DE2140314B2

DE2140314B2 - Schalter mit supraleitenden Teilen

Info

Publication number: DE2140314B2
Application number: DE2140314A
Authority: DE
Inventors: Jean Paris Denel; Jean- Pierre Chatenay-Malbry Krebs; Enrique Villieurs-Sur-Orge Santa-Maria
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1970-08-28
Filing date: 1971-08-11
Publication date: 1979-01-25
Also published as: US3686458A; NL7111663A; JPS544237B1; GB1308279A; CH534439A; DE2140314A1; BE771376A; FR2102916A5; CA932874A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter mit supraleitenden Teilen.

Es ergibt sich mehr und mehr die Notwendigkeit, elektrische Energie einzuspeichern und sie zu einem gegebenen Zeitpunkt und mit sehr kurzer Ansprechzeit in einen Verbraucherstromkreis einzuspeisen. Bekanntlich wird elektrische Energie in Kondensatoren eingespeichert. Hierbei ergeben sich jedoch bestimmte Nachteile wie insbesondere der ziemlich niedrige Wert der eingespeicherten Energie und die ziemlich hohe Zeitkonstante, die bei der Einspeisung der Energie in einen Verbraucherstromkreis auftritt. Im übrigen ist die Verwendung von Kondensatoren von einem bestimmten Wert der einzuspeichernden Energie an übermäßig kostspielig.

Es ist vorzuziehen, die elektrische Energie beispielsweise in einer supraleitenden Wicklung einzuspeichern und sie sodann über einen Schalter mit suoraleitenden Teilen wieder an den Verbraucherstromkreis abzugeben. Supraleitende Schalter bestehen in der Regel aus Teilen, die sowohl leitend gemacht werden können, wenn sie die kritischen Parameter des magnetischen Feldes oder der Temperatur übersteigen, als auch in den supraleitenden Zustand gebracht werden können, wenn ihre Temperatur auf einen Wert gelangt, der unter der kritischen Temperatur liegt Bei einigen dieser Schalter wird eine kombinierte Steuerung durch Temperatur und

ίο magnetisches Feld angewandt In der Regel ist das verwendete Kühlmittel flüssiges Helium, und das supraleitende Teil taucht völlig in dieses Medium ein. Von den bekannten Schaltern ist beispielsweise ein solcher zu nennen, der aus einem geradlinigen supraleitenden Draht besteht, der von einer Steuerwicklung umgeben ist, mit deren Hilfe auf den Supraleiter durch Änderung der Temperatur oder des magnetischen Feldes eingewirkt werden kann, um ihn aus dem supraleitenden Zustand in den leitenden Zustand zu bringen.

Bei einem anderen Schalter bekannter Bauweise wird eine dünne supraleitende Schicht verwendet und das magnetische Steuerfeld wirkt in der normalen Richtung oder in einer zur Oberfläche der dünnen Schicht parallel verlaufenden Richtung.

Ein weiterer bekannter Schalter besteht aus einem supraleitenden Kabel, das ringförmig gewickelt ist und die Steuerung des Obergangs aus dem einen Zustand in den anderen erfolgt mit Hilfe einer Steuerwicklung, wobei die Oberfläche der Windungen dieser Wicklung gleich derjenigen des Querschnitts des supraleitenden Rings durch eine Axialebene ist Die Steuerung erfolgt wie bei den übrigen Schaltertypen durch Änderung der anliegenden Temperatur bzw. des magnetischen Felds.

Der ringartig ausgebildete Schalter ist von höherer Leistungsfähigkeit es treten jedoch technologische Schwierigkeiten auf, insbesondere in bezug auf die elektrische Isolierung der supraleitenden Drähte in der Wicklung; im übrigen müssen die Selbstinduktivität der supraleitenden Wicklung und das magnetische Feld aufgrund dieser Wicklung so schwach wie möglich sein. Im Augenblick der Abgabe der eingespeicherten Energie tritt an den Klemmen des Schalters unter Umständen eine beträchtliche Spannung auf. Die

Selbstinduktivität des supraleitenden Drahtrings muß

daher in bezug auf die Induktivität der supraleitenden

Wicklung in der die elektrische Energie eingespeichert

ist sehr gering sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung vermeidet diese

Nachteile; Gegenstand der Erfindung ist ein Schalter mit supraleitenden Teilen, der ringförmig ausgebildet ist und eine erste Wicklung aus Windungsschichten eines supraleitenden Kabels aufweist, wobei die Windungsschichten die gleiche Achse wie der Ring haben und in Radialrichtung übereinander angeordnet sind und das eine Ende des Kabels der ersten Wicklung die eine Klemme des Schalters und das andere Ende des Kabels die andere Klemme des Schalters bildet der ferner eine zweite Wicklung aus Steuerwindungen aufweist die in einer Radialebene des Rings derart gewickelt sind, daß sie die erste Wicklung umgeben, und bei dem die Oberfläche der Windungen gleich derjenigen des Querschnitts durch eine Axialebene des Rings ist und der Schalter ist dadurch gekennzeichnet daß die Windungsschichten der ersten Wicklung durch ein Isoliermittel eines ersten Typs voneinander getrennt sind, daß die Windungen der ersten Wicklung und das des ersten Typs in ein Materia! eingebettet

sind, das als Träger der supraleitenden Wicklung und des Isoliermittels des ersten Typs dient und daß das Material und das Isoliermittel des ersten Typs sowie die Windungen des supraleitenden Kabels von einer Schicht eines Isoliermittels eines zweiten T> ps umgeben sind.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schalters wird anhand der schematischen Zeichnung beschrieben.

F i g. 1 veranschaulicht eine Draufsicht des erfindungsgenräßen Schalters.

Fig.2 zeigt perspektivisch einen Querschnitt durch eine Axialebene des erfindungsgemäßen Schalters.

F i g. 3 ist ein Querschnitt des Isoliermittels des ersten Typs und des Isoliermittels des zweiten Typs, die in der Technologie des erfindungsgemäßen Schalters verwendet werden.

F i g. 4 zeigt schematisch einen senkrecht zur Achse verlaufenden Schnitt des supraleitenden Kabels.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Ziffern bezeichnet

F i g. 1 ist eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Schalters; dieser besteht aus einer ersten Wicklung von Windungsschichten eines supraleitenden Kabels 1, die derart übereinander angeordnet sind, daß sie einen Ring bilden. Die beiden Enden 2 und 3 der ersten Wicklung bilden die beiden Klemmen des Schalters. Diese Enden 2 und 3 sind einander diametral entgegengesetzt angeordnet um jede Zündung eines elektrischen Lichtbogens zu verhindern. In dieser Figur ist eine zweite Wicklung mit 4 bezeichnet die aus Windungen eines leitenden Materials besteht Diese zweite Wicklung ist eine Steuerwicklung, deren Windungen in einer Radialebene des Rings derart gewickelt sind, daß sie die erste Wicklung umgeben. Die Steuerung des Schalters erfolgt über die Enden 12 und 13 der zweiten Wicklung.

F i g. 2 zeigt perspektivisch einen Querschnitt durch eine Axialeber.e des erfindungsgemäßen Ausschalters. In dieser Figur bezeichnet 5 den vorgenommenen Schnitt, und mit 1 ist die Windungsschicht der ersten Wicklung des supraleitenden Kabels und mit 4 die zweite Steuerwicklung bezeichnet. Die supraleitenden Kabelschichten sind durch einen Isolierstoff 6 eines ersten Typs getrennt und die Windungen des supraleitenden Kabels sowie der Isolierstoff des ersten Typs sind in ein Material 7 eingebettet das als Träger der Wicklung aus supraleitendem Kabel und des Isoliermittels des ersten Typs dient. Dieses Trägermaterial verhindert im übrigen jedes Verschieben der Drähte 10 des supraleitenden Kabels 1 gemäß F i g. 4. Mit 15 ist das Isoliermittel des zweiten Typs bezeichnet, das bandförmig um die supraleitende Wicklung, um den Isolierstoff 6 des ersten Typs und um das Trägermaterial 7 gewickelt ist Dieses Isolierstoffband wird durch Polymerisation bei hoher Temperatur und Vergießen unter Druck erzielt; es handelt sich hierbei beispielsweise um das unter dem Warenzeichen TEFLON bekannte Material. Dieses Band dient zur Isolierung der supraleitenden Wicklung von der Steuerwicklung.

F i g. 3 veranschaulicht im Schnitt das Isoliermittel 6 des ersten Typs und das Trägermaterial 7. Das Isoliermittel 6 des ersten Typs besteht aus einer dielektrischen Schicht 8, bei der es sich beispielsweise um das unter dem Warenzeichen MYLAR bekannte Material handeln kann, die auf ihren beiden Flächen mit einem Glasgewebe 9 bedeckt ist; mit 7 ist das aus Kunstharz, beispielsweise aus einem Epoxydharz bestehende Trägermaterial bezeichnet

F i g. 4 zeigt einen Schnitt des supraleitenden Kabels senkrecht zu dessen Achse. Darin ist mit 1 das supraleitende Kabel bezeichnet das aus mehreren Strängen besteht von denen lediglich drei mit 10 bezeichnete veranschaulicht sind und von denen jeder aus supraleitenden Wendeln 11 besteht In jedem Strang sind die Wendel in einem Trägermaterial 14 hohen spezifischen elektrischen Widerstands eingebettet Der supraleitende Wendel besteht beispielsweise aus einer Niobium-Titan-Legierung, und die Wendel eines jeden Strangs sind in einer Matrize aus einer Kupfer-Nickellegierung eingebettet Das in diesem Beispiel verwendete Kabel besteht aus 27 Strängen, und jeder Strang hat 61 Wendel; bei diesem handelt es sich um ein Litzenkabel. Bei Versuchen mit einem derartigen Kabel wurde in ein Verbrauchernetz eine Energie von etwa 5OkJ einer Stromstärke von 1000A während etwa Ims eingespeist wobei die Anfangsspannung 100 kV betrug.

Die Steuerung des Übergangs aus dem supraleitenden Zustand in den leitenden Zustand erfolgt in diesem Beispiel auf magnetische Weise, und zwar wird ein Magnetfeld in Form eines Impulses ausreichender Amplitude und Dauer an die Enden 12 und 13 der Steuerwicklung angelegt Der Schalter befindet sich dann in gesperrtem Zustand, und die Rückkehr in den supraleitenden Zustand erfolgt dadurch, daß das supraleitende Kabel auf eine Temperatur gebracht wird, die unter der kritischen Temperatur während des Übergangs liegt; der Schalter befindet sich dann im leitenden Zustand. Das in dem Ausführungsbeispiel verwendete Kühlmittel ist flüssiges Helium.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, verläuft die Wicklungsrichtung der supraleitenden Wicklungsschichten abwechselnd entgegengesetzt beispielsweise nach jeweils zwei Schichten, um die Selbstinduktivität der Wicklung sowie eventuell störende Magnetfelder zu unterdrücken.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, reicht das Isoliermittel des ersten Typs beträchtlich über die Ränder jeder Schicht aus supraleitendem Kabel hinaus, um jedes Risiko der Zündung eines elektrischen Bogens zwischen den äußersten Windungen jeder Schicht infolge Durchschlags des Isoliermittels des ersten Typs zu verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schalter mit supraleitenden Teilen, der ringförmig ausgebildet ist und eine erste Wicklung aus Windungsschichten eines supraleitenden Kabels aufweist, wobei die Windungsschichten die gleiche Achse wie der Ring haben und in Radialrichtung übereinander angeordnet sind und das eine Ende des Kabels der ersten Wicklung die eine Klemme des Schahers und das andere Ende des Kabels die andere Klemme des Schalters bildet, der ferner eine zweite Wicklung aus Steuerwindungen aufweist, die in einer Radialebene des Rings derart gewickelt sind, daß sie die srste Wicklung umgeben, und bei dem die Oberfläche der Windungen gleich derjenigen des Querschnitts durch eine Axialebene des Rings ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungsschichten der ersten Wicklung (1) durch ein Isoliermittel (6) eines ersten Typs voneinander getrennt sind, daß die Windungen der ersten Wicklung (1) und das Isoliermittel (6) des ersten Typs in ein Material (7) eingebettet sind, das als Träger der supraleitenden Wicklung (1) und des Isoliermittels (6) des ersten Typs dient, und daß das Material (7), das Isoliermittel (6) des ersten Typs und die Windungen (1) des supraleitenden Kabels von einer Schicht eines Isoliermittels (15) eines zweiten Typs umgeben sind.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Isoliermittel (6) des ersten Typs um eine dielektrische Schicht (8) handelt, die auf ihren beiden Flächen mit einem Glasgewebe (9) überzogen ist.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem als Träger dienenden Material (7) um ein Kunstharz handelt.

4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermittel (15) des zweiten Typs unter Druck vergossen wird.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Windungen der ersten Wicklung (1) periodisch wechselt.

6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das supraleitende Kabel der ersten Wicklung aus Strängen (10) besteht, von denen jeder aus supraleitenden Wendeln (11) gebildet wird.