Claims (1)
Patentanspruch: Verfahren zur Prüfung der Strombelastbarkeit supraleitender
Gleichstromkabel mittels eines Hochstromtransformators, der aus einem Eisenkern
mit einem Luftspalt und einer supraleitenden Kurzschlußwindung als Prüfling und
einer Erregerwicklung besteht, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß bei
zunächst normalleitendem Kurzschlußkreis(1) der Eisenkern (2) über die Erregerwicklung
(3) vormagnetisiert wird (Punkt 1, Fig. 2), dann bei konstantem Erregerstrom der
Kurzschlußkreis (1) durch Absenken der Kühlmitteltemperatur in den supraleitenden
Zustand gebracht wird, danach der Erregerstrom auf Null reduziert und anschließend
die Erregerwicklung (3) mit einem umgepolten Gleichstrom beaufschlagt wird. Claim: Method for testing the current carrying capacity of superconductors
DC cable by means of a high-current transformer, which consists of an iron core
with an air gap and a superconducting short-circuit winding as the test item and
there is an excitation winding, which means that at
initially normal short circuit (1) of the iron core (2) via the excitation winding
(3) is premagnetized (point 1, Fig. 2), then with a constant excitation current the
Short circuit (1) by lowering the coolant temperature in the superconducting
State is brought, then the excitation current is reduced to zero and then
the field winding (3) is supplied with a polarity reversed direct current.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prüfung der Strombelastbarkeit
supraleitender Gleichstromkabel mittels eines Hochstromtransformators, der aus einem
Eisenkern und einer supraleitenden Kurzschlußwindung als Prüfling und einer Erregerwicklung
besteht. The invention relates to a method for testing the current-carrying capacity
superconducting direct current cable by means of a high-current transformer, which consists of a
Iron core and a superconducting short-circuit winding as the test item and an excitation winding
consists.
Bei Kabeln mit hoher Betriebsstromstärke werden hierfür Gleichströme
bis zu mehreren 10 kA, wahlweise mit positiver und negativer Polarität und mit einem
kleinen Oberwellenanteil benötigt. In the case of cables with high operating currents, direct currents are used for this
up to several 10 kA, optionally with positive and negative polarity and with one
small harmonic content required.
Der Prüfstrom wird in einer Kurzschlußwindung, die von dem zu untersuchenden
supraleitenden Kabel gebildet wird, transformatorisch erzeugt. Die supraleitende
Kurzschlußwindung kann auch nur zum Teil aus dem zu prüfenden Kabel bestehen, beispielsweise
wenn das Kabel nach Art einer Pipeline mit einer starren thermischen Isolierung
ausgeführt ist, in der die beiden Kabel stränge eingezogen sind. Der restliche Teil
der Kurzschlußwindung wird dann von einem flexiblen supraleitenden Kabel gebildet. The test current is in a short-circuit winding created by the test
superconducting cable is formed, generated by a transformer. The superconducting one
Short-circuit winding can also only partly consist of the cable to be tested, for example
if the cable is in the form of a pipeline with rigid thermal insulation
is executed, in which the two strands of cable are drawn. The rest of the part
the short-circuit turn is then formed by a flexible superconducting cable.
Zur Prüfung der Strombelastbarkeit von supraleitenden Gleichstromkabeln
ist bereits eine Anordnung bekannt, die einen Hochstromtransformator darstellt,
der aus einem Eisenkern mit einer normalleitenden oder supraleitenden Kurzschlußwindung
(Prüfling) und einer Erregerwicklung mit hoher Windungszahl besteht. Für die sekundäre
supraleitende Kurzschlußwindung ist eine Kältemaschine oder ein Vorratsbehälter
mit einer Kryoflüssigkeit vorgesehen (Zeitschrift »ETZ-A«, Bd. 95, 1974, Heft 4,
S. 238/239). For testing the current carrying capacity of superconducting direct current cables
an arrangement is already known that represents a high-current transformer,
that consists of an iron core with a normally conducting or superconducting short-circuit winding
(Test item) and an excitation winding with a high number of turns. For the secondary
superconducting short-circuit winding is a refrigeration machine or a storage container
provided with a cryogenic liquid (magazine "ETZ-A", vol. 95, 1974, issue 4,
Pp. 238/239).
Ist die Sekundärwicklung verlustfrei, dann können mit dieser Anordnung
Gleichströme in der Kurzschlußwindung transformatorisch erzeugt werden, wie aus
dem Induktionsgesetz folgt: Danach ist für einen verlustfreien Stromkreis die Flußänderung
Null,
d. h., in der Anordnung bleibt der gesamte, mit der Sekundärwicklung verkettete
Magnetfluß 2 unabhängig von der Magnetisierung des Eisenkerns konstant; speziell
ist 92 = 0, wenn der Anfangswert KA
des mit der Sekundärwicklung verketteten Flusses
ebenfalls Null ist. Allgemein gilt für jeden Zeitpunkt
Hier bedeutet d D ffi< die durch den Magnetisierungsstrom i0 = i, + i2 im Eisenkern
bewirkte Flußändewl rung und L a2. die Streuinduktivität der supraleitenden Sekundärwindung.
Jedem Gleichstromwert i auf der Primärseite des Transformators entspricht ein bestimmter
Gleichstromwert i2 auf der Sekundärseite, der als Dauerstrom im Kurzschlußkreis
fließt, solange dieser verlustlos bleibt und der Erregerstrom i1 konstant ist. Der
Strom i2 berechnet sich für den Fall d 0KA = 0 nach Gleichung (1) zu
Im allgemeinen ist die Geometrie und damit auch die Streuinduktivität des Kurzschlußkreises
vorgegeben, so daß der gewünschte Maximalwert von i2 nur über d K und damit wegen
der begrenzten Induktionsänderung durch Eisensättigung nur durch entsprechende Bemessung
des Eisenquerschnittes des Transformatorkernes zu erreichen ist. Bei größeren Prüfströmen
ergeben sich beachtliche Eisenquerschnitte, wie folgendes Beispiel zeigt: so beträgt
der Mindestquerschnitt bei einem Prüfstrom von i2 = 60 kA und einer angenommenen
Streuinduktivität Lo2. = 20 plH bei einer Kerninduktion Bk = 1,4 T
Vorausgesetzt ist dabei, daß der Eisenkern nur in einer Hälfte der Magnetisierungskurve
ausgesteuert wird.If the secondary winding is lossless, then with this arrangement direct currents can be generated in the short-circuit winding as a transformer, as follows from the law of induction: According to this, the change in flux is zero for a lossless circuit, that is, in the arrangement, the entire magnetic flux 2 linked to the secondary winding remains constant regardless of the magnetization of the iron core; in particular, 92 = 0 if the initial value KA of the flux linked to the secondary winding is also zero. Generally applies to any point in time Here d D ffi <the flux change caused by the magnetizing current i0 = i, + i2 in the iron core and L a2. the leakage inductance of the superconducting secondary winding. Each direct current value i on the primary side of the transformer corresponds to a certain direct current value i2 on the secondary side, which flows as a continuous current in the short-circuit circuit as long as it remains lossless and the excitation current i1 is constant. The current i2 is calculated for the case d 0KA = 0 according to equation (1) In general, the geometry and thus also the leakage inductance of the short-circuit circuit is specified so that the desired maximum value of i2 can only be achieved via d K and therefore only by dimensioning the iron cross-section of the transformer core due to the limited induction change due to iron saturation. Larger test currents result in considerable iron cross-sections, as the following example shows: the minimum cross-section for a test current of i2 = 60 kA and an assumed leakage inductance Lo2. = 20 piH with a core induction of Bk = 1.4 T A prerequisite is that the iron core is only controlled in one half of the magnetization curve.
Eine wesentlich bessere Ausnutzung des Eisenkernes und damit eine
kostengünstigere Ausführung läßt sich durchVormagnetisierung über eine spezielle,
auf den Eisenkern aufgebrachte Wicklung erzielen. Dies setzt allerdings voraus,
daß die Vormagnetisierung durch den Strom iv bei normalleitendem Kurzschlußkreis
erfolgt (Aussteuerung des Eisenkernes in den oberen Teil der Magnetisierungskurve).
Bei anschließend supraleitendem Kurzschlußkreis wird dann durch den Erregerstrom
i1 bei konstantem Vormagnetisierungsstrom iv der Eisenkern vom Anfangswert 0vA bei
i1 = O in der positiven Hälfte der Magnetisierungskurve bis zum Endwert 0E in der
negativen Hälfte der Magnetisierungskurve ummagnetisiert. Dabei ändert sich der
Kernfluß um ##k=#ka+#kE. (3) Für çKA= OKE ist es somit im Prinzip möglich, den gleichen
Strom i2 bei halb so großen Eisenquerschnitt zu erzeugen wie ohne Vormagnetisierung,
bzw. man erreicht bei vorgegebenem Kernquerschnitt eine Verdoppelung des Sekundärstromes
i2. A much better utilization of the iron core and thus a
cheaper design can be achieved by pre-magnetizing a special,
achieve winding applied to the iron core. However, this presupposes
that the premagnetization by the current iv with a normally conductive short circuit
takes place (modulation of the iron core in the upper part of the magnetization curve).
In the case of a subsequent superconducting short-circuit, the excitation current
i1 at constant bias current iv the iron core from the initial value 0vA at
i1 = O in the positive half of the magnetization curve up to the final value 0E in the
negative half of the magnetization curve. This changes the
Core flow by ## k = # ka + # kE. (3) For çKA = OKE it is possible in principle to do the same
Generate current i2 with half the iron cross-section as without premagnetization,
or one achieves a doubling of the secondary current with a given core cross-section
i2.