DE2353354C3

DE2353354C3 - Arrangement for cooling an electrical cable

Info

Publication number: DE2353354C3
Application number: DE19732353354
Authority: DE
Inventors: Fritz 8520 Erlangen Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1973-10-24
Publication date: 1977-01-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Kühlung eines elektrischen Kabels, das konzentrisch zueinander angeordnete, von einem Kühlmittel auf Tieftemperatur gekühlte Innen- und Außenleiter auf Hochspannungs- bzw. Nullpotential enthält und das in mindestens zwei Kabelstücke unterteilt ist und an seinen Enden jeweils mit einem Kabelendverschluß versehen ist, in dem diese Innen- und Außenleiter jeweils mit inneren bzw. äußeren Stromzuführungsleitern verbunden sind.The invention relates to an arrangement for cooling an electrical cable, the concentric inner and outer conductors that are arranged relative to one another and are cooled to a low temperature by a coolant Contains high voltage or zero potential and which is divided into at least two pieces of cable and at its Each end is provided with a cable termination, in which these inner and outer conductors each with inner and outer power supply conductors are connected.

Um eine Übertragung großer elektrischer Leistungen mittels eines Kabels mit auf Tieftemperatur gekühlten Leitern, insbesondere mittels Supraleitern, möglichst wirtschaftlich zu gestallen, sind hohe Übertragungsspannungen vorzusehen. Sie sind insbesondere zur Wechselstromübertragung erforderlich, weil die Übertragungsströme dadurch begrenzt sind, daß die magnetische Induktion an der Oberfläche dieser Leiter eine bestimmte, die sogenannte »kritische« Flußdichte nicht übersteigen sollte, um die Wechselstromverluste dieser Leiter verhältnismäßig gering zu halten. Um bei einer Leiteranordnung mit konzentrisch angeordneten supraleitenden Innen- und Außenleitern eine weitere Steigerung der Übertragungsleistung zu erreichen, müssen dann jedoch die Leiteroberflächen und damit auch der Leiterdurchmesser proportional mit dem Strom vergrößert werden. Andererseits ist es jedoch zweckmäßig, den Leiterdurchmesser möglichst gering zu halten, da die thermischen Verluste der tiefgekühlten Leiteranordnung mit der Oberfläche auf Grund von Strahlung und thermischer Einströmung über die üblichen Halte- und Stützvorrichtungen zunehmen. Auch die relativ hohen Kosten für das supraleitende Material der Leiter und das Bestreben, die Kabeltrasse so schmal wie möglich zu halten, führen zu geringen Leiterdurchmessern.In order to transmit large electrical powers by means of a cable with cooled down to a low temperature Making ladders as economical as possible, especially by means of superconductors, are high transmission voltages to be provided. They are particularly required for AC power transmission because the Transmission currents are limited by the fact that the magnetic induction on the surface of these conductors a certain, so-called "critical" flux density should not exceed in order to avoid alternating current losses to keep this ladder relatively small. To with a conductor arrangement with concentrically arranged superconducting inner and outer conductors to achieve a further increase in transmission performance, However, the conductor surfaces and thus also the conductor diameter must then be proportional to the Current can be increased. On the other hand, however, it is useful to keep the conductor diameter as small as possible to keep, since the thermal losses of the frozen conductor arrangement with the surface due to Radiation and thermal inflow via the usual holding and supporting devices increase. Also the relatively high cost of the superconducting material of the conductor and the effort to keep the cable route so Keeping them as narrow as possible leads to small conductor diameters.

Die Kühlverluste der Kabelendverschlüsse für derartige Kabel sind im wesentlichen durch den Betriebsstrom des Kabels bestimmt, der nämlich in den Endverschlussen die Querschnitte der zu optimierenden Normaileiter auf Grund ihrer Jouleschen Verluste und thermischen Einströmungen von etwa 300 K auf 4 K festlegt. Auch aus diesem Grund ist es zweckmäßig, für eine bestimmte Überlragungsleistung die Überlragungsspannung so hoch wie möglich zu wählen, um den Strom möglichst niedrig halten zu können.The cooling losses of the cable terminations for such cables are essentially determined by the operating current of the cable, namely that in the terminations the cross-sections of the standard conductors to be optimized due to their Joule losses and thermal Defines inflows from about 300 K to 4 K. For this reason, too, it is useful for a certain transmission power to choose the transmission voltage as high as possible to the To be able to keep electricity as low as possible.

Die maximale Betriebsspannung eines Kabels mit koaxialer Leiteranordnung, insbesondere eines Wechselstromkabels, und seiner mit ihm verbundenen Kabelendverschlüsse wird nicht nur durch die erreichbare S'annungsfestigkeit der Leiterisolation und deren dielektrischen Verluste bestimmt, sondern auch von den Bedingungen der für sie erforderlichen Kühlkreislaufe. Bei einem Kühlkreislauf zur Kühlung der Supraleiter dieses Kabels ist zu berücksichtigen, daß der Innenleiter sich auf Hochspannungspotential befindet. Da das Kühlmittel die Supraleiter vorteilhaft in direktem Kontakt kühlt, nimmt es ebenfalls dieses Potential an. Bei der Zuleitung des Kühlmittels für den Innenleiter ist somit die volle Spannung zu überwinden. Entsprechende Bedingungen gelten auch für die Kabelendverschlüsse Ihre inneren, auf Hochspannungspotential befindlichen Normalleiter, die sowohl mit den Supraleitern als auch mit einer Hochspannungszuleitung verbunden sind, werden durch direkten Kontakt mit dem Kühlmittel gekühlt- Hierdurch ist ein guter Wärmeübergang und eine günstige Wärmeabfuhr gewährleistet. Für diese Kabelendverschlüsse werden deshalb Kühlmittelzu- bzw. -ableitungen benötigt, die für das volle Potentialgefälle ausgelegt sein müssen.The maximum operating voltage of a cable with a coaxial conductor arrangement, in particular an AC cable, and its associated cable terminations is not only achievable by the The voltage resistance of the conductor insulation and its dielectric losses are determined, but also by the Conditions of the cooling circuits required for them. In a cooling circuit for cooling the superconductors of this cable it must be taken into account that the inner conductor is at high voltage potential. Since that Coolant, which cools the superconductor advantageously in direct contact, also assumes this potential. at the supply line of the coolant for the inner conductor must therefore overcome the full voltage. Appropriate Conditions also apply to the cable terminations of your internal high-voltage potential Normal conductors, which are connected both to the superconductors and to a high-voltage supply line are cooled by direct contact with the coolant - this ensures good heat transfer and a favorable heat dissipation guaranteed. For these cable terminations, therefore, coolant supply or leads are required, which must be designed for the full potential gradient.

Der Temperaturbereich /ur Kühlung der Supraleiter eines solchen Wechselstromkabels ist verhältnismäßig klein, da die Wechselstromverluste mit der Temperatur ansteigen und diese im allgemeinen begrenzt werden müssen. Für Niob beispielsweise ist ein Kühlbereich zwischen 4,2 und 6 K vorzusehen, während sich der Kühlbereich für Niob-Zinn, bei dem die Wechselstromverluste höher liegen, von etwa 4.5 bis 10 K erstrecken kann. Demgegenüber beläuft sich der Temperaturbereich für die Kühlung der Normalleiter der Kabelendverschlüsse von etwa 4.2 K bis etwa 300 K entsprechend dem Temperaturgefälle dieser Normalleiter. Ein solcher Temperaturübergang kann beispielsweise durch ein Bad tr.'t siedendem Helium vorgenommen werden, dessen verdampfendes Helium an den Normalleitern, die beispielsweise als Drähte oder Lamellen gestaltet sein können, aufsteigt und diese kühlt. Eine solche Ausführungsform ist beispielsweise aus »The Review of Scientific Instruments«. Vol.38, Nr. 12, Dez. 1967, S. 177b bis 1779 bekannt.The temperature range for cooling the superconductors of such an AC cable is proportionate small, since the AC losses increase with temperature and these are generally limited have to. For niobium, for example, a cooling range between 4.2 and 6 K should be provided, while the Cooling area for niobium-tin, in which the alternating current losses higher, can range from about 4.5 to 10 K. In contrast, the temperature range is for the cooling of the normal conductors of the cable terminations from approx. 4.2 K to approx. 300 K accordingly the temperature gradient of this normal conductor. Such a temperature transition can, for example be made by a bath tr.'t boiling helium, the evaporating helium on the normal conductors, which can be designed as wires or lamellas, for example, rises and cools them. Such Embodiment is for example from "The Review of Scientific Instruments". Vol. 38, No. 12, Dec. 1967, pp. 177b to 1779 known.

Wegen der unterschiedlichen Temperaturbereiche und der verschiedenen Zustands- und Druckverhältnisse wird im allgemeinen davon ausgeganger, getrennte Kühlkreisläufe sowohl für die Kabelstrecke als auch für die Kabelendverschlüsse vorzusehen, um so eine günstige Anpassung an die zu einem Betrieb der Kabelstrecke erforderlichen Kältemaschinen zu erreichen. Dabei wird im allgemeinen das Kühlmittel für das Kabel von einem Ende des Kabels her eingespeis; Am ausgangsseitigen Kabelendverschluß der Kabelstrecke erhält man damit aber andere Betriebstemperaturen und Betriebszustände als am eingangsseitigen Kabelendverschluß der Kabelstrecke. Da ferner über die Kontaktierung der Supraleiter des Kabels mit den Normalleitern der L-ndverschlüsse ein guter thermischer Kontakt besteht, sind besondere Maßnahmen dafür erforderlich, daß diese Kontaktstellen in den Kabelendverschlüssen die gleiche Temperatur wie der Kühlkreislauf für die Supraleiter des Kabels an diesen Stellen haben. Es können sonst Ungleichmäßigkeiten der Kühlung der Supraleiter bzw. der Normalleiter der Kabelendverschlüsse auftreten. Die Kabelendverschlüsse . ^:„, bürden dann über den Kühlkreislauf für die Supraleiter lildes Kabels oder umgekehrt dieser Kühlkreislauf über die Kabelendverschlüsse gekühlt. Zu diesem Zweck können beispielsweise Druckregeleinrichtungen zur Temperaturregelung der für die Hormalleiter der Kabelendverschlüsse erforderlichen Kühlmittelbäder sowie Regeleinrichtungen zur Beeinflussung des Kühlmitteldurchsatzes fur die innen- und Außenleiter der Kabelstrecke verwendet werden.Because of the different temperature ranges and the different state and pressure conditions, it is generally assumed that separate cooling circuits will be provided for both the cable section and the cable terminations in order to achieve a favorable adaptation to the refrigeration machines required to operate the cable section. In general, the coolant for the cable is fed in from one end of the cable; At the output-side cable termination of the cable route, however, different operating temperatures and operating conditions are obtained than at the input-side cable termination of the cable route. Since there is also good thermal contact via the contacting of the superconductors of the cable with the normal conductors of the L-nd connectors, special measures are necessary to ensure that these contact points in the cable connectors have the same temperature as the cooling circuit for the superconductors of the cable at these points. Otherwise, irregularities in the cooling of the superconductors or the normal conductors of the cable terminations can occur. The cable terminations. ^: “, Then burden the cooling circuit for the superconductors of the cable, or vice versa, this cooling circuit is cooled via the cable terminations. For this purpose, for example, pressure regulating devices can be used to regulate the temperature of the coolant baths required for the normal conductors of the cable terminations, as well as regulating devices for influencing the coolant throughput for the inner and outer conductors of the cable route.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die vorbeschriebene Anordnung zur Kühlung des eingangs genannten Kabels mit jeweils einem Kabelendverschluß c.n seinen Enden zu vereinfachen, insbesondere die genannten Schwierigkeiten zu beseitigen und einen wirtschaftlichen Betrieb der Kabelstrecke zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für jeden Kabelendverschluß und das jeweils mit ihm verbundene KabelstückThe object of the invention is therefore to provide the above-described arrangement for cooling the aforementioned Cable with a cable termination c.n each to simplify its ends, in particular those mentioned Eliminate difficulties and enable economical operation of the cable route. According to the invention, this object is achieved in that for each cable termination and each with piece of cable connected to him

i) ein gemeinsamer Kühlmittelstrom für die Innenleiter und inneren Stromzuführungsleiter vorgeseheni) a common coolant flow is provided for the inner conductor and inner power supply conductor

ist,is,

ii) auch die Außenleiter und äußeren Stromzuführungsleiter in einem gemeinsamen Kühlmittelstrom angeordnet sind undii) also the outer conductors and outer power supply conductors are arranged in a common coolant flow and

iii) eine Einspeisung des Kühlmittels jeweils an dem Kabelstückende erfolgt, das nicht mit dem Kabelendverschluß verbunden ist.iii) a feed of the coolant in each case at the Cable end that is not connected to the cable termination.

Mit dieser Ausbildung der Erfindung lassen sich die zum Betrieb der Kabelstrecke erforderlichen Temperaturen der Kühlmittelkreisläufe auf einfache Weise so einstellen, daß die entstehende Verlustwärme mit einem verhältnismäßig günstigen Wirkungsgrad an eine Kältemaschine abgeführt werden kanu. In der Anordnung nach der Erfindung lassen sich gleiche Kabelendverschlüsse am Kabelanfang und -ende verwenden. Eine Regelung der Temperaturen der Kühlmittelbäder für die Stromzuführungsleiter der Endverschlüsse ist nicht mehr erforderlich, da das Kühlmittel zur Kabelkühlung zumindest teilweise zur Stromzuführungsleiterkühlung herangezogen werden kann. Damit entfallen auch Zusatzeinrichtungen wie Betankungseinrichtungen für diese Kühlmittelbäder der Stromzuführungsleiter, und die Anzahl der Kühlkreisläufe wird somit entsprechend vermindert.With this embodiment of the invention, the temperatures required to operate the cable route can be achieved adjust the coolant circuits in a simple way so that the resulting heat loss with a relatively low efficiency can be discharged to a refrigeration machine. In the arrangement According to the invention, the same cable terminations can be used at the beginning and end of the cable. A regulation of the temperatures of the coolant baths for the power supply conductors of the terminations is no longer necessary, since the coolant for cable cooling is at least partially used for power supply line cooling can be used. This means that additional equipment such as refueling equipment is no longer required for these coolant baths the power supply conductor, and the number of cooling circuits is thus correspondingly reduced.

Nach einer weiteren Ausbildung der Anordnung zur Kühlung eines Kabels nach der Erfindung können Rückleitungen vorgesehen sein, in die etwa an der Verbindungsstelle des Kabelendverschlusses und des mit ihm verbundenen Kabelstücks die Kühlmittelströme teilweise eingeleitet werden. Diese Rückleitungen können vorteilhaft mit einem um die Innen- und Außenleiter angeordneten Strahlungsschild wärmeleitend verbunden sein. Insbesondere bei großen Längen der Kabelstreeke läßt sich eine zusätzliche Kabelkühlung erreichen und somit der Wirkungsgrad von Kältemaschinen verbessern.According to a further embodiment of the arrangement for cooling a cable according to the invention can Return lines can be provided, in the approximately at the connection point of the cable termination and the with the piece of cable connected to it, the coolant flows are partially initiated. These return lines can advantageously connected in a thermally conductive manner to a radiation shield arranged around the inner and outer conductors being. Additional cable cooling can be achieved, particularly with long cable lengths and thus improve the efficiency of chillers.

Ferner kann der Druck in den Kühlmiltelstromen für den Innen- bzw. Außenleiter des Kabels regelbar sein Hierzu können Drosselventile vorgesehen sein, die vorzugsweise an der Verbindungsstelle des Kabelendverschlusses und des mit ihm verbundenen Kabelstücks angeordnet sind. Über diese Druckregelung kann eine Temperaturregelung in dem Kabel vorgenommen werden, und es läßt sich so in der gesamten Kabelstrecke beispielsweise ein Druck > 2,3 bar aufrechterhalten, bei dem Helium einphasig in superkritischem Zustand gehalten werden kann. Eine einwandfreie Kühlung der Leiter, insbesondere der Supraleiter, ist damit gewährleistet. Furthermore, the pressure in the cooling medium flows for the inner or outer conductor of the cable can be regulated For this purpose, throttle valves can be provided, which are preferably at the connection point of the cable termination and the piece of cable connected to it are arranged. Via this pressure control, a Temperature control can be made in the cable, and it can be so in the entire cable route For example, maintain a pressure> 2.3 bar, at which helium is single-phase in a supercritical state can be held. Perfect cooling of the conductors, especially the superconductors, is thus guaranteed.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren inTo further explain the invention and its in

den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die Zeichnung Bezug genommen. Es zeigtFurther developments characterized in the subclaims are referred to in the drawing. It shows

F i g. 1 schematisch einen Längsschnitt durch eine Kabelstrecke, an deren Enden jeweils ein Kabelendverschluß angeschlossen ist, mit einer Anordnung zur Kühlung gemäß der Erfindung, undF i g. 1 schematically shows a longitudinal section through a cable section, at the ends of which each has a cable termination is connected, with an arrangement for cooling according to the invention, and

F i g. 2 als Kühlkreislaufschema eine für größere Kabelstrecken erweiterte Anordnung zur Kühlung gemäß der Erfindung.F i g. 2 as a cooling circuit diagram, an arrangement for cooling that is expanded for larger cable runs according to FIG the invention.

Das in Fig. 1 dargestellte koaxiale Kabel enthält zwei konzentrische rohrförmige Lciterlagen. die beispielsweise als Hin- und Rückleiter einer Drehslromphase dienen können und als Innenleiter 2 bzw. Außenleiter 3 bezeichnet sind. Sie bestehen beispielsweise aus einer Vielzahl von einzelnen supraleitenden Drähten, die mit einem normalleitenden Metall, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, stabilisiert sind. Das supraleitende Material, beispielsweise Niob, kann in Form einer dünnen Schicht auf dem normaileitenden Stabilisierungsmetall aufgebracht sein.The coaxial cable shown in Fig. 1 includes two concentric tubular layers of liter. For example, as a forward and backward conductor of a rotary slurry phase can serve and are designated as inner conductor 2 and outer conductor 3, respectively. For example, they consist of a multitude of individual superconducting wires, which are stabilized with a normally conductive metal, for example copper or aluminum. The superconducting one Material, such as niobium, can be in the form a thin layer on the normal conductive stabilization metal be upset.

Die Anordnung dieser einzelnen, nebeneinander auf einem Kreisumfang liegenden Drähte in den beiden Leiterlagcn des Innen- bzw. Außenleiters 2 bzw. 3 läßt sich dabei in bekannter Weise so vornehmen, daß der gesamte Leiter unabhängig von Temperaturänderungen seine konstante Länge beibehält (deutsche Auslegeschrift 18 14 036). Der Innenleiter 2. beispielsweise der supraleitende Hinleiter der Drehstromphase, befindet sich auf Hochspannungspotential. Er ist von dem Außenleiter 3. dem supraleitenden Rückleiter, auf Nullpotential konzentrisch umschlossen und durch eine Isolationsschicht 4 elektrisch von diesem getrennt.The arrangement of these individual wires lying next to one another on a circumference in the two Leader layers of the inner and outer conductors 2 and 3 respectively Make yourself in a known manner so that the entire conductor is independent of temperature changes maintains its constant length (German Auslegeschrift 18 14 036). The inner conductor 2nd for example the superconducting forward conductor of the three-phase phase is at high voltage potential. He's from that Outer conductor 3. the superconducting return conductor, enclosed concentrically at zero potential and by an insulation layer 4 electrically separated from this.

Die supraleitende Kabelstrecke ist in zwei etwa gleich lange Kabelstücke 5 und 6 unterteilt, an deren äußeren Enden jeweils ein Kabelendverschluß angeschlossen ist. Diese mit A und B bezeichneten Kabelendverschlüsse haben gleichen Aufbau. In ihnen sind die supraleitenden Innenleiter 2 an innere Normalleiter 7 und die supraleitenden Außenleiter 3 an äußere Normalleiter 8 angeschlossen. Die inneren Normalleiter 7 werden ebenfalls konzentrisch von den äußeren Normalleitern 8 umschlossen und sind mittels einer Isolationsschicht 10 gegen diese elektrisch isoliert.The superconducting cable section is divided into two cable pieces 5 and 6 of approximately the same length, each of which has a cable termination connected to its outer ends. These cable terminations, labeled A and B , have the same structure. In them, the superconducting inner conductors 2 are connected to inner normal conductors 7 and the superconducting outer conductors 3 are connected to outer normal conductors 8. The inner normal conductors 7 are also concentrically enclosed by the outer normal conductors 8 and are electrically insulated from them by means of an insulation layer 10.

Zur Kühlung der Kabelstrecke und ihrer Kabelend verschlüsse A und ß dienen geschlossene Kühlkreisläufe, die in der Figur durch Pfeile angedeutet sind. Die Supraleiter des Kabels werden zweckmäßig mit ein phasigem Helium, beispielsweise superkritischem Helium, gekühlt, das unter einem Druck steht, der größer als 2.3 bar ist. Von einer Kühlstation 12 aus wird das Helium in einem Kühlmittelzuleitungsrohr 13 zur Mitte der Kabelstrecke gefördert, wo die beiden Kabelstückc 5 und 6 aneinanderstoßen, und dort in vier Kühlmittel ströme a bis d aufgeteilt. Das Helium für die Kühlmittelströme des Außenleiters 3. die mit a und b bezeich net sind, tritt an einer Einführungsstelle 14 etwa in der Mitte der Kabelstrecke in ein den äußeren Supraleiter umschließendes Rohr 16 ein. wo es sich in zwei Kühl miitelströmc aufteilt, indem es nach beiden Seiten zu den Kabelendverschlüssen A und B hin abfließt. Der Kühlmittelstrom durch das Kabelstück 5 ist mit a. der durch das Kabelstück 6 mit b bezeichnet. Das Helium für die mit c und d bezeichneten Kühlmittelstrome des Innenleiters 2 gelangt von der Einführungsstelle 14 über einen spiraligcn Kanal 18 durch die im Durchmcs scr verstärkte Kabclisolation 4 und die lcichi aufgcwei tcte. rohrformigc Oberfläche des aus einzelnen Drah ten hcsuhcndcn Inncnleilcrs 2 in dessen Inncnrauni und teilt sich wie die beiden Kühlmittelströme ;/ und b in die beiden Kühlmittelströme c und d auf, indem es ebenfalls nach beiden Seiten durch die Kabelstücke 5 und 6 zu den Kabelendverschlüssen A und B abfließt. Die spiralige Ausführung des Kanals 18 dient zur Überwindung des Potenlialgefälles zwischen dem Innen- und Außenleiter 2 bzw. 3.Closed cooling circuits, which are indicated in the figure by arrows, are used to cool the cable section and its cable end closures A and ß. The superconductors of the cable are expediently cooled with a phase helium, for example supercritical helium, which is under a pressure which is greater than 2.3 bar. From a cooling station 12, the helium is conveyed in a coolant feed pipe 13 to the middle of the cable section, where the two cable pieces 5 and 6 meet, and there it is divided into four coolant flows a to d. The helium for the coolant flows of the outer conductor 3, which are denoted by a and b , enters a tube 16 surrounding the outer superconductor at an insertion point 14 approximately in the middle of the cable section. where it is divided into two cooling medium flows by flowing off on both sides to the cable terminations A and B. The coolant flow through the cable section 5 is indicated by a. denoted by the piece of cable 6 with b. The helium for the coolant flows of the inner conductor 2, denoted by c and d , passes from the insertion point 14 via a spiral channel 18 through the cable insulation 4, which is reinforced in diameter, and the widened holes. Rohrformigc surface of the individual wires, made of individual wires, inner sleeve 2 in its inner space and divides like the two coolant flows; / and b into the two coolant flows c and d , in that it is also on both sides through the cable pieces 5 and 6 to the cable terminations A and B drains. The spiral design of the channel 18 serves to overcome the potential gradient between the inner and outer conductors 2 and 3, respectively.

An den beiden Kabelendverschlüssen A und B kommen nun die Kühlmiltelströme a und cbzw. bund dm'ü At the two cable terminations A and B , the cooling fluid flows a and cbzw come. bund dm'ü

ίο gleicher Temperatur und im gleichen Zustand an. Durch je ein Drosselventil 20 treten sie in den betreffenden Kabelendverschluß A bzw. ßein und kühlen die Kontaktstellen zwischen den Supraleitern des Kabels und den Normalleitern der Endverschlüsse. Je nach denίο same temperature and in the same state. Each through a throttle valve 20 they enter the relevant cable termination A or ßein and cool the contact points between the superconductors of the cable and the normal conductors of the terminations. Depending on the

t5 Kabelverlusten befindet sich das Helium dabei in flüssigem oder gasförmigem Zustand. Es dient vorteilhaft zugleich zur Kühlung der stromzuführenden Normallei ter 7 bzw. 8 und wärmt sich dabei bis auf etwa 300 K. d. h. bis auf Raumtemperatur auf. Die Kühlmittelstrome c und c/der inneren Normallciter 7. die sich auf Hoch spannungspoten'ial befinden, werden über hochspan nungsfeste Ableitungen 22 für Heliumgas, die für Raumtemperatur ausgelegt sind, auf Erdpoteniial gc führt und gelangen ebenso wie das Heliumgas der Kühlmittelstrome ;? und c. das durch Rohrleitungen 25 geleitet wird, über unisolierte Rohrleitungen 24 zurück zur Kühlstation 12.t5 cable losses, the helium is in a liquid or gaseous state. It is advantageous at the same time to cool the current-carrying Normallei ter 7 or 8 and warms up to about 300 K. ie up to room temperature. The coolant streams c and c / of the inner normal citer 7. which are at high voltage potential, are led to earth potential gc via high voltage-proof discharge lines 22 for helium gas, which are designed for room temperature, and arrive just like the helium gas of the coolant streams; and c. which is passed through pipes 25, via uninsulated pipes 24 back to the cooling station 12.

Derartige einfache Kühlkreisläufe sind zweckmäßig nur für verhältnismäßig kurze Kabelstrecken verwend bar. da das Verhältnis der Verluste des Kabels zu den Verlusten der Endverschlüsse durch das Verhältnis von spezifischer Wärme zur Summe aus Verdampfungswär mc und spezifischer Wärme des Heliums gegeben ist Dies führt zu einer Begrenzung der Kabellänge, die sich jedoch dadurch beseitigen läßt, daß man nur teil weise das Helium in den Kühlmittelströmen a bis c; durch die Drosselventile 20 in die Kabelendverschlüsse eintreten läßt Diesen Durchsatz kann man bcispicK weise durch regelbare Ventile 27 und 28. die /wecknia Big auf Erdpotential in den Rückleitungen 24 und 25 angeordnet sind, steuern. Eine Regelung der Ventile 27 und 28 erfolgt zweckmäßig durch Überwachung der Temperatur der Normalleiter 7 und 8 in den Kabelcnd verschlüssen 4 und B. Hierfür können ein oder mehre re Temperaturfühler dienen, die sich längs des äußerer Normalleiters 8 befinden. Entsprechende Temperatur fühler längs des inneren Normalleiters 7. der sich aiii Hochspannungspotential befindet, sind im allgemeiner dann nicht erforderlich, wenn die Temperaturverhält nisse für den inneren und äußeren Normalieitcr 7 bzw 8 etwa gleich sind. Dann lassen sich von diesen Tempe raturfühlern auf Nullpotential zugleich auch die Ventil«Such simple cooling circuits are useful only for relatively short cable runs cash. since the ratio of the losses of the cable to the losses of the terminations is given by the ratio of specific heat to the sum of evaporation heat mc and specific heat of helium the helium in coolant streams a through c; through the throttle valves 20 into the cable terminations. The valves 27 and 28 are expediently regulated by monitoring the temperature of the normal conductors 7 and 8 in the cable terminals 4 and B. One or more temperature sensors located along the outer normal conductor 8 can be used for this purpose. Corresponding temperature sensors along the inner normal conductor 7, which is aiii high voltage potential, are generally not required if the temperature ratios for the inner and outer normal conductor 7 and 8 are approximately the same. Then these temperature sensors can also be used to set the valve to zero potential at the same time.

27 einstellen.27 set.

Sind hingegen, wie es in der Figur dargestellt ist. di<On the other hand, as shown in the figure. di <

Verhältnisse am inneren und äußeren Normalleiter ', und 8 der Kabelendverschlüsse A und Bnicht gleich, se läßt sich eine Durchsatzsteuerung beispielsweise se vornehmen, daß die Temperatur des Heliums am inne ren und am äußeren Normalleiter 7 bzw. 8 mittels Tem peraturfühlcrn 33 und 34 gemessen wird, die beispiels weise Germanium- oder Kohlewiderstände sein kön nen. Ihre Meßwerte werden einem in der Figur nur an gedeuteten Regler 36 über in der Figur gestrichelt ein gezeichnete Übertragungswege zugeleitet. Mittels de Reglers lassen sich Stellmotoren 38 und 39 betätiger die die Ventile 27 und 28 entsprechend verstellen kön nenRelationships on the inner and outer normal conductor ', and 8 of the cable terminations A and B are not the same, se can be a throughput control, for example, se that the temperature of the helium at the inner ren and the outer normal conductor 7 and 8 by means of temperature sensors 33 and 34 measured that can be, for example, germanium or carbon resistors. Your measured values are fed to a controller 36, which is only indicated in the figure, via transmission paths shown in dashed lines in the figure. By means of the controller, servomotors 38 and 39 can be actuated which can adjust the valves 27 and 28 accordingly

Zur lcmprr.mirmcssuni: des Heliums am Innenli-iicTo the lcmprr.mirmcssuni: of the helium at the inner li-iic

2 sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich, da sich der Temperaturfühler 33 auf Hochspannungspotential befindet. Der Meßwert dieses Fühlers wird von der Meßstelle im Inneren des Innenleiters 2, die sich im feldfreien Raum befindet, beispielsweise unter eine statische Abschirmhaube 41 des Kabelendverschlusses A bzw. B geleitet und dort über einen in der Figur nur angedeuteten Meßwandler 43, beispielsweise über einen Analog-Digital-Wandler, eine Laserdiode oder einen Lichtleiter als isolierendem Element, auf Nullpotential gcführt. Dort kann er über ein lichtempfindliches Element und einen Analog-Digital-Wandler wieder umgeformt und dem Regler 36 zugeführt werden.2, additional measures are required because the temperature sensor 33 is at high voltage potential. The measured value of this sensor is passed from the measuring point inside the inner conductor 2, which is located in the field-free space, for example under a static shielding hood 41 of the cable termination A or B and there via a transducer 43, only indicated in the figure, for example via an analog -Digital converter, a laser diode or a light guide as an insulating element, guided to zero potential. There it can be converted again via a light-sensitive element and an analog-digital converter and fed to the controller 36.

Statt der zwischengeschalteten Glieder Laser-Lichtleiter-lichtempfindliches Element kann /ur Spannung;.-überbrückung beispielsweise auch ein auf Hochspannung befindlicher Hochfrequenzoszillator und ein auf Nullpotential befindlicher Empfänger benutzt werden.Instead of the intermediate links laser-light guide-light-sensitive Element can / ur voltage; .- bridging for example also on high voltage located high-frequency oscillator and a receiver located at zero potential can be used.

Die von den Drosselventilen 20 zurückgehaltenen Heliumströme, die in der Figur mit c bezeichnet sind. werden kurz vor den Drosselventilen 20 aus der Kabelstrecke herausgeleitct. Sie sind zusätzlich für die Kabelkühlung bei größeren Kabellängen erforderlich und werden über eine Heliumrückleitung 30. die beispielsweise mit einem Strahlungsschild 44 verbunden sein kann, zur Kühlstation 12 zurückgeführt. Zur Rückführung des Anteils des Kühlmittelstroms c. der innerhalb des Inncnleiters 2 fließt und sich auf Hochspannungspotential befindet, ist ein Hochspannungsübergangsclement notwendig. F.s kann eine eingebettete Kunststoffleitung, ein Kunststofflabynnth oder auch eine hochspannungsfeste Kühlmittclableilung sein. In der Figur ist eine eingebettete Kunststoffleilung 31 eingezeichnet, über die der Teil des Kühlmiitelsiroms c in die Rückleitung 30 mit eingeführt wird.The helium flows retained by the throttle valves 20, which are denoted by c in the figure. are led out of the cable route shortly before the throttle valves 20. They are also required for cable cooling in the case of longer cable lengths and are returned to the cooling station 12 via a helium return line 30, which can be connected, for example, to a radiation shield 44. To return the proportion of the coolant flow c. which flows within the inner conductor 2 and is at high voltage potential, a high voltage transition element is necessary. Fs can be an embedded plastic line, a plastic labynnth or a high-voltage-resistant coolant line. In the figure, an embedded plastic line 31 is shown, via which the part of the cooling medium c is also introduced into the return line 30.

Die Zu- und Ableitungen für das Kühlmittel zum Innenleiter 2, die in der Figur als spiraligcr K.inal 18 bzw. Kunststoffleitung 31 dargestellt sind, können aus einem Kunststoffschlauch mit rundem oder auch flachem rechteckigen Querschnitt bestehen, der aus dem gleichen Isoliermaterial hergestellt ist wie die Kabclisolation 4 bzw. 10. Ferner kann man auch einen Kunststoffkörper, der einen labyrinthartigen Kanal besitzt, in die Kabelisolation 4 bzw. 10 mit einwickeln. Dieser Kunststoffkörper besteht zweckmäßig aus dem gleichen Material wie die Kabclisolation 4 bzw. 10. die zusätzlich auch noch mit Potcntialschildcn versehen sein kann. An den Kabelendverschlüssen .4 und B besteht außerdem die Möglichkeit, eine Umleitung des abzuzweigenden Teils der Kühlmiuelströme rbzw. i/über die Kabelendverschlüsse 4 bzw. Buna zusätzliche hochspannungsfc ste Ableitungen, die das Kühlmittel auf Frdpotcntial leiten, vorzusehen und dann erst den abgezw eigtcn Teil in die Heliumrüekleitiing 30 mit einzuspeisen.The supply and discharge lines for the coolant to the inner conductor 2, which are shown in the figure as spiraling K.inal 18 or plastic line 31, can consist of a plastic tube with a round or flat rectangular cross-section, which is made of the same insulating material as the cable insulation 4 or 10. Furthermore, a plastic body, which has a labyrinth-like channel, can also be wrapped in the cable insulation 4 or 10. This plastic body is expediently made of the same material as the cable insulation 4 or 10, which can also be provided with potential shields. At the cable terminations .4 and B there is also the possibility of a diversion of the part of the coolant streams to be branched off. i / to provide additional high-voltage-resistant discharge lines via the cable terminations 4 or Buna , which conduct the coolant to forward potential, and only then to feed the branched part into the helium return line 30.

Die in F i g. 1 beschriebene Anordnung zur Kühlung eines Kabels mit zwei Kabelendverschlüssen an seinen Enden ist auch für große Kabellängen möglich. In F i g. 2 ist ein entsprechendes Schema mit zwei Kuhlstationen 46 und 47 und den erforderlichen Kühlkreisläufen angegeben. Fs kann sinngemäß für weitere ^nt) Kühlstationen mit entsprechenden Kühlkreisläufen ohne Kabelendverschlüsse ergänzt werden. Die Anordnung besteht aus zwei identischen Hälften, die je 2 Kabelstücke 50.5 bzw. 51,6 umfassen und das Kabel in zwei etwa gleich große Teile gliedern. Jeder Kabelhälf ⁶^ te ist eine Kühlstation 46 bzw. 47 zugeordnet, von denen jeweils über eine Kühlmittelzulciiung 13 das Kühl mittel, insbesondere Helium, dem Kabel zugeführt wird.The in F i g. The arrangement described in 1 for cooling a cable with two cable terminations at its ends is also possible for long cable lengths. In Fig. 2 shows a corresponding diagram with two cooling stations 46 and 47 and the required cooling circuits. Fs can be ^{supplemented accordingly for further nt)} cooling stations with corresponding cooling circuits without cable terminations. The arrangement consists of two identical halves, each comprising 2 pieces of cable 50.5 or 51.6 and dividing the cable into two roughly equal parts. Each cable half ⁶ ^ te is assigned a cooling station 46 or 47, of which the coolant, in particular helium, is fed to the cable via a coolant inlet 13.

Die Kühlmitteleinspeisung erfolgt dabei etwa am Ende des ersten Viertels der Kabelsirecke an der Verbindungsstelle 53 der Kabelstücke 50 und 5 und etwa am Ende des dritten Viertels der Kabelstrecke an der Verbindungsstelle 54 der Kabelstücke 51 und 6. Dort wird das Kühlmittel direkt in zwei Kühlmittelströme 3 und b zur Kühlung des Außenleiters und nach Durchlaufen eines spiraligen Kanals 18 zum Innenleitei in zwei weitere Kühlmittelströme c und d für den Innenleiler aufgeteilt. Die Kühlmittelströme b und ei fließen zur Mitte der Kabelstrecke, wo sich der Kühlmitlelslrom d nach Durchlaufen eines Hochspannungsübergangselementes, beispielsweise einer in der Isolationsschicht zwischen Innen- und Außenleiter eingebetteten Kunststoffleitung 3i. mit dem Kühlmittelstrom b auf Nullpolential vereinigt und als Kühlmittelrückstrom /'zur Kühlstation 46 bzw. 47 zurückgeführt wird. Dabei kann der Kühlmittelrückstrom f vorteilhaft zum Kühlen eines das Kabel umschließenden Strahlungsschildes herangezogen werden. Die äußeren Kabelstücke 5 und 6 des Kabels, d. h. das erste und vierte Viertel der Kabclstrecke mit den Kabelendverschlüssen A und Sund den Kühlmittelströmen a und c. die teilweise als Kühlmittelstrom c zu der Kühlstation 46 bzw. 47 zurückgeführt werden, sollen den in F 1 g. 1 dargestellten Teilen entsprechen. So ist am Kabclanfang bzw. -ende vor den Drosselventilen 20 ein weiteres Hochspannungsübergangselement 31 angedeutet, beispielsweise eine in die Isolationsschicht eingebettete Kunststoffleitung, die zur Spannungsüberbrückung für den in den Kühlmittelstrom c abzweigenden Teil des Kühlmittelstroms r dient.The coolant is fed in approximately at the end of the first quarter of the cable corner at the connection point 53 of the cable sections 50 and 5 and approximately at the end of the third quarter of the cable section at the connection point 54 of the cable sections 51 and 6 b for cooling the outer conductor and, after passing through a spiral channel 18 to the inner conductor, divided into two further coolant flows c and d for the inner conductor. The coolant flows b and ei flow to the middle of the cable section, where the coolant flow d is after passing through a high-voltage transition element, for example a plastic line 3i embedded in the insulation layer between the inner and outer conductors. is combined with the coolant flow b to zero polarity and returned as coolant return flow / 'to the cooling station 46 and 47, respectively. In this case, the coolant return flow f can advantageously be used to cool a radiation shield surrounding the cable. The outer cable sections 5 and 6 of the cable, ie the first and fourth quarters of the cable section with the cable terminations A and and the coolant flows a and c. some of which are returned as coolant stream c to the cooling station 46 and 47, respectively, should be the ones in F 1 g. 1 correspond to the parts shown. At the beginning or end of the cable in front of the throttle valves 20, a further high-voltage transition element 31 is indicated, for example a plastic line embedded in the insulation layer, which is used to bridge the voltage for the part of the coolant flow r branching off into the coolant flow c.

Die beiden Kabelhälften mit ihren Fndverschlüssen A und B und den ihnen zugeordneten Kühlsystemen sind symmetrisch zu ihrer Verbindungsstelle, die mit 55 bezeichnet ist. aufgebaut. Sie haben somit an der Verbindungsstelle 55 zwischen dem Kabclstück 50 und 51 wenigstens annähernd die gleichen Temperaturen. Fs sind deshalb auch bei dieser Anordnung die Bedingungen fur die beiden Kabelendverschlüsse .4 und Sgleich.The two cable halves with their end caps A and B and the cooling systems assigned to them are symmetrical to their connection point, which is denoted by 55. built up. They thus have at least approximately the same temperatures at the connection point 55 between the cable pieces 50 and 51. The conditions for the two cable terminations .4 and S are therefore the same in this arrangement as well.

Die etwa an der Verbindungsstelle der Kabelendverschlüsse 4 und ß mit der Kabclstrecke angeordneten Drosselventile 20 können beispielsweise stelig regelbar oder für Auf-/Zuschaltung in Verbindung mit einem Zwei-Punktreglcr ausgelegt sein. Die schwierige Betätigung der Erregerwicklung der auf Hochspannungspo tential befindlichen Ventile kann jeweils über einer kleinen Generator unter der Abschirmhaube 41 erfol gen. indem er über einen Motor auf F.rdpotential mi einer Isolierwelle angetrieben wird. Statt der Drossel ventile 20 lassen sich aber auch, soweit die Strömungs Verhältnisse in dem Kabel und den Kabelendverschlüs sen es zulassen, andere Drossclvorrichtungen, beispiels weise Düsen oder Blenden, verwenden.The one at the junction of the cable terminations 4 and ß arranged with the cable path throttle valves 20 can, for example, stelig adjustable or designed for connection / connection in connection with a two-point controller. The difficult activity the excitation winding of the valves located on Hochspannungspo potential can each have one small generator under the shielding hood 41 takes place by using a motor to set it to F.rdpotential mi is driven by an insulating shaft. Instead of the throttle valves 20 can, however, also, as far as the flow conditions in the cable and the cable end closures Sen allow other throttle devices, for example use nozzles or orifices.

Für die Hochspannungsübergangselemente für HeIi umgas nahe Raumtemperatur, das in diesem Falle ein besonders niedrige Durchschlagsfestigkeit besitzt, stc hen beispielsweise zwei bekannte Verfahren zur Verfi: gung: Finmal kann die Durchschlagsfestigkeit des ga< förmigen Heliums durch Beimischung eines elektnnegativen Gases erhöht werden (deutsche Auslege schrift 21 64 706). zum anderen kann das gasförmig Helium durch Kapillaren aus einem elektrisch isolieret den Material abgeführt werden (deutsche Patentschri 21 63 270).For the high-voltage transition elements for heli umgas close to room temperature, which in this case is a has particularly low dielectric strength, there are, for example, two known methods available: tion: The dielectric strength of the ga < shaped helium by adding an electnnegative Gas (German interpretation 21 64 706). on the other hand, it can be gaseous Helium can be discharged through capillaries from an electrically insulated material (German Patent Schri 21 63 270).

In den Ausführungsbcispiclcn sind Kabel mit zw Kabelendverschlüssen für Supraleiter gewählt, die m Helium gekühlt werden. Es können jedoch auch en sprechende Anordnungen fur andere auf TieftemperIn the execution examples are cables with between Cable terminations chosen for superconductors that are helium-cooled. However, it can also be en speaking arrangements for others on cryogenic

tür gekühlte Leiter, beispielsweise aus Aluminium oder Beryllium, vorgesehen sein, die mit anderen Kühlmitteln, beispielsweise mit Wasserstoff, gekühlt werden.door-cooled conductors, for example made of aluminum or Beryllium may be provided, which are cooled with other coolants, for example with hydrogen.

Ferner sind neben den im Ausführungsbeispiel beschriebenen Kabelendverschlüssen für Anordnungen gemäß der Erfindung auch anders gestaltete EndverFurthermore, in addition to the cable terminations described in the exemplary embodiment, for arrangements according to the invention also differently designed endver

ίοίο

schlüsse verwendbar. Diese können beispielsweise mit besonderen Vorrichtungen versehen sein, die eine Polentialübergangszone für das Kühlmittel innerhalb des Endverschlusses schaffen und somit entsprechende Hochspannungsübergangselemente in den Kühlmittelableitungen zumindest teilweise erübrigen.can be used. These can, for example, be provided with special devices that have a polarity transition zone for the coolant within the sealing end and thus create corresponding At least partially dispense with high-voltage transition elements in the coolant discharge lines.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for cooling an electrical cable, which contains concentrically arranged inner and outer conductors, cooled by a coolant to low temperature, to high voltage or zero potential and which is divided into at least two cable pieces and each provided with a cable termination at its ends, in which these inner and outer conductors are respectively connected to inner and outer current supply conductors, characterized in that for each cable termination (a and B) and the cable piece (5 or 6) i), a common coolant flow (c associated with it in each case or d) is provided for the inner conductor (2) and inner power supply conductor (7),
ii) the outer conductors (3) and outer power supply conductors (8) are also arranged in a common coolant flow (a and ^, respectively, and
iii) the coolant is fed in at the end of the cable section which is not connected to the cable termination (A or B) .

2. Arrangement for cooling an electrical cable according to claim 1, characterized in that the Kühlmiuelslröme (a to d) are each provided with a branch, the partial flows (e) are provided for cooling a radiation shield (44).

3. Arrangement for cooling an electrical cable according to claim 2, characterized in that the junction is arranged at the junction of the cable end closure (A or B) and the piece of cable connected to it (5 or 6).

4. Arrangement for cooling an electrical cable according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pressure in the Kmilmittelströmungen (c. D and a, b) for the inner or outer conductor (2 or 3) of the cable can be regulated is

5. Arrangement for cooling an electrical cable according to claim 4, characterized in that throttle valves (20) are provided approximately at the junction of the cable end closure (A and S ^ and the piece of cable connected to it (5 or 6) to regulate the pressure.

6. Arrangement for cooling an electrical cable according to claim 4, characterized in that Valves (27 and 28) in the exhaust pipes of the inner and outer power supply conductors (7 and 8) are provided for regulating the pressure.

7. Arrangement for cooling an electrical cable according to claim 5 or claim 6, characterized in that for controlling the throttle valves (20) and / or the valves (27, 28) temperature sensors (33 and 34) are provided which are in the coolant flow (c , d b / w. a. b) for the inner and outer conductors (2 or 3) on high voltage resp. Zero potential are arranged.

8. An arrangement for cooling an electrical cable according to claim 7, characterized in that the temperature sensors (33,34) are carbon or germanium resistors.

9. Arrangement for cooling an electrical cable according to claim 7 or claim 8, characterized in that that for the transmission of the measured values of the high-voltage side temperature sensors (33)

Transducers (43) are provided.

10. Arrangement / ur cooling of an electrical Cable according to claim 9, characterized in that the transducer (43) is analog-to-digital converter and / or laser diodes and / or light guides are provided.

11. Arrangement for cooling an electrical cable according to claim 7 or claim 8, characterized characterized in that for the transmission of the measured values of the high-voltage side temperature sensor (33) a high-frequency oscillator on the high-voltage side and a corresponding receiver the zero potential side are provided.

12. Arrangement for cooling an electrical cable according to one of claims 1 to 11, characterized characterized in that the inner and outer conductors (2 and 3, respectively) cooled to low temperatures are superconductors and that the coolant is helium.