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Tieftemperaturkabel, insbesondere für die Übertragung hochgespannter
Gleich- oder Wechselströme Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit Tieftemperaturkabelnt
insbesondere für die Übertragung hochgespannter Gleich- oder Wechselströme, bestehend
aus einem inneren, vorzugsweise gewellten Metallrohr zur Aufnahme der isolierten,
elektrischen Leiter und weiteren zu diesem Rohr konzentrischen Metallrohren zur
Wärmeisolierung.
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ur übertragung elektrischer Energie sind bereits elektrische Kabel
bekannt geworden, die hohe Ströme bei äußerst geringen Leistungsverlusten zu übertragen
vermögen. Solche Kabel bestehen aus einem Rohr zur Aufnahme des oder der elektrischen
Leiter und zur gleichzeitigen Führung eines die Leiter auf tiefe Temperaturen haltenden
kühlenden Mediums, beispielsweise flüssigen Wasserstoffes, Stickstoffs oder dergl.
Es sind in dem Rohr mehrere Leiter angeordnet, die beispielsweise auch als Hohlleiter
ausgeführt sein können (DOS 1 640 212); 23" dann sind die Leiter mit einer Isolierung
umgeben, die sie elektrisch von dem umgebenden Rohr und dem jeweils benachbartem
Leiter isoliert. Bei dieser bekannten Anordnung wird während des Betriebes eine
Cryoflüssigkeit, z.B. flüssiger Wasserstoff oder Stickstoffodurch die hohlen rohrförmigen
Leiter in einer bestimmten Richtung gedrückt und damit diese Leiter auf sehr tiefe
Temperaturen gebracht. Da der elektrische Widerstand der beispielsweise aus Kupfer
oder Aluminium
bestehenden Leiter mit abne}mibtIer Temperatur sehr
stark sinkt, ist der elektrische Widerstand von Reinkupfer oder Aluminium bei Temperaturen
in der Nähe des absoluten Nullpunktes nur noch sehr klein. Solche Kabel zeichnen
sich daher durch äußerst geringe elektrische Widerstände und damit dutch wesentlich
verminderte Leistungsverluste bei der Uberbagung elektrischer Energie aus.
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Geht man jedoch index Wahl der Temperaturen so weit, daß bestimmte
Leitermaterialien auf Grund der gewählten Temperatur in den supraleitenden Zustand
übergehen, dann reicht eine solche bekannte Konstruktion wegen der Forderung nach
einer Allgegenwärtigkeit des kühlenden Mediums am elektrischen Leiter nicht mehr
aus.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Kabel
zu schaffen, das zur Ubertragung hochgespannter Gleich- oder Wechseltröme verwendet
werden kann, wobei gleichzeitig eine hohe Effektivität des verwendeten Kühlmediums
sichergestellt ist. Diese Aufgabe wird bei einem Tieftemperaturkabel gemäß der Erfindung
dadurch gelöst, daß die Isolierung des oder E s Voll- oder Hohlstrang ausgebildeten
%elektrischen Leiter aus einer Schicht aus einem Material zelliger Struktur besteht.
Wird ein solches Kabel in supraleitendem Zustand betrieben, d.h. mit einer Füllung
von flüssigem Helium unter einem Druck von z.B.
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5 bis lo atü im innersten Rohr, dann ergibt sich trotzdem bei einer
Hochspannungsbeanspruchung notwendigen großen Abstand zwischen den Leitern untereinander
und den Leitern zum geerdeten Rohr ein verhältnismäßig geringer Bedarf an flüssigem
Helium, da die Schicht zelliger Struktur vom flüssigen Helium durchtränkt wird.
Gleichzeitig kann die Spannungsfestigkeit eines solchen Kabels wesentlich erhöht
werden.
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Damit die Tränkung eines gemäß der Erfindung aufgebauten Kabels in
kürzester Zeit bei hohem Ausfüllfaktor erreicht werden kann, hat es sich in Durchführung
der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, die Schicht aus dem Material zelliger
Struktur mit in LanxsriclltulE des Kabels verlaufanden Kanälen ZU versehen. Diese
Kanäle, die zweckmäßig an der dem Leiter zugekehrten Seite der Schicht angeordnet
sind, sichern eine optimale Tränkung der isolierenden Schicht, da das Helium in
die Kanäle einströmen und von dort den umgebenden Isolierstoff durchtränken kann.
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Als Material zelliger Struktur kann ein geschäumter oder getriebener
Kunststoff mit kleinen dielektrischen Verlusten, z.B. auf der Basis Polyurethan,
wie Moltopren, verwendet werden, der auch den bei hohen Spannungen auftretenden
elektrischen Beanspruchungen gewachsen ist. Eine besonders günstige Durchtränkung
des Materials zelliger Struktur wird noch dadurch erreicht, daß z.B. Schaumstoffe
mit offenen Poren verwendet werden, die das Eindringen von Helium weiter begünstigen.
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Die Erfindung sei an Hand des in den Figuren 1 und 2 als Ausführungsbeispiel
dargestellten Einleiter-Supraleiterkabels näher erläutert.
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Der Stromführende Leiter 1, beispielsweise aus Euter als Trägermaterial
und einer Niob-Zinnschicht als Supraleiter, ist als Hohlleiter ausgebildet, um auch
von innen her eine intensive Kühlung des Leiters beispielsweise durch in den Hohlraum
2 eingebrachtes Helium sicherzustellen. Zur Isolierung gegen das umgebende, gasdichte
und vorzugsweise gewellte Rohr 3 dient eine isolierende Schicht 4 aus einem geeigneten
Schaumstoff, beispielsweise auf der Basis von
Polyurethan, Diese
Schicht 4 weist auf ihrer dem Leiter 1 zugekehrten Seite in Längsrichtung verlaufende
Kühlkanäle 5 auf, die ebenfalls von dem flüssigen Helium dunhströmt werden und sicherstellen,
daß das in die Kanäle 5 eingeführte Helium die Schaumstoffschicht 4 durchdringt.
Zur Beschleunigung des Tränkvorganges weist der Schaumstoff 4 vorzugsweise offene
Poren auf, um so das Eindringen des Heliums zu erleichtern.
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Abweichend von der in der Figur 1 dargestellten Ausführung des in
supraleitendem Zustand zu betnibenden Innenleiters zeigt die Figur 2 einell Anordnung
bei der der Leiter nach der Figur 1 im eingebauten Zustand dargestellt ist. Das
innerste, mit flüssigem Helium gefülltun1den Leiter 1 enthaltende Rohr 3 ist von
dem konzentrisch hierzu angeordneten Rohr 6 größeren Durchmessers durch eine Abstandswendel
7 aus einem geeigneten Isolierstoff und einer thermisch isolierenden Schicht 8,
beispielsweise aus einer Vielzahl Metallfolien oder metallisierter Isolierstoffolien
mit zwischenliegenden Schichten aus einem Glasgewebe getrennt.
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Zweckmäßig wird der Raum zwischen den Rohren 3 und 6 evakuiert und
auf einem Druck gehalten, der kleiner 1o3Torr beträgt. Um sicherzustellen, daß das
in dem Rohr 3 strömende Medium, im Ausführungsbeispiel flüssiges Helium mit einer
Temperatur von 4,2K, auf dieser Temperatur gehalten wird, ist in dem Zwischenraum
zwischen dem Rohr 6 und den nächstfolgenden Rohr 9 eine ZwischenkühlungRbeispielsweise
durch flüssigen Stickstoff mit einer Temperatur von 77Kovorgesehen. Zur Abstandshalterung
der Rohre 6 und 9 dient dabei beispielsweise eine Isolierstoffwendel lo. Die Strömungsverluste
für den flüssigen Stickstoff mit einer Temperatur von etwa 77K können durch geeignete
Ausbildung der Abstandshalterwendel oder auch durch beliebig anders aufgebaute Abstandshalter
geringer Massen auf ein Minimum beschränkt werden.
In dem Raum zwischen
dem Rohr 9 und dem dazu konzentrischen Rohr 11 ist im Ausführungsbeispiel wiederum
eine Isolierstoffwendel 12 vorgesehen, die ganz oder teilweise in einer aus einer
Vielzahl beXispielsweise aus Metall und Isolierstoffolien in abwechselnder Folge
bestehenden thermischen Isolierung 13 eingebettet 6ist. Über dem Rohr li ist dann
in bekannter Weise eine äußere Umhüllung 14 aufgebracht, die aus einem thermoplastischen
Kunststoff bestehen kann und als Schutz gegen äußere mechanische Einwirkungen dient.