DE2830736C2

DE2830736C2 - Hochspannungskabel

Info

Publication number: DE2830736C2
Application number: DE2830736A
Authority: DE
Inventors: Lothar 7514 Eggenstein-Leopoldshafen Siewerdt
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1978-07-13
Filing date: 1978-07-13
Publication date: 1983-12-22
Also published as: FR2436482A1; GB2027976A; GB2027976B; FR2436482B1; US4294504A; DE2830736B1

Abstract

Es betrifft einen Hochspannungskabel fuer den Tieftemperaturbereich zum Uebertragen von Pulsstroemen bis zu 10 kA waehrend einer Zeit von mehreren Millisekunden mit einem oder mehreren Leitern und Einrichtungen zum beiderseitigen Anschliessen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mehrpoliges Hochspannungskabel zum Uebertragen von Pulsstroemen im Kilo-Ampere-Bereich zu entwickeln, das auch bei wiederholten Temperaturaenderungen von 4 K bis 300 K eine hohe elektrische Festigkeit besitzt. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass auch bei einem mehrpoligen Kabel mit vorbestimmter Leitergeometrie und mit hoher elektrischer und thermischer Stossbelastung im Temperaturbereich zwischen 4 und 300 K Hohlraeume im Isolierkoerper mit Sicherheit vermieden werden und Stoerungen, die durch Brechen oder Abbrennen eines Leiters verursacht sind, durch Auswechseln des Leiters leicht zu beheben sind. den bekannten Verfahren die Messgenauigkeit um mehr als vier

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochspannungskabel nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei Kabeln, die z. B. zum Einleiten von Pulsströmen bei hohen Spannungen in supraleitende Schalter verwendet werden, kgnn im Tieftemptraturbereich wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der zum Aufbau des Kabels verwendeten Leiter- und Isolierwerkstoffe eine mechanische Ablösung des Leiters vom Dielektrikum eintreten. Die dabei entstehenden Hohlräume verursachen ein starkes Ansteigen von Teitentladungen und können insbesondere im Helium-Gasbereich zu elektrischen Durchbrüchen und zur vorzeitigen Zerstörung des Kabels führen.

Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse Einzelkabel zu verwenden, deren Isolierung aus einem Kunststoff-Bandwickel besteht, so daß durch Temperaturänderungen verursachte unterschiedliche Längendehnungen ausgeglichen werden. Mehrpolige Anordnung, bei denen die Einzelkabel in einer bestimmten Geometrie anzuordnen sind, wie es beispielsweise bei supraleitenden Schaltern zum Erzielen gleicher Induktivitäten der Schaltkreise erforderlich ist. müssen jedoch zu einer kompakten Einheit vergossen werden. Da aber das Gießharz und der Kunststoffbandwickel unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen und der Kunststoff-Bandwickel beim Abkühlen stärker schrumpft als das Gießharz, wurden dennoch Hohlräume im Flektrikum entstehen.

Ks isi auch eine gasgekühlie. alsu dauorbelasiete Stromzuleitung bekannt (DK-OS 20 51 Ib5). die aus einem metallischen Rohr geringer Wärmeleitfähigkeit /um Führen des Kühlgascs und in dem Kohr angeordneten Drähten oder Bändern /um I.eilen des Stromes besteht, die mil dem Rohr elektrisch leitend verbunden sind. Die Aufteilung des Keilers in eine Vielzahl von Drähten soll dessen Oberfläche vergrößern und dadurch dessen Kühlung verbessern.

Kine andere bekannte (DIM'S 25 15 477) gasgekühlte SiionrailL'iuing besieh! im wesentlichen ;nix einem dünnwandigen Stahlrohr zum Führen des Kühlgascs und einem in dem Stahlrohr angeordneten Noniialleiter. Dieser Keiler besteht aus einem aufgerollten Kiipferdrahlgewebe. iiiif das unter einem kleinen Winkel zur Roüriclitimg Kiipferblechstieifen gelötet sind. Dieser Keiler soll die I ordcriing nach guter ■.■lekii't.iclier Leitfähigkeit bei gleich/eiliger geringer Wärmeleitfähigkeit \\\\& grol.ler I )berl'liichen erfüllen

l'.\ ist ferner bekannt (OKI'S 2Ϊ 27 b?V). vier.

gasgekühlten dauerbelasteten Innenleiter einer Hochspannungszuführung aus einer Vielzahl von dünnen Kupfer- oder Aluminiumdrähten aufzubauen und dadurch dessen Kühlung zu verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mehrpoliges Hochspannungskabel zum Obertragen von Pulsströmen im Kilo-Ampere-Bereich zu entwickeln, das auch bei wiederholten Temperaturänderungeit von 4 K bis 300 K eine nohe elektrische Festigkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebene Anordnung gelöst

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß auch bei einem mehrpoligen Kabel mit vorbestimmter Leitergeometrie und hoher elektrischer und thermischer Stoßbelastung im Temperaturbereich zwischen 4 und 300K Hohlräume im Isolierkörper mit Sicherheit vermieden werden und Störungen, die durch Brechen oder Abbrennen eines Leiters verursacht sind, durch Auswechseln des Leiters leicht zu beheben sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 Kabel zum Betätigen der Schaltspule eines supraleitenden Energiespeichers,

F i g. 2 Steckkupplung,

F i g. 3 Endverschluß,

F i g. 4 Kabelquerschnitt.

In F i g. 1 ist eine mögliche Anwendung der Erfindung vereinfacht dargestellt Das Hochspannungskabel 1 nach der Erfindung ist an seinem oberen Ende durch eine Steckkupplung 2 und an seinem unteren Ende durch einen Endverschluß 3 abgeschlossen und ist über den Flansch 4 der Steckkupplung 2 mit dem Flansch 5-des Deckels 6 eines Kryostaten 7 verbunden. Das Hochspannungskabel 1 hat eine Länge von etwa 3,50 m und hängt frei in dem Kryostaten 7. Eine auf die Außenseite des'Kabels aufgebrachte Abschirmung 8 aus Aluminiumband verhindert die Einstreuung hochfrequenter Störsignale. Oberhalb des Endverschlusses 3 ist die geerdete Abschirmung 8 mit einer Steuerelektrode 9 leitend verbunden. Die aus dem Endverschluß 3 herausgeführten Einzelleiter 31 des Hochspannungskabels 1 sind mit einem supraleitenden Schalter 11 verbunden, der eine supraleitende Spule 12 zum Speichern elektromagnetischer Energie schaltet Der Kryostat 7 ist mit flüssigem Helium 13 gefüllt Die Stoßströme zum Auslösen ites supraleitenden Schalters 11 werden einer Kondensatorbatterie 14 entnommen, die über ein Hochspannungskabel 15 im Raumtemperaturbereich an die Steckkupplung 2 angeschlossen ist

Der prinzipielle Aufbau des Hochspannungskabels 1 im Bereich des Kryostaten 7 und die Konstruktion der Steckkupplung 2 sind in F i g. 2 in einem Halbschnitt dargestellt. Ein flexibler Kupferleiter von 3,5 mm² Querschnitt bildet den Innenleiter 16. der von einem Isolierschlauch mit dem Innendurchmesser 4 und dem Außendurchmesser 6 mm als Hüllrohr 17 umschlossen ist. Der auf die Außenseite des Hüllrohres 17 So aufgebrachte Außenleiter 18 besteht aus einem diagonal gewebten Schlauchgewebe aus Kupfer von 6,4 mm Durchmesser. Auf das den Außenleiter 18 tragende Hüllrohr 17 ist ein Glasbandwickel 19 mit einem Außendurchmesser von 14 mm aufgebracht Bei dem vorhegenden Beispiel wurden neun Glasbandwickel 19 in einen Gießharzblock 20 eingegossen und mit dem Flansch 4 verbunden. In das aufgebohrte Ende 21 des Glasbandwickels 19 ist eine Löthülse 22 eingeklebt, die an ihrer Unterseite eine Bohrung 23 besitzt, in welche der Innenleiter 16 eingelötet ist An der dem Ende 21 des Glasbandwickel 19 zugewandten Seite der Löthülse 22 ist ein Muttergewinde 24 zum Aufnehmen eines Kontaktstiftes 25 angeordnet

Die konstruktive Ausbildung eines Endverschlusses 3 des Hochspannungskabels 1 ergibt sich aus dem in Fig.3 dargestellten Halbschnitt Ein zylindrischer Isolierkörper 27 ist mit in vorbestimmter Weise über den Kreisquerschnitt verteilten Bohrungen 28 versehen, die den Isolierkörper achsenparallel durchdringen und jeweils einen aus Innenleiter 16, Hüllrohr 17, Außenleiter 18 und Glasbandwickel 19 bestehenden Leiter 29 aufnehmen.

Der Durchmesser der Bohrung 28 ist nur geringfügig größer als der Außendurchmesser des Glasbandwickels 19. Der am Leiter 29 isolierende Glasbandwickel 19 endet etwa in der Mitte des Isolierkörpers 27. Anschließend an den Glasbandwickel 19 ist der Leiter 29 im Bereich der unteren Halblänge der Bohrung 28 von einem ersteh Isolierrohr 30 umschlossen, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung 28 im Isolierkörper 27. Das erste Isolierrohr 30 ist in der Bohrung 28 des Isolierkörpers 27 mit einem Gießharz vergossen. Der aus dem Innenleiter 16, dem Hüllrohr 17, dem Außenleiter 18 und dem ersten Isolierrohr 30 gebildete Leiter 31 ist aus dem Isolierkörper 27 nach unten herausgeführt Der Innenleiter 16 und der Außenleiter 18 sind über die Enden des Hüllrohres 17 und des ersten Isolierrohres 30 hinausgeführt und durch eine Lötverbindung 32 elektrisch leitend miteinander verbunden. An die Lötveroindung 32 ist ein Hochspannungskabel 33 angeschlossen und über ein zweites Isolierrobr 34 und eine Isoliermuffe 35 mit dem ersten Isolierrühr 30 verbunden.

Fig.4 zeigt den Querschnitt des Kabels 1. Neun gleichartig aus Innenleiter 16, Hüllrohr 17, Außenleiter 18 und Glasbandwickel 19 aufgebaute Leiter 29 sind symmetrisch über den Kreisquerschnitt des Kabels 1 verteilt angeordnet. Dabei bilden jeweils drei Leiter 29 ein gleichseitiges Dreieck, dessen Spitze im Zentrum des Kabels 1 liegt Die Zwischenräume zwischen den Leitern 29 sind mit einem Glasband 37 und die Zwischenräume zwischen den dreieckförmigen Gruppen von Leitern 29 mit GFK-Füllstücken 36 ausgefüllt Die Leiteranordnung wird von einem zweiten Glasbandwickel 38 umschlossen, auf dessen Außenseite eine Abschirmung 8 aufgebracht ist.

Bei einer Belastungsprobe wurden als Durchschlagsspannung gemessen: Leiter gegen Leiter 80 kVDC und Leiter gegen Abschirmung 140 kVDC.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochspannungskabel für den Tief temperaturbereich zum Übertragen von Pulsströmen bis zu 10 kA während einer Zeit von mehreren Millisekunden mit einem oder mehreren flexiblen Leitern und Einrichtung zum beiderseitigen Anschließen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der stromführenden Innenleiter (16) frei beweglich und auswechselbar in einem Rohr oder Schlauch (Hüllrohr 17) aus einem Isoliermaterial angeordnet ist.

daß das Hüllrohr (17) an seiner Außenseite von einem aus Schlauchgewebe bestehenden flexiblen Außenleiter (18) umschlossen ist. dessen Querschnitt klein gegenüber dem des Innenlciters (16) ist.
daß Innenleije·- (16) und Außenleiter (18) elektrisch leitend miteinander verbunden sind,
daß der auf dem Hüllrohr (17) angeordnete, einen fcldfrcien Raum umschließende Außenleiter (18) gasbktscnfrci in einen isolierstoff (19) eingeschlossen ist

und daß die Enden des Hochspannungskabels (1) mit Stcckkupplungen (2) und/oder Endvcrschlüsscn (3) abgeschlossen sind.

i. Hochspannungskabel nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß an dem als Steckkupplung (2) ausgebildeten Ende des Kabels (1) der Innenleiter (16) in der Bohrung (23) einer Löthülse (22) verlötet ist, daß ein Glasbandwickril (19) & J das Hüllrohr (17) mit dem Außenleiter (18} und der Löthülse (22) aufgebracht ist, daß ein oder mehrt·· e Glasbandwikkel (19) mit Innenleiter (16), Hüllrohr (17) und Außenleiter (18) in einem Gießharzblock (20) eingeschlossen sind, daß das obere Ende des Gießharzblockes (20) von einem Ringflansch (4) umschlossen ist, und daß die LöthUlse (22) an der dem Ende (21) des Glasbandwickels (19) zugewandten Seite ein Muttergewinde (24) zum Aufnehmen eines Kontaktstiftes (25) besitzt.

3. Hochspannungskabel nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß an dem als Endverschluß (3) ausgebildeten Ende des Kabels (1) ein zylindrischer Isolierkörper (27) angeordnet ist, der für jeden Leiter (29) eine Bohrung (28) besitzt, daß die Bohrungen (28) den Isolierkörper (27) achsenparallel durchdringen, daß der die Leiter (29) umhüllende Glasbandwickel (19) etwa bis zur halben Länge des Isolierkörpers (27) in die Bohrung (28) eingeführt ist, daß anschließend an den Glasbandwickel (19) im Bereich der unteren Halblänge der Bohrung (28) die Leiter (29) von einem ersten Isoüerrohr (30) umschlossen sind, daß das erste Isolierrohr (30) über das Ende des Isolierkörpers (27) geführt ist, daß der Außendurchmesser des ersten Isolierrohres (30) kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung (28) im Isolierkörper (27). und daß das erste Isölierröhr (30) und der Isolierkörper (27) mit einem Gießharz vergossen sind.

4. Hochspannungskabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Innenleiter (16) und Außenleiter (18) über das Ende des Hüllrohres (17) und des ersten Isolierrohres (30) hinausgeführt und über eine Lötverbindung (32) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

5. Hochspannungskabcl nach Anspruch 3 txl· ■ 4. dadurch gekennzeichnet, daß ;m die Lötverbindung

(32) von Innenleiter (16) und Außenleiter (18) ein Hochspannungskabel (33) angeschlossen und über ein zweites Isolierrohr (34) und eine Isoliermuffe (35) mit dem ersten Isolierrohr (30) verbunden ist.

6. Hochspannungskabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet daß mehrere Leiter (29), bestehend aus einem Innenleiter (Ii^) mit Hüllrohr (17), Außenleiter (18) und Glasbandwickel (19) über einen Kreisquerschnitt symmetrisch

to verteilt sind, daß die Zwischenräume zwischen den Leitern (29) mit einem Glasband (37) und zwischen Gruppen von Leitern (29) mit GFK-Füllstücken (36) ausgefüllt sind, daß die Leiteranordnung von einem zweiten Glasbandwickel (37) umschlossen ist. und daß auf die Außenseite des zweiten Glasbandwickels (37) eine Abschirmung (8) aufgebracht ist.