DE2803228C3

DE2803228C3 - Wechselstrom-Mehrphasenkabel mit Kühlung

Info

Publication number: DE2803228C3
Application number: DE2803228A
Authority: DE
Inventors: Pavel Borisovič Moskva Šenderovič; Valerij Alekseevič Golenčenko
Original assignee: Gosudarstvennyj Naucno-Issledovatel'skij Energeticeskij Institut Imeni Gm Krzizanovskogo Moskva Su
Current assignee: Gosudarstvennyj Naucno-Issledovatel'skij Energeticeskij Institut Imeni Gm Krzizanovskogo Moskva Su
Priority date: 1976-01-08
Filing date: 1978-01-25
Publication date: 1981-04-23
Also published as: SU714511A1; DD135658A1; FR2418529A1; DE2803228B2; GB1582406A; FR2418529B1; CA1092670A; US4176238A; DE2803228A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Wechselstrom-Mehrphasenkabel mit Kühlung.

Wechselslrom-Mehrphasenkabel werden im wesentliehen bei der Errichtung von supraleitenden Elektroenergie-Übertragungsleitungen verwendet.

Zur Zeit bestehen Konstrumtionen von Wechselstromkabeln, die als stromführende Elemente nach einer Schraubenlinie angeordnete Supraleiter verwenden. Gewöhnlich enthält jede Kabelphase eine Innenschicht aus stabilisiertem supraleitendem Werkstoff, eine Schicht zur elektrostatischen Abschirmung, eine dielektrische Schicht, eine zweite Schicht zur elektrostatischen Abschirmung und eine Außenschicht aus stabilisiertem supraleitendem Werkstoff, die nach einer Schraubenlinie konzentrisch angeordnet sind. Eine solche Kabelkonstruktion bedingt das Vorhandensein eines axialen Magnetflusses, dessen Stärke mit dem zur Sicherung einer Temperaturkompensation des Kabels gewählten Schraubengang des supraleitenden Werkstoffes zusammenhängt. Dieser sich zeitlich ändernde Magnetfluß induziert Ströme in allen ihn umfassenden geschlossenen stromführenden Elementen. Bei der Kontaktierung solch eines Elements mit dem Hauptkühler der Kabelleiter steigt die Wärmebelastung von Kühlanlagen unzulässig an.

Als Hauptquelle der Wärmeentwicklung tritt im Kabel ein aus Stahl hergestelltes und den Arbeitsbereich der kalten Zone begrenzendes Dichtungsrohr auf. Andere Quellen der Wärmeerzeugung sind die elektrostatische Abschirmung und eine stabilisierende Unterlage des Supraleiters. Falls die Kabelphasen in einem gemeinsamen Dichtungsrohr angeordnet sind, ist die Wärmeentwicklung im Dichtungsrohr wegen einer so ungleichmäßigen Phasenbeanspruchung un?ulässig hoch.

Es ist eine Kabelkonstruktion bekannt, die ein Schutzmittel für das Kabel gegen den axialen Magnetfluß (s. beispielsweise I. Sutton »Induced circumferential currents and losses in flexible and superconducting cables«, Cryogenics, 1975, V. 15, N. 9, S. 544, Abschnitt »Ferromagnetic leading of space between pipe and cables«) enthält.

Das genannte Schutzmittel ist in Form eines dünnwandigen Zylinders aus ferromagnetischem Material hergestellt, der zwischen der Phase und dem Dichtungsrohr koaxial zu diesem untergebracht ist Eine Reduzierung der Wärmeerzeugung wird erreicht, wann die Wand des Dichtungsrohres dicker ist als die Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes in das Rohrmaterial. Um die Flexibilität des Dichtungsrohres zu erhalten, ist es notwendig, hochreine Werkstoffe mit hoher elektrischer Leitfähigkeit einzusetzen. Hierbei fällt die Festigkeit des Materials ab, außerdem sind die Hysteresisverluste im ferromagnetischen Werkstoff beträchtlich.

Es ist ferner ein Wechselstrom-Mehrphasenkabel mit Kühlung bekannt, dessen Phasen je eine Schicht aus stabilisiertem supraleitendem Werkstoff, eine Schicht aus einem einen elektrostatischen Schirm darstellenden Material, eine dielektrische Schicht, eine andere Schicht aus einem einen elektrostatischen Schirm darstellenden Material und eine Außenschicht aus stabilisiertem supraleitendem Werkstoff, die nach einer Schraubenlinie konzentrisch angeordnet sind, enthalten, und es gibt ein Mittel gegen den axialen Magnetfluß, im Kabel, das aus einem supraleitenden Werkstoff hergestellt ist (s. beispielsweise I. Sutton »Induced circumferential currents ans losses in flexible and superconducting cables«, Cryogenics, 1975, V 15, N. 9, S. 544, Abschnitt »Superconducting helium pipes«).

Bei der genannten Kabelkonstruktion ist das Mittel gegen den axialen Magnetfluß im Kabel in Form einer Schicht aus unmittelbar auf das zu schützende Kabelelement, d. h. auf die Innenfläche des Dichtungsrohres, aufgetragenem supraleitendem Werkstoff gefertigt, wobei das Dichtungsrohr entweder jede Phase im einzelnen oder alle Phasen zusammen abdichten kann. Als auf das Dichtungsrohr aufzutragenes Material werden Supraleiter mit hohen kritischen Temperaturen und niedrigen Hystereseverlusten verwendet. Diesen Bedingungen genügen die Supraleiter auf der Basis intermetallischer Verbindungen. Derartige Supraleiter weisen aber eine niedrige Bruchfestigkeit auf, was die Kabelkonstruktion kompliziert und die Betriebssicherheit des Kabels herabsetzt. Darüberhinaus hindert das genannte Mittel nicht die Wärmeerzeugung in der stabilisierenden Unterlage des Supraleiters und im elektrostatischen Schirm.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wechselstrom-Mehrphasenkabel mit Kühlung zu schaffen, bei dem die Ausführung des Mittels gegen den axialen Magnetfluß im Kabel in Form mehrerer geschlossener Leiter es erlaubt, die Konstruktion zu vereinfachen und die Betriebssicherheit sowie die Zuverlässigkeit des Kabels zu erhöhen.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Wechselstrom-Mehrphasenkabel mit Kühlung, dessen jede Phase eine Innenschicht aus stabilisiertem supraleitendem Werkstoff, eine Schicht aus einem eine elektrostatische Abschirmung darstellenden Material, eine dielektrische Schicht, eine andere Schicht aus einem eine elektrostatische Abschirmung darstellenden Material und eine Außenschicht aus stabilisiertem supraleitendem Werkstoff, die nach einer Schraubenlinie konzentrisch angeordnet sind, enthält, wobei das Kabel ein aus einem supraleitenden Werkstoff hergestelltes Mittel gegen den axialen Magnetfluß im Kabel hat, dieses Mittel gegen den axialen Magnetfluß gemäß der Erfindung eine Reihe von die Oberflächen der

Innen- und Außenschicht des stabilisierten supraleitenden Werkstoffes der Kabelphasen getrennt umfassenden geschlossenen Leitern darstellt, wobei die die Oberfläche der Außenschicht des stabilisierten supraleitenden Werkstoffes umfassenden geschlossenen Leiter elektrisch untereinander verbunden sind.

Die konstruktive Ausführung des Mittels in Form flexibler geschlossener Leiter vereinfacht die Herstellungstechnologie des Kabels und erhöht dessen Betriebssicherheit Die Anordnung einer Reihe flexibler geschlossener Leiter koaxial zur supraleitenden Innenfläche der Phasen unter deren Umschließung bietet einen Schutz für die stabilisierende Unterlage des Supraleiters gegen das axiale Magnetfeld durch eine Magnetfeldverdrängung.

Die elektrische Verbindung der die supraleitenden Außenflächen der Phasen umschließenden geschlossenen Leiter und deren koaxiale Anordnung bezüglich der innenfläche des Dichtungsrohres bieten einen Rohrschutz gegen das axiale Magnetfeld Jurch dessen Kompensation.

Die Erfindung sol! nachstehend anhand der Beschreibung ihrer konkreten Ausführungsvariante unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht des Querschnitts des Wechselstrom-Mehrphasenkabels mit Kühlung,

Fig.2 eine mit einer Reihe geschlossener Leiter versehene Phase des Wechselstromkabels (teilweise abgebrochen),

Fig.3 eine Ansicht des Querschnitts des Wechselstrom-Mehrphasenkabels mit Kühlung, wenn das Kühlmittel die Kabelleiter umspült.

Das Wechselstrom-Mehrphasenkabel 1 (Fig. 1) mit Kühlung enthält in der dargestellten Variante drei Phasen 2. Jede Phase 2 enthält eine Innenschicht 3 aus stabilisiertem supraleitendem Werkstoff, eine Schicht 4 aus einem einen elektrostatischen Schirm darstellenden Material, eine dielektrische Schicht 5, eine andere Schicht 6 aus einem auch einen elektrostatischen Schirm darstellenden Material und eine Außenschicht 7 aus stabilisiertem supraleitendem Weςkstoff, die nach einer Schraubenlinie konzentrisch angeordnet sind. Das Kabel 1 weist auch ein Mittel 8 gegen den axialen Magnetfluß auf, das aus einem supraleitenden Material hergestellt ist Das Mittel 8 stellt eine Reihe von die

5 Oberflächen der Innenschicht 3 und der Außenschicht 7 des stabilisierten supraleitenden Werkstoffes getrennt umschließenden geschlossenen Leitern dar. Hierbei sind die die Oberfläche der Außenschicht 7 umfassenden geschlossenen Leiter mieinander elektrisch verbunden.

ίο Bei der beschriebenen Variante sind die geschlossenen Leiter in Gestalt von Ringen (F i g. 2) ausgeführt, wobei die die Außenschicht 7 umschließenden Ringe untereinander elektrisch durch Leiter 9 in Punkten 10 gekoppelt sind.

Als Kühlmittel kommt Helium zum Einsatz, das in der ersten Variante innerhalb der Phase 2 (Fig. 1) und in der zweiten Variante innerhalb und außerhalb der Phase 2 (F i g. 3) durchgeleitet wird.

Darüberhinaus ist das Kabel (Fig. 1) mit Stützen 11, einem Strahlungsschutzschirm 12 und einem Mantel 13 versehen, zwischen denen der Hohlraum evakuiert ist. Der Innenraum zwischen den Dichtungsrohren 14 und dem Schirm 12 ist gleichfalls evakuiert.

In der zweiten Ausführungsvariante ist der Hohlraum zwischen dem Dichtungsrohr 15 (Fig.3) und dem Schirm 12 auch evakuiert.

Im Arbeitsprozeß verwirklicht das Mittel 8 für den Schutz des Kabels 1 eine Verdrängung des axialen Magnetfeldes aus den durch die Schicht 3 jeder Phase 2 begrenzten Bereichen mit Hilfe von Leitern, in denen ein abschirmender Strom induziert wird, und eine Kompensation des magnetischen Feldes am Ort der Anordnung des Dichtungsrohres 14 oder 15 aus Helium mit Hilfe von durch die aus einem supraleitenden Werkstoff aufgeführten Leiter 9 elektrisch verbundenen Leitern, in denen gleichfalls ein elektrischer Strom induziert wird.

Das vorgeschlagene Wechselstrom-Mehrphasenkabel ist fertigungsgerecht, betriebssicher, gegen die Einwirkung seitens des axialen Magnetflusses zuverlässig geschützt und weist eine verbesserte dynamische Stabilisierung auf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Wechselstrom-Mehrphasenkabel mit Kühlung, dessen jede Phase eine Innenschicht aus stabilisiertem supraleitendem Werkstoff, eine Schicht aus einem einen elektrostatischen Schirm darstellenden Material, eine dielektrische Schicht, eine andere Schicht aus einem einen elektrostatischen Schirm darstellenden Material und eine Außenschicht aus stabilisiertem supraleitendem Werkstoff, die nach einer Schraubenlinie konzentrisch angeordnet sind, enthält, und das ein aus einem supraleitenden Werkstoff hergestelltes Mittel gegen den axialen Magnetfluß im Kabel hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (8) gegen den axialen Magnetfluß im Kabel eine Reihe von die Oberfläche der Innen- und Außenschicht (3 bzw. 7) des stabilisierten supraleitenden Werkstoffes der Kabelphasen (2) getrennt umfassenden geschlossenen Leitern darstellt, wobei die die Oberfläche der Außenschicht (7) des stabilisierten supraleitenden Werkstoffes umfassenden geschlossenen Leiter untereinander elektrisch verbunden sind.