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Titel der Erfindung
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Supraleitendes Kabel Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung
betrifft ein supraleitendes Kabel zum Transport hoher Wechselströme.
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Charakteristik der bekannten technischen Idsungen Bekannt sind supraleitende
Kabel mit mindestens einem normalleitenden Hohlträger, auf oder in dem sich eine
mit dem Hohlkörper leitend verbundene supraleitende Schicht befindet. Eine bekannte
Ausführung eines solchen Kabels sieht zwei konzentrische Hohlkörper vor, wobei die
supraleitende Schicht des innenliegenden Hohlträgers auf dessen Außenfläche, die
supraleitende Schicht des äußeren Hohlträgers hingegen auf der Innenfläche desselben
liegt. Im Zwischenraum zwischen den supraleitenden Schichten befindet sich eine
Isolierstrecke, Als Supraleiter findet vielfach Niobium auf einem gutleitenden Trägermetall
Verwendung, da eine solche Kombination die geringsten Verluste hat. Wegen der geringen
kritischen Feldstärke werden auch harte Bupraleiter, z. B. Nb-Ti und Nb3Sn, als
Supraleitermaterial eingesetzt. Der SursschluB-beanspruchung versucht man dadurch
Rechnung zu tragen, daß die Bupraleiter eine hohe Kryostabilisierung erhalten, damit
kurzzeitig der unbegrenzte Kurzschlußstrom getragen werden kann, oder die supraleitende
Schicht wird Uberdimensioniert, damit der unbegrenzte Kurzschlußstrom nur erhöhte
Wechselfeldverluste verursachen kann, Jedoch eine gefahrlose Abschaltung möglich
ist.
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Es ist auch das Dreischichtsystem Cu/Nb-Ti/Nb oder Ou/Nb3Sn/Rb bekannt,
das die geringen Wechselfeldverluste des Nb bei Nennbetrieb und die höhere Stromtragfähigkeit
der harten Supraleiter im Eurzschlußbetrieb ausnutzt.
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Im Hinblick auf die Kurzachlußfeatigkeit stellen die bekannten supraleitenden
Kabel insgesamt keine zufriedenstellenden Lösungen dar, weil ihre Verwendung in
elektrischen Energietib ertragung ast recken ohne Ub erhoht en Materialeinsatz strombegrenzende
Einrichtungen vcr aussetzt, um einen sicheren Schutz gegen Uberströme im Kurzschlußfall
zu gewährleisten.
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Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist es, ein verlustarmes und
kostengünstiges supraleitendes Kabel anzugeben, das den im Netzbetrieb auftretenden
Belastungen ohne zusätzliche Einrichtungen zur Überstrombegrenzung standhält.
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Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, ein ßupraleitendes Kabel zu schaffen, das fest gegen im Störungsfall auftretende
Uberströme ist und zugleich andere Anlagenteile einer Energieübertragungsstrecke
vor Uberströmen schlitze.
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Erfindungsgeaäß wird dies mit einem Kabel der eingangs beschriebenen
Art dadurch erreicht, daß der Hohlträger wendelförmig ausgebildet ist und in Abhängigkeit
von der supraleitenden Schicht eine derartige Steigung seiner Wendeln und Ausgestaltung
aufweist, daß sein induktiver Widerstand geringer als der Widerstand der supraleitenden
Schicht im normalleitenden Zustand ist, jedoch einen solchen Wert hat, daß bei Auftreten
eines Überstromes der praktisch durch den induktiven Widerstand begrenzte Uberstrom
im Bereich des Nennstromos oder darunter liegt.
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Die galvanische Verbindung zwischen supraleitender Schicht und Hohlträger
erfolgt in gleichen Abständen, z. B. durch eine über den gesamten Umfang gelegte
Lötstelle.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der wendelförmige Hohlträger
zur Erhöhung der Induktivität nit forromagnetischem Material versehen sein. Dies
kann in
Porm von Drähten, die zu einem zylindrischen oder rohrförmigen
Querschnitt verseilt sind, realisiert werden.
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Das zu einem rohrförmigen Querscbnitt verformte Material ist vorzugsweise
mit Kunststoff abgedichtet, so daß ein Rohr entsteht, das sich beispielsweise für
den Transport von Uie nutzen läßt.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, für den Hohlträger anstelle eines
normalleitenden Werkstoffes ein supraleitendes Material zu verwenden.
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Die strombegrenzende Wirkung läßt sich bei Kabeln mit zwei konzentrisch
angeordneten Aohlkbrpern gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch erhöhen,
daß die wendeltörmigen Hohlträger in entgegengesetzter Drallrichtung ausgeführt
sind. Bei Kabeln dieser Ausführungsform befindet sich die supraleitende Schicht
des inneren Hohlträgers auf seiner Außenfläche, die des außenliegenden hingegen
auf der Innenfläche des Hohlträgere. Der innere wendelförmige Hohlträger wirkt daher
fUr die mit ihm verbundene supraleitende Schicht als Stützkörper, während der äußere
Hohlträger im Hinblick auf die ihm zugeordnete supraleitende Schicht die Funktion
einer Bandage tibernimmt.
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Die volle Wirksamkeit des erfindungsgemäßen supraleitenden Kabels
als Strombegrenzungskabel ist gewährleistet, wenn es in Störungsfällen ab einem
vorbestimmten Wert des Uberstromes fast schlagartig auf seiner gesamten Länge in
den normalleitenden Zustand gelangt. Um dies sicherzustellen, ist das Kabel gemäß
der Erfindung mit gewollten Schwach~ stellen versehen, die vorzugsweise gleichmäßig
verteilt und durch Einachnurungen der supraleitenden Schicht oder durch stellenweise
auf der supraleitenden Schicht aufgebrachte thermische Isolationsschichten gebildet
sind.
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Buafiihrungsbeispiei Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfuhrungsbeispiel
näher erläutert werden. In der zugehörigen
Zeichnung ist ein supraleitendes
Kabel mit zwei konzentrischen Hohlträgern im Längs- und Querschnitt dargestellt.
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Der innenliegende Hohlträger 1 ist auf seiner Außenfläche durch punktweise
Lötstellen mit einer supraleitenden Schicht 2, die aus Bändern 20 aufgebaut ist,
leitend verbunden. Sie bilden gemeinsam den Innenleiter des supraleitenden Kabels.
Der Außenleiter des Kabels setzt sich aus dem äußeren Hohlträger 3 und der an seiner
Innenfläche befindlichen supraleitenden Schicht 4 zusammen. Der induktive Widerstand
der Hohlträger 1 ;3 ist kleiner bemessen als der Widerstand der ihnen zugeordneten
supraleitenden Schichten im normalleitenden Zustand. Bei Uberschreitung des kritischen
Anspruch stromes tritt daher schlagartig eine wachsende Stromteilung zwischen den
supraleitenden Schichten 2w4 und Hohltragern 1 ;3 ein, so daß nach dem Normalleitendwerden
der supraleitenden Schichten 2;4 fast der gesamte Strom durch die Hohlträger 1 ;3
fließt und durch deren induktiven Widerstand auf einen Wert unterhalb eines vorgegebenen
Grenzwert es begrenzt wird.
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Zur Erhöhung des Strombegrenzungseffektes besitzen die Hohlträger
1g3 eine entgegengesetzte Drallrichtung.
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Zwischen den supraleitenden Schichten 2g4 ist eine Isolationsstrecke
5 vorgesehen.