DE2409868C3

DE2409868C3 - Power supply for electrical equipment with conductors cooled to low temperatures

Info

Publication number: DE2409868C3
Application number: DE19742409868
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.; Schmidt Fritz; 8520 Erlangen Penczynski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1974-03-01
Publication date: 1977-08-11

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromzufühung für elektrische Einrichtungen mit auf Tieftemperatur gekühlten Leitern, deren Ende mit einem Normalleiter verbunden ist, der sich in einem Gasstrom eines verdampften Kühlmittels befindet.The invention relates to a power supply for electrical devices with a low temperature cooled conductors, the end of which is connected to a normal conductor that is in a gas flow an evaporated coolant is located.

Bei elektrischen Einrichtungen mit auf Tieftemperatur gekühlten Leitern muß häufig der elektrische Strom den gekühlten Leitern von einer auf höherer Temperatur, insbesondere auf Raumtemperatur, befindlichen Stromversorgung zugeführt werden. Insbesondere gilt dies für elektrische Einrichtungen mit Supraleitern, beispielsweise für supraleitende Kabel, Spulen oder Maschinen, deren Supraleiter auf eine Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur des supraleitenden Materials abgekühlt sein müssen. Da ein Supraleiter schon weit unter Raumtemperatur seüne Supraleitfähigkeit verlieren würde, kann zur Überbrückung der Temperaturdifferenz elektrisch normalleitendes Metall verwendet werden, beispielsweise Aluminium oder Kupfer, das an einer Stelle, die auf einer Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters gehalten wird, mit dem Supraleiter verbunden ist. Der Normalleiter kann somit von Raumtemperatur bis zu dieser Verbindungsstelle kontinuierlich oder stufenweise abgekühlt werden.With electrical equipment at low temperature In the case of cooled conductors, the electrical current must often pass through the cooled conductors from one to the next Temperature, in particular at room temperature, located power supply are supplied. In particular this applies to electrical equipment with superconductors, e.g. for superconducting cables, Coils or machines whose superconductors are at a temperature below the critical temperature of the superconducting material must be cooled. Since a superconductor is well below room temperature If its superconductivity would be lost, the temperature difference can be bridged electrically normally conductive metal can be used, for example aluminum or copper, which is which is kept at a temperature below the critical temperature of the superconductor with the superconductor connected is. The normal conductor can thus continuously from room temperature to this connection point or be cooled down gradually.

Eine solche stufenweise Abkühlung zur Reduzierung der Kjhhnittelverluste einer Stromzuführung ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 21 57 125 bekannt. Bei dieser Stromzuführung werden mehrere Wärmetauschei verwendet, die sich auf festen Temperaturniveaus befinden.Such a gradual cooling to reduce the Kjhhnmittelverluste a power supply is for example from the German Offenlegungsschrift 21 57 125 known. With this power supply will be several heat exchangers are used, which are at fixed temperature levels.

Neben diesen kaskadenartig gekühlten Stromzuführungen werden jedoch wegen der besseren Wärmeaustauschbedingungen und der einfacheren Konstruktion vielfach mit Abgas kontinuierlich gekühlte Stromzuführungen verwendet. Hierzu kann beispielsweise das unterhalb der Sprungtemperatur gehaltene Ende des Supraleiters in einem Bad eines kryogenen Mediums, beispielsweise einem Heliumbad, angeordnet sein. Der Normalleiter kann dann an der Verbindungsstelle aus einzelnen Drähten, Lamellen oder Netzen bestehen. Eine solche Ausführungsform einer Stromzuführung für hohe Ströme ist bekannt aus »The Review of Scientific Instruments«, Vol. 38, Nr. 1.2, Dezember 1967, S. 1776 bis 1779. Durch die thermischen Verluste der Stromzuführungsteile wird das flüssige Helium des Bades teilweise verdampft. Das Heliumgas steigt an den Leiterlamellen, Drähten oder dem Leiternetz aufwärts und führt die Joulesche Warne und die von außen einströmende Wärme ab. Hierbei erwärmt sich das Heliumgas etwa auf Raumtemperatur. Zur Erhöhung der Wärmeabführung kann das Heliumbad auch mit einer zusätzlichen Wärmequelle versehen sein, mit der sich größere Verdampfungsraten erreichen lassen. Auf der oberen Kontaktstelle des Normalleiters mit einer äußeren Stroinversorgungsleitung wird das Heliumgas allgemein abgefangen und beispielsweise einer Kältemaschine zur Wiederverflüssigung zugeführt. Da bei solchen abgasgekühlten Stromzuführungen der Wärimeinhalt des gasförmigen Kühlmediums gut ausgenutzt wird, benötigen sie nur einen verhältnismäßig geringen Kühlmittelaufwand.In addition to these cascade-like cooled power supplies, however, because of the better heat exchange conditions and the simpler construction, power supply lines that are continuously cooled with exhaust gas are often used. For this purpose, for example the end of the superconductor kept below the critical temperature in a bath of a cryogenic Medium, for example a helium bath, be arranged. The normal conductor can then at the connection point consist of individual wires, lamellas or nets. Such an embodiment of a Power supply for high currents is known from "The Review of Scientific Instruments", Vol. 38, No. 1.2, December 1967, pp. 1776 to 1779. Due to the thermal losses of the power supply parts the liquid helium in the bath partially evaporates. The helium gas rises on the conductor lamellas, wires or up the ladder network and dissipates the Joule warning and the heat flowing in from outside. The helium gas warms up to about room temperature. To increase the heat dissipation the helium bath can also be provided with an additional heat source, with which higher evaporation rates can be achieved let reach. On the upper contact point of the normal conductor with an external one Power supply line, the helium gas is generally intercepted and, for example, a refrigeration machine supplied for reliquefaction. Since with such exhaust-gas-cooled power supplies the The heat content of the gaseous cooling medium is well utilized they only need a relatively low amount of coolant.

Der normalleitende Stromleiterquerschnitt einer solchen abgasgekühlten Stromzuführung kann für einen bestimmten Nennstrom optimiert sein. Bei diesem Nennstrom sind dann die Verluste der Stromzuführung an flüssigem Helium minimal, und es stellt sich längs des Stromleiters vom warmen Ende auf Raumtemperatur zum kalten Ende im Heliumbad einThe normally conductive cross-section of such an exhaust-gas-cooled power supply can be used for be optimized for a certain nominal current. At this nominal current, the losses in the power supply are then of liquid helium is minimal, and it is positioned along the conductor from the warm end Room temperature to the cold end in the helium bath

coi'-inulerllches TemperaturgefUlle sin. Es hat sich un leSoch gezeigt, daß ein solcher idealer Betriebs-SaS nicht immer eingehalten werden kam. Schon Z e nrm geringen Überstrom ist ein Evlches kontiue'Ss Temperaturgefälle längs des Stromleiters St mehr gegeben. Vielmehr nimmt die Temperatur Sehst stark zu, und erst nach einer gewissen, von» ι Strom abhängigen Länge des Leiters fällt sie SÄSi EnUe des Stromleiters hin kontinuierlich Ser ab In dem Leiterbereich mit zunehmender Tpmneratur besteht deshalb die Gefahr, daß die ihn Sende elektrische Isolation beschädigt wird oder Sfder Leiter durchbrennt. Aus Sicherheitsgründen tird deshalb der Stromleiterquerschnitt im allgemei- ^n efwas größer gewählt, als es für einen bestimmten Sn Trom erfordilich wäre. Neben diesem gewissen ^«dimensionieren des Leiterquerschnitts besteht fern fS Möglichkeit, durch eiSe zusiitzliche Kühl-Senge' die⁸ mittels eines Heizwiderstandes im fSumbad erzeugt wird, unerwünschte Temperatur-"Sen an den Stromleitern zu verhindern. Ä hierdurch ein Absinken der Temperatur besonders vorteilhaften Weiterbildung der Strom zuführung gemäß der Erfindung »st de *afo vor gesehen, daß die Einspeisemenge an Ka gasregelbar ist. Zur Durchsatzregelung kann beispleta;weisein der Zuleitung des KaUgases ein Venül eingefügt sem.n^coi'-inular temperature gradient sin. It has just been shown that such an ideal operational SaS was not always adhered to. Even Z e nrm small overcurrent a Evlches kontiue'Ss temperature gradient is given along the current conductor St more. Rather, the temperature increases sharply, and only after a certain length of the conductor, which depends on the current, does it drop continuously towards the conductor or the conductor burns out. For safety reasons, the current conductor cross-section is therefore generally chosen to be slightly larger than would be required for a specific Sn Trom. In addition to this certain ^ "the conductor cross section Ä thereby dimensioned consists remote fS possibility 'generated ⁸ by means of a heating resistor in fSumbad by ice zusiitzliche cooling Senge, to prevent undesirable temperature" Sen to the current conductors. A drop in temperature particularly advantageous development of The power supply according to the invention provides that the amount of gas that is fed in can be regulated

dem ein schnelles Ausregeln ^*£ffl vorgenommen werden kann. Das ^ zweckmäßig von einem Temperaturfühler entnma quick adjustment ^ * £ ffl can be made. The ^ appropriately removed from a temperature sensor

werden, der vorteilhaft in dem kritisch en Be« J* der Ausbauchung des Temperaturprofills angeordthat is advantageous in the critical area. the bulge of the temperature profile

net ist. τ:^Λ»_ηα _linH fierennet is. τ: ^ Λ » _ηα _lin H.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und,derenTo further explain the invention and its

in den Unteransprüchen f kennzeichneten^Weiterbiiin the subclaims f characterized ^ Weiterbii

düngen wird auf die Zeichnung Bezug^SSunJ der ein Ausführungsbeispie ^einer _r^°™Sfertilization is referred to the drawing ^ SSunJ der an exemplary embodiment of ^a _r ^ ° ™ S

gemäß der Erfindung Wr ein supraleitendes Kabelaccording to the invention Wr a superconducting cable

schematisch veranschaulicht ist.
Fig.1 «igt.als M^is illustrated schematically.
Fig. 1 igt.as M ^

gigkeit der Leiter einer J^p ao Stromzuführung ⁰^e Kaltgaszwiscp^ability of the conductor of a J ^ p ao power supply ⁰ ^ e Kaltgaszwiscp ^

Abhängigkeit von der Leiterkoordinate und inDependence on the conductor coordinate and in

F i g. 2 ist eine Stwinafah^^^F i g. 2 is a Stwinafah ^^^

die benötigte Menge an flüssigem Helium Säfdenfür die Stromzuführung optimalen Wert hinaus ansteigt. Darüber hinaus hat eine Querschnittsvererößerung eine erhöhte Wärmeeinleitung in das S bad zur Folge, so daß auch im Ruhebetrieb, d. h. Sn^bd^durc^Uh den^gLeiter kein Strom fließt, die Küh,-mittelverluste ansteigen. .the required amount of liquid helium seeds for the power supply increases beyond the optimal value. In addition, a Querschnittsvererößerung an increased introduction of heat into the S bad result, so that the ladder ^g, no current flows also in the idle mode, ie Sn ^b d ^d ^U URC h, increase the Küh, -mittelverluste. .

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eme derartige abgasgekühlte Stromzuführung zu verbessern insbesondere eine Stromzuführung zu schaffen, bei X? die genannten Schwierigkeiten vermmdert oderThe object of the invention is therefore to improve such an exhaust-gas-cooled power supply in particular to create a power supply at X? the difficulties mentioned lessened or

SSÄÄ«! * - Stromzuführung der genannten Art erfindungsgemäß dadurch mittelverluste auf. Das JjJB⁵ Arer^Lerter SSSÄÄ «! * - Power supply of the type mentioned according to the invention thereby causing medium losses. The JjJB ⁵ Arer ^ Lerter S

Temperatur^ te in K ^«JSw«* _angeeinem Kuhlbad fur die «1 ^e «rom sTemperature ^ th in K ^ "JSW" * _is a cooling bath for the "1 ^ e 's rom

schlossenen elektrischen «ntung , ^ weise ein supraleitend es Kabel.«naclosed electrical supply, ^ Have a superconducting cable. «Well

^^TSJS ^I Stgeuagen, wobei para"^iJ* und" die Leiterkoordinate von dem Je Le,terlange ™a * ™ Stromzuführungs- ^^ TSJS ^ I Stgeuagen, where para "^ iJ * and" is the conductor coordinate of the Je Le, terlange ™ a * ™ Stromzuführungs-

^^,iratur bedeuten. Im Dian für den optimierten Leiter darg mit /₀ bezeichnete Kurve gibt^^, iratur mean. In the Dian for the optimized conductor shown with / _{0 there} is a curve

S» Tempera «Jjtajlnd»« SwjgMJg JJJ-bb rdS »Tempera« Jjtajlnd »« SwjgMJg JJJ-bb approx

Seinem Temperatumiveau oberhalb der VIts temperature level above the V

-mit - with

1,W₀, bezeich-1, W ₀ , denotes

Sir einen durchschnittlichen Betnebsstrom ausgelegt tu werden braucht. Es können deshalb kleinere Leierquerschnitte als bei den bisher bekannten Strom-Zuführungen verwendet werden. Die Kuhlmittelverlmte aufgrund von Wärmeeinleitung über diese strom-Sir designed an average operating current needs to be done. Therefore smaller lyre cross-sections can be used than are used with the previously known power supplies. The coolant lost due to the introduction of heat through this

£ende⁸n Leiter können somit entsprechend beerenzt werden. Da sich ferner der relative hermodynamische Wirkungsgrad einer Kältemaschine die Sr Kühlung der Stromzuführung und der nut ihnen _ve bundenen elektrischen Einrichtungen erforderlich ?st, mit steigender Temperatur verbessert, is auferund der zusätzlichen Kaltgaseinspeisung gemäß der Erfindung eine geringere Kälteleistung dieser Maschine erforderlich, da dann der Einspe.sepunk 1xi einem höheren Temperaturniveau as der Verdamp-The end of the ^8th n ladder can thus be delimited accordingly. As the Sr cooling the power supply and the nut them _ve-bound electric devices required? St further the relative hermodynamische efficiency of a refrigerating machine, improves with increasing temperature, is the invention auferund the additional cold gas feed according to a lower cooling capacity of this machine is required, since then the Einspe .sepunk 1xi a higher temperature level than the evaporation

^ffiXlSS^Sl^e Kaltgas-^ ffiXlSS ^ Sl ^ e cold gas

n ^zu _Teinperaturüberhohungn ^ to _Tein peraturüberhohung

-her bekannten, abgasgekühlten Strom^f^Sen so⁸ ausgelegt, daß ihr ^^* bei normalem Betriebsstrom "^a*^uT™K_Urve 09/ , oder einer darunter--her well-known, exhaust-gas-cooled stream ^ f ^ Sen so ⁸ designed that your ^^ * at normal operating ^{current "a} * ^u T ™ K _U rve 09 /, or one below-

^^ ^m _K^7s_pncht Die Leiter dieser Stromhegenden i^rve π μ _{höhere Ströme legl} ^^ ^m _K ^ 7s _p ncht The head of these current hedges i ^ rve π μ _{higher currents legl}

zu ^uhrunf ™⁵^ _normalen Betriebsfall auftreten g¹"· s_tro^führung gemäß der Erfindung kam Eme ^Slrom _r ^z™_B ^g _etrf_ebsstrom optimiert sein, de hmgeg«^:t _auftretenden Strom entsprichto ^uhrun f ™ ⁵ ^ _normal operation occur g ¹ "x s _t ro ^ management according to the invention came Eme ^SLROM _r ^z ™ _B ^g f _Etruscan _ebsstrom optimized be de hmgeg" ^: t of electricity _auftret entsprich

dem„a^urcns _{k sie s0 ausge}legt sein, daß hr Darüber h'"^aus ^ _{en Miud minimal sin£} ^{According to} the "a _{urcns it can be designed in such a way} that your moreover h '" ^from ^ _{en Miud are minimal}

Kuhlm,tgverh.s« ^ ^ Kuhlm, tgverh.s « ^ ^

^«,^^ andeutet, daß bei einem Leite, _{parameter f} von 0,51 ein Kaltgas mit einer Tem_P< ^ «, ^^ indicates that with a Leite, _{parameter f} of 0.51 a cold gas with a Tem _{P <}

^{ratur von ca}·^{80 K in die stromzufühmn8 ein8espei} ^{temperature of about} ⁸⁰ · ^{K in the stromzufühmn8 ein8espei}

werden kann, d.h. daß etwa in der Mitte der Strom- behälter 5 entstehendes Abgas A' des Kühlmittels A can be, ie that approximately in the middle of the flow container 5 resulting exhaust gas A 'of the coolant A

zuführung eine solche Einspeisung zu erfolgen hat, an seinen beiden Seiten längs der Normalleiter 12+ feed such a feed has to take place on both sides along the normal conductor 12+

da dann vorteilhaft das die Leiter ständig kühlende 13 aufsteigen kann.since then the conductor 13, which is constantly cooling, can advantageously ascend.

Abgas sowie das zusätzlich eingespeiste Kaltgas in Mittels der Stromzuführung werden Strom und ihren Temperaturen übereinstimmen. 5 Spannung von Raumtemperatur auf Tieftemperatur In Fig. 2 ist eine senkrecht angeordnete Strom- und umgekehrt dem Innen- und Außenleiter des zuführung eines supraleitenden, koaxialen Phasen- Phasenleiters 1 zugeführt. Zur Stromzuführung dienen leiters 1 eines Drehstromkabels dargestellt. Sie ist die Normalleiter 12 und 13. Die Stromdichte in ihnen beispielsweise für Hochspannungen von 110kV_cff kann vorteilhaft über Querschnitt und Länge kon- und Ströme von 10⁴A ausgelegt. Der Phasenleiter 1 »o stant gehalten werden. Durch ihre große Oberfläche ist in einem vakuumdichten Hohlrohr 2 untergebracht erhält man einen guten Wärmeaustausch mit dem sie und von einem Strahlungsschild 3 konzentrisch um- kühlenden, aus dem Behälter 5 aufsteigenden Abgeben. Er enthält einen hohlzylindrischen Innenleiter gas A'. In einem optimalen Betriebszustand stellt sich auf Hochspannungspotential, der isoliert von einem am warmen Ende 20, 21 der abgasgekühlte Normal-Außenleiter auf Erdpotential konzentrisch umschlos- 15 leiter 12 und 13 Raumtemperatur ein. Aus diesem sen ist. Die Leiter, die in der Figur nicht ausgeführt Grund können zweckmäßig die konzentrisch angesind, können zweckmäßig aus einer Vielzahl von ordneten Normalleiter innen und außen für gleiche supraleitenden Einzeldrähten aufgebaut sein und sind Länge ausgelegt sein, um einen Wärmeaustausch somit für Kühlmittel transparent. über den zwischen ihnen angeordneten Isolator IS Am oberen Ende des Phasenleiters 1 ist ein Kühl- ao und damit eine Störung der optimalen Betriebsbedinmittelgefäß 5 angesetzt. Es umschließt konzentrisch gungen zu vermeiden. Zum anderen werden damit das verlängerte obere Endstück 7 des Innenleiters des auch im Isolator 19 mechanische Spannungen in ra-Phasenleiters 1. Sein Boden 8 und seine Außen- dialer Richtung vermieden.Exhaust gas as well as the additionally fed cold gas in means of the power supply, the current and its temperatures will match. 5 voltage from room temperature to low temperature. For power supply are shown conductor 1 of a three-phase cable. It is the normal conductors 12 and 13. The current density in them, for example for high voltages of 110 kV _cff, can advantageously be designed for con-currents and currents of 10 ⁴ A over the cross-section and length. The phase conductor 1 »o be kept constant. Due to its large surface, being accommodated in a vacuum-tight hollow tube 2, a good heat exchange is obtained with which it and from a radiation shield 3 emit concentrically cooling and rising from the container 5. It contains a hollow cylindrical inner conductor gas A '. In an optimal operating state, the high-voltage potential is set, which is isolated from a conductor 12 and 13 concentrically enclosed at the warm end 20, 21 of the exhaust-gas-cooled normal outer conductor to earth potential, 15 conductors 12 and 13 room temperature. For this sen is. The conductors, which are not shown in the figure, can appropriately be concentric, can expediently be constructed from a large number of ordered normal conductors inside and outside for the same superconducting individual wires and are designed to be length so that heat exchange is transparent for coolants. Via the insulator IS arranged between them. At the upper end of the phase conductor 1, a cooling ao and thus a disruption of the optimal operating condition medium vessel 5 is attached. It encloses concentrically to avoid movements. On the other hand, the extended upper end piece 7 of the inner conductor of the also in the insulator 19 mechanical stresses in the ra phase conductor 1, its bottom 8 and its outer dialer direction are avoided.

wand 9 sind aus elektrisch leitendem Material wie Zusätzlich können gut wärmeleitendes Material, beispielsweise Kupfer oder Aluminium und dienen als 35 beispielsweise ein Hohlzylinder 22 aus Kupfer, der Stromzuleitung für den Außenleiter des Phasen- am warmen Ende 21 des Normalleiters 12 mit diesem leiters 1. Das Endstück 7 des Innenleiters ist an verbunden ist und dessen Querschnitt groß gegenseincm oberen Ende mit einer scheibenförmigen Kon- über den Normalleiterquerschnitten ist, und ein in taktplatte 11 kontaktiert. Am Außenrand dieser Kon- der Figur nicht näher dargestellter ölkreislauf am taktplatte ist das untere Ende eines rohrförmigen 30 warmen Ende 20, 21 der Normallcitcr 12 und 13 inneren Normalleiters 12, der beispielsweise aus einer auch bei nicht optimalen Betriebsbedingungen für die Vielzahl von einzelnen dünnen Kupfer- oder Alu- Aufrechterhaltung der Raumtemperatur als Endtemminiumdrähten aufgebaut ist, elektrisch leitend ver- peratur der Stromzuführung sorgen,
bunden. Um diesen inneren Normallciter 12 ist iso- An der Stromzuführung erfolgt ferner die Zu- bzw. liert in einem vorbestimmten Abstand ein dem inne- 35 Abfuhr des Kühlmittels für das gesamte Kabel oder ren Normalleiter 12 entsprechender äußerer Normal- einem Teil des Kabels. Bei einer Verwendung von leitern konzentrisch angeordnet. Das untere Ende supraleitenden Leitern in dem Phasenlciteri kommt des rohrförmigen äußeren Normallciters 13 isi an der als Kühlmittel praktisch nur Helium in Frage. Neben Innenseite einer konzentrischen, ringförmigen Platte siedendem Helium A, das den Behälter 5 ausfüllt und 15 elektrisch leitend befestigt. Mit dem Außenrand 40 zur Aufnahme des Stromzuführungsverlustes dient, dieser Kontaktplatte 15 ist das obere, gegenüber dem wird einphasiges Helium Ii und C in geschlossenen Phasenleiter konzentrisch nach außen erweiterte Ende Kreisläufen unter Druck zur Abführung der Verluste der Außenwand 9 des Kühlmittclbchälters 5 clck- des Phaseninncnlciters bzw. Phnscnaulknlcitcrs vcrtrisch leitend verbunden. Die Kontaktplattc 15 kann wendet. Hierzu wird das beispielsweise einphasige entsprechend der inneren Kontaktplattc 11 aufgebaut 45 Helium B dem Phascnlcitcr schon auf Hochspanscin und umschließt diese ringförmig. Über diese nungspotcntial in bekannter Weise in einem Hohl-Kontnktplattcn 11 und 15 wird somit den Leitern rohr 24, das zentral in dem im einem Stutzen 25 cvndcs Phasenlcitcrs 1 der Strom von den Normallcitcrn kuicrtcn Inncnraum 26 der Stromzuführung ungcord-12 bzw. 13 zugeführt. Die Teile 12 und Π liegen net ist, zugeleitet. In der Mitte der Kontaktplatte 11 dabei auf Hochspannungspotential, die sie umgeben- so 1st deshalb eine heliumdichto Durchführung 27 vorden Teile 13, IS, 9 und 8 dagegen auf Erdpotentiol. gesehen. Zur Zufuhr des zur Kühlung dos Phasen-Das von den In einer Ebene angeordneten Kon- außenleiter erforderlichen Heliums C auf Normaltaktplatten gebildete Kaltende der Stromzuführung potential ist eine gesonderte Rohrleitung 28 soitllch stellt den Deckel des KUhlmittelbehBlters 5 dar, der an dem Phasonleiter 1 In der NUhe der Verbindungsim wesentlichen der Raum zwischen zwei konzentri- es stelle zwischen der Stromzuführung und dem Phasenschen Hohlrohren ist und zur Aufnahme eines Kühl- leiter angebracht. Das siedende Helium A kann ebenmittels A dient. Seine Innere rohrförmige Wandung falls auf Normalpotential an einer Durchführung 29 wird von einem Isolatlonskttrper 17 gebildet, welcher in der «ußeren Kontaktplntte IS in den Behälter S das Endstück 7 des Innenleiters umschließt und gas- eingeleitet werden. Der Spannungsllbergang vom dicht an der Kontaktmatte 11 befestigt ist. Die Bo Normal- auf Huchspannungspotential Im Heliumbad Außenwand 9 Ist dagegen an der äußeren Kontakt- erfolgt glcichmlißig über eine entsprechend großo platte IS gasdicht befestigt. Strecke am unteren Endo 18 des eingezogenen Hochin den KllhlmlttclbehUltcrS ragt frei das untere Spannungsisolators 12, der hierfür zweckmäßig mit Ende 18 eines hohlzylindrischen Isolators IS hinein. einer Potentialsteuerung versehen ist. Das In dem Dieser Isolator ]S ist im oberen Teil der StromzufUh- 83 Behülterfi verdampfende Heliumgas/T tritt, nachrung /wischen dem inneren und Uußcren Normal- dem es als Kühlgas an den Normalleltern 12 und 13 leiter 12 bzw. 13 und zwischen den beiden Kontakt- vorbelgestrttmt lsi, außen auf Nullpotenilal an einem platten 11 und IS so angeordnet, daß im Kühlmittel- Austritt 30 und Innen auf Hochspannungspotcntlal wall 9 are made of electrically conductive material such as In addition, good thermally conductive material, for example copper or aluminum and serve as 35, for example a hollow cylinder 22 made of copper, the power supply for the outer conductor of the phase at the warm end 21 of the normal conductor 12 with this conductor 1 End piece 7 of the inner conductor is connected to and the cross section of which is large opposite the upper end with a disk-shaped cone over the normal conductor cross-sections, and a contact plate 11 is in contact. At the outer edge of the figure, the oil circuit on the clock plate is the lower end of a tubular 30 warm end 20, 21 of the normal citric 12 and 13 inner normal conductor 12, which, for example, consists of an even under non-optimal operating conditions for the multitude of individual thin copper - or aluminum - Maintaining the room temperature is built up as end terminal wires, ensuring that the power supply is electrically conductive,
bound. Around this inner normal citer 12, there is also an outer normal part of the cable corresponding to the inner discharge of the coolant for the entire cable or normal conductor 12 at the power supply. When using conductors arranged concentrically. The lower end of superconducting conductors in the phase citeri of the tubular outer normal citer 13 isi on which practically only helium can be used as a coolant. In addition to the inside of a concentric, ring-shaped plate boiling helium A, which fills the container 5 and 15 attached in an electrically conductive manner. With the outer edge 40 serves to absorb the power supply loss, this contact plate 15 is the upper, opposite to which single-phase helium Ii and C in closed phase conductors is concentrically outwardly extended circuits under pressure to dissipate the losses of the outer wall 9 of the coolant container 5 clck- of the phase liner or Phnscnaulkitcrs vcrtrically connected. The contact plate 15 can turn. For this purpose , the, for example, single-phase helium B is built up to the phase according to the inner contact plate 11 on high-chip metal and surrounds it in a ring. Via this voltage potential in a known manner in a hollow contact plate 11 and 15, the conductors tube 24, which is fed centrally in the phase conductor 1 in a connector 25, is supplied with the current from the normalcitcn kuicrtcn inner space 26 of the power supply ungcord- 12 and 13, respectively. The parts 12 and Π are net is fed. In the middle of the contact plate 11 at high voltage potential, which surrounds it - so a helium-tight feedthrough 27 in front of the parts 13, IS, 9 and 8, however, is at ground potential. seen. A separate pipe 28 is used to supply the helium C required for cooling the phase-the helium C on normal clock plates, which is required by the cone-external conductors arranged in one plane the connection is essentially the space between two concentric points between the power supply and the phase hollow tubes and is attached to accommodate a cooling conductor. The boiling helium A can also be used by A. Its inner tubular wall, if at normal potential at a bushing 29, is formed by an insulating section 17 which, in the outer contact plate IS in the container S, surrounds the end piece 7 of the inner conductor and is gas-fed. The voltage transition from close to the contact mat 11 is attached. On the other hand, the Bo normal to high voltage potential in the helium bath outer wall 9 is attached to the outer contact via a correspondingly large plate IS in a gastight manner. At the lower end 18 of the drawn-in high into the KllhlmlttclbehUltcrS protrudes freely, the lower voltage insulator 12, which for this purpose expediently with the end 18 of a hollow cylindrical insulator IS. a potential control is provided. The helium gas / T is evaporating in the upper part of the power supply, after / between the inner and outer normal and it is used as cooling gas at the normal parents 12 and 13, conductors 12 and 13 and between the two Kontakt- vorbelgestrttmt lsi, arranged on the outside at zero potential on a plate 11 and IS so that in the coolant outlet 30 and inside on high-voltage potential

an einem Austritt 31 aus der Stromzuführung aus. Es kann dann aufgefangen und Heliumverflüssigern über besondere Zuleitungen zugeführt werden.at an outlet 31 from the power supply. It can then be caught and helium liquefied over special feed lines are supplied.

Die Leiterquerschnitte Q der beiden NonnalleiterThe conductor cross-sections Q of the two normal conductors

12 und 13 der Stromzuführung können für einen vorbestimmten Betriebsstrom I_np, optimiert werden, d. h. daß für diesen Strom /,„„ die geringste Wärmceinlcitung in das Helium A in den Behälter S erfolgt. Für eine derart optimierte abgasgekühlte Stromzuführung beträgt dann das Verhältnis der Verluste an Kühlmittel bei einem Betriebsstrom I_opt zu den Verlusten bei Ruhestrom /₀ = 0 je nach Reinheit des Normalleitermaterials etwa 1,3 bis 2,6. Unter Umständen, insbesondere für Betriebszuslände mit längeren Ruhepausen, kann es jedoch, beispielsweise aus wirtschaftlichen Gründen, zweckmäßig sein, dieses Verhältnis zu vergrößern, auch wenn dabei die momentanen Betriebsverluste höher liegen als bei einer optimierten Stromzuführung. Die Querschnitte Q werden dann so gewählt, daß die Verluste an verdampftem Helium A' im zeitlichen Mittel minimal sind.12 and 13 of the power supply can be optimized for a predetermined operating current I _np , that is to say that for this current / "" the smallest heat transfer into the helium A into the container S takes place. For an exhaust-gas-cooled power supply optimized in this way, the ratio of the losses of coolant at an operating current I _opt to the losses at quiescent current / ₀ = 0 is approximately 1.3 to 2.6, depending on the purity of the normal conductor material. Under certain circumstances, in particular for operating conditions with longer breaks, it can be useful, for example for economic reasons, to increase this ratio, even if the instantaneous operating losses are higher than with an optimized power supply. The cross-sections Q are then chosen so that the losses of evaporated helium A ' are minimal on average over time.

Da für eine so optimierte Stromzuführung die Gefahr einer Temperaturüberhöhung in der Nähe ihres warmen Endes bestünde, die zu einer Beschädigung oder sogar zu einer Zerstörung der Normalleiter 12,Since for such an optimized power supply there is a risk of an excessive temperature in the vicinity of your warm end that would damage or even destroy the normal conductor 12,

13 sowie des Isolators 19 führen könnte, ist für die Stromzuführung gemäß der Erfindung eine besondere Kaltgaschispcisung vorgesehen. Hierfür wird vorteilhaft zusätzliches Kaltgas D und E, beispielsweise Heliumgas von 80 K, an Einspeisepunkten 33 und 34 den Normalleitcrn 12 bzw. 13 vorteilhaft an der Stelle zugeleitet, an der das Tcmpcraturnivcau des Kaltgascs mit dem des aus dem Behälter S stammenden Abgases A' bei normalem Betrieb der Stromzuführung, d. h. im Falle des Stromes /„„„ übereinstimmt. Es wird deshalb das Kaltgas D auf Hochspannungspotential beispielsweise über eine Zuleitung 36 durch den Innenraum 26 bis zum Einspeisepunki 33 geleitet, wo es an dem Normallcitcr 12 dem aus dem Behälter 5 aufsteigenden Abgas beigemischt wird. In entsprechender Weise wird mit dem Abgas zur Kühlung des Norniallcitcrs 13 das Kaltgas E, das auf Normalpotential über eine Zuleitung 37 an den Einspeisepunkt 34 gelangt, vereinigt. Das Kultgas /> bzw. /·,' tritt dann mit dem entsprechenden Abgas an den Austrittsstcllen 31 bzw, 30 aus der Stromzuführung aus.13 and the insulator 19 could lead, a special Kaltgaschispcisung is provided for the power supply according to the invention. For this purpose, additional cold gas D and E, for example helium gas of 80 K, is advantageously fed to the normal conductors 12 and 13 at feed points 33 and 34, advantageously at the point at which the temperature level of the cold gas coincides with that of the exhaust gas A 'coming from the container S. normal operation of the power supply, ie in the case of power / """matches. The cold gas D is therefore passed at high voltage potential, for example via a feed line 36 through the interior 26 to the feed point 33, where it is mixed into the exhaust gas rising from the container 5 at the normal citric 12. In a corresponding manner, the cold gas E, which reaches the feed point 34 at normal potential via a feed line 37, is combined with the exhaust gas for cooling the normal citric 13. The cult gas /> or / ·, 'then emerges with the corresponding exhaust gas at the exit points 31 and 30 from the power supply.

Die lUnspeiscmcngcn an Kaltgas D und /■„' können vorteilhaft je nach Überstrom bemessen weiden. Hs Ist deshulb eine Regelvorrichtung 4Jl vorgesehen, mit der beispielsweise 2 Ventile 41 und 42 gesteuert werden können, die in der Zuleitung 36 für das KuIigas /) bzw. in der Zuleitung 37 für das Knltgas E angeordnet sind. Als Sioucrpnrametcr können beispielsweise der Strom durch die Normnllelter 12 und 13 oder Ihr Widerstandswert dienen. Ferner ist es auch möglich, wie es in der Figur angedeutet ist, mittels eines oder mehreren TcmpernturmeßfUhlcrn die bei Oberströmen auftretende Temperaturerhöhung an den Normalleitcrn zu messen. Beispielsweise kann ein TemperaturmcBfllhler 44 an dem HuQercn Normulleiter uuf Normulpotonllttl vorzugsweise an einer Stelle angebracht sein, an der eine Temperatur-Überhöhung auftreten könnte. Dieser Temperaturfühler auf Nulipoleniial, der stellvertretend für die llochspunnungsscitc wirken kann, beeinflußt über die gestrichelt eingezeichneten VcrlilndungsleUungen mittels der Regelvorrichtung 41! die Stellung der Ventile 41 und 42 und damit die Zufuhrmengen an Kaltgas. Er ist beispielsweise ein Germanium- oder Kohlewidcrstaml. The infeed of cold gas D and / ■ "" can advantageously be dimensioned depending on the overcurrent. A regulating device 41 is therefore provided with which, for example, two valves 41 and 42 can be controlled, which are arranged in the supply line 36 for the coolant gas /) or in the supply line 37 for the coolant gas E. The current through the standard elements 12 and 13 or their resistance value, for example, can serve as parameters. Furthermore, it is also possible, as indicated in the figure, to measure the temperature increase on the normal conductors that occurs in the case of overcurrents by means of one or more TcmpernturmeßfUhlcrn. For example, a temperature sensor 44 can be attached to the standard conductor and standard sensor, preferably at a point at which a temperature increase could occur. This zero-voltage temperature sensor, which can act as a representative for the hole voltage setting, has an influence on the connection lines drawn in dashed lines by means of the control device 41! the position of the valves 41 and 42 and thus the amount of cold gas supplied. It is, for example, a germanium or coal resistor.

Neben einer Kaltgascinspcisung mit gasförmigem Helium D und E, d. h. mit demselben Kühlmittel wie es in dem Behälter 5 vorgesehen ist, kann aber auch ein anderes Kühlmittel als Kaltgas verwendet werden. So kann beispielsweise dem Abgas A' aus dem Behälter S ein elcktronegalivcs Gas oder ein elcktronegativer Dampf oder ein organisches Radikal oder dessen anorganisches Analogon zugesetzt werden, (deutsche Patentschrift 21 64 706). Hiermit erhält man zugleich eine Erhöhung der Durchschlagsspannung in der Stromzuführung.In addition to a cold gas supply with gaseous helium D and E, ie with the same coolant as is provided in the container 5, a coolant other than cold gas can also be used. For example, an electron-equalizing gas or an electron-negative vapor or an organic radical or its inorganic analogue can be added to the exhaust gas A 'from the container S (German Patent 21 64 706). This also results in an increase in the breakdown voltage in the power supply.

Für Heliumgas nahe Raumtemperatur, das in diesem Falle eine besonders niedrige Durchschlagsfestigkeit besitzt, stellen beispielsweise zwei bekannte Verfahren zur überbrückung von Hochspannungsgefällen zur Verfugung: Einmal kann die Durch- Schlagsfestigkeit des gasförmigen Heliums durch die bereits erwähnte Beimischung eines elcktroncgativen Gases erhöht werden (deutsche Patentschrift 21 64 706), zum anderen kann das gasförmige Helium durch Kapillaren aus einem elektrisch isolicrcnden Material abgeführt werden (deutsche Patentschrift 21 63 270).For helium gas close to room temperature, this has a particularly low dielectric strength in this case have, for example, two known methods for bridging high-voltage gradients are available: On the one hand, the through- Impact resistance of the gaseous helium due to the already mentioned admixture of an electrostatic agent Gas can be increased (German Patent 21 64 706), on the other hand, the gaseous helium be discharged through capillaries made of an electrically insulating material (German patent specification 21 63 270).

Das Verhältnis der Verluste an Helium bei Betriebsstrom / zu den Verlusten bei Ruhestrom /,, läßt sich mit der zusätzlichen Gaskühlung in einfacher Weise vergrößern, wobei die Kälteleistung der zur Kühlung der Stromzuführung; erforderlichen Kältemaschine bekanntlich mit zunehmender Temperatur für die Einspeisepunkte sinkt. Aus dem Stromzufüh-The ratio of the losses of helium with operating current / to the losses with quiescent current / ,, leaves with the additional gas cooling increase in a simple manner, the cooling capacity of the Cooling the power supply; necessary refrigeration machine is known to be with increasing temperature for the entry points decreases. From the power supply

rungsparamctcr -^- = konst. einer optimierten, ab-rungsparamctcr - ^ - = const. of an optimized, reduced

gasgckühllcn Stromzuführung ergibt sich die maximale Belastbarkeit der Stromzuführung mit Zusatzgaskühlung. Dabei ist / der Strom, / die Länge und Q der Querschnitt der Stromzuführung. Diese Konstantc ist vom verwendeten Material und geringfügig von der Warmendtemperatur der Stromzuführung abhängig. Im Idcalfall kann an den Einspeisepunklcn 33 und 34 die Temperatur der Stromzuführung konstant gehallen weiden. Da gemäß F i g. I die Ortskooidhate χ dieser Einspciscpunkle kleiner ist als die Gesamtlänge / der Stromzuführung, können dann unter der Voraussetzung der Konstanz des StromzuHllmmgsparanieters die Normalleiter 12 und 13 zwischen dem Kältende im Behälter 5 und den Hin- speisepunkten 33 und 34 mit einem entsprechend höheren Strom / bclustct werden, ohne daß dieser Teil der Stromzuführung thermisch instabil wird. Auf diese Weise 1st es beispielsweise möglich, mit einer Knltguscinspoisung auf 80 K, die gemllß FI g. 1 etwa gasgckühllcn power supply results in the maximum load capacity of the power supply with additional gas cooling. Here / is the current, / the length and Q is the cross section of the power supply. This Konstantc depends on the material used and slightly on the warm end temperature of the power supply. In the normal case, the temperature of the power supply can be kept constant at the feed points 33 and 34. Since according to FIG. I the Ortskooidhate χ this Einspciscpunkle is smaller than the total length / of the power supply, then, provided that the power supply is constant, the normal conductors 12 and 13 between the cooling end in the container 5 and the feed points 33 and 34 can be clustered with a correspondingly higher current without this part of the power supply becoming thermally unstable. In this way, it is possible, for example, with a Knltguscinspoisung to 80 K, which according to FI g. 1 about

SS in der Milto der Normallcitcr 12 und 13 zwischen dem Wärmende uuf Raumtemperatur und dem Kältende auf Helium-Temperatur zu erfolgen hat, den Strom zu verdoppeln, ohne daß die Ruhcvcrluslo erhöht werden; denn das Tcmporaturprolil im oberenSS in the Milto of Normallcitcr 12 and 13 between the warming up to room temperature and the cooling down to the helium temperature, the To double the current without increasing the rest rate; because the tcmporaturprolil in the upper

Teil der Stromzuführung zwischen den einspeisepunktcn 33 und 34 und dem Warmende auf Raumtemperatur wird ja durch die zusätzliche Gaskühlung stabil gehalten. Da beispielsweise bei einem Kabel erheblichePart of the power supply between the feed points 33 and 34 and the end of warmth to room temperature is made by the additional gas cooling kept stable. Since, for example, with a cable, considerable

Ss Stromllndcrungcn Infolge von Lnstschwankungcn ituftrcu'n können, blutet die ZtiHutzguskühlung gemUI.1 der I-rflndung für tile Stromzuführung eines supraleitenden Kübels die Möglichkeit einer optimalenIf there are changes in the current as a result of fluctuations in the air temperature, the protective cover cooling bleeds according to 1 the I-rflndung for tile power supply of a superconducting bucket the possibility of an optimal

Anpassung an die jeweiligen Betriebszustände. Hierdurch wird die Betriebssicherheit wesentlich erhöht, und die benötigte Kältcmaschinenleistung kann wesentlich verringert werden; denn der Kältebedarf für Stronizuführungen stellt einen erheblichen Anteil an dein Gesaintkällebedarf für das supraleitende Kabel dar.Adaptation to the respective operating conditions. This significantly increases operational safety, and the required refrigerating machine power can be reduced significantly; because the cooling requirement for Electricity feeds make up a significant proportion of your total needs for the superconducting cable represent.

Im Ausführungsbeispiel ist eine Stromzuführung für ein Kabel mit Supraleitern gewählt, die mit Helium gekühlt werden. Es können jedoch auch entsprechende andere Einrichtungen für andere auf Tieftemperalur gekühlte Leiter, beispielsweise aus Aluminium oder Beryllium, vorgesehen sein, die mitIn the exemplary embodiment, a power supply for a cable with superconductors is selected, the one with helium be cooled. However, there can also be other corresponding facilities for others Low-temperature cooled conductor, for example made of aluminum or beryllium, can be provided with

anderen Kühlmitteln, beispielsweise mit Wasserstoff gekühlt werden.other coolants, such as hydrogen.

Ferner sind neben der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Stromzuführung für elektrische Einrich· tungen gemäß der Erfindung auch anders gestaltete abgasgekühltc Stromzuführungen verwendbar. Diesf können beispielsweise mit besonderen Vorrichtunger verschen sein, die eine Polentialübcrgangszone aucl für das Kühlmittel B des Phaseninnenleiters innerFurthermore, in addition to the power supply for electrical devices according to the invention described in the exemplary embodiment, differently designed exhaust-gas-cooled power supplies can also be used. This can be given away, for example, with special devices which also have a polar transition zone for the coolant B of the inner phase conductor

ίο halb der Stromzuführung schaffen und somit entsprc chende Hochspannungsübergangselemente in dei Kühlmittelab- bzw. -Zuleitungen zumindest teilweis« erübrigen.ίο create half of the power supply and thus correspond Corresponding high-voltage transition elements in the coolant discharge and supply lines at least partially « superfluous.

Hierzu 2 Blatt 2IeichnungenFor this purpose 2 sheets of 2 drawings

Claims

Patent claims:

I, Silrom feed for electrical equipment with conductors cooled to low temperature, the end of which is connected to a standard conductor which is located in a gas flow of a vaporized coolant, characterized in that an additional feed of a cold gas (D or £) into the gas flow of the vaporized Coolant (A ') is provided at a temperature level above the evaporation temperature of the coolant (A) .

* 2. Power supply according to claim 1, characterized in that the feed into the gas stream of the evaporated coolant is provided at the point (33 or 34) where the temperature of the cold gas (D or E) with the temperature of the evaporated coolant (A) matches.

3. Power supply according to claim 2, characterized in that the temperature selected as the temperature of the evaporated coolant (A ') is that which is suitable for a cross-section of the normal conductor (12 or 13) which is for a nominal current (I _O pi) is optimized with respect to minimal coolant losses, results at the point (33 or 34) without cold gas feed.

4. Power supply according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cold gas (D or E) and the evaporated coolant (A ') are the same cryogenic media.

5. Power supply according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cold gas (D or E) an electronegative gas is provided.

6. Power supply according to claim 4, characterized in that the cryogenic medium is helium is provided.

7. Power supply according to one of claims 1 to 6, characterized in that the feed amount can be regulated on cold gas (D or E).

8. Power supply according to claim 7, characterized in that for regulating the cold gas quantity a valve (41 or 42) is provided.

9. Power supply according to claim 7 or 8, characterized in that at least one temperature sensor (44) is provided as an actual value transmitter for regulating the cold gas additive, which is arranged in the gas flow of the evaporated coolant (A ') .

10. Power supply according to claim 9, characterized in that the temperature sensor (44) is arranged in an area in which without KaItgaseinspeisung in the event of an overcurrent (1,1 1 ₀₁ ,,) a temperature increase above the external normal temperature of the power supply can also occur.

II. Power supply according to claim 10, characterized in that the temperature sensor (44) is arranged at the point of maximum temperature of the normal conductor (13).

12. Power supply according to one of claims 9 to 11, characterized in that as Temperature sensor (44) carbon or germanium resistors are provided.

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