungssystem für elektrische Leistungsübertragung zu schaffen, bei dem der Wärmetransport mit einem die elektrischen Leiter nur mittelbar kühlenden Kältemittel und die Wärmeübertraffung von den elektrischen Leitern an das dem Wärmetransport dienende Kühlmittel mittels eines anderen, vorzugsweise flüssigen Kühlmittels erfolgt, wobei zugleich die thermodynamischen, die elektrischen und die strömungstechnischen Auslenungsdaten de? Leitungssystems optimiert werden sollen. Das Leitungssysteci soll aber bei geringer Störanfälligkeit im jahrelangen Dsuerbetrieb auf wirtschaftliche Weise sowohl im Bereich der Tieftemperatur-Leitfähigkeit als auch im Bereich der Supraleitfähigkeit betrieben werden können. Etwa auftretende Störungen sollen schnell zu beheben sein, und zwar sowohl durch die sofortige Verfügbarmaohung sehr großer Kältelelstun^sreserven im Leitungssystem selbst als auch durch die leichte Tnstandsetzungs- und Auswechselmöglichkeit der elektrischen Leiter und gegebenenfalls auch beschädigter Rohrleitungen, ohne daß die Übertragung elektrischer Leistung unterbrochen zu werden braucht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mittels eines Leitungssystems der obengenannten Art dadurch gelöst, daß die Rohrleitungen zur Führung der' elektrischen Leiter jeweils durch parallel zur jeweiligen Rohrleitungsachse verlaufende Trennwände in mindestens zwei Kanäle unterteilt sind, wobei in einem oder mehreren der Kanäle elektrische Leiter verlegt sind, während der andere Kanal von dem dem Wärnietransport dienenden Kältemittel durchströmt wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft, in die die elektrischen Leiter aufnehmende Kanäle eine an sich bekannte Kühlflüssigkeit mit für die Wärmeübertragung und elektrische Isolation günstigen thermodynamischen bzw. elektrischen Eigenschaften vorzusehen. Diese Kühlflüssigkeit ist unabhängig von den nach anderen Gesichtspunkten auszuwählenden Eigenschaften des dem Wärmetransport dienenden

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Kältemittels. Sie dient beispielsweise zur Übertragung- der in dem elektrischen Leiter frei werdenden Wärme an die Kanal-Va^-HdunF und damit an das in dem benachbarten Kanal strömende Kältemittels das den Transport der Wärme übernimmt. Die der Kü'tl\m'· der elektrischen Leiter dienende Kühlflüssigkeit kann dabei aus einem Flüssiggas mit hoher Wärmeüberp-aiigszahl und mi ·' hoher· Verdampfungswärme, zum Beispiel Wasserstoff, bestehen, wählend das Kühlmedium zum Wärmetransport gasförmiges Helium ist, Dieses durchströmt dabei einen Kanal, in dem keine elektrischen Leiter und auch keine Abstützungen zur konzentrischen Führung der elektrischen Leiter vorhanden, sind, so daß Strömungsgeschwindigkeit und Massendurchsatz- groß sein können. Die in den übrigen Kanälen vorhandene entweder nicht oder nur mit geringer Geschwindigkeit, vorzugsweise im Gegenstrom zu dem dem Wärmetransport dienenden Kältemittel strömende, Kühlflüssigkeit dient zugleich als Kältereserve bei einer gegebenenfalls auftretenden Störung. Sie hält jei^eils die Betriebstemperatur des elektrischen Leiters auch bei einer plötzlichen groRen Wärmeentwicklung konstant, da die Wärme durch die Verdampfungswärme aufgenommen wird. Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß etwa verdampfende Kühlflüssigkeit sofort wieder an den Kanalwandungen kondensiert wird.

Im Bedarfsfalle ist es außerdem möglich, in den Kanälen zur Aufnahme eines elektrischen Leiters, unabhängig von dem im Kreislauf strömenden Kältemittel, zum Beispiel im Gegenstrom dazu, einen Flüssigkeitsstrom zu erzeugen und damit in kurzer Zeit sehr große Flüssigkeitsreserven verfügbar zu machen. Das kann zweckmäßig in der Weise geschehen, daß aus zwei Kanälen, die elektrische Leiter enthalten, ein Kreislauf gebildet wird, 'wobei zur Umwälzung der Kühlflüssigkeit in dem Kreislauf an sich bekannte Umwälzpumpen angeordnet sind.

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Durch diese Ausgestaltung des Leitungssystems gemäß der Erfindung wird mit Sicherheit erreicht, daß diese nun ebenfalls im Kreislauf strömende Kühlflüssigkeit auch bei Verwendung von Helium im flüssigen Zustand verbleibt oder sofort wieder kondensiert wird. Ähnlich günstig wie für den Wärmeübergang wirkt sich zum Beispiel die Wahl von Flüssig-Wasserstoff für die elektrische Isolation der Leiter aus, da die Durchschlagsfestigkeit wesentlich größer als die von Flüssig-Helium ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei Verwendung eines gasförmigen Kältemittels für den Wärmetransport auch der " äußere Wärmeeinfall größer sein kann, ohne daß die Kühlung der elektrischen Leiter dadurch wesentlich beeinflußt wird. Die Vorzüge des Leitungssystems gemäß der Erfindung zeigen sich insbesondere bei einer vorteilhaften Ausführungsform, bei der Mantelrohr und Strahlungsschild in vorgegebenen Abständen mittels in Längsrichtung und Querrichtung verlaufenden Trennwänden in vakuumdichte Teilräume aufgeteilt sind, wobei die innerhalb der Teilräume des Strahlungsschildes verlaufenden Rohrleitungen für die elektrischen Leiter mit den Rohrleitungen für das Kühlmedium über gut wärmeleitende Stege verbunden und jeweils zusammen in einem Teilraum des StrahlungsSchildes geführt sind, während die Rohrleitungen für die Kühlung des Strahlungsschildes davon getrennt in.einem anderen Teilraum des Strahlungsschildes geführt und mittels eines gut wärmeleitenden Steges mit den gut wärmeleitenden Trennwänden des Strahlungsschildes verbunden sind. Dabei besteht eine besonders zweckmäßige Weiterausbildung dieser Ausführungsform darin, daß die Rohrleitungen zur Kühlung des Strahlungsschildes zu einer Rohrleitung zusammengefaßt sind.

Die vakuumdichten Teilräume des Strahlungsschildes sind mit Deckeln versehen, die ebenfalls vakuumdicht mit den die Teilräume des Strahlungsschildss bildenden Trennwänden verschraubt sind.

Eine weitere vorteilhafte Weiterausbildung dieser Ausführungsform des Leitungssystems gemäß der Erfindung besteht darin,

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daß die gut wärmeleitenden Trennwände der Teilräume des Strahlungsschildes oberhalb der die Teilräurae des Strahlungsschildes abschließenden Deckel durch radiale, schlecht wärmeleitende Trennwände so fortgesetzt werden, daß der Ringspalt zwischen dem Mantelrohr und dem Strahlungsschild gleichfalls in ringförmige vakuumdichte Teilräume aufgeteilt ist, wobei vakuumdicht verschraubbare Deckel vorgesehen sind.

Dabei ist es zweckmäßig, daß der Bereich, in dem elektrische ■ Leiter und Kühlmedium in getrennten Leitern geführt sind, durch mit dem Strahlungsschild vakuumdicht verbundene Querwände getrennt ist. Bei dieser Weiterausbildung des Leitungssystems gemäß der Erfindung sind die Teilräume der Fortsetzung des Ringspaltes mit dem Ringspalt zwischen Mantelrohr und Strahlungsschild und die Teilräume der Fortsetzung des Strahlungsschildes mit dem vom Strahlungsschild gebil^ deten Raum zweckmäßig mittels die Querwände übergreifender oder durchdringender, durch Ventile absperrbarer Rohrleitungen untereinander verbunden.

Die Abstände dieser Teilräume entsprechen der maximal herzustellenden Länge der flexiblen elektrischen Leiter. Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, daß die getrennte Führung der Rohrleitungen innerhalb der Teilräume den Zugang zu den einzelnen Leitungen ohne Rückwirkung auf nicht instandsetzungsbedürftige Leiter oder Rohrleitungen ermöglicht, so daß nur der jeweils den defekten Leiter enthaltende Teilraum des Strahlungsschildes und der entsprechende Teilraum des Ringspaltes durch Abschrauben der jeweiligen Deckel geöffnet, der die den defekten Leiter enthaltende Rohrleitung mit der Kühlmittelleitung verbindende Steg entfernt und die Flanschverbindung oder Kupplung der Rohrleitung geöffnet zu werden braucht, so daß der defekte elektrische Leiter auf einfache Weise herausgezogen werden kann. ,

Die Instandsetzungsarbeiten werden in an sieht bekannter

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Weise unter Vakuum oder in einer Helium-Atmosphäre durchgeführt, wobei sich die geöffneten Rohrkupplungen und der Strahlungsschild auf Betriebstemperatur befinden. Dadurch wird verhindert, daß sowohl an der in dem geöffneten Teilraum verlaufenden und auf der tiefen Betriebstemperatur' verbleibenden Kühlmittelleitung als auch an den auf der Betriebstemperatur des StrahlungsschJH.es verbleibenden Trennwänden der Teilräume des Strahlungsschildes Luft kondensiert und Lufteis gebildet werden kann. Dadurch wird die Gefahr, daß ein unzulässig hoher Wärmeeinfall entstände, der die Kühlung der übrigen, die funktionsfähigen elektrischen Leiter enthaltenden Teile des Leitungssystems unmöglich machen würde, ausgeschaltet. Die zu verbindenden Enden der elektrischen Leiter können im Bedarfsfall mittels geeigneter Vorrichtungen, soweit dies zur Herstellung der Verbindung erforderlich ist, auf höhere Temperaturen gebracht werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht des Leitungssystems teilweise im Schnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Leitungssystem gemäß Fig. 1 nach der Linie A-A, mit mehreren Rohren für die elektrischen Leiter und die Kühlmittel,

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Leitungssystem gemäß Fig. 1 nach der Linie A-A, mit einem Rohr für die elektrischen Leiter und die Kühlmittel,

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Fig. 4 einen Querschnitt durch das Leitungssystem gemäß Fig. 1 nach der Linie B-B,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch das Leitungssystem entsprechend der Linie C-C in Fig. 4

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist innerhalb des Mantelrohres 1 koaxial zu diesem verlaufend der Strahlungsschild 2 angeordnet, in dem die Rohrleitungen für die elektrischen Leiter mit den Leitungen für das Kühlmedium verlegt sind.

Der zwischen dem Mantelrohr 1 und dem Strahlungsschild 2 gebildete Ringraum ist zur Isolation in bekannter Weise mittels Pumpen 4 evakuiert, wobei in diesem Raum außerdem reflektierende Strahlungsschilde 3 vorgesehen sind. In vorgegebenen Abständen ist das Mantelrohr 1 erweitert und im Bereich der Erweiterung 5 mit den zylindrisch gebogenen lösbaren Deckeln 6 vakuumdicht verschraubt. Innerhalb des Strahlungsschildes 2 sind die kanalförmigen Führungen 7 für die elektrischen Leiter 8 vorgesehen. Dabei sind - wie aus Fig. 2 hervorgeht die kanalförmigen Führungen 7 für die elektrischen Leiter 8 und die kanalförmigen Führungen 9 für das zum Wärmetransport dienende Kühlmittel jeweils durch Anordnung einer in axialer Richtung verlaufenden Trennwand 10 in den thermodynamisch und strömungstechnisch günstig gestalteten Rohren 11 gebildet. Wie aus der Zeichnung nicht hervorgeht, sind die elektrischen Leiter 8 in den Kanälen 7 mittels elektrisch isolierender Abstütznngen vorwiegend konzentrisch geführt. In den Kanälen 7 ist außerdem ein vorzugsweise flüssiges Kühlmittel vorgesehen, durch das die in den elektrischen Leitern 8 frei werdende Wärme an die Wandungen der Kanäle 7 und somit an das in den Kanälen

im Kreislauf zu Kälteanlagen strömende Kältemittel übertragen wird und das die elektrische Isolation der Leiter übernimmt. Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht

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sich auf die Übertragung elektrischer Leistung mittels dreier Leiter, wobei jeder Leiter 8 in einer besonderen Kammer geführt ist. Es ist selbstverständlich - wie Fig·. 3 zeigt möglich, in einem Rohr 11 auch mehrere symmetrisch angeordnete Kanäle 7 zur Führung von elektrischen Leitern 8 vorzusehen, so daß mittels des Kältemittels in einem Kanal 9 mehrere elektrische Leiter zugleich gekühlt werden.

Eine ähnlich günstige Wirkung wird erreicht, wenn statt der Trennwände 10 eine' oder mehrere elektrische Leiter aufnehmende Rohrleitungen symmetrisch zu den Rohrleitungen 11 nach Fig. 2 oder Fig. 3 angeordnet und in Längsrichtung gut wärmeleitend mit den Rohrleitungen 11 verbunden werden. Allerdings werden dadurch die kalten Oberflächen des Leitungssystems wesentlich vergrößert.

Wie aus Fig. 2 ferner hervorgeht, ist die ebenfalls von einem Kältemittel durchströmte Rohrleitung 12 zur Kühlung des Stahlungsschildes 2 wärmeleitend mit diesem verbunden. Wie Fig. 4 zeigt, wird der Strahlungsschild 2 durch in axialer Richtung verlaufende, radial gerichtete Trennwände 13 und mit den Trennwänden verschraubbare,'die Abgrenzung gegenüber dem evakuierten Raum innerhalb des Mantelrohres 1 bildende Deckel 14 gebildet. Dabei stützen sich die Trennwände 13 gegen die Wandung der zylindrischen Fortsetzung des Mantelrohres 1 mittels schlecht wärmeleitender Stege 16 oder Wandungen so ab, daß der Zwischenraum zwischen der Wandung der zylindrischen Fortsetzung 15 und der von den Deckeln 14 gebildeten Wandung in vakuumdicht voneinander abgetrennte Räume unterteilt wird. Innerhalb der Kanäle, die von den Trennwänden 13 und den Dekkeln 14 gebildet werden, sind die Führungen für die elektrischen Leiter 2 und für das im Kreislauf strömende Kühlmedium als getrennte Rohrleitungen 7a und 9a verlegt. Sie sind lediglich durch demontierbare, gut wärmeleitende Stege 17 miteinander verbunden. Die Rohrleitung 12a für das Kühlmedium zur Kühlung des Strahlungsschildes ist - von den übrigen Leitungen ' getrennt - in einem besonderen, aus Trennwänden 13 und Deckeln

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gebildeten Kanal verlegt und - wie aus der Zeichnung erkennbar, über den gut wärmeleitenden, demontierbaren Steg 18 mit den wärmeleitenden Trennwänden 13 verbunden.

Wie. am besten aus Fig. 5 hervorgeht, werden die Teilräume in axialer Richtung des Leitungssystems gemäß der Erfindung durch Querwände 19 > in denen Rohrdurchführungen 20 für die Rohrleitungen 11 und 12 vorgesehen sind; gegen_die innerhalb ' des Strahlungsschildes 2 geführten Kanäle und die im Bereich des Mantelrohres 1 gebildeten Räume vakuumdicht abgetrennt. Um im Normalbetrieb ein durchgehendes Vakuum herzustellen und. um den Innenraum des Strahlungsschildes 2 mit den.aus den Trennwänden 13 und den damit verschraubbaren Deckeln 14 gebildeten Teilräumen zu verbinden, sind in den Querwänden 19 diese durchdringende oder übergreifende Rohrleitungen 21 und 22, mit absperrbaren Ventilen 23 und 24 vorgesehen. Ferner sind die Enden der die Kanäle 7 fortsetzenden Rohre 7 a mittels Flanschen 26 jeweils mit einem Kupplungsrohr verschraubt, das bei der Durchführung von Instandsetzungsarbeiten nach Entfernen der Deckel 14, der an der zylindrischen Fortsetzung 15 des Mantelrohres 1 vorgesehenen Deckel 6 und 28 sowie der reflektierenden Strahlungsschilde 29 nach Lösen der Flansche in axialer Richtung über ein Ende der Rohrleitungen 7a geschoben wird. Damit sind die Verbindungsstellen 20 der elektrischen Leiter 8 für die Durchführung von Instandsetzungsarbeiten zugänglich, wenn zuvor die Rohrleitung 7a mittels zweier nicht dargestellter Ventile beidseitig abgesperrt oder abschnittweise entleert wurden.

Mit Hilfe der Deckel 6, 28 und 14, des Kupplungsrohres 27 sowie geeigneter, nicht dargestellter Vorrichtungen ist es möglich, ein etwa beschädigtes Leiterstück durch die Erweiterung 5 herauszuziehen und von der benachbarten Erweiterung 5a Fig. 1 - aus ein weiteres Leiterstück einzuführen. Dabei bleibt der Kältemittelstrom, der die Kanäle 9 und die mittels Flan- ■-- sehen 30 angeschlossenen Rohrleitungen 9a sowie die Rohr- .'

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leitungen 12 durchströmt, unverändert, so daß bei der Montage keine Rückwirkung auf die Kühlung der funktionsfähigen Leiter und des' StrahlungsSchildes erfolgt. Die Betriebsbereitschaft des Leitungssystems gemäß der Erfindung wird dadurch beschleunigt, daß der neu eingesetzte elektrische Leiter durch den Kältemittelstrom in der Führung 9 und 9a unmittelbar nach dem Einsatzen auf sehr tiefe Temperatur abgekühlt wird, so daß das Leitungssystem nach Durchführung der erforderlichen Montagearbeiten sofort wieder betriebsbereit ist. Da während der Montage keine Einwirkung auf die übrigen Rohrleitungen erfolgt, i&t es ohne weiteres möglich, das Leitungssystem gemäß der Erfindung während der Instandsetzungsarbeiten über die noch vorhandenen elektrischen Leiter 8 zur Leistungsübertragung auszunutzen. Das gilt insbesondere dann, wenn eine besondere Reserveleitung vorgesehen ist.

In gleicher Weise wie die elektrischen Leiter 8 könnten die diese enthaltenden Rohrleitungen 11 ausgewechselt werden, falls dies aus betrieblichen Gründen notwendig sein sollte. Sie sind dazu mittels nicht dargestellter Flansche mit den Querwänden 19 verschraubt. Hierzu eignen sich besonders flexible Rohrleitungen, bei starren Rohrleitungen müßte eine quer zur Längsachse des Leitungssystems versetzte Anordnung jeweils benachbarter Abschnitte des Leitungssystems gewählt werden.

Um gegebenenfalls die in den Kanälen 7 und Rohrleitungen 7a enthaltene Kühlflüssigkeit als Notkühlung zu verwenden, stehen die Kanäle 7 und Rohrleitungen 7a über nicht dargestellte Rohrleitungen so miteinander Ln Verbindung, daß durch jeweils zwei Kanäle und Rohrleitungen ein geschlossener Kreislauf gebildet werden kann, wobei für den Kreislauf nicht dargestellte Umwälzpumpen vorgesehen sind. Dadurch wird ermöglicht, daß die Kühlflüssigkeit in den Kanälen 7 und Rohrleitungen 7a in

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Parallel- oder Gegenstrom zum Kältemittelstrom in den Kanälen 9 und Rohrleitungen 9a umgepumpt werden kann, so daß in diesem Falle mittels des die Kanäle und Rohrleitungen 9 und 9a durchströmenden Kältemittels eine Rückkühlung erfolgt.

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Claims

- 16 Patentansprüche

Leitungssystem für elektrische Leistungsübertragung, bei dem zur Kühlung in einem Mantelrohr angeordnete, in Rohrleitungen geführte, elektrische Leiter bis in den Bereich der Tieftemperatur- oder Supraleitfähigkeit abkühlbar und diese umgebende zylindrische Strahlungsschilde sowie durch Kälteerzeuger gekühlte, im Kreislauf strömende Kältemittel vorgesehen sind, wobei in dem zwischen Mantelrohr und Strahlungsschild, gefe bildeten Ringspalt diesen ganz oder zum Teil ausfüllende reflektierende Isolationen angeordnet sind und wobei in de™ Mantelrohr die Strahlungsschilde durchbrechende Zugänge zu den elektrischen Leitern vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (11) zur Führung der elektrischen Leiter (8) ieweils durch parallel zur ,jeweiligen Rohrleitungsachse verlaufende Trennwände (10 ) in mindestens zwei Kanäle (7), (9) unterteilt sind, wobei in einem oder mehreren der Kanäle (7) elektrische Leiter verlegt sind, während der andere Kanal (9) von dem dem Wärmetransport dienenden Kältemittel durchströmt wird.

" 2. Leitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den die elektrischen Leiter (8) aufnehmenden Kanälen (7) eine an sich bekannte Kühlflüssigkeit.mit für die Wärmeübertragung und für die elektrische Isolation günstigen thermodynamischen und elektrischen Eigenschaften enthalten ist.

3. Leitungssystem nach Anspruch 2, dadurch ge-,kennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit aus einem Flüssiggas mit hoher Wärmeübergangszahl und mit hoher Verdampfungswärme besteht.

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h. Leitungssystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von Wasserstoff als Kühlmittel.

5. Leitungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß als Kühlmittel für den Wärmetransport gasförmiges Helium vorgesehen ist.

6. Leitungssystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, da durch gekennzeichnet, daß aus mindestens zwei die elektrischen Leiter aufnehmenden Kanälen (7) ein Kreislauf gebildet wird, wobei zur Umwälzung der Kühlflüssigkeit in dem Kreislauf an sich bekannte Umwälzpumpen angeordnet sind.

7. Leitungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 6, d a d u rch gekennzeichnet, daß Mantelrohr und Strahlungsschild in vorgegebenen Abständen mittels in Längsrichtung und Querrichtung verlaufenden Trennwänden in vakuumdichte Teilräume aufgeteilt sind, wobei die innerhalb der Teilräume des Strahlungsschildes verlaufenden Rohrleitungen für die elektrische Leiter mit den Rohrleitungen für das Kühlmedium über gut wärmeleitende Stege verbunden und jeweils zusammen in einem Teilraum des StrahlungsSchildes geführt sind, während die Rohrleitungen für die Kühlung des Strahlungss"childes davon getrennt in einem anderen Teilraum des Strahlungsschildes geführt und mittels eines gut wärmeleitenden Steges mit den gut wärmeleitenden Trennwänden des Strahlungsschildes verbunden sind.

8. Leitungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen zur Kühlung des Strahlungsschildes zu einer Rohrleitung zusammen gefaßt sind.

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9. Leitungssystem nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den vakuumdic^1oten Trennwänden des Strahlungsschildes vakuumdicht verschraubbare Deckel vorgesehen sind.

10. Leitungssystem nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände der Teilräume des Strahlungsschildes oberhalb der die Teilräume abschließenden Deckel radial durch schlecht wärmeleitende Trennwände derart fortgesetzt sind, daß der Ringspalt zwischen dem Mantelrohr und dem Strahlungsschild gleichfalls In ri.ngförnlge, vakuumdichte Teilräume aufgeteilt ist, wobei vakuumdicht verschraubbare Deckel vorgesehen sind.

11. Leitungssystem nach Anspruch 10, dadurch g e kennzeic h net, daß die Teilräume der Fortsetzung des Ringspaltes mit dem RInrr.naIt zwischen Mantelrohr und Strahlungsschild sowie die Teilräume der Fortsetzung des StrahlungsschiLdes mit. dem vom Strahlungsschild gebildeten Raum mittels die Ouerwände übergreifender oder durchdringender, durch Ventile absperrbarer Rohrleitungen untereinander verbunden sind.

12. Leitungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilräume der Fortsetzung des Strahlungsschildes mit dem zwischen Mantelrohr und Strahlungsschild gebildeten Ringspalt und die Fortsetzung des Strahlungsschildes mit dem vom Strahlungsschild gebildeten Raum mittels die Querwände übergreifender oder durchdringender, durch Ventile absperrbarer Rohrleitungen miteinander verbunden sind.

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