DE202008017997U1

DE202008017997U1 - Abschlusseinheit

Info

Publication number: DE202008017997U1
Application number: DE202008017997U
Authority: DE
Original assignee: NKT Cables Ultera AS
Current assignee: NKT Cables Ultera AS
Priority date: 2007-03-21
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2018-03-20
Also published as: US20140135222A1; KR20100015720A; WO2008113366A3; CN101689758B; EP2127051B1; JP5711285B2; JP2013150545A; US8624109B2; JP2010521796A; RU2009138731A; JP5209695B2; US20100126748A1; KR101502311B1; EP2127051A2; RU2452071C2; CN101689758A; US9331468B2; WO2008113366A2

Abstract

Abschlusseinheit, umfassend einen Kabelendabschnitt, wobei der Kabelendabschnitt eine zentrale Längsachse definiert und Endteile von N elektrischen Phasenleitern, einen Endteil eines Neutralleiters und eine umgebende thermische Isolationshülle umfasst, die adaptiert ist, eine Kühlflüssigkeit zu umfassen, wobei die Endteile der N elektrischen Phasenleiter und der Endteil des Neutralleiters jeweils mindestens einen elektrischen Leiter umfassen und im Kabel konzentrisch um einen Kernformer mit einer Phase 1 angeordnet sind, die sich relativ ganz innen befindet, und die Phase N sich relativ ganz außen im Kabel befindet, und wobei Phase N vom Neutralleiter umgeben ist und elektrische Isolierungen zwischen benachbarten elektrischen Phasen und zwischen der Phase N und dem Neutralleiter angeordnet sind, und wobei die Endteile des Neutralleiters und die elektrischen Phasenleiter jeweils eine mit mindestens einer Abzweigstromleitung elektrisch verbundene Kontaktfläche umfassen, um eine elektrische Verbindung bereitzustellen, wobei die Kontaktflächen jeweils eine Längsausdehnung aufweisen und sich sequenziell entlang der Längsausdehnung des Endteils des Kabels befinden,...

Description

Technisches Gebiet
Ein Stromkabel installiert in einem elektrischen Netz, muss mit dem Netz/den Sammelschienen durch Abschlüsse verbunden werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abschlusseinheit, um elektrisch ein gekühltes Kabelsystem, z. B. ein kryogenisch gekühltes Kabelsystem, bei Umgebungstemperatur abzuschließen.
HINTERGRUNDTECHNIK
Erklärung in Bezug auf föderativ geförderte Forschung oder Entwicklung
Diese Erfindung wurde mit staatlicher Unterstützung unter Vertrag Nr. DE-FG36-02GO12070, gewährt vom Energieministerium der Vereinigten Staaten, gemacht. Die Regierung hat bestimmte Rechte an dieser Erfindung.
Im Allgemeinen muss ein supraleitendes (superconducting; SC) Kabel auf kryogenen Temperaturen gehalten werden (0–150 K oder –273,25 bis –123°C), um wie beabsichtigt/konzipiert zu funktionieren. Gewöhnlich ist ein Leitungsstrang mit anderen Systemkomponenten, die bei Umgebungs- oder erhöhten Temperaturen betrieben werden, verbunden.
Im Folgenden wird der allgemeine Begriff „supraleitendes Kabelsystem” verwendet, um ein supraleitendes und/oder hyperleitfähiges Kabel (z. B. ein mehrphasiges Kabel, wie ein dreiphasiges Kabel) in Kombination mit der relevanten Wärmeisolierungshülle zu bezeichnen.
Um ein SC-Kabelsystem abzuschließen, sind normalerweise einige Grundelemente erforderlich, insbesondere der Abschluss von:

1. dem Leiter (Stromelement),
2. der elektrischen Isolierung (Spannungselement),
3. der Wärmeisolierung (Wärmeelement),
4. dem Kühlmittel, z. B. Kryogenflüssigkeit (Kühlelement) und
5. optional verschiedene Diagnostik (Diagnostikelement)

Die Elemente 3), 4) und 5) sind Elemente, die normalerweise nicht im konventionellen Kabel vorhanden sind, obwohl 4) einige Ähnlichkeiten zu gekühlten Sammelschienen hat und Element 5) bis zu einem gewissen Grad auch im ölisolierten Kabel vorhanden ist, wo das Öl auf einem bestimmten Druck gehalten wird, der kontinuierlich überwacht wird. Unterschiedliche optionale Diagnostik kann implementiert werden, wie z. B. Überwachung von Druck, Temperatur (intern und/oder extern), Strömung, kryogener Flüssigkeitsstand, Luftfeuchte usw.
Ein dreiaxialer HTS-Kabelaufbau mit drei konzentrischen von einem konzentrischen Neutralleiter umgegebenen Phasen (wie z. B. beschrieben in US 2005173149 (GOUGE ET AL.) 11-08-2005 und in WO 2006/111170 A (NKT CABLES ULTERA) 26-10-2006) hat gewisse Vorteile gegenüber anderen HTS-Kabelkonstruktionen.
Die Vorteile gegenüber einem kaltdielektrischen koaxialen Design umfassen:

1. Reduzierte Verwendung von supraleitendem Material um 34–50%, was zu reduzierten Kosten und reduziertem Energieverlust führt.
2. Reduzierte Verwendung von kryogenen Hüllen-Materialien und kalter Fläche um 30–50%, was zu reduzierten Kosten und erhöhter Energieeffizienz führt.

Die Vorteile im Vergleich zum warmdielektrischen einphasigen Kabel umfassen:

1. Keine externen Magnetfelder, die Störungen außerhalb des Kabels erzeugen.
2. Verbesserte Beziehung zwischen den elektrischen Eigenschaften des induktiven Widerstandes und der Kapazität, was zu längeren kritischen Längen, verbesserter Stabilität und reduzierten lastabhängigen Spannungsabfällen führt.
3. Reduzierte Magnetfelder intern im Kabel, was zu niedrigeren Energieverlusten und verbesserter Leistung der supraleitenden Materialien führt.
4. Reduzierte Verwendung von kryogenen Hüllen-Materialien und kalter Fläche um einen Faktor 30–50%, was zu reduzierten Kosten und erhöhter Energieeffizienz führt.
5. Reduzierte Anzahl an kryogenen Hüllen, die zu weniger Schweiß- und Fertigungsschritten, niedrigeren Herstellungskosten und erhöhter Zuverlässigkeit führen.

Die Nachteile im Vergleich zu den zwei alternativen Konstruktionen können das Folgende umfassen:

1. Weniger bekanntes Dielektrikum als die warmdielektrische einzelne Phase, was zu höherem Risiko in der Anwendung führt.
2. Kompliziertere Kabelkonstruktion und Abschlusskonstruktion gegenüber dem koaxialen kalten Dielektrikum und der warmdielektrischen einzelnen Phase, was zu höherem Risiko in der Fertigung und in der Anwendung führt.
3. Von Natur aus/generisch ungleichmäßige Impedanzen in den Phasen 1, 2, und 3.

Die Vorteile des HTS-Kabels gegenüber dem konventionellen Kabel mit Leitern aus Kupfer oder Aluminium umfassen normalerweise eine höhere Stromübertragungsfähigkeit, reduzierte Generierung und Freigabe von Wärme entlang des Kabels, niedrigere elektrische Verluste und ein niedrigeres Gewicht.
Die Nachteile im Vergleich zu den konventionellen Alternativen umfassen normalerweise die Notwendigkeit eines Kühlsystems, ununterbrochene thermische Verluste durch die Wärmeisolierung und erhöhte Komplexität des Zubehörs wie beispielsweise Verbindungsstellen und Abschlüsse.
Abschlusseinheiten für supraleitende Kabelsysteme sind in mehreren Urkunden des Standes der Technik beschrieben.
US 6988915 B (SEI) 24-01-2006 befasst sich mit einer Endstruktur eines supraleitenden Gleichstromkabels, wobei die Endteile der supraleitenden über eine Kernauskleidung bereitgestellten Schichten in einer schrittweisen Art von einer Außenschicht zu einer Innenschicht freigelegt werden und abgehende Leiter hergestellt aus einem konventionellen Leitungsmaterial individuell mit den freigelegten Endteilen der entsprechenden supraleitenden Schichten verbunden werden. Ein isolierendes Befestigungselement stützt den Kern und die abgehenden Leiter.
WO 2005/086306 A (SEI) 15-09-2005 befasst sich mit einer Endstruktur für ein mehrphasiges supraleitendes Kabel, wobei eine elektrisch leitfähige Muffe um jede der konzentrisch angeordneten supraleitfähigen Schichten angeordnet ist, welche die elektrischen Phasen tragen und elektrisch damit verbunden sind und an Leitungen, um jede Phase bei Raumtemperatur zu entnehmen.
US 6936771 B (SOUTHWIRE COMPANY) 30-08-2005 befasst sich mit einer Abschlusseinheit, um ein supraleitendes Hochtemperatur-(HTS)-Kabel eingetaucht in druckbeaufschlagten flüssigen Stickstoff mit externen Hochspannungs- und Neutral-(Schirm)Kabeltüllen bei Umgebungstemperatur und -druck zu verbinden. Die Abschlusseinheit umfasst ein kaltes Gehäuse verbunden mit einem warmen Gehäuse über einen Überleitungskanal, wobei ein oder mehrere Kapillardurchgänge Gas gestatten durch den oder parallel zum Überleitungskanal zu fließen, um das Druckgleichgewicht zwischen dem kalten Gehäuse und dem warmen Gehäuse aufrechtzuerhalten.
US 2005173149 A (GOUGE ET AL.) 11-08-2005 befasst sich mit einer Abschlusseinheit für ein supraleitendes Kabel, das drei konzentrisch angeordnete supraleitfähige (dreiaxiale) Schichten umfasst. Die elektrischen Phasenleiter sind an Kupferrohren abgeschlossen. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Rohre konzentrisch und durch feste Isolierrohre getrennt. Das Kabel wird durch flüssige Kühlmittelströme innerhalb des Mittelrohrs des Kabels und außerhalb des Kabels gekühlt. Bei einem bevorzugten Ansatz wird das kalte Ende des Abschlusses von außen mit dem flüssigen Kühlmittel bei Erdpotenzial konduktionsgekühlt. Dies erfordert elektrisches Isoliermaterial mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit.
Offenlegung der Erfindung
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Nutzen aus den Vorteilen des supraleitenden und hyperleitfähigen Kabels zu ziehen, indem eine zuverlässige und ökonomisch durchführbare Verbindung zwischen den Hochspannungsphasenleitern und Neutralleitern in diesem Kabel und externer Ausrüstung wie beispielsweise Generatoren, Transformatoren, Trennschalter, Stromnetze, anderen Kabeln oder anderen Geräten bereitgestellt wird.
Das Ziel der Erfindung wurde durch die Erfindung und deren Ausführungsformen, wie sie in den Ansprüchen definiert und nachfolgend beschrieben sind, erreicht.
Gemäß der Erfindung umfasst die Abschlusseinheit den Endteil eines Kabels für eine oder mehrere Abzweigstromleitungen und eine umgebende thermische Isolationshülle, die adaptiert ist, um eine Kühlflüssigkeit zu umfassen, wobei die Abzweigstromleitungen von den thermischen Isolationshüllen durch individuelle elektrische Isolatoren individuell isoliert sind.
Ausführungsformen der Erfindung haben gezeigt, dass sie zusätzliche Vorteile bereitstellen, wie es aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen deutlich wird.
Der Endabschnitt des Kabels definiert eine zentrale Längsachse, wobei der Endabschnitt Endteile von N elektrischen Phasen und ein Endteil eines Neutralleiters umfasst, und wobei die Endteile der N elektrischen Phasen und des Neutralleiters jeweils mindestens einen elektrischen Leiter umfassen und im Kabel konzentrisch um einen Kernformer mit, der Phase 1 angeordnet sind, die sich relativ zuinnerst befindet, und der Phase N, die sich relativ zuäußerst im Kabel befindet, und wobei Phase N vom Neutralleiter umgegeben ist. Die elektrische Isolierung ist zwischen benachbarten elektrischen Phasen und zwischen der Phase N und dem Neutralleiter angeordnet. Die Endteile des Neutralleiters und der elektrischen Phasen umfassen jeweils eine Kontaktfläche, um mit einer Stromleitung (Abzweigstromleitung) elektrisch verbunden zu werden. Die Kontaktfläche des Neutralleiters und der entsprechenden elektrischen Phasen wird durch einen unbedeckten Teil des Neutralleiters/der elektrischen Phase bereitgestellt, d. h. ein unbedeckter Teil, an dem elektrische Isolierung entfernt wurde, um den Zugang zur Kontaktfläche freizulegen und diesen bereitzustellen und die Verbindung mit der Abzweigstromleitung bereitzustellen. Jeder der unbedeckten Teile (welche die Kontaktflächen bereitstellen) hat eine Längsausdehnung vorzugsweise mit einer Mindestlänge, und die unbedeckten Teile befinden sich sequenziell entlang der Längsausdehnung des Kabelendabschnitts.
Im vorliegenden Kontext wird der Begriff „Kabel” für einen Teil des „Kabelsystems” verwendet, das die elektrischen Leiter und die entsprechende elektrische Isolierung zwischen angrenzenden elektrischen Leitern (und optional weiteren damit in Zusammenhang stehenden Schichten) umfasst. Ein „Kabelsystem” gemäß der Erfindung umfasst deshalb ein „Kabel” im oben genannten Sinn und eine Wärmeisolierung, die das Kabel umgibt und in der sich das Kabel befindet.
Bei einer Ausführungsform befindet sich das Kabel exzentrisch relativ zur zentralen Längsachse der Wärmeisolierung über mindestens einen Teil seiner Längsausdehnung.
Die Begriffe innerst/äußerst relativ zum Kabel sind zu verstehen als näher am/weiter entfernt vom Kabelformer. Alternativ ist es zu verstehen als näher an/weiter entfernt von der zentralen Längsachse des Kabelendabschnitts.
Das Nummerieren der elektrischen Phasen 1, 2, ..., N ist nicht dafür vorgesehen, irgendwelche speziellen Merkmale oder gemeinsamen Beziehungen zu den Phasen (wie z. B. Größe oder Winkelbeziehungen) zu implizieren. Im Allgemeinen können die elektrischen Phasen in jeder Reihenfolge angeordnet sein. In der Praxis kann die Reihenfolge, die den niedrigsten elektrischen Verlust bietet, durch Optimierung, wie z. B. durch die Veränderung der Phasenwinkel von benachbarten elektrischen Phasen, des Materials, der Anzahl, der Form, der Wicklungswinkel usw. der elektrischen Leiter gefunden werden, welche die elektrischen Phasen bilden.
Der Begriff „unbedeckter Teil” des Kabels ist im vorliegenden Kontext zu verstehen als eine Länge des Kabels, an der die elektrische Isolierung, die normalerweise eine elektrische Phase (oder einen Neutralleiter) umgibt, entfernt wird, um elektrischen Zugang zur fraglichen elektrischen Phase (oder zum Neutralleiter) bereitzustellen.
Die Begriffe „Stromleitung” und „Abzweigstromleitung” werden austauschbar verwendet.
Bei einer Ausführungsform der Abschlusseinheit umfasst mindestens eine der elektrischen Verbindungen zwischen einer Kontaktfläche und einem Neutralleiter/einer elektrischen Phase eine Steuerung des elektrischen Feldes, welche vollständig oder teilweise die Kontaktfläche umgibt und ein äquipotenziales Volumen bei der entsprechenden Phasenspannung bereitstellt.
Bei einer Ausführungsform ist eine Kühlflüssigkeit adaptiert, um in das äquipotenziale Volumen geleitet zu werden. Die Kühlflüssigkeit kann im Prinzip jede Kühlflüssigkeit sein, welche die notwendige Kühlung bereitstellt.
Es ist offensichtlich, dass diese Kühlanordnung der vorliegenden Erfindung eine hoch zuverlässige Kühlung bereitstellt, die das System stabilisiert und in relativ hohen Nennströmen resultiert. Aufgrund dieser stabilen und zuverlässigen Kühlanordnung können mehrere unterschiedliche Kühlflüssigkeiten verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform, in welcher der Endabschnitt mindestens eine Stromleitungsbasis umfasst, ist die Abschlusseinheit so angeordnet, dass eine Kühlflüssigkeit Wärme mit der mindestens einen Stromleitungsbasis über der Stromleitung und über der Kontaktfläche austauscht. Dadurch kann eine zusätzliche Kühlwirkung erreicht werden.
Die Stromleitungsbasis stellt den Übergang von der Stromleitung auf den Phasen- oder Neutralleiter bereit. Die Stromleitungsbasis kann durch die elektrische Verbindung zwischen der (Abzweig-)Stromleitung und dem Neutralleiter/der elektrischen Phase bereitgestellt werden.
Im äquipotenzialen Volumen kann Kühlflüssigkeit vorzugsweise Wärmeaustauschvorgänge mit der Stromleitungsbasis vornehmen. Zusätzlich kann sie Wärmeaustauschvorgänge mit einem oder mehreren zusätzlichen elektrisch leitenden Elementen angewandt im Stromanschluss zwischen einer Kontaktfläche und einer Abzweigstromleitung vornehmen. Bei einer Ausführungsform umfassen die zusätzlichen elektrisch leitenden Elemente ein oder mehrere Strommuffen, die angeordnet sind, um guten elektrischen Kontakt mit der relevanten Kontaktfläche der Leiter, einer oder mehreren Stromklemmen, welche die Strommuffen kontaktieren, und optional zusätzlichen verbindenden Elementen, welche die Stromleitungsbasis mit den Klemmen verbinden, zu bilden.
Die Stromleitungsbasis und andere elektrisch leitende in dem äquipotenzialen Volumen umschlossene Elemente können bei einer Ausführungsform Mittel für den Wärmeaustausch mit Kühlflüssigkeit enthalten, wobei der Wärmeaustausch durch Pumpenumlaufkühlung durch und/oder passierende Bohrungen, Nuten, Finnen, Profile realisiert wird, aber nicht darauf beschränkt ist. Die Strommuffe und/oder Stromklemme können relativ große Kontaktflächen aufweisen, und adaptierte Abmessungen können so angeordnet sein, dass die exakte Position in der Längsrichtung nicht kritisch ist, aber eine robuste longitudinale Toleranz zulässt.
Bei einer Ausführungsform wird das äquipotenziale Volumen durch mehrere Isolatorteile realisiert und weist eine leitende und/oder halbleitende Innenseite zu Feldsteuerzwecken auf.
Bei einer Ausführungsform der Abschlusseinheit enthält das äquipotenziale Volumen eine mit mindestens einem der Elemente verbundene Abzweigstromleitung, eine Stromleitungsbasis, eine Stromklemme und eine Strommuffe, wobei die Abzweigstromleitung letztendlich mit der Kontaktfläche des Neutralleiters oder einem der elektrischen Phasenleiter verbunden ist, und wobei mindestens eines der Elemente vorzugsweise eine Vorrichtung für kalte thermische Verankerung durch Pumpenumlaufkühlung (wie beispielsweise Nuten, Bohrungen, Profile und Flansche) nach und/oder durch die Stromleitungsbasis, Stromklemme, Strommuffe und/oder der Schnittstelle zwischen jedem der Elemente aufweist, wobei der elektrische Phasenleiter vorzugsweise ein Leiter ist, der aus einem supraleitfähigen, einem hyperleitfähigen und einem konventionellen Leiter ausgewählt ist.
Bei einer Ausführungsform befinden sich die Kontaktflächen sequenziell entlang der Längsausdehnung des Kabelendabschnitts und sie sind gemäß einem modularen Konzept angeordnet, indem sichergestellt wird, dass die Kontaktfläche von jedem der Neutralleiter und der elektrischen Phasen mindestens über einen Teil der Längen ihrer Kontaktflächen mit einem im Wesentlichen gleichen radialen Abstand von der zentralen Längsachse lokalisiert sind.
Bei dieser Ausführungsform hat die Abschlusseinheit den zusätzlichen Vorteil hat, eine Verbindung bereitzustellen, die für unterschiedliche Kabeltypen und für unterschiedliche Phasenleiter in demselben Kabeltyp verwendet werden kann.
Der radiale Abstand von der zentralen Längsachse einer Kontaktfläche des Neutralleiters/der elektrischen Phasen kann unter Verwendung eines regulierenden Einsatzes reguliert werden, wobei der regulierende Einsatz z. B. ein adaptiver Einsatz sein kann, wie nachfolgend beschrieben, aber er kann auch die radialen Abstände von der zentralen longitudinalen Kabelachse zu einer Kontaktfläche so regulieren, dass diese Abstände ungleich bleiben. Die Struktur des regulierenden Einsatzes kann wie der nachfolgend beschriebene adaptive Einsatz sein, aber ohne die Beschränkung, dass die Kontaktflächen zu im Wesentlichen denselben radialen Abständen von der zentralen longitudinalen Kabelachse adaptiert werden sollten.
Bei einer Ausführungsform sind die Kontaktflächen des Kabelendabschnitts mit einem im Wesentlichen gleichen longitudinalen Abstand zwischen ihnen lokalisiert. Dadurch ist die Abschlusseinheit möglicherweise sogar noch kostengünstiger herzustellen, da die Menge von unterschiedlichen verwendeten Elementen reduziert werden kann.
Ein im Wesentlichen gleicher longitudinaler Abstand sowie im Wesentlichen gleicher radialer Abstand kann durch irgendwelche Mittel erreicht werden. Bei einer Ausführungsform werden die im Wesentlichen gleichen radialen Abstände durch radiale adaptive Einsätze erreicht (z. B. faserverstärkte Epoxid-Plastik wie beispielsweise das Material, das unter der Handelsbezeichnung G10^TM verkauft wird), die im Wesentlichen identische äußere radiale Abmessungen aufweisen, und wobei die radialen adaptiven Einsätze auf die Kontaktfläche jeder Phase und des Neutralleiters aufgebracht werden, sodass ihre Abmessung in Bezug auf die longitudinale und speziell die radiale Abmessung im Endabschnitt des Kabels ausgeglichen wird.
Bei einer Ausführungsform wird der im Wesentlichen gleiche radiale Abstand von der zentralen Längsachse des Kabelendabschnitts von den Kontaktflächen des Neutralleiters und der elektrischen Phasen im Wesentlichen durch die individuelle Anpassung von inneren radialen Abmessungen solcher adaptiven Einsätze bereitgestellt.
Die adaptiven Einsätze können durch irgendwelche geeigneten Materialien bereitgestellt werden, die vorzugsweise mindestens ein elektrisches Isoliermaterial und halbleitendes Material umfassen, um einen unerwünschten elektrischen Weg zu verhindern. Bei einer Ausführungsform bestehen die radialen adaptiven Einsätze in der Form von regulierenden Einsätzen und sie sind hergestellt aus elektrischem Isoliermaterial, halbleitendem Material oder einer Kombination solcher Materialien.
Bei einer Ausführungsform stellen radiale adaptive Einsätze gleichwertige radiale Abmessungen der Kontaktflächen bereit, wobei mindestens eines der Elemente, einer Stromleitungsbasis, einer Stromklemme und einer Strommuffe den entsprechenden adaptiven Einsatz überlagern, um die elektrische Verbindung zwischen den entsprechenden Kontaktflächen und den entsprechenden Abzweigstromleitungen bereitzustellen.
Bei einer Ausführungsform befindet sich mindestens einer der adaptiven Einsätze zwischen den elektrischen Leitern des unbedeckten Teils (Kontaktfläche) des Neutralleiters oder der elektrischen Phase und einer darunter liegenden Isolationsschicht.
Die adaptiven Einsätze können jede gewünschte Dicke aufweisen, um die gewünschte Anpassung bereitzustellen.
Die adaptiven Einsätze stellen den Vorteil bereit, den Anschluss von Abzweigstromleitungen an die elektrischen Phasen oder den Neutralleiter des Kabelendabschnitts zu erleichtern. Sie erleichtern weiter einen modularen Aufbau der Abschlusseinheit einschließlich des thermisch isolierenden Gehäuses. Zum Beispiel wie nachfolgend beschrieben.
Die adaptiven Einsätze können weiter eine mechanische Halterung für den Kabelendabschnitt und einen Schutz gegen Hitzeschäden der darunter liegenden Schichten des Kabelendabschnitts, während der Bearbeitung (z. B. Löten) und der Montage des Kabelendabschnitts z. B. in einer Abschlusseinheit, bereitstellen.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Abschlusseinheit einen oder mehrere longitudinale Distanzhalter, welche für einen festen Abstand zwischen jeder der Abzweigstromleitungen sorgen.
Der Endabschnitt der Abschlusseinheit kann zum Beispiel longitudinale Distanzhalter umfassen, welche eine Äquidistanz zwischen Phasen und dem Neutralleiter bereitstellen. Diese longitudinalen Distanzhalter können zusätzlich Flusssteuerung, Flusstrennung, elektrische Isolierung und/oder ein modulares Baugruppen-/Aufbausystem bereitstellen. Der Endabschnitt kann radiale adaptive Einsätze umfassen, die ausgeglichene longitudinale und speziell radiale Abmessungen bereitstellen, und die adaptiven Einsätze können zum Beispiel Optionen für ein zusätzliches Dielektrikum und ein modulares Aufbaukonzept bereitstellen.
Bei einer Ausführungsform fungieren die longitudinalen Distanzhalter als Flusssteuerung oder Flusshemmung für die Kühlflüssigkeit, die mindestens einen Teil der Kühlflüssigkeit durch die Wärmeaustauschvorrichtung in der Nähe der Kontaktfläche oder der Grundplatte der Basisstromleitung leitet.
Bei einer Ausführungsform stellen die longitudinalen Distanzhalter substanzielle Aquidistanz zwischen jeder der Abzweigstromleitungen bereit.
Wie oben beschrieben, kann mindestens einer der Neutralleiter oder der elektrischen Phasen elektrischen Kontakt mit einer Strommuffe haben. Die Strommuffe kann im Prinzip aus jeder Art von elektrisch leitendem Material bestehen oder dieses umfassen. Häufig wird es jedoch bevorzugt, dass die Strommuffe mindestens teilweise aus einem konventionellen elektrisch leitenden Material besteht.
Bei einer Ausführungsform wird eine elektrisch leitende Muffe um das Kabelende herum z. B. oben auf einem adaptiven Einsatz montiert. Die leitende Muffe wird in elektrischem Kontakt mit der Kontaktfläche der elektrischen Phase oder des Neutralleiters montiert. Der elektrische Kontakt kann vorzugsweise durch direkten Kontakt zwischen der leitenden Muffe und der elektrischen Phase oder dem Neutralleiter bereitgestellt werden. Bei einer Ausführungsform überlagert die elektrische Phase oder der Neutralleiter teilweise die leitende Muffe. Bei diesen Ausführungsformen kann das supraleitende Material vom Kabel selbst mindestens einen Teil der Muffenkontaktfläche bilden.
Bei einer speziellen Ausführungsform ist der mindestens eine Leiter von mindestens einem der Neutralleiter oder der elektrischen Phasen von einer Strommuffe eines konventionellen elektrisch leitenden Materials umgeben und hat elektrischen Kontakt mit ihr. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Strommuffe mindestens teilweise aus supraleitendem Material und/oder hyperleitendem Material hergestellt.
Der Begriff „ein konventionelles elektrisch leitendes Material” ist im vorhandenen Kontext zu verstehen als ein Material, das elektrisch leitend ist, aber einen finiten elektrischen Widerstand bei Raumtemperatur sowie bei kryogenen Temperaturen aufweist (d. h. ein Material, das bei den fraglichen Temperaturen NICHT supraleitfähig ist). „Kryogene Temperaturen” sind zu verstehen als Temperaturen unter 0°C (273 K), auf die das Kabelendabschnittsystem während des Normalbetriebs abgekühlt wird, wie z. B. auf oder unter die Siedetemperatur (bei einem gegebenen Arbeitsdruck) der Flüssigkeit (z. B. flüssiges N₂), das verwendet wird, um den Kabelendabschnitt in einer Abschlusseinheit z. B. auf Temperaturen zwischen 0 und 77 K, abzukühlen.
Bei einer Ausführungsform hat die Strommuffe eine Muffenkontaktfläche, um elektrisch mit einer Stromleitung verbunden zu werden.
Bei einer Ausführungsform stellt mindestens ein Teil der Strommuffe die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen und den entsprechenden Abzweigstromleitungen bereit. Bei dieser Ausführungsform kann die Strommuffe eine mit einer Abzweigstromleitung elektrisch verbundene Muffenkontaktfläche aufweisen.
Bei einer speziellen Ausführungsform, bei der die Abschlusseinheit zwei oder mehr Strommuffen mit elektrischer Verbindung mit dem Neutralleiter/den elektrischen Phasen und mit den entsprechenden Muffenkontaktflächen umfasst, sind diese Muffenkontaktflächen in einem im Wesentlichen gleichen radialen Abstand von der zentralen Längsachse des Kabelendabschnitts lokalisiert.
Bei einer Ausführungsform, bei der zwei oder mehr der Neutralleiter oder der elektrischen Phasen elektrischen Kontakt zu entsprechenden Strommuffen haben, können die Abmessungen der Strommuffen vorzugsweise im Wesentlichen identisch sein.
Bei einer Ausführungsform wird ein im Wesentlichen gleicher radialer Abstand von der zentralen Längsachse der Muffenkontaktfläche des Neutralleiters und der elektrischen Phasen vorzugsweise durch die individuelle Anpassung von den radialen Abmessungen der Strommuffen bereitgestellt. Zum Beispiel können die Strommuffen unterschiedliche Innenabmessungen und im Wesentlichen gleiche Außenabmessungen aufweisen.
Bei einer Ausführungsform umfassen die Muffen einen schrägen Abschnitt, um die Band-/Drahtleiter des supraleitenden Kabels z. B. durch Löten zu verbinden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Lötabschnitt mit Terrassen gefertigt, die in der Länge und Höhe an die relevanten HTS-Bänder/Drähte und optionalen konventionellen Shunt-Leiterbänder angepasst sind.
Die radiale Regulierung der Kontaktfläche/Muffenkontaktfläche jeder elektrischen Phase oder jedes Neutralleiters, um einen konstanten radialen Abstand der Fläche von der Längsachse des Kabelendabschnitts zu erreichen, kann auf jede angemessene Art und Weise durch die richtige Anpassung der Materialien und des Aufbaus, der der Kontaktfläche unterliegt, erreicht werden.
Bei einer speziellen Ausführungsform wird die radiale Erweiterung von mindestens einem der elektrisch isolierenden und elektrisch leitenden Materialen, welche die individuellen Kontaktflächen des Neutralleiters oder der elektrischen Phasen umgeben oder diesen unterliegen, individuell angepasst, um die individuellen Kontaktflächen und/oder individuellen Muffenkontaktflächen mit einem konstanten radialen Abstand von der Längsachse bereitzustellen.
Bei einer speziellen Ausführungsform wird ein adaptiver Einsatz eines elektrischen Isoliermaterials, halbleitenden Materials oder einer Kombination solcher Materialien zwischen den Endteilen des Neutralleiters oder der elektrischen Phase und der benachbarten unterliegenden elektrischen Phase an der Position der Kontaktfläche des Neutralleiters oder der fraglichen elektrischen Phase eingefügt.
Bei einer speziellen Ausführungsform umfassen mindestens zwei elektrische Phasen oder Neutralleiter, wie beispielsweise eine Mehrheit oder alle elektrischen Phasen oder Neutralleiter, Muffen mit im Wesentlichen identischen äußeren und inneren radialen Abmessungen. Vorzugsweise sind alle elektrischen Phasen- und Neutralleiter, die mit einer Strommuffe bereitgestellt sind, mit im Wesentlichen identischen Abmessungen versehen.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Abschlusseinheit mindestens eine Stromklemme, die mindestens teilweise aus einem konventionellen elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, Cu hergestellt ist. Die Stromklemme ist mit einer Stromleitung elektrisch verbunden und an die Kontaktfläche und/oder die Muffenkontaktfläche geklemmt. Die Stromklemme kann vorzugsweise kürzer als die Axiallänge der Kontaktfläche und/oder kürzer als die Muffenkontaktfläche sein. Dadurch präsentieren die Kontaktfläche und/oder die Muffenkontaktfläche einen breiten elektrischen Kontakt (in longitudinalen Begriffen) zu der Stromklemme, was eine große Toleranz der Bewegung der Stromklemme/Stromleitung in einer Längsrichtung des Kabelendabschnitts (z. B. während der Montage und des Erhitzens/Kühlens des Kabelsystems) gestattet.
Bei einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine Stromklemme durchgehende Bohrungen zur zusätzlichen Kühlung.
Im Allgemeinen wird es normalerweise gewünscht, dass mindestens eine der elektrischen Phasen und des Neutralleiters supraleitendes oder hyperleitendes Material umfasst.
Bei einer Ausführungsform umfasst mindestens einer der elektrischen Anschlüsse ein elektrisches Feldsteuersystem, das vollständig oder teilweise die Kontaktfläche und mindestens einen Teil der Abzweigstromleitung umgibt. Durch dieses elektrische Feldsteuersystem kann man ein sehr zuverlässiges und stabiles System erreichen.
Das elektrische Feldsteuersystem kann Dielektrika, wie beispielsweise das Dielektrikum, das unter der Handelsbezeichnung ULTEM^TM verkauft wird, oder faserverstärkte Epoxid-Plastik wie beispielsweise das Dielektrikum, das unter der Handelsbezeichnung G10 verkauft wird, umfassen. Im Prinzip kann jedes andere geeignete Dielektrikum verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform umfasst das elektrische Feldsteuersystem weiter ein feldglättendes Material wie z. B. ein metallisches oder halbleitendes Material. Das feldglättende Material bildet vorzugsweise eine Schicht des elektrischen Feldsteuersystems, noch bevorzugter eine innere Schicht des elektrischen Feldsteuersystems.
Bei einer Ausführungsform stellt das elektrische Feldsteuersystem eine Übergangsverbindung zu einer der Abzweigstromleitungen und elektrischen Abzweigisolierungen bereit, welche die Abzweigstromleitung isolieren. Die Übergangsverbindung kann vorzugsweise zwischen Flächen hergestellt werden, die übereinstimmende Zickzack-Verläufe oder Mäander-Verläufe bilden, um die Kriechlänge zu erhöhen, oder die Verbindung weist kugelförmige Flächen auf, um eine Winkeleinstellung des Abzweigisolationssystems zu ermöglichen, und vorzugsweise ist die Übergangsverbindung durch eine Dichtung abgedichtet.
Bei einer Ausführungsform umfasst mindestens eine der Abzweigstromleitungen einen Stromleitungsabschnitt, und dieser Stromleitungsabschnitt (welcher die ganze oder ein Teil der Abzweigstromleitung sein kann) umfasst ein kaltes Ende, das mit einem Neutralleiter oder einer elektrischen Phase verbunden ist, ein entgegengesetztes Umgebungstemperaturende und einen thermischen Zwischenankerabschnitt, wobei der thermische Zwischenankerabschnitt einen Temperaturgradienten von kalt zu Umgebungstemperatur bereitstellt.
Bei einer Ausführungsform umfasst mindestens eine der Abzweigstromleitungen einen Stromleitungsabschnitt, der einen thermischen Ankerabschnitt umfasst, welcher die Option eines Temperaturgradienten von kalt zu niedrigeren Temperaturen bereitstellt.
Die Abschlusseinheit kann bei einer Ausführungsform mindestens eine Muffe, einen Einsatz und eine Klemme umfassen, wobei die Muffen, Einsätze und/oder Klemmen jeweils die Form einer Manschette haben.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Gruppe bestehend aus Muffen, Einsätzen und Klemmen zwei, drei oder mehr Teile, um die einfache Befestigung zu erleichtern.
Um das elektrische Feld zu steuern, können die Kanten und/oder Flächen von longitudinalen Distanzhaltern, adaptiven Einsätzen, Muffen, Klemmen und Stromführungsbasen vorzugsweise abgerundet sein.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Abschlusseinheit mindestens einen Einsatz (adaptiver Einsatz) hergestellt aus Material mit einem spezifischen elektrischen Widerstand oberhalb von ungefähr 10^6 Ω·m²/m über dem Betriebstemperaturbereich.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Abschlusseinheit mindestens einen Einsatz (adaptiver Einsatz), der ein Epoxid-Material umfasst, wie beispielsweise ein faserverstärktes Epoxidharz, wie beispielsweise ein duroplastischer industrieller Schichtstoff bestehend aus einem Endlosfaser-Glasfasergewebematerial mit einem Epoxidharz-Binder.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Abschlusseinheit einen starren Zylinder oder ein Rohr, welches sich in einer Öffnung in der Mitte des Kernformers des Kabelendabschnitts befindet, um eine mechanische Halterung für den Kabelendabschnitt bereitzustellen.
Bei einer Ausführungsform ist die Abschlusseinheit angepasst, ein kryogenisch gekühltes mehrphasiges Kabelsystem an Abschlussstromleitungen bei Umgebungstemperatur bereitzustellen und elektrisch abzuschließen. Der Kabelendabschnitt ist ein Endabschnitt eines mehrphasigen Kabels. Der Endabschnitt des mehrphasigen Kabels ist umgeben von einer thermisch isolierenden Hülle, um die Kühlung zu – und das Erhalten von mindestens einem Teil des Kabelendabschnitts bei einer Temperatur unter der Umgebungstemperatur – zu ermöglichen, wobei die thermisch isolierende Hülle eine Vielzahl von Abzweigen in der Form der Abzweigstromleitung umfasst, um vom Kabelendabschnitt elektrische Phasen und den Neutralleiter zu entsprechenden Stromleitungen abzuzweigen. Die Abzweige sind sequenziell entlang dem longitudinal sich erstreckenden Kabelendabschnitt an Positionen angeordnet, die mit der Position der Kontaktflächen der entsprechenden Endteile des Neutralleiters und der fraglichen elektrischen Phasen übereinstimmen. Der erste Abzweig dient zum Abzweigen des Neutralleiters, der zweite Abzweig für die N-te elektrische Phase, der dritte Abzweig für die (N – 1)-te elektrische Phase, usw. und schließlich der (N + 1)-te Abzweig, um die N-te elektrische Phase abzuzweigen.
Die thermisch isolierende Hülle kann vorzugsweise eine innere Mantelfläche aufweisen, wobei der Kabelendabschnitt sich entlang der Fläche und den Kontaktstellen zwischen der Fläche und dem Kabel befindet und eine im Wesentlichen gerade kontaktierende Linie definiert und dabei einen einfachen und zuverlässigen Aufbau schafft.
Mindestens einer aber vorzugsweise alle Abzweige können bei einer Ausführungsform im Wesentlichen zur Längsachse des Kabelendabschnitts senkrecht sein.
Bei einer Ausführungsform ist die thermisch isolierende Hülle, die den Endabschnitt des Kabels umschließt, modular aufgebaut, wobei jedes Modul einen Teil umfasst, um eine Länge des Kabelendabschnitts und mindestens einen Abzweig für das Abzweigen des Neutralleiters oder einer elektrischen Phase zu umschließen.
Für eine erhöhte Kühlung kann die thermisch isolierende Hülle bei einer Ausführungsform zwei separate Flüssigkeitskühlmittelflusswege umfassen.
Mindestens ein Teil des flüssigen Kühlmittels in der thermisch isolierenden Hülle kann auf einen Strömungsweg begrenzt werden, der für die Abschlusseinheit eindeutig ist und den Rest des supraleitenden Kabels nicht passiert.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Abschlusseinheit ein Feldsteuersystem in Kontakt mit elektrischem Isoliermaterial, das sich um den Kabelendabschnitt an Abzweigen der thermisch isolierenden Hülle befindet, wobei das Feldsteuersystem vorzugsweise ein äquipotenziales Volumen bei der Phasenspannung definiert und den Verlauf der elektrischen Felder in der Nähe vom Abzweig von der Phasenspannung zu einem Erdpotenzial des Abschlussgehäuses steuert.
Ein solches Feldsteuersystem kann zum Beispiel ein Material ausgewählt aus der Gruppe von Materialien, die das Dielektrikum verkauft unter der Handelsbezeichnung Ultem^TM, das Dielektrikum verkauft unter der Handelsbezeichnung G-10^TM, FRP, Polyäthylen, Polypropylen, Nylon und Kombinationen davon enthält, umfassen.
Bei einer Ausführungsform hat die Kontaktfläche einer gegebenen elektrischen Phase oder eines Neutralleiters eine Länge L_ucp, die die elektrische Verbindung an eine Stromleitung ermöglicht, um die Phase oder den Neutralleiter abzuschließen. Bei einer Ausführungsform ist L_ucp angepasst, um einen modularen Aufbau einer thermisch isolierenden Hülle zu gestatten, die eine Länge des Kabelendabschnitts umgibt und mindestens einen Abzweig umfasst, um eine Stromleitung unterzubringen. In der Praxis ist L_ucp größer als 0,1 m, wie beispielsweise 0,2–0,3 m.
Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Kühlanordnung, wo eine Kühlflüssigkeit Wärme in der Region der Verbindungsflächen des Endabschnitts austauscht. Bei einer speziellen Ausführungsform passiert die Kühlflüssigkeit einen Verbindungsblock, der die Grundplatte einer Stromleitung mit einer Strommuffe verbindet. Bei einer weiteren Ausführungsform passiert die Kühlflüssigkeit in der Nähe der Kontaktfläche, in der Kontaktfläche oder innerhalb der Strommuffe. Bei einer weiteren Ausführungsform passiert die Kühlflüssigkeit in der Nähe der Grundplatte der Stromleitung oder durch die Grundplatte der Stromleitung auf solche Art und Weise, dass Wärme, die durch die Stromleitung transportiert oder durch elektrische Ströme in der Stromleitung generiert wird, zur Kühlflüssigkeit übertragen und von der Kontaktfläche entfernt wird, ohne die Temperatur des supraleitenden Kabels wesentlich zu erhöhen. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird Wärme zwischen der Grundplatte der Stromleitung, der Kontaktfläche und der Kühlflüssigkeit durch feste Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer, Silber, Gold und Aluminium ausgetauscht. Bei einer Ausführungsform leiten Flusssteuerungsrohre einen Teil oder die ganze Kühlflüssigkeit im Kabelsystem in Richtung auf und durch die Kühlanordnung.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung bildet ein elektrisches Feldsteuersystem, das ein oder mehrere Feldsteuerungselemente eines Feldsteuersystems umfasst, ein äquipotenziales Volumen. Bei einer speziellen Ausführungsform enthält das Volumen die oben genannte Kühlanordnung. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Feldsteuersystem auf oder in engem Kontakt mit einem äußeren festen elektrischen Isoliermaterial, wie beispielsweise polymeres Material oder Cellulose oder Keramik oder Glas oder eine auf Verbundstoff basierende elektrische Isolierung aufgebracht.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Feldsteuersystem in der Form einer metallisch- oder halbleitenden Fläche verbunden mit dem Phasenpotenzial der umschlossenen Kontaktfläche bereitgestellt. Bei einer Ausführungsform berücksichtigt das elektrische Feldsteuersystem die axialen elektrischen Phase-zu-Phase-Felder und die radialen elektrischen Phase-zu-Masse-Felder, indem es ausreichend lange Kriechlängen und ausreichend dickes elektrisches Isoliermaterial bereitstellt. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umgibt eine Flüssigkeit das elektrische Feldsteuersystem und das äußere elektrische Isoliermaterial. Bei einer Ausführungsform stellt das elektrische Feldsteuersystem eine Übergangsverbindung zu einer Abzweigstromleitung und einer elektrischen Abzweigisolierung bereit.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform werden das elektrische Feldsteuersystem und das Abzweigisolationssystem in einem einzelnen Teil bereitgestellt. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden das elektrische Feldsteuersystem und das Abzweigisolationssystem in zwei oder mehr Teilen mit mindestens einer Verbindung bereitgestellt, wobei die Verbindungsflächen übereinstimmende Zickzack-Verläufe oder Mäander-Verläufe bilden, um die Kriechlänge zu erhöhen, oder die Verbindung weist kugelförmige Flächen auf, um die Winkelanpassung des Abzweigisolationssystems zu ermöglichen. Bei einer Ausführungsform wird die Verbindung durch eine Dichtung hergestellt aus Materialien wie beispielsweise PE, Polypropylen, PTFE, Tyvek^TM, Nomex^TM, Teflon^TM oder Gore-Tex^TM abgedichtet, um die elektrische Kriechfestigkeit zu erhöhen.
Der bedeckte Teil einer Phase oder eines Schirms kann durch eine elektrische Isolierung und/oder halbleitendes Material abgedeckt werden. Das kann einen Längenabschnitt der leitenden Muffe einschließen, indem zum Beispiel elektrische Isolierbänder über einen Teil der leitenden Muffe gewickelt werden. Bei einer Ausführungsform werden elektrisch isolierende Bänder über die Region der Muffe gewickelt, wo supraleitende Bänder mit der Muffe verbunden sind.
Die Anzahl an Phasenleitern N kann im Prinzip wie gewünscht sein. N kann zum Beispiel 1, 2, 3, 4 oder mehr betragen, vorzugsweise beträgt N 1 oder 3.
Die konzentrische Anordnung einer einzelnen (N = 1) elektrischen Phase und eines Neutralleiters in einem Kabel wird auch als Koaxialkabel bezeichnet.
Die konzentrische Anordnung einer Vielheit (N) von elektrischen Phasen und Neutralleitern in einem Kabel wird auch als Mehrkoaxialkabel bezeichnet.
Bei einer Ausführungsform werden die Kontaktflächen eines Mehrkoaxialkabels auf eine longitudinale und sequenzielle Art und Weise realisiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktabstand Neutralleiter-zu-Phase und die Kontaktabstände Phase-zu-Phase ungefähr dieselben sind.
Der Begriff „Umgebungstemperatur” ist im vorhandenen Kontext zu verstehen als die Temperatur an der Position, wo die elektrischen Phasen (oder Neutralleiter) abgeschlossen werden. Eine solche Temperatur kann z. B. im Bereich von –50°C bis +85°C, z. B. zwischen –30°C und +50°C oder zwischen –10°C und +30°C liegen.
Weitere Ziele der Erfindung werden durch die Ausführungsformen, die in den abhängigen Ansprüchen und in der ausführlichen Beschreibung der Erfindung definiert sind, erreicht. Es ist zu betonen, dass der Begriff „umfasst/umfassend” wenn er in dieser Spezifikation verwendet wird, als das Vorhandensein von angegebenen Funktionen, Einheiten, Schritten oder Komponenten zu verstehen ist, aber nicht das Vorhandensein oder die Ergänzung von einer oder mehreren anderen angegebenen Funktionen, Einheiten, Schritten, Komponenten oder Gruppen davon ausschließt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend vollständiger im Zusammenhang mit einer vorteilhaften Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt, in denen:
1 einen Querschnitt eines Triax-Kabels zeigt.
2 zeigt einen Abriss eines 3-phasigen Kabelabschlusses.
3 zeigt einen Abriss eines Abschlusses gebildet unter Verwendung einer modularen Herangehensweise.
4 zeigt einen einphasigen koaxialen Abschluss gebildet unter Verwendung einer modularen Herangehensweise.
5 zeigt eine Ausführungsform eines thermischen Umgebungsankers.
6 zeigt unterschiedliche Beispiele von Zubehör, das bei einem Abschlussmodul angewandt werden kann.
7 zeigt die unterschiedlichen Elemente einer Ausführungsform eines Strombandes.
8a zeigt mehrere schematische Beispiele dazu, wie und wo der Wärmetauscher anzuordnen ist, der das Kühlmittel für den Übergang von konventionell zu supraleitend bereitstellt.
8b zeigt eine ausführliche Ausführungsform dessen, wie man das Stromband mit dem Leiter verbindet, einschließlich der Position eines Wärmetauschers, der einen thermischen Anker bereitstellt.
9a zeigt einen Abriss des äquipotenzialen Volumens bei Phasenpotenzial, das durch ein leitendes Element innerhalb eines dielektrischen Elements definiert wird, das um eine verbindende Region zwischen dem Phasenleiter und dem Stromband angeordnet ist.
9b zeigt eine detaillierte Ausführungsform des äquipotenzialen Volumens bei Phasenpotenzial, das durch ein leitendes Element innerhalb eines dielektrischen Elements definiert wird, das um eine verbindende Region zwischen dem Phasenleiter und dem Stromband definiert ist.
10 zeigt eine Ausführungsform der Kühlflüssigkeitseinbringung oder rückführung.
11a zeigt eine Kühlkonfiguration mit separater Kühlung des Abschlusses und des Kabels am Versorgungsende.
11b zeigt eine Kühlkonfiguration mit separater Kühlung des Abschlusses und des Kabels am entgegengesetzten Ende.
12 zeigt einen optionalen Übergang zwischen Kryostat und Abschluss.
13 zeigt eine optionale mechanische Befestigung des Kabels in Bezug auf den Abschluss.
14 zeigt eine Ausführungsform eines mechanischen Versteifers, der eine mechanische robuste Konstruktion ermöglicht.
15 zeigt im Detail eine Art und Weise, die HTS- und Cu-Bänder/Drähte abzuschließen.
16 zeigt ein Konzept des adaptiven Einsatzes, der die radiale Abmessung der unterschiedlichen Leiterphasen und des Neutralleiters ausgleicht. Das Konzept funktioniert ebenso bei unterschiedlichen Kabelabmessungen innerhalb vernünftiger ähnlicher Nennwerte.
Die Figuren sind schematisch und zur Übersichtlichkeit vereinfacht. Sie zeigen Einzelheiten, die zum Verständnis der Erfindung maßgeblich sind, während andere Einzelheiten ausgelassen wurden. Es werden durchgehend dieselben Bezugszeichen für identische oder entsprechende Teile im Sinne verwendet, dass ein Merkmal „102” in 1 als „202” in 2 bezeichnet wird, d. h. die Figurnummer geht dem „durchlaufenden” Bezugszeichen voran.
Der weitere Umfang der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird aus der nachfolgend gegebenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich. Jedoch sollte es selbstverständlich sein, dass, während vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt werden, die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur als Veranschaulichung angegeben werden, da mehrere Änderungen und Modifikationen innerhalb des Sinns und Umfangs der Erfindung für fachkundige Personen aus dieser ausführlichen Beschreibung offensichtlich werden.
Beispiele der Erfindung
Ausführungsformen dieser Erfindung beginnen, einen leichten und standardisierten Anschluss an ein supraleitendes Kabel (AC oder DC) bereitzustellen, einschließlich Strom in das und aus dem Kabel, geregelte individuelle Kühlung des Kabels, dem Kabelendabschnitt, den Strombändern und dem Inneren des Anschlussgehäuses. Weiter kann die Kompensation von Kabel und thermischer Abschlusskontraktion, ein leichter Zusammenbau sowie effektive Kosten und effektive Herstellung der Abschlusseinheit(en)/Module durch die Erfindung erleichtert werden.
1 ist eine Schnittdarstellung eines koaxial angeordneten mehrphasigen (hier Triax) Kabels 100, das N = 3 Phasen und ein Neutralleiter (Schirm) umfasst, der sich exzentrisch in einer thermisch isolierenden. Hülle 102C befindet. Die drei Phasen (bezeichnet als Phase 1, 2, 3 oder 100R, 100S, 100T) und der Neutralleiter sind konzentrisch umeinander herum platziert. In diesem Fall ist die zuinnerst befindliche Phase die Phase 1, die in der Mitte befindliche Phase die Phase 2 und die äußerste Phase die Phase 3, welche vom Neutralleiter umgeben ist, und schließlich die thermisch isolierende Hülle, 102C. Das Kabel 100 wird mit einer Kühlflüssigkeit 101, z. B. flüssigem Stickstoff, imprägniert, indem der Raum zwischen der inneren Wand der thermisch isolierenden Hülle und der Mittelöffnung des Kabels (d. h. inneres Volumen des zentralen Formers 103, der hier Phase 1 trägt) mit einer Kühlflüssigkeit 101 gefüllt wird. Zwischen jeder Phase und zwischen der Phase 3 und dem Neutralleiter ist ein kryogenes Dielektrikum aufgebracht. Diese Erfindung gilt sowohl für AC- als auch DC-Kabel. Das Kabel ist z. B. für die DC-Übertragung anwendbar, wenn die drei Phasen durch Minus (Phase 1), Null (Phasen), Plus (Phase 3) und Neutralleiter ersetzt werden.
Um die eher komplexe Struktur abzuschließen, sind Ausführungsformen dieser Erfindung konzipiert, mehrere Probleme im Zusammenhang mit dem Abschließen der elektrisch leitenden sowie thermisch isolierenden Schichten zu adressieren und zu lösen. Eine Ausführungsform einer Abschlusseinheit ist in gezeigt, wo alle Phasen (hier 3) und der Neutralleiter in einem vollständigen Aufbau abgeschlossen sind. 2 zeigt ein vollständig vakuumisoliertes Abschlusseinheits-(könnte alternativ oder außerdem schaumisoliert sein)-Gehäuse 202 mit einer optionalen thermischen Kompensation 221 zwischen den sequenziell abgezweigten Phasen oder dem Neutralleiter. Weiter sind alle Hauptkörperabzweige (d. h. die Teile der thermisch isolierenden Hülle, die von der Längsrichtung des Kabelendabschnitts abzweigen) (hier) bei Erdpotenzial und bei 90° zur Längsrichtung des Kabelendabschnitts ähnlich. Alternativ könnten die Abstandhalter unterschiedlich sein (z. B. zwischen dem Neutralleiter und den elektrischen Phasen), indem sie z. B. individuell angepasst und zur Längsrichtung des Kabelendabschnitts nicht notwendigerweise senkrecht sind. Oben auf allen 4 Zweigen ist ein zwischenstehender Abschnitt 211 mit der Funktion befestigt, den Flüssigkeitsstand zu steuern sowie einen thermischen Stützanker bei Umgebungs- oder erhöhter Temperatur für den elektrischen Isolator sicherzustellen, 212. Über dem thermischen Ankerabschnitt 211 ist ein elektrischer Standardisolator 212 aufgebracht. Das ist (hier) beim Neutralleiter ausgelassen. Über dem elektrischen Isolator 212 ist die Stromleitung in einer oberen Schraube abgeschlossen, 214, bei Umgebungstemperatur und bei Netzspannung innerhalb der optionalen warmen Abdeckung 213. Die Stromleitung kann einen flexiblen Abschnitt umfassen (vgl. z. B. 714 bei 7). Zwischen unterschiedlichen Teilen der verzweigten elektrischen Phasen oder des Neutralleiters sind Dichtflansche 222 montiert (vgl. z. B. zwischen einem Abzweig des Anschlussgehäuses 202 und einem thermischen Ankerabschnitt 211, zwischen einem thermischen Ankerabschnitt 211 und einem warmen Deckelelement 213 und zwischen einem warmen Deckelelement 213 und einer oberen Schraube 214). Die thermisch isolierende Hülle 202D verbunden mit einem Kryostat 202C wird als modular aufgebaut und 4 identische T-Profile umfassend gezeigt. An beiden Enden sind besondere Teile nötig, an der Schnittstelle zum Kabel ein Übergangsstück 225 und am anderen Ende ein schließendes Endstück, um die thermisch isolierende Hülle 202D in der Längsrichtung des Kabelendabschnitts abzuschließen, wobei beide Teile optional Ein- als auch Auslässe für Kühlflüssigkeit und/oder Überwachungssensoren 281 beherbergen. Weiter ist ein optional bewegliches Tragwerk 298 gezeigt, das Laufräder oder Stütztrollen umfasst, um der Abschlusseinheit zu gestatten, sich zu bewegen und sich dadurch an Wärmeausdehnung oder Schwindung des Kabels anzupassen. Wie man sehen kann, sind aufgrund dieser T-Profil-Struktur die Abzweigstromleitungen in den Abzweigen von der Wärmeisolierungshülle durch individuelle elektrische Isolatoren individuell isoliert. Das Abschlussgehäuse 202 und die individuellen Isolierungen, die die Zweige isolieren, bilden hier die gesamte thermische Hülle 202D.
Bei dieser Ausführungsform besitzt das T-Gehäuse ein Übergangsstück 225, 2, das die Abschlusseinheit mit der thermischen Kabelhülle verbindet. Dieser Übergangsabschnitt kann individuell vor Ort evakuiert werden, sodass die Abschlusseinheit und der Kryostat vorgefertigt und vorevakuiert sein können. Das Übergangsstück kann schaumisoliert als auch vakuumisoliert sein.
Andere Ausführungsformen einer Abschlusseinheit sind in 3 und 4 gezeigt, wo der modulare Ansatz herausgestellt wird. In diesem Fall ist das Konzept, eine vollständige Kabelabschlusseinheit zu bilden, indem eine Anzahl (z. B. 2 oder 3 oder 4 oder mehr) ähnlicher Module verbunden werden und damit die Herstellungseffizienz verbessert wird. Jedes modulare Hüllenelement 302, 402 ist mit einem Dichtflansch 322, 422 an jedem Ende versehen, um mit einem anderen Hüllenelement gekoppelt zu werden. Jedes modulare Hüllenelement hat ein oder mehrere Ein- und/oder Auslässe für Kühlflüssigkeit und/oder Überwachungssensoren 381, 481.
3 zeigt vakuumisolierte modulare Abschlussgehäuse 302. In diesem Fall sind die Zweige für die elektrischen Phasen (zwei ganz rechts) identisch, aber zu dem des Neutralleiters (ganz links) unterschiedlich. Optionale Kompensationselemente zur thermischen Kontraktion 321 sind an verschiedenen Positionen am Abschlussgehäuse 302 gezeigt. Jeder Abzweig ist mit einem Flüssigkeitsstand-Kontrollabschnitt gekoppelt, der einen thermischen Stützanker bei Umgebungstemperatur 311 über einen Dichtflansch 322 umfasst, welcher wiederum (auch über einen Dichtflansch 322) mit einem elektrischen Isolator-Abschnitt 312 gekoppelt ist. Der elektrische Isolator-Abschnitt 312 ist optional und abhängig von der Funktion (Neutralleiter oder Phase) und abhängig von der Anschlussspannung enthalten. Über dem elektrischen Isolator, auf hohem Potenzial, befindet sich die Stromabschlussabdeckung 313, welche mit einer oberen Schraube 314 über einen Dichtflansch 322 gekoppelt ist.
4 zeigt eine Ausführungsform des modularen Ansatzes, wo die Abzweige minimiert sind, d. h. wo der Kalt-zu-Umgebungstemperatur-Übergang in den Spannungsübergang integriert ist, Isolator 412. Weiter zeigt sie, dass die unterschiedlichen Abschnitte (Flüssigkeitsstand und thermischer Ankerabschnitt 411, elektrischer Isolatorabschnitt 412 und Stromanschlussabdeckungselement 413) unterschiedlich verbunden werden können.
5 zeigt den thermischen Ankerabschnitt 511 bei Umgebungstemperatur und bei Erdpotenzial implementiert durch ein Heizgerät 585. Alternativ wird diese Ausführungsform durch irgendeine Kombination eines geregelten Heizgeräts, einer Wärmestrahlungsquelle, einer Infrarotlampe, eines Ventilators, Kühlrippen oder Ähnlichem realisiert.
6 demonstriert die Anwendung von Wärmesensoren 684, Flüssigkeitsstandanzeige 682, Druckmesser 683 sowie Vakuummesser 681 für die Vakuumisolation. Auf ähnliche Weise könnte ein Strömungswächter in der Nähe von oder in einem neutralen Abzweig angewendet werden. 601 ist die Kühlflüssigkeit. Der Endabschnitt des Kabels ist durch das Bezugszeichen 600 bezeichnet. Die Stromleitung 614 ist als mit einer Strommuffe 616 zu verbindend gezeigt, die elektrischen Kontakt mit der Kontaktfläche der elektrischen Phase (oder dem Neutralleiter) über eine Stromklemme 615 aufweist, die darum herum montiert ist und elektrischen Kontakt zur Strommuffe 616 aufweist.
7 zeigt Einzelheiten einer flexiblen Abzweigstromleitung. Das Element ist aus mehreren Teilen und Abschnitten aufgebaut, um die Installation der Abzweigstromleitung zu erleichtern. Das hindert jedoch die Abzweigstromleitung nicht daran, in einem vollständigen zusammengebauten Teil implementiert zu werden. In diesem Fall wäre es jedoch notwendig, das Abschlussgehäuse um das Strom- und Spannungselement herum vor Ort aufzubauen anstatt, wie in diesem Fall, die unterschiedlichen Teile und Abschnitte innerhalb des fertiggestellten Abschlussgehäuses und der Isolation einzusetzen und zu verbinden. In 7a besteht die Stromleitung aus einem steifen Teil 714C, einem flexiblen Teil 714B, um die thermische Kontraktion zu kompensieren, einem oberen Schraubenteil 714A, der einen Standardanschluss mit dem Netz begründet, einem luftdichten oberen Schraubendurchgang 722, der eine Druckdifferenz zwischen intern und extern ermöglicht und einer Stromleitung, die mit einer Stromklemme 715 verbunden ist. Leicht zugängliche Anschlüsse 714D zwischen dem flexiblen Teil 714B und den steifen Teilen 714A und 714C der Stromleitung werden gezeigt und können durch einen entfernbaren Deckel in 713 implementiert werden, vgl. 7b.
Individuell können diese Teile optional mit Schrauben oder durch Löten/Hartlöten/Schweißen oder Kleben verbunden werden. Der Sitzflächenbereich ist maximiert, um einen Anschluss mit niedrigem Widerstand zu erhalten. In der Ausführungsform kontaktieren die Stromklemmen 715 mit der Strommuffe 716, welche der tatsächliche Stromabschluss eines Phasenleiters ist. In diesem Fall sind die Strommuffe und der Phasenleiter durch Löten verbunden. Bei dieser Ausführungsform wird der Anschluss zwischen der Strommuffe und der Klemme sowie zwischen der Klemme und der Leitung hergestellt, indem die Elemente zusammengeschraubt werden. Bei einer anderen Ausführungsform können dieselben Teile durch Löten verbunden sein, jedes der Teile kann ausgelassen sein oder jede Kombination von Löten und Verschrauben kann angewendet werden, um den Verbindungswiderstand zu minimieren und einen leichten Zusammenbau bereitzustellen. In diesem Beispiel sind alle Teile aus Cu hergestellt, sie könnten aber auch aus jedem anderen Material oder jeder Materialverbindung mit einem angemessenen elektrischen Widerstand bestehen (einschließlich bei kryogenen Temperaturen).
8a zeigt ein Modul, das ein Stromabzweigelement einer Abschlusseinheit bildet, die den Kabelendabschnitt 800, eine Muffe 816, eine Klemme 815, einen Stromleitungssitz (Stromleitungsgrundplatte) 814, 814E und alternative Einrichtungen für den Wärmeaustausch in Form von Kühlkanälen, 818, umfasst. Der elektrische Phasenleiter und die Muffe sind durch Löten verbunden. Die Muffen, die Klemmen und die Stromleitungen können für alle Phasen ähnlich sein.
Bei der Erd- und/oder Neutralleiterverbindung können diese Teile ähnlich sein, sie werden aber typischerweise von einer schlankeren Konstruktion sein, um Wärmeaustritte aus dem Umgebungsabschnitt zum kryogenen Abschnitt zu minimieren. In Zusammenhang mit allen elektrisch leitfähigen Teilen kann jeder von ihnen unabhängig ausgelassen sein, durch Löten, Hartlöten, Schweißen, Schmelzen, Verkleben, Explodieren oder irgendeine andere chemi-physikalische Weise oder durch Schrauben, Klemmen oder irgendeine andere mechanische Weise verbunden werden. Um den elektrischen und/oder mechanischen Kontakt zu verbessern, können die Teile oberflächenbehandelt sein, um ein spezielles Erscheinungsbild zu erhalten und/oder beschichtet sein, um Korrosion oder chemisorbierte Verunreinigung zu hemmen.
In 8b ist ein Beispiel zur Strommuffe angeführt, die an, die supraleitenden Bänder angepasst ist, was die mechanische Beanspruchung minimiert sowie den elektrischen Kontakt optimiert, indem eine glatte konische Schnittstelle zwischen Leiter 800 und Strommuffe 816 besteht (vgl. linker Teil der Muffe 816). In diesem Beispiel ist die Verbindung durch Löten hergestellt. Die Muffe ist um den darunterliegenden Teil (Phase oder Former) positioniert und zentriert mit einem regulierenden Einsatz 817, der aus faserverstärktem Polymer (FRP) oder einem anderen elektrischen bei niedriger kryogener Temperatur betriebsfähigen Isoliermaterial hergestellt sein könnte. Bei dieser Ausführungsform kann der regulierende Einsatz auch einen adaptiven Einsatz bilden und dem Zweck dienen, eine gleiche radiale Abmessung zur Strommuffe 816 zu präsentieren, sodass dieselbe Muffeneinheit für alle Phasen sowie für den Erdanschluss (Nullanschluss) verwendet werden kann. Häufig kann die Erde jedoch anders konzipiert sein. Die Klemme besitzt longitudinale Bohrungen 818, um Kühlflüssigkeit 801 hindurchzulassen. Auf diese Weise dienen die Klemmen als Wärmetauscher und letztendlich als effizienter thermischer Stützanker bei kryogenen Temperaturen. Alternativ könnten die Bohrungen und dadurch der thermische Stützanker im Stromleitungssitz 814E, in der Muffe 816 oder irgendeiner Kombination von Positionen lokalisiert sein (vgl. 8a). Wie angezeigt kann die Schnittstelle zwischen Stromleitungssitz 814E und Oberteil 815A der Stromklemme zickzackförmig sein.
9a zeigt ein einfaches Feldsteuersystem, das ein elektrisches Feldsteuerungselement 956 z. B. in der Form einer metallisch oder halbleitenden Fläche umfasst. Das Feldsteuerungselement ist galvanisch verbunden 957 mit dem Phasenpotenzial des Kabelleiters 900R und definiert dadurch ein äquipotenziales Volumen, das Kühlflüssigkeit 901 und das Kühlmittel 918 enthält. Kühlmittelfluss-Führungsrohre 950 leiten einen Teil des Kühlmittels 901 durch das äquipotenziale Volumen.
In 9b ist das Feldsteuersystem in Form eines elektrischen Feldsteuerungselements (956, 951, 952) aufgebaut aus Einzelteilen bereitgestellt, um die Installation zu erleichtern und die Funktionen jedes Elements zu trennen. Abgesehen vom typischen Dielektrikum des Kabels, 957, besteht das Dielektrikum des Abzweigs aus dem regulierenden Einsatz 917. (der elektrisch isolieren kann) zwischen dem Leiter 900 und Muffe 916, einem vorgefertigten waagrechten Dielektrikum 950 hergestellt aus z. B. G10-artigem faserverstärktem Epoxid-Plastik, das ein zusammengesetztes Dielektrikum zusammen mit der Kühlflüssigkeit bildet und den Kühlmittelfluss leitet. In dieser Darstellung bildet das Element 950 auch einen longitudinalen Distanzhalter/Abstandhalter zwischen zwei Phasen oder von Phase zu Neutralleiter. Dadurch kann im Wesentlichen der gleiche longitudinale Abstand zwischen den Kontaktflächen erreicht werden. Ein vorgefertigtes vertikales Dielektrikum 952, hergestellt aus z. B. G10, befindet sich zwischen der vertikalen Abzweigwand des Abschlussgehäuses 902 und der Stromleitung 914. Das Element 952 weist das Feldsteuersystem auf, das ein oder mehrere Elemente wie beispielsweise eine Metallauflage auf der Innenseite/Hochspannungsseite 956, erweiterte Kriechstrecken in der Schnittstelle 958 zwischen 952 (G10) und 951 (ULTEM^TM) umfasst. Es gibt einen Füllstoff auf der Innenseite 954 und auf der Außenseite 953 des vertikalen Dielektrikums 952 sowie eine Zentrierung und ein Befestigungsmittel 955. Zwischen dem vertikalen Dielektrikum 952, dem äußeren 953 und inneren 954 Füllstoff befindet sich Kühlflüssigkeit, wobei die Flüssigkeit auch optional das Dielektrikum und/oder den Füllstoff imprägniert. Das waagrechte Dielektrikum 951 (ULTEM^TM) hat eine Doppelfunktion als Erleichterung des Übergangs von Phase zu Erde (Gehäuse) von einer Phase (z. B. 900R) und gleichzeitig als Teil des zusammengesetzten Dielektrikums (Dielektrikum 950, 951 und Kühlflüssigkeit 901) und den Feldsteuerungselementen (956) des Übergangs zwischen einer Phase (900R) und der nachgeschalteten Phase (900S) des Leiters 900. Weiter stellt das Element 951 eine erhöhte Kriechstrecke an der waagrechten Öffnung 959 bereit. Es gibt Feldsteuerungselemente integriert im adaptiven Einsatz 917E (Kantenform) und der Strommuffe 916E (Kantenform).
Die Einzelteile des Spannungsabzweigelements in 9b sind entweder aus demselben dielektrischen Material oder einer Kombination aus unterschiedlichem dielektrischen Material hergestellt. Die Spannungsabzweiganordnung (951 + 952 + 956) und die Stromabzweiganordnung (916 + 915 + 914) sind integriert und stellen zusammen ein äquipotenziales Volumen bereit, das die Einrichtung für den Wärmeaustausch, 918, zwischen der Kühlflüssigkeit, den Kontaktflächen und der Grundplatte der Stromleitung enthält. Die Teile unterstützen einander mechanisch.
In den 10, 11a und 11b sind zwei Ausführungsformen des Kühlflüssigkeits-Ein-/Austritts gezeigt. In 10 wird die Kühlflüssigkeit mit der Option eingebracht, den zentralen Fluss in Beziehung zum ringförmigen Fluss anzupassen. Mit den Steuerventilen 1086 ist es möglich, die Kühlflüssigkeit zur Mitte, 101c (1) des Leiters und/oder zum Anulus 101a (1) zwischen Leiter und thermischer Hülle zu leiten. Weiter wird die Kühlflüssigkeit zur Kühlung des Kabels sowie der Kühlung des Abschlussteils verwendet.
In 11a ist eine Ausführungsform implementiert, wo der Abschluss eine Gegenstromkonfiguration für das Kabel bereitstellt. Die warme Kühlflüssigkeit vom Kabel wird durch 1187g in der Nähe des Neutralleiters extrahiert. Nahe bei wird kalte Kühlflüssigkeit durch 1187f in einer separaten ringförmigen Strömung durch den Anschluss eingebracht. Der zentrale Fluss wird in das Abschlussende, 1186f eingebracht. Im Fall, dass das Ventil 1186f geschlossen ist, würden das Kabel und der Abschluss mit der stockenden Kühlflüssigkeit in der Mitte arbeiten. Der Vorteil dieser Zufuhr- und Rücklaufkonfiguration besteht darin, dass die durch den Abschluss abgeleitete Last nicht durch das Kabel geführt wird und deshalb ein erhöhtes thermisches Fenster für das Kabel bereitstellt.
In 11b ist die Gegenstromkonfiguration des Kabels am entgegengesetzten Ende des Kabelsystems implementiert. Die Kühlflüssigkeit wird in der Nähe der Neutralleiter-Stromleitung 1187f eingebracht und spaltet sich dann in die Kabelringströmung und eine separate Ringströmung durch den Abschluss auf. Der zentrale Fluss des Kabels und die Ringströmung des Anschlusses werden vom Abschlussende durch das Ventil 1186f und 1186g extrahiert. Im Fall, dass das Ventil 1186f geschlossen ist, würden das Kabel und der Abschluss mit der stockenden Kühlflüssigkeit in der Mitte arbeiten. Der Vorteil dieser Zufuhr- und Rücklaufkonfiguration besteht darin, dass die durch den Anschluss abgeleitete Last nicht durch das Kabel geführt wird und deshalb ein erhöhtes thermisches Fenster für das Kabel bereitstellt. Ein optionaler Kühler 1188 ist gezeigt, um die Kühlflüssigkeit zu regenerieren.
12 zeigt einen optionalen Adapter oder ein Übergangsstück, 1225, das den Abschluss 1202 mit dem Kryostat 1202C verbindet. Der Adapter 1225 umfasst eine optionale Kompensation der thermischen Kontraktion 1221D und das Unterdruckventil und/oder die Messung 1281. Bei dieser Ausführungsform ist das Übergangsstück 1225 vakuumisoliert, es kann jedoch auch schaumisoliert sein oder eine Kombination aus Schaum- und Vakuumisolierung aufweisen.
13 zeigt interne Klemmen, 1318, die mechanisch das Kabel in Bezug auf den Anschluss 1302 befestigen. Bei dieser Ausführungsform befindet sich die mechanische Befestigung im Kryostat zum Abschlussadapter, 1325, es könnte sich jedoch leicht auch im neutralen Abschnitt des Abschlusses 1302 oder einem anderen Abschnitt bei Erdpotenzial befinden, wo die mechanische Befestigung die elektrische Isolierung nicht beeinträchtigt. Alternativ könnte die Befestigung in einem dielektrischen Material gefertigt und in den anderen Komponenten der elektrischen Isolierung integriert sein.
14 zeigt den internen Teil eines Endabschnitts einer Phase 1400R, S oder T oder Neutralleiters, wo der Former 1400f mechanisch durch einen Versteifer 1419 unterstützt wird.
Der Versteifer 1419 kann zylindrisch symmetrisch und hohl sein, um den Fluss der Kühlflüssigkeit zu ermöglichen, oder er kann fest sein und verhindert somit jeden Fluss durch die Mitte des Kabelendabschnitts.
15A und 15B zeigen eine einzelne Phase oder Neutralleiter, wo die HTS-Bänder/Drähte 1500 und/oder die Cu-Bänder/Drähte 1500 mit der Muffe verbunden sind, 1516. In 15B ist die Muffe 1516 im Detail gezeigt und verdeutlicht den terrassenartigen Verbindungsbereich, der angepasst werden kann, je nachdem, ob es eine Verbindung mit HTS-Bändern/Drähten oder mit Cu-Bändern/Drähten ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel mit Überlappungsregion angeführt, die 2 cm für Cu und 5 cm für HTS-Bänder/Drähte beträgt. Die Schritthöhe der Terrassen kann optional an die Dicke der verwendeten HTS- oder Cu-Bänder/Drähte angepasst werden. Weiter ist der adaptierende Einsatz 1517 gezeigt, der entweder um eine darunter liegende elektrisch isolierende Nachbarphase oder alternativ um den zentralen Former herum lokalisiert ist.
16 zeigt das Konzept von vorgefertigten regulierenden z. B. adaptiven Einsätzen, 1617, die an den Radius von unterschiedlichen Phasen- oder Neutralleitern angepasst werden können, die exponiert sein können. Der adaptive Einsatz kann z. B. mit G10 gefertigt sein. Der adaptive Einsatz 1617 präsentiert für die überlagernde Strommuffe, 1616, eine gleichförmige Abmessung, sodass eine einzelne Muffenform zu allen Phasen und Neutralleitern passt sowie in vollständig unterschiedlichen Kabelabschlüssen verwendet werden kann, solange der Hochspannungsteil und die Nennströme innerhalb vernünftiger ähnlicher Bereiche liegen. Alternativ kann die Strommuffe 1616 als ein adaptiver Teil gefertigt sein und daher gegenüber der Stromklemme 1615 eine gleichförmige Abmessung präsentieren. Weiter weist die Strommuffe 1616 eine Oberflächendeckung mit der Stromklemme 1615 auf, die länger ist als die Stromklemme, was einen limitierten Bereich an longitudinaler Freiheit ermöglicht, um die Stromklemme und dadurch die Stromleitung zu positionieren.

Einige vorteilhafte Ausführungsformen sind im Vorstehenden gezeigt worden, aber es ist zu betonen, dass die Erfindung nicht auf diese begrenzt ist, sondern auf andere Arten und Weisen innerhalb des in den folgenden Ansprüchen definierten Themas verkörpert werden kann. Die Beispiele sind für ein 3-phasiges Kabel (Triax) gezeigt, sie können aber leicht auf irgendeine andere Zahl an elektrischen Phasen modifiziert werden. Bezugszeichenliste:

100, 700	Triax-Kabel
100R, 200R, 800R, 900R, 1400R, 1500R, 1600R	Phase 1
100S, 200S, 800S, 900S, 1400S, 1500S, 1600S	Phase 2
100T, 200T, 800T, 1400T, 1500T, 1600T	Phase 3
101, 601, 801, 901, 1001, 1101, 1301, 1401, 1501	Kühlflüssigkeit
102C	Thermoisolierende Hülle
103	Zentraler Former
200	Innenleiter
202, 302, 402, 502, 802, 902, 1002, 1102, 1202, 1302	Abschlussgehäuse
202C, 1102C, 1202C, 1302C	Kryostat
202D	Thermoisolierende Hülle
211, 311, 411, 511, 611	Thermischer Anker
212, 312, 412, 512, 612, 712	Elektrischer Isolator
213, 313, 413, 513, 613	Warmes Deckelelement
214, 314, 414, 514	Obere Schraube
221, 221D, 321, 421, 521, 621, 821	Thermische Kompensation (Kontraktion)
222, 322, 422, 522, 622	Dichtflansche
225	Übergangsstück
281, 381, 481, 681, 1281, 1381	Vakuumventil und/oder Überwachungssensoren
298	Optional bewegliches Tragwerk
585	Heizgerät
600, 800, 1000, 1100, 1300, 1400, 1600	Endabschnitt des Kabels, Leiter
614	Stromleitung
615, 715, 915, 1615	Stromklemme
616, 716, 816, 916, 1516, 1616	Strommuffe
682	Flüssigkeitsstandanzeige
683	Druckmesser
684	Wärmesensoren
701	Kühlflüssigkeit (z. B LN₂)
713	Entfernbarer Deckel
714A	Oberer Schraubenteil der Stromleitung
714B	Flexibler Teil der Stromleitung
714C	Steifer Teil der Stromleitung
714D	Leicht zugängliche Anschlüsse
722	Luftdichter oberer Schraubendurchgang
814, 914, 1014, 1514	Stromleitungssitz, Stromleitung
814E, 914E	Stromleitungsgrundplatte
815A, 1515A	Oberteil der Stromklemme
815B, 1515B	Unterteil der Stromklemme
817, 917, 1517, 1617	Regulierender, adaptierender Einsatz
818, 1018	Kühlkanäle, longitudinale Bohrungen
850, 950, 1550	Mittel zur Strömungsführung oder -hemmung
916E	Strommuffe (Kantenform)
917E	Adaptiver Einsatz (Kantenform)
918	(integrierter) Wärmetauscher in jedem Stück oder in Kombination
950	Vorgefertigtes waagerechtes Dielektrikum
951	Waagrechtes Dielektrikum (ULTEM^TM)
952	(Vorgefertigtes) vertikales Dielektrikum
953	Außenseite
954	Innenseite
955	Zentrierstück
956	Elektrisches Feldsteuerungselement
957	Galvanische Verbindung
958	Schnittstelle
959	Waagrechte Öffnung
1086	Kontrollventile
1186f	Ventil (Eingang, Abschlussende)
1186g	Ventil (Ausgang, Abschlussende)
1187f	Ventil (Eingang in Nähe des Neutralleiters)
1187g	Ventil (Ausgang in Nähe des Neutralleiters)
1188	Optionaler Kühler
1221, 1221D, 1321, 1321D	Thermische Kontraktionskompensierung
1225, 1325	Abschluss zur Kryostat Adapter/Schnittstelle
1318	Klemmen für mechanische Stabilität
1400f	Former
1419	Versteifer
1500	HTS-Bänder, Cu-Bänder

Figurenliste:

Nr.	Titel	Funktion
1	Querschnitt eines Triax-Kabels und einer Thermischen Hülle	Strom leiten
2	Abschlusseinheit	Abschliessen eines supraleitenden Multi-koaxial/Triax-Kabels
3	Abschlusseinheit	Modularer Aufbau einer Abschlusseinheit für Multi-koax/Triax-Kabel
4	Abschlusseinheit	Modularer Aufbau eines Koax-Kabels (einzelne Phase)
5	Abschlusseinheitmodul	Thermischer Umgebungsanker, bzw. Umgebungstemperaturanker
6	Abschlusseinheitmodul	Sensoren und Diagnostik
7	Flexible Stromleitung	Erlaubt Flexibilität der Stromleitung
8a	Schema eines Stromabzweigelements	Thermischer Anker, kalte Stromeinbringung
	i	Stromzuführung-Leiterschnittstelle entweder mit 814E, 815A/815B, 816 oder mit einer Kombination daraus
	ii	Wärmetauscher in 815A/815B oder in einem davon
	iii	Beispiel eines Wärmetauschers in 814E oder 815A oder 816 oder einer Kombination daraus
	iv	Beispiel eines Wärmetauschers in der Schnittstelle oder Verbindung zwischen zwei Elementen, z. B. 814E und 815A
8b	Stromabzweigelement (Detail)	Thermischer Anker, kalte Stromeinbringung
	i
	ii	Alternatives Beispiel einer Verbindung zwischen 814E und 815A
9a	Spannungs-T Schema	Elektrische Feldsteuerung 956, um Stromabzweigelement, Position des Wärmetauschers 918
9b	Spannungs-T Beispiel einer detaillierten Ausführungsform	Elektrische Feldsteuerung 956 um Stromabzweigelement und integrierter Wärmetauscher 918
10	Flüssigkeit Ein-/Austritt	Kontrolle des Flüssigkeitsein-/-austritts des zentralen und/oder ringförmigen Kabelraumes
11a	Flüssigkeit Ein-/Austritt (Zufuhrende)	Kontrolle des Kühlflüssigkeitsein-/- austritts aus dem Kabel und Individualabschluss
11b	Flüssigkeitsein-/-austritt (gegenüberliegendes Ende)	Kontrolle des Kühlflüssigkeitsein-/- austritts aus dem Kabel und Individualabschluss
12	Kryostat-Adapter/Schnittstelle	Passt Kryostat an die Ausmaße des Endabschnitts an. Stellt Vakuumisolierung des Übergangsstück zur Verfügung.
13	Kryostatadapter & Mechanische Befestigung	Liefert Befestigung und Bezug für das Kabel den Endabschnitt betreffend
14	Endabschnitt des Kabels. Versteifer	Liefert mechanische Stabilität des Kabelendabschnittes
15	Muffenlötabschnitt	Liefert sanften und angepassten Übergang von Supraleitern zu normalem Leiter
16	Angleichen von Einsatz und Strommuffe	Liefert gleiche radiale Dimension der Strommuffe und/oder Stromklemme

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2005173149 [0007]
WO 2006/111170 A [0007]
US 6988915 B [0014]
WO 2005/086306 A [0015]
US 6936771 B [0016]
US 2005173149 A [0017]

Claims

Abschlusseinheit, umfassend einen Kabelendabschnitt, wobei der Kabelendabschnitt eine zentrale Längsachse definiert und Endteile von N elektrischen Phasenleitern, einen Endteil eines Neutralleiters und eine umgebende thermische Isolationshülle umfasst, die adaptiert ist, eine Kühlflüssigkeit zu umfassen, wobei die Endteile der N elektrischen Phasenleiter und der Endteil des Neutralleiters jeweils mindestens einen elektrischen Leiter umfassen und im Kabel konzentrisch um einen Kernformer mit einer Phase 1 angeordnet sind, die sich relativ ganz innen befindet, und die Phase N sich relativ ganz außen im Kabel befindet, und wobei Phase N vom Neutralleiter umgeben ist und elektrische Isolierungen zwischen benachbarten elektrischen Phasen und zwischen der Phase N und dem Neutralleiter angeordnet sind, und wobei die Endteile des Neutralleiters und die elektrischen Phasenleiter jeweils eine mit mindestens einer Abzweigstromleitung elektrisch verbundene Kontaktfläche umfassen, um eine elektrische Verbindung bereitzustellen, wobei die Kontaktflächen jeweils eine Längsausdehnung aufweisen und sich sequenziell entlang der Längsausdehnung des Endteils des Kabels befinden, und wobei die Abzweigstromleitungen von der thermischen Isolationshülle durch individuelle elektrische Isoliermaterialien individuell isoliert sind, wobei N gleich oder größer als 2 ist.
Abschlusseinheit gemäß Anspruch 1, wobei der Endteil mindestens eine Stromleitungsbasis umfasst und die Abschlusseinheit so angeordnet ist, dass eine Kühlflüssigkeit Wärme mit der mindestens einen Stromleitungsbasis über die Abzweigstromleitung und über der Kontaktfläche austauscht.
Abschlusseinheit gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, wobei mindestens einer der elektrischen Anschlüsse ein elektrisches Feldsteuersystem umfasst, das die Kontaktfläche vollständig oder teilweise umgibt und ein äquipotenziales Volumen an der entsprechenden Phasenspannung bereitstellt.
Abschlusseinheit gemäß Anspruch 3, wobei das äquipotenziale Volumen eine mit mindestens einem der Elemente verbundene Abzweigstromleitung enthält: eine Stromleitungsbasis, eine Stromklemme und eine Strommuffe, wobei die Abzweigstromleitung letztendlich mit der Kontaktfläche des Neutralleiters oder einem der elektrischen Phasenleiter verbunden ist, und wobei mindestens eines der Elemente vorzugsweise eine Vorrichtung für kalte thermische Verankerung durch Pumpenumlaufkühlung (wie beispielsweise Nuten, Bohrungen, Profile und Flansche) nach und/oder durch die Stromleitungsbasis, Stromklemme, Strommuffe und/oder die Schnittstelle zwischen jedem der Elemente aufweist, wobei der elektrische Phasenleiter vorzugsweise ein Leiter ist, der aus einem supraleitenden, einem hyperleitenden und einem konventionellen Leiter ausgewählt ist.
Abschlusseinheit gemäß Anspruch 4, wobei die Strommuffe eine Muffenkontaktfläche aufweist, um mit einer Abzweigstromleitung elektrisch verbunden zu werden, und wobei das supraleitende Material vom Kabel selbst mindestens teilweise die Muffenkontaktfläche bildet.
Abschlusseinheit nach jedem der Ansprüche 1–5 umfassend mindestens eine Stromklemme von einem mindestens teilweise konventionellen elektrischen Leitungsmaterial, (wie beispielsweise Cu, aber nicht begrenzte darauf), wobei die Stromklemme mit einer Abzweigstromleitung elektrisch verbunden ist und an die Kontaktfläche und/oder die Muffenkontaktfläche geklemmt wird, wobei die Stromklemme vorzugsweise kürzer ist als die axiale Länge der Kontaktfläche und/oder kürzer als die Muffenkontaktfläche.
Abschlusseinheit nach jedem der Ansprüche 1–6 umfassend einen oder mehrere longitudinale Distanzhalter, welche einen festen Abstand zwischen jedem der Abzweigstromleitungen bereitstellen, und wobei die longitudinalen Distanzhalter als Flusssteuerung oder Flusshemmung für die Kühlflüssigkeit fungieren und mindestens einen Teil der Kühlflüssigkeit durch die Wärmeaustauscheinrichtungen in der Nähe der Kontaktfläche oder der Grundplatte der Basisstromleitung leiten.
Abschlusseinheit nach jedem der Ansprüche 1–7, wobei sich die Kontaktflächen des Kabelendabschnitts mit im Wesentlichen gleichem longitudinalem Abstand dazwischen befinden.
Abschlusseinheit gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–8, wobei die thermisch isolierende Hülle, die den Kabelendabschnitt umschließt, modular aufgebaut ist und jedes Modul einen Teil umfasst, um eine Länge des Kabelendabschnitts und mindestens einen Abzweigs, um vom Neutralleiter oder einem elektrischen Phasenleiter abzuzweigen, zu umschließen.
Abschlusseinheit gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–9, wobei mindestens ein Teil der Kühlflüssigkeit auf einen Strömungsweg begrenzt wird, der für die Abschlusseinheit einzigartig ist und den Rest des supraleitenden Kabels nicht passiert.