DE2249801A1

DE2249801A1 - Endverschluss fuer elektrische supraleiterkabelanlagen

Info

Publication number: DE2249801A1
Application number: DE2249801A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Rer Nat Heumann; Helmut Dipl Phys Kuhmann
Original assignee: AEG Telefunken Kabelwerke AG
Current assignee: Kabel Rheydt AG
Priority date: 1972-10-06
Filing date: 1972-10-06
Publication date: 1974-05-09
Also published as: FR2202389A1; DE2249801B2; FR2202389B1; GB1429980A

Description

Kabelwerk Eheydt Akt»-Geso KWR - 8l

Bonnenbroicherstro 2

Endverschluß für elektrische Supraleiterkabelanlagen

Im Zuge der technischen Entwicklung gewinnt die Anwendung von praktisch widerstandslosen leitern, sogenannten Supraleitern, in elektrischen Kabeln insbesondere zur Energieübertragung an Bedeutung. Der Effekt der WiderstandslcsLgkeit oder anders ausgedrückt der Supraleitung tritt bekanntlich bei gleichzeitiger Anwendung von zwei Maßnahmen ein, nämlich erstens der Verwendung von bestimmten Legierungen z.Bο auf Niobiumbasis und zweitens der Kühlung der elektrischen Leiter auf extrem niedrige Temperaturen in der !Nahe des absoluten Temperatur-Kullpunktes, insbesondere/aiLe^esogen9imten Sprungtemperaturen von 20° bis 1 E. Mittels Wasserstoff und Helium lassen sich bekanntlich die !Temperaturbereiche von 20° bis l4° bzw* von 4,2° bis 1° ^E •erreichen»

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, Kabelarinaturen für den übergang von in den Zustand der Supraleitung gebrachten -elektrischen Leitern zu konventionellen widerstandsbehafteten elektrischen Leitern zu schaffen* Diese Aufgabe liegt insbesondere bei Endverschlüssen für Supraleiterabschnitte in Kabelanlagen vor, in denen der

übergang von den unterhalb ihrer Sprungtemperatur gehaltenen Supraleitern auf Anschlußleiter aus normal leiten.¹-dem. Werkstoff, vorzugsweise Kupfer j die sich auf Raumtemperaturbefinden j bewirkt wird«.

Die bisher bekannten, mit Hilfe von sehr kalten Medien durchgefuhtrten Anwendungen von tiefen. Temperaturen bei der Herstellung von Endverschlüssen für elektrische Energieübertragungskabe! dienen aur Lösung anderer Aufgaben« So ist aus DT-IB 58O 084 ein Endverschluß für gas- öder ölgefüllte Hochspannungskabel bekannt, bei dem Metallteile mit verschiedenen Atisdehnungskoeffizienten nach

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Abkühlung mit flüssiger Kohlensäure oder einer anderen sehr Italten Flüssigkeit , gegebenfalls unter Anwendung eines Zwischenstücks, derartig zusammengebaut sind, daß der Endverschluß bei der tiefsten im Betrieb auftretenden Temperatur (z.B· etwa - j50° C) gut abgedichtet ist und sich die Metallteile bei Erwärmung des Endverschlusses infolge ihrer verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten gegeneinanderpressen·, eine keilförmige Ausbildung der zu verbindenden Teile kann dabei zur Erhöhung der Festigkeit der Verbindung dienen ο Ferner ist aus DT-PS 64-4 ein Verfahren zur Herstellung von Endverschlüssen für elektrische Hochspannungsgummikabel bekannt, bei dem die zu bearbeitenden Kabelteile durch Anwendung flüssiger Luft so tiefen Temperaturen ausgesetzt werden, daß sie ihre elastischen Eigenschaften zwecks besserer Bearbeitung zeitweilig verlieren«

Die bekannten Endverschlüsse für Starkstromkabel sind in der Regel so aufgebaut, daß der einzelne Kabelleiter unmittelbar mit dem einen etwa gleich großen Querschnitt aufweisendenι aus dem Außenisolator des Endverschlusses herausführenden Bolzen durch Verschraubung, Verschweissung oder dgl ο verbunden ist. Es sind aber auch Endverschlüsce für Starkstromkabel bekannt, bei denen zwischen dem Kabelleiterende und dem Ausführungsbolzen ein nachgiebiges Verbindungsstück angeordnet ist, das zum Auffangen der erheblichen Kräfte infolge von im Betrieb auftretenden Wärmedehnungen der einzelnen Teile dient, die Isolatorbrüche, Verbiegen der Leiteranschlüsse und andere schwere Schaden hervorrufen könneno Solche nachgiebigen Verbindungsstücke können aus Metallb'endg^n oder Litzen oder gemäß DT-PS 87Ο 289 aus mehreren übereinander geschichteten Metallblechstreifen bestehen, dio z»Bo die Form eines aufgeschnittenen Ringes odor einer Spirale habeno Es ist bei den bekannten Endverschlussen üblich, die Isolierung das Kabelleiters durch den Endverschluß beizubehalten und erst kurz vor der festen oder nachgie-

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bigen Verbindung mit dem Ausführungsbolzen abzusetzen und bei höheren Betriebsspannungen im Innenraum des Endverschlusses durch in verschiedenen Ausführungsformen bekannte Potentialsteuerglieder zu ergänzen.

Man kann das Grundprinzip der als Stand, der Technik "bekannten Aufbauarten von Starkstromkabelendverschlüssen als die möglichst zusammengedrängte Bauweise bezeichnen. Dieses be~ kannte auch bei anderen Sabelarmaturen angewendete Grundprinzip wird sowohl in der Längsausdehnung als auch in der Quersausdehnung zu erreichen angestrebt, unabhängig davon, ob es sich um Sinleiter— oder Mehrleiterendvers'chlüsse und ferner um der jeweiligen Kabelisolierung angepasste reiche oder arme Füllungen der Endverschlüsse mit Masse, 01- oder Gas bzwο Luft handelt«

In Anwendung dieses bekannten und jeweils mehr oder weniger gut verwirklichten, aber ersichtlich stets angestrebten bisherigen Grundprinzips der möglichst zusammengedrängten Bauweise beim Aufbau von Endverschlüssen für konventioelle Kabel auch auf den Aufbau von Endverschlüssen für elektri-

It

sehe Kabelanlagen mit einem Übergang von widerstandslosen zu widerstandsbehaftenen elektrischen Leitern müßte bei solchen Endverschlussen der Temperaturaufbau und der Pe ld— abbau im gleichen Bereich bewirkt werden ο

Die Erfindung schlägt demgegenüber ein neues Prinzip vor, daß darin besteht, daß der Bereich des Temperaturaufbaus vom Supraleiter zum Iformalleiter in Richtung der Endverschluß-Längsachse von dem Bereich des elektrischen PeIdabbaus getrennt ist.· .

Die erste Anwendung*dieses Prinzips besteht darin, daß gemäß weiterer Erfindung der ein Wärmeaustauschsystem enthaltende Temperaturaufbaubereich außerhalb von dem den KOrmalleiter umschließenden Außenisolator des Endverschlusses angeordnet ist₃ vorzugsweise unterhalb von ihm»

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wichtiger die Erfindung ergänzender Gedanke» der auch allgemeine Bedeutung für den Endverschlußaufbau für Supra™ leiterkabelaniagen hat, besteht darin, daß im Endverschlußbereich ganz oder teilweise auf eine feste von Helium durchtränkte Isolierung verzichtet werden kann und Isolierhohlfäume allein durch Helium (als vorzugsweise verwendetes Kälte mittel in .solchen Anlagen) isoliert sind.

Ein Ausführimgßgedahke der Erfindung besteht darin, daß eine den Hormalleiter innerhalb des Außenisolators umschließende rohrförmige durchschlagsfeste Isolierung über aas Wärmeaustauschsystem hinweg bis über eine auf das Supraleiterende aufgebrachte, zusätzliche Ieolierkeule durchgeht.

In weiterer Ausführung der Erfindung 1st dann der Temperatur auf bauber eich von mehreren hohlen konzentrischen, vorzugsweise auf verschiedenen (abgestuften) femperaturen gehaltenen zusätzlichen Eälteieolierräumen umgeben·

Es empfiehlt eich dabei, die an das ßupraieiterende und In die zusätzlichen Kälteisolierräume führenden Kältemittel-Zuflüsse in Höhe des kabelseitigen Endes der zusätzlichen Ieolierkeule anzuordnen.

Im Rahmen der Erfindung sollen unter dem Begriff Endverechluß auch solche Kabelarmaturen verstanden werden, die das Supraleiterkabel abschließen, aber statt zu einem Ausführungsbolzen z.B· zu einem Normalleiter eines sich anschließenden Kabels auf normaler Temperatur (Raumtemperatur) überleiten. Zur Vereinfachung der weiteren Erläuterung der Erfindung wird ihr Gegenstand jedoch weiterhin als Endverschluß bezeichnet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel del? fcrfindung in einem Längsschnitt eines Endverschlusses unter Beschränkung auf die wesentlichen Einzelheiten dargestellt·

Der aus dem Endverschluß herausführende Normalleiterbol-

*) oder · .

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zen 1 ζ»Β· abs Kupfer ist von dem vorzugsweise aus Porzellan bestehenden und wie üblich mit Kippenversehenen und sich nach unten konisch erweiternden Außenisolator 2 umgeben· Dem Feldabbau dient die den Normalleiterbolzen 1 innerhalb des Außenisolators 2 umschließende rohrförmige durchschlagfeste Isolierung J5, die mit Feldsteurüngseinlagen (Kondensatorbelägen) versehen sein kann» Der Außenisolator 2 sitzt auf dem Flansch 10 auf, der in der Richtung der Endverschluß-Längsachse gesehen an der Grenze vom Feldabbaubereich zum Temperaturaufbaubereich liegte

Zum Temperaturaufbaubereich gehört die eigentliche thermische Übergangsstelle in 'Form eines elektrisch leitenden Wärmeaustauschsystems 4-, das - im folgenden kurz als Wärmeaustauscher bezeichnet - somit außerhalb, nämlich im Ausführungßbeispiel unterhalb von dem Außenisolator 2 angeordnet ist« Wärmeaustauscher sind mehrfach bekannt, ßodaß der in seiner Ausbildung nicht zur Erfindung gehö-'rige Wärmeaustauscher 4- keiner näheren Beschreibung bedarf. An dem Wärmeaustauscher:: Λ enden von oben kommend der aufiiormaler temperatur befindliche Normalleiterbolzen 1 und von unten kommend der suprakalte Kabelleiter 5 des Supraleitungskabels 8j in diesem Wärmeaustauscher 4 findet somit bei elektrischer Durchverbindung der Temperaturübergang vom suprakalten Leiter 5 auf den Normal*- leiter 1 statte Auf die Leiterisolierung 6 des Supraleiterendes, die ζ.Β» aus mit flüssigem Helium getränkten Papier besteht, ist eine zusätzliche Isolierkeule 7 aufgebracht, die wie üblich innen- und außenkonisch endet und bis zu der die rohrförmige durchschlagfeste Isolierung 5 des Normalleiterbolzens 1 herunterreicht« Zwischen "Isolierkeule 7 und der rohrförmigen durchschlagfesten Isolierung 3 sind längere Isolierstrecken_6^r allein oder teilweise nur durch Helium isoliert* ■

Diese Maßnahme ist eine Folgerung aus den ITntersuchungs-

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ergebnissen über die Durchschlagsfestigkeit bei A· K von flüseigem Öelium allein und von heliumgetränkten Papier· Diese Ergebnisse haben überraschenderweise gezeigt}daß - entgegen der Erfahrung bei ölgetränktem Papier im Ver-

Il

gleich zu Ol allein - die elektrische Festigkeit von flüssigem Helium allein gleich oder größer ist als die Durchschlagsfestigkeit von mit flüssigem Öelium getränktem Papier·

Die bei dem Endverschluß gemäß der Erfindung getroffene Maßnahme kann in allgemeiner Form dahin ausgesprochen werden ι daß - entgegen den bisherigen Gepflogenheiten bei ölgetränktem Papier - auf verschiedene Wicklungen aus helium getränktem Papier in Supraleiterkabelendverschlüssen verzichtet werden und die betreffende Hohlraumisolierstrecke aliein oder teilweise aus flüssigem Helium bestehen kann,

Zu dem Temperaturaufbaubereich des Endverschlusses gehö-•ren noch die mehreren (zoBo zwei) ihn umgebenden&ohlen konzentrischen zusätzlichen Kälteisolierräume 9· Wie die Zeichnung erkennen läßt, sind z.Bo zwei an das Supraleiterende 5 und in einen der beiden zusätzlichen Kälteisolierräume 9 führende Kältemittelzuflüsse 9¹ in Höhe des kabelseitigen außenkonisciien Endes der zusätzlichen Isolierkeule 7 angeordnet« Auf diese Weise lassen sich die zusätzlichen Kälteisolierräume 9 auf verschiedenen Temperaturen halten, gegebenenfalls a.uch in mehr als zwei bzw· drei Abstufungen·

Die Erfindung bringt den Fortschritt, daß mit am Erfolg gemessen vertretbarem Aufwand die beim Bau von Supraleiterkabelendverschlüssen aufgetretenen Probleme, daß außer extrem großen Leiterquerschnittsunterschieden auch extrem große Temperaturunterschiede beherrscht werden müssen, besser und leichter lösbar sind· Ein weiterer Fortschritt besteht darin, daß für den Feldabbau konventionelle und deshalb nicht näher erläuterungsbedürftige Maßnahmen und

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Isolierstoffe angewendet werdest können ₀ weil des¹ f turaufbaubereich τοη dem mit anderen Problemen behaftetes. Feldabbaiibereich abgetrennt ist© Hierdurch wird auch -@2r— rsichtt daß sich der Poraellanaußenisolator auf-Temperatur befindet und daß -seine Funktion_s iron übt isolierung auf die Luftisolierung überaule^ten₈ nicht die sonst zu-befürclitende Gefaiir auf frierender mid die Uberschlagsfestigkeit erheblich lierabsetsender schichten erschwert wi

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Claims

_₈ _'■ 224980t

P at e η t a η s ρ r ü c h β

1* Endverschluß für elektrische Supraleiterkabelanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß der Be~ reich des Temperaturaufbaus vom Supraleiter sum Normal~ leiter in Richtimg der Endverschluß-Längsachse von dein Bereich des elektrischen Peldabbaus getrennt istο

2„ Endverschluß nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet_} daß der ein Wärmeaustauschsystem (4) enthaltende Temperaturaufbaubereich außerhalb von dem den Normalleiterbolzen CQ umschließenden Außenisolator (2) angeordnet ist¹,, vorzugsweise unterhalb von ihmβ

J}» Endverschluß nach Anspruch 1, dadurch, daß in ihm Isolierfitrecken oder Isolierhohlräume 6' ganz oder teilweise und ohne eine unmittelbar·umgebende feste Isolierung allein durch Helium isoliert sind.

4-0 Endverßchluß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine den ITormalleiterbolzen (1) innerhalb des AußeniscLators (2) unischließende rohrförmige durchschlagsfeste Isolierung (3) über das Wärmeaustauschsystem (4) hinweg bis über eine auf das Supraleiterende (5) aufgebrachte zusätzliche Tsolierkeule (7) durchgeht₀

5« Endverschluß nach Anspruch· 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturaufbaubereich von mehreren hohlerv&onzientrischen, vorzugsweise auf verschiedenen Taiaperatruren gehaltenen ausätsuchen Kälteisiierräumen (9) umgeben ist»

6ο Endverschluß nach Anspruch 51 dadurch gekennezichnet, daß die an das Supraleiterende (i?) und in die zusätzlichen Kältelsolierräume (9) führenden Keifcemitte-lsuflusse (9¹) in Höhe des kabelseitip;en Endes der zusätzlichen Isolierkeule (7) angeordnet sind»

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