DE2163270B1 - Stromzuführung fur elektrische Ein richtungen mit auf Tieftemperatur ge kühlten Leitern - Google Patents

Description

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Gasleitung wird aber durch den bekannten Lawinen- Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf

effekt eine hohe Zahl von Ladungsträgern erzeugt, die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausfühdie wiederum eine entsprechende Verminderung der rungsbeispiel einer Stromzuführung nach der Erfin-Durchschlagsfestigkeit des Gases zur Folge haben. dung schematisch veranschaulicht ist. In der Figur ist Es ist somit nicht möglich, einen hohen Potential- 5 das Ende eines Supraleiters mit 2, ein Anschlußstück unterschied allein durch entsprechende Verlange- des Supraleiters an einen Normalleiter mit 4 und ein rung der Gasleitung zu überbrücken. Kühlmediumbad mit 6 bezeichnet, das beispielsweise

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß Helium enthalten soll. Ein Behälter für das Heliumdie Durchschlagsfestigkeit des Kühlgases wesentlich bad 6 ist mit 8 bezeichnet; er schließt zugleich ein aus erhöht werden kann, wenn die Zahl der Ladungsträ- io Lamellen 10 bestehendes Ende eines Normalleiters ger im Gas durch entsprechende Gestaltung der Gas- 12 ein, dessen Anschlußstück mit 14 bezeichnet ist. führung zwischen dem Normalleiter und der Kälte- Zwischen zwei Rohrleitungen 16 und 20 ist der Gasmaschine vermindert werden kann. Diese Aufgabe strom nach der Erfindung auf Einzelgasleitungen 18 wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gas- verteilt. Eine Kältemaschine ist mit 22, eine weitere strom des verdampften Kühlmediums in Einzel- 15 Rohrleitung mit 24 und ein Behälter mit 26 bezeichströme aufgeteilt ist, die jeweils einen Strömungska- net, aus dem das flüssige Kühlmedium 28 über ein nal durchströmen, der von wenigstens zwei Wänden Zuführungsrohr 30 und eine Pumpe 32 sowie eine aus elektrisch isolierendem Material begrenzt ist, de- Zuleitung 34 dem Bad 6 zugeführt werden kann,
ren Abstand nicht mehr als 30 mm, vorzugsweise · Die Kontaktstelle 4 zwischen den Lamellen 10 des nicht mehr als 10 mm, insbesondere nicht mehr als 20 normalleitenden Hochspannungsleiters 12 und dem 3 mm, beträgt. Supraleiter 2 befindet sich in siedendem Helium des

Die Dichte der gebildeten Ladungsträger fällt in Bades 6. Durch die Joulesche Wärme der stromeinem Rohr in radialer Richtung vom Mittelpunkt, durchflossenen Lamellen 10 und die Wärmeeinströwo sie maximal ist, zur Wandung hin stark ab. Eine mung vom Normalleiter 12 über die Lamellen ver-Wand aus elektrisch isolierendem Material hat näm- 25 dampft ein Teil des Heliums. Das Gas steigt zwilich auf das Gas die Wirkung einer Ladungsträger- sehen den Lamellen 10, die es abkühlt, nach oben in Vernichtung. Dieser Wandeffekt wird in der Anord- den als Gaspufferraum wirkenden oberen Teil des nung nach der Erfindung dazu benutzt, die Durch- Behälters 8, von dem es über die Rohrleitung 16 den Schlagsfestigkeit des gasförmigen Mediums zu erhö- Teilkanälen 18 zugeleitet wird. Diese Rohrleiter 18 hen. Es wird deshalb nach der Erfindung der Gas- 30 aus elektrisch isolierendem Material können vorzugsstrom in viele einzelne Strömungskanäle aufgeteilt. weise durch eine pulverförmige Füllung, insbeson-Diese Strömungskanäle können vorzugsweise ähnlich dere Glaspulver oder Glaswolle, in einzelne Kapil-Kapillaren gestaltet sein, deren Durchmesser theore- lare für die Gasströmung aufgeteilt sein. Auf dem tisch die mittlere freie Weglänge der Ladungsträger, Wege durch diese Kapillare werden von den durch das sind für gasförmiges Helium beispielsweise etwa 35 das elektrische Feld gebildeten Ladungsträgern so 10~⁵ cm, nicht wesentlich überschreiten sollte. Man viele durch den Wandeffekt vernichtet und damit die erreicht diesen Wandeffekt jedoch auch schon bei Durschlagsfestigkeit des Kühlgases so weit erhöht, einem größeren Wandabstand, der jedoch 30 mm daß ein Spannungsdurchschlag im gasförmigen Kühlnicht wesentlich überschreiten sollte, insbesondere medium verhindert wird. Das Kühlmedium kann sowenn Mittel vorgesehen sind, die in den Strömungs- 40 mit über die Rohrleitung 20 der Kältemaschine 22 kanälen eine turbulente Strömung erzeugen und da- zugeführt werden, in der es wieder verflüssigt wird durch dafür sorgen, daß auf dem Wege des Gases und über die Rohrleitung 24 dem Vorratsbehälter 26 durch den Strömungskanal eine große Anzahl der zugeleitet wird.

Ladungsträger im Gas gegen die Wand stoßen und Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung

dadurch ihre Ladung abgeben. Man kann beispiels- 45 der Stromzuführung nach der Erfindung besteht weise dem in den Strömungskanal einströmenden darin, daß als oberer und unterer Abschluß der Fül-Teilgasstrom eine Drehströmung verleihen. Ohne lungen für die Rohrleitungen 18 jeweils Filter 17 solche Mittel erreicht man eine wesentliche Vermin- bzw. 19, beispielsweise Glasfritten vorgesehen sind, derung der Zahl der Ladungsträger, wenn das Gas deren Öffnungen vorzugsweise kleiner als die Kördurch rohrförmige Kanäle strömt, deren Durchmes- 5° nergröße des Isolierpulvers der Rohre 18 sein könser nicht wesentlich mehr als 0,3 mm beträgt. Solche nen.

Einzelkanäle für die Teilströmungen können bei- Als Material zur Herstellung der Kapillaren in den

spielsweise durch ein Gittergeflecht in dem Rohrlei- Rohrleitern 18 kann isolierendes Pulver aus Quarz, ter für das Gas erzeugt werden. Ferner können die Keramik oder auch Kunststoff verwendet werden. Gasrohre beispielsweise auch mit einer faserartigen 55 Gut geeignet ist Glaspulver mit einem Korndurch-Einlage in der Form eines Dochtes gefüllt sein. An messer von beispielsweise etwa 50 bis 150 μΐη.
den einzelnen Fasern strömt dann das Gas entlang, Mit einem Durchmesser von weniger als 10 mm,

und man erhält dadurch den Wandeffekt. Darüber insbesondere weniger als 3 mm der Rohrleitungen 18 hinaus können die kapillarähnlichen Strömungska- erhält man auch schon ohne besondere Mittel einen näle auch von den Poren eines elektrisch isolieren- 60 guten Wandeffekt innerhalb der Gasströmung. Bei den, gasdurchlässigen Materials gebildet werden. größeren Rohrdurchmessern oder auch einem größe-Man kann beispielsweise die Strömungskanäle mit ren Abstand der Wände flacher Rohrleiter kann der einem pulverförmigen elektrisch isolierenden Mate- Wandeffekt zweckmäßig dadurch erhöht werden, daß rial füllen, dessen Korngröße so gewählt ist, daß man der Gasstrom entweder schon mit einer turbulenten die erforderlichen kapillarähnlichen Strömungska- 65 Strömung in die einzelnen Rohre 18 eingeleitet wird näle erhält. Auch die Gestaltung der Strömungska- oder können zusätzliche Mittel innerhalb der Rohre näle in der Form des bekannten Molekularsiebs ist 18 vorgesehen sein, beispielsweise eine Spirale, die möglich. dafür sorgt, daß während der Strömung des Gases im

Rohr ein möglichst großer Teil des Gases mit der Wand in Berührung kommt.

Im Ausführungsbeispiel ist eine Stromzuführung beschrieben, die mit flüssigem bzw. gasförmigem Helium gekühlt wird. Es sind aber auch andere siedende Gase zur Kühlung geeignet. Für einen Supraleiter kommt beispielsweise noch Wasserstoff in Frage. Für andere auf Tieftemperatur gekühlte Leiter, wie Aluminium oder Beryllium, können ferner beispielsweise Stickstoff oder Neon verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

tungen, bei welchen die auf Tieftemperatur gekühlten Patentansprüche: Leiter Supraleiter sind, beispielsweise für supralei tende Kabel, Spulen oder Maschinen, bei deren Be-

1. Stromzuführung für elektrische Einrichtun- trieb der Supraleiter auf eine Temperatur unterhalb gen mit auf Tieftemperatur gekühlten Leitern, 5 seiner Sprungtemperatur abgekühlt werden muß. Da deren Ende an einem Normalleiter angeschlossen der Supraleiter schon weit unter Raumtemperatur ist, der in einem Gasstrom eines verdampften seine Supraleitfähigkeit verlieren würde, wird zur Kühlmediums angeordnet ist, dadurch ge- Überbrückung der Temperaturdifferenz elektrisch kennzeichnet, daß der Gasstrom des ver- nomalleitendes Metall, beispielsweise Aluminium dampften Kühlmediums (6) in Einzelströme auf- io oder Kupfer, verwendet, das an einer Stelle mit dem geteilt ist, die jeweils einen Strömungskanal (18) Supraleiter verbunden wird, die jedenfalls auf einer durchströmen, der von wenigstens zwei Wänden Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur des Suaus elektrisch isolierendem Material begrenzt ist, praleiters gehalten wird. Der Normalleiter wird somit deren Abstand nicht mehr als 30 mm beträgt. bis zu der Anschlußstelle kontinuierlich oder stuf en-

2. Stromzuführung nach Anspruch 1, dadurch 15 weise abgekühlt.

gekennzeichnet, daß der Wandabstand des Strö- Man kann beispielsweise das unterhalb seiner

mungskanals weniger als 3 mm beträgt. Sprungtemperatur gehaltene Ende des Supraleiters in

3. Stromzuführung nach einem der An- einem Bad eines kryogenen Mediums, beispielsweise Sprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Heliumbad, anordnen. Der Normalleiter Mittel vorgesehen sind, die eine Drehströmung 20 kann dann an der Anschlußstelle aus Lamellen oder innerhalb des Strömungskanals (18) erzeugen. Netzen bestehen. Eine solche Ausführungsform ist

4. Stromzuführung nach einem der An- bekannt aus »The Rev. of Scient. Instr.«, Vol. 38, Nr. Sprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß 12, Dezember 1967, S. 1776 bis 1779. Durch die Mittel vorgesehen sind, die in den Strömungska- thermischen Verluste der Kontaktstelle wird das flüsnälen (18) eine turbulente Strömung erzeugen. 25 sige Helium verdampft. Das Heliumgas steigt durch

5. Stromzuführung nach Anspruch 1, dadurch die Leiterlamellen oder Drähte oder das Leiternetz gekennzeichnet, daß der Wandabstand nicht aufwärts und führt die Joulesche Wärme und die von mehr als 0,3 mm beträgt. außen einströmende Wärme ab. Hierbei erwärmt sich

6. Stromzuführung nach Anspruch 5, dadurch das Heliumgas etwa auf Raumtemperatur. An der gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle von 30 oberen Kontaktstelle des Normalleiters mit der einem Gittergeflecht gebildet sind. Stromversorgung wird das Heliumgas abgefangen

7. Stromzuführung nach Anspruch 5, dadurch und einer Kältemaschine zur Verflüssigung wieder gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle von zugeführt. Da bei solchen Stromversorgungen der den Fasern eines Dochtes aus elektrisch isolieren- Wärmeinhalt des gasförmigen Kühlmediums gut ausdem Material gebildet sind. 35 genutzt wird, benötigen diese Stromführungen nur

8. Stromzuführung nach Anspruch 5, dadurch einen verhältnismäßig geringen Kühlaufwand,
gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle von den Sollen hohe Übertragungsleistungen erzielt wer-Poren eines elektrisch isolierenden, gasdurchläs- den, bei denen beispielsweise supraleitende Kabel sigen Materials gebildet sind. erst wirtschaftlich werden, so ist man gezwungen,

9. Stromzuführung nach Anspruch 5, dadurch 4° entsprechend hohe Spannungen von beispielsweise gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle von 220 kV und höher zu verwenden. Diese Stromzufühden Körnern eines Pulvers aus elektrisch isolie- rungen sind an einem Ende mit dem tiefgekühlten rendem Material gebildet sind. Leiter kontaktiert, während sich das andere Ende,

10. Stromzuführung nach Anspruch 5, dadurch das an die konventionelle Stromversorgung angegekennzeichnet, daß die Strömungskanäle von 45 schlossen ist, auf höherer Temperatur, vorzugsweise einem Molekularsieb gebildet sind. auf Raumtemperatur, befindet. Das Kühlmittel

11. Stromzuführung nach einem der An- strömt an den Einzelleitern der Stromzuführung entsprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß lang und befindet sich somit in engem Kontakt mit der auf Tieftemperatur gekühlte Leiter ein Supra- dem Leiter, der sich auf Hochspannungspotential beleiter und das Kühlmedium Helium ist. 50 findet. Die Kältemaschine für das Kühlmittel liegt

dagegen im allgemeinen auf Erdpotential. Eine Gasabführung des Kühlmittels vom Hochspannungspotential über ein Isolierrohr ist nicht ohne weiteres

möglich, weil Heliumgas von etwa 300° K eine sehr

55 niedrige Durchschlagsspannung besitzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine abgasgekühlte Stromzuführung so zu gestalten, daß

Die Erfindung betrifft eine Stromzuführung für sie mit hoher Spannung betrieben werden kann und elektrische Einrichtungen mit auf Tieftemperatur ge- eine Übertragung des Kühlgases zur Kältemaschine kühlten Leitern, deren Ende an einem Normalleiter 60 mit wirtschaftlichem Aufwand möglich ist. In der beangeschlossen ist, der in einem Gasstrom eines ver- kannten Anordnung werden in der Abgasleitung zwidampften Kühlmediums angeordnet ist. sehen der oberen Kontaktstelle des Normalleiters mit

Bei elektrischen Einrichtungen mit auf Tieftempe- der Stromversorgung und der Kältemaschine durch ratur gekühlten Leitern muß häufig elektrischer das elektrische Feld freie Ladungsträger gebildet, deStrom dem auf die tiefe Temperatur gekühlten Leiter 65 ren Zahl wesentlich bestimmt wird von dem Potenvon einer auf höherre Temperatur, insbesondere auf tialgefälle und der Länge der Gasleitung. Eine hoch-Raumtemperatur, befindlichen Stelle zugeführt wer- spannungsfeste Stromzuführung erfordert deshalb den. Insbesondere gilt dies für elektrische Einrich- eine entsprechend lange Gasleitung. In einer langen