DE3811051C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein supraleitendes Kabel mit
einem starren Innenrohr, in dem mindestens eine supraleitende
Leiterader mit einem oxidkeramischen Hochtemperatursupralei
ter-Material angeordnet ist, das von einem entsprechenden Kühl
mittel gekühlt ist, und das von einem starren Außenrohr konzen
trisch umschlossen ist, wobei zwischen dem Innen- und dem Außen
rohr ein evakuierter Zwischenraum ausgebildet ist.
Ein derartiges Kabel ist z. B. in der Veröffentlichung von A. P. Malozemoff
et al: "Applications of High Temperature Superconductivity",
IBM T. J. Watson Research Center and Massachusetts Institute of
Technology, August 1987, angedeutet.
Zu einer Drehstromübertragung insbesondere auf der gebräuch
lichen Spannungsebene von 110 kV werden Kabel gefordert, die
für sehr große Leistungen von beispielsweise 1 GVA bei hohen
Strömen von z. B. 5 kA ausgelegt sind und bei geringem Platzbe
darf günstige "Übertragungskosten ermöglichen. Entsprechend
große Leistungen werden bisher nur mit künstlich gekühlten Öl
kabeln oder mit SF6-Kabeln übertragen.
Entwickelt, jedoch aus wirtschaftlichen Gründen noch nicht ein
gesetzt, wurden auch supraleitende Hochleistungskabel mit
Flüssighelium-Kühlung und Hochvakuumisolation (vgl. z. B. Bei
trag von G. Bogner in "Nato Advanced Study Institutes Series",
Series B: Physics, Vol. 21: "Superconductor Applications",
Plenum Press, New York 1977, Chapter 20, Abschnitt V: "Super
conducting Cables", Seiten 672-717). Entsprechende Kabel weisen
jeweils ein starres Innenrohr auf, in dem mindestens eine
supraleitende Leiterader angeordnet ist. Diese Leiterader muß
immer von flüssigem Helium (LHe) gekühlt werden, das dieses
Innenrohr durchströmt. Das Innenrohr wird deshalb vielfach auch
als Helium(He)-Rohr bezeichnet. Dieses Rohr ist von einem
vakuumdichten Außenrohr umschlossen, das im allgemeinen aus
Stahl besteht. Zur thermischen Isolation ist der zwischen dem
Innen- und dem Außenrohr befindliche Zwischenraum evakuiert.
Außerdem ist in dem evakuierten Zwischenraum zur Reduzierung
der Wärmeeinleitung auf das He-kalte Innenrohr im allgemeinen
ein gekühlter thermischer Strahlungsschild untergebracht.
Auch das He-Rohr eines solchen supraleitenden Kabels muß aus
Metall, insbesondere aus Stahl hergestellt werden, weil die
äußerst kleinen Heliumatome andere Materialien leicht durch
dringen würden und dann die Hochvakuumisolation beeinträchti
gen könnten. In metallischen Kühlmittelrohren werden aber
Wirbelströme induziert, die erhebliche Wärme produzieren. Die
damit verbundenen Zusatzverluste müssen vom Kühlmedium bei sehr
ungünstigem Wirkungsgrad der entsprechenden Kältemaschine ab
geführt werden. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, wurden in
bekannten supraleitenden Drehstromkabeln stets koaxiale, abge
schirmte Leiteradern verwendet (vgl. z. B. die DE-OS 21 11 515).
Ein derartiger koaxialer Aufbau bedingt jedoch mindestens doppelt
so viel Supraleitermaterial, wie es für einen einfachen
Leiteraufbau erforderlich wäre. Außerdem ist für entsprechende
Kabel eine entsprechend angepaßte, unübliche Beschaltungstechnik
erforderlich.
Seit etwa Anfang 1987 sind supraleitende Materialien bekannt,
deren Sprungtemperatur Tc so hoch ist, daß sie nicht mehr mit
flüssigem Helium (LHe) von etwa 4 K zu kühlen sind, sondern bei
denen eine Kühlung mit flüssigem Stickstoff (LN₂) genügt. Bei
diesen Materialien handelt es sich um spezielle Metalloxide wie
z. B. auf Basis des Stoffsystems Y-Ba-Cu-D (vgl. z. B. "Euro
pyhsics Letters", Vol. 4, No. 2, 15. 7. 87, Seiten 247 bis 252
und Vol. 4 No. 5 1. 9. 87 Seite 637 oder "Physikalische
Blätter" Bd. 43 Nr. 9 1987 Seiten 357 bis 363). Filme bzw.
dünne Schichten aus diesen Metalloxidverbindungen werden vielfach
mit speziellen Bedampfungs- oder Sputterprozessen hergestellt.
Hierbei wird auf einem geeigneten Substrat zunächst
ein polykristallines oder amorphes Vorprodukt mit den Komponenten
des gewählten Stoffsystems abgeschieden, wobei im allgemeinen
der Sauerstoffgehalt nicht exakt eingestellt ist.
Dieses Vorprodukt wird anschließend mittels einer Wärme- und
Sauerstoffbehandlung in das Material mit der gewünschten supraleitenden
Phase überführt. Neben dem genannten Stoffsystem
Y-Ba-Cu-O weisen auch andere Stoffsysteme so hohe Sprungtemperaturen
auf, daß sie mit LN₂ auf ihrer supraleitenden Betriebstemperatur
zu halten sind. So sind z. B. Materialien auf
Basis des Stoffsystems Bi-Sr-Ca-Cu-O (vgl. "Superconducting
News Supplement", Vol. 1, No. 3, Februar 1988) oder auf Basis
des Stoffsystems Tl-Sr-Ca-Cu-O (vgl. z. B. "International Conference
on High Temperature Superconductors and Materials and
Mechanisms of Superconductivity", 29. 2.-4. 3. 1988, Interlaken,
CH), gemäß "Physica C", Vol. 153-155, 1988, Seiten 1138
bis 1143) oder auf Basis des Stoffsystems La-Sr-Nb-O (vgl.
z. B. "The Japan Times" vom 21. 1. 1988 oder "Journal of Low
Temperature Physics", Vol. 69, Nos. 5/6, 1987, Seiten 451 bis
457) bekanntgeworden.
Alle diese supraleitenden Materialien sind den Oxidkeramiken
zuzurechnen, so daß die entsprechenden Hoch-Tc-Supraleiter
vielfach auch als oxidkeramische Supraleiter bezeichnet werden.
Mit dem eingangs genannten Beitrag von A. P. Malozemoff et al
ist vorgeschlagen worden, derartige oxidkeramische Supraleiter
auch für supraleitende Kabel ("Superconducting Power Transmission
Lines-SPTL") vorzusehen. Dabei wird von bekannten Konzepten
supraleitender Kabel mit von LHe zu kühlenden "klassichen"
Supraleitern ausgegangen. So ist z. B. aus der DE-OS
21 11 515 ein supraleitendes Kabel für Wechselstromanwendungen
zu entnehmen, das drei koaxiale Leiterpaare in einem Kühlmittelrohr
aus Edelstahl enthält. Jedes koaxiale Leiterpaar besteht
aus einem rohrförmigen Stützkörper, an dessen Innenseite
ein zu einer Wendel gewickelter Innenleiter anliegt und um
dessen Außenseite ein Außenleiter wendelförmig aufgewickelt
ist. Bei dem Innen- und Außenleiter handelt es sich um jeweils
einen bandförmigen, stabilisierten Supraleiter aus einem der
klassischen Supraleitermateriale. Bei entsprechenden Kabelkonzepten
treten aber die erwähnten Probleme hinsichtlich Wirbelströmen,
Aufwand an Supraleitermaterial und Beschaltungstechnik
auf.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ausgehend von
diesem Kabelkonzept ein supraleitendes Kabel anzugeben, dessen
mindestens eine supraleitende Leiterader mit einem bekannten
oxidkeramischen Hochtemperatursupraleiter-Material erstellt
werden kann. Dieses Kabel soll einen möglichst einfachen Aufbau
und eine an das Hochtemperatursupraleiter(HTSL) -Material
angepaßte Kühltechnik ermöglichen, wobei insbesondere die bei
den bekannten Kabeln durch Wirbelströme in metallischen Rohrteilen
hervorgerufenen thermischen Zusatzverluste zumindest
weitgehend ausgeschaltet sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
mindestens eine Leiterader einen Stützkörper aufweist, um den
schraubenförmig ein bandförmiger Leiter mit dem Hochtemperatur
supraleiter-Material gewickelt ist, wobei dieses Material
zu seiner Stabilisierung zumindest stellenweise mit elektrisch
gut-leitendem Material kontaktiert ist, und daß das zur Führung
des Kühlmediums vorgesehene Innenrohr aus einem vakuum-
und kühlmitteldichten Kunststoffmaterial besteht.
Die mit dieser Ausgestaltung des supraleitenden Kabels verbundenen
Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß sich mit
dem bandförmigen HTSL-Material eine Leiterader verhältnismäßig
einfach aufbauen läßt. Eine erforderliche Stabilisierung des
HTSL-Materials wird dabei durch eine Kontaktierung mit dem
elektrisch gut-leitenden Material gewährleistet. Dies kann
z. B. dadurch erfolgen, daß der bandförmige Leiter selbst mit
dem Stabilisierungsmaterial versehen ist. Ebenso ist es auch
möglich, daß das HTSL-Material des bandförmigen Leiters an dem
Stabilisierungsmaterial eines benachbarten Leiters anliegt.
Bei dem benachbarten Leiter kann es sich dabei auch um einen
nur aus dem Stabilisierungsmaterial bestehenden Leiter handeln.
Mit der Verwendung von einem Innenrohr aus einem elektrisch
nicht-leitenden Material werden vorteilhaft Probleme aufgrund
von in metallischen Teilen angefachten Wirbelströmen von vorn
herein ausgeschlossen. Hierfür geeignete Kunststoffmaterialien,
die hinsichtlich LN₂ kühlmitteldicht sind, sind allgemein be
kannt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des supraleitenden Kabels gehen
aus den Unteransprüchen hervor.
Zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung wird nachfolgend auf die
schematische Zeichnung Bezug genommen.
In Fig. 1 ist der
prinzipielle Aufbau eines für ein erfindungsgemäßes Kabel ge
eigneten bandförmigen Hochtemperatursupraleiters angedeutet.
Aus Fig. 2 geht ein Längsschnitt durch eine Leiterader des
Kabels hervor, während Fig. 3 einen die Hochtemperatursupra
leiter betreffenden Ausschnitt dieser Leiterader zeigt. In
Fig. 4 ein Querschnitt durch ein supraleitendes Kabel veran
schaulicht ist. Die Fig. 5 und 6 zeigen jeweils als Längs
schnitt eine Verbindungsmöglichkeit von Teilstücken des Rohr
systems dieses Kabels. Dabei sind in den Figuren sich entspre
chende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
Aus Fig. 1 ist in Schrägansicht der prinzipielle Aufbau eines
Endstückes eines bandförmigen Supraleiters 2 ersichtlich, wie
er für ein erfindungsgemäßes supraleitendes Kabel geeignet ist.
Dieser Leiter enthält ein metallisches Trägerband 3. Das
Trägerband kann insbesondere aus einem elektrisch gut-leiten
den Material wie z. B. aus Cu oder Al bestehen und dient als
Träger für eine dünne Schicht 4 aus einem bekannten supralei
tenden Material mit hinreichend hoher Sprungtemperatur Tc, so
daß als Kühlmedium flüssiger Stickstoff (LN₂) vorgesehen werden
kann. Ein entsprechendes Hochtemperatursupraleiter(HTSL)-Ma
terial ist z. B. YBa2Cu3O7-x (mit O<x<0,5) mit orthorhombi
scher Kristallstruktur. Damit das HTSL-Material auf dem Trä
gerband 3 als gut haftende Schicht 4 ausgebildet werden kann,
ist im allgemeinen eine dünne Zwischenschicht 6 erforderlich,
die vorzugsweise aus einem bestimmten keramischen Material
erstellt wird. So kann die Zwischenschicht 6 z. B. aus MgO,
Al₂O₃, Y-stabilisiertem ZrO₂, Ta₂O₅ oder SrTiO3 bestehen.
Mit entsprechend aufgebauten bandförmigen Supraleitern läßt
sich nun eine Leiterader des erfindungsgemäßen Kabels er
stellen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel einer solchen
Leiterader ist in Fig. 2 als Längsschnitt schematisch darge
stellt. Von dieser Leiterader ist in Fig. 3 ein Ausschnitt
einer Wickelanordnung ihrer HTSL-Bandleiter vergrößert wieder
gegeben.
Die in Fig. 2 gezeigte Leiterader 7 enthält einen zentralen
Stützkörper 8, der vorteilhaft aus einem elektrisch gut-lei
tenden Metall wie z. B. aus Al oder Cu besteht und für das
Kühlmedium LN₂ hinreichend transparent ist. Gemäß dem ange
nommenen Ausführungsbeispiel ist der Stützkörper 8 als Seil
ausgebildet, dessen zentrale Achse mit z bezeichnet ist. Um
diesen gegebenenfalls mit einer Metallfolie 9 geglätteten
Stützkörper sind nun mehrere HTSL-Bandleiter schraubenförmig in
mehreren Lagen gewickelt. In der Figur sind aus Gründen der
Übersichtlichkeit nur wenige Lagen dargestellt, obwohl im all
gemeinen deren Anzahl wesentlich größer ist. Der Aufbau des
Wickels 10 geht aus Fig. 3 näher hervor. Wie aus dieser Figur
ersichtlich, sind die bandförmigen Supraleiter 12 unter Zugrun
delegung des in Fig. 1 gezeigten Aufbaus so stufenförmig
strukturiert, daß sie im Wickel 10 in zwei Ebenen zu liegen
kommen, wobei sich benachbarte Bandleiter jeweils etwa zur
Hälfte überlappen. Innerhalb des Wickels hat jeweils das Metall
des Trägerbandes 12a des darüber gewickelten Leiters elektri
schen Kontakt zur HTSL-Schicht 12b des darunter befindlichen
Leiters. Auf diese Weise ist eine gute Stabilisierung des
HTSL-Materials der Schichten 12b zu gewährleisten, d. h., für
den als "Quench" bezeichneten Fall, in dem das supraleitende
Material in den elektrisch schlecht-leitenden Normalleitungs
zustand übergeht, kann der Strom in das Metall des darüberlie
genden Leiters ausweichen. Da die z. B. aus Al₂O₃ oder SrTiO3
bestehende Zwischenschicht 12c zwischen dem Trägerband 12a und
der HTSL-Schicht 12b jedes Leiters 12 selbst einen elektrischen
Isolator darstellt, ist nämlich innerhalb eines Leiters 12 ein
direkter Stromübertritt vom HTSL-Material in das metallische
Trägermaterial praktisch nicht möglich.
Wie ferner aus Fig. 3 ersichtlich ist, können in den Wickel 10
zusätzlich zu den HTSL-Bandleitern 12 auch Leiterbänder 14 aus
elektrisch gut-leitenden Metallen eingewickelt werden, die den
Stromübertritt zwischen den verschiedenen Schichten innerhalb
des Wickels fördern. Derartige Leiterbänder sind insbesondere
dann erforderlich, wenn für die Trägerbänder 12a der HTSL-Band
leiter 12 Materialien gewählt werden, die für eine vollständige
Stabilisierung des supraleitenden Materials innerhalb des
Wickels 10 nicht ausreichen.
Gemäß Fig. 2 kann der Wickel 10 nach außen hin mittels einer
Metallfolie 16 geglättet sein, bevor er mit einer elektrischen
Isolation 17 ummantelt wird. Diese Isolation kann z. B. in Form
einer Wicklung aufgebaut sein, wie sie bei papierisolierten
Kabeln gebräuchlich ist. Sie wird vorteilhaft mit dem zur Küh
lung des HTSL-Materials vorgesehenen Kühlmedium LN₂ getränkt,
ist also entsprechend transparent gestaltet. Dieses Kühlmedium
hat nämlich hervorragende Isolationseigenschaften, solange sich
die Bildung von Dampfblasen vermeiden läßt.
Auf die Isolation 17 ist ein Schirm 18 aufgebracht, der die
Funktionen Potentialsteuerung und Begrenzung des elektrischen
Feldes, Fortleitung von Ableit- und Ladeströmen und elek
trischer Berührungsschutz erfüllt. Darüber befindet sich eine
Hülle 9 als mechanische Gleithilfe zur Erleichterung des Ein
ziehens der Leiterader 7 in ein Kühlrohr. Da dieses Kühlrohr
bei dem erfindungsgemäßen supraleitenden Kabel aus elektrisch
nicht-leitenden Materialien bestehen kann, benötigt die Lei
terader 7 vorteilhaft keinen zweiten, konzentrischen Rücklei
ter, wie er bei bisher bekannten supraleitenden Kabeln als
erforderlich angesehen wird.
Leiteradern mit dem in den Fig. 2 und 3 gezeigten Aufbau
können vorteilhaft für das erfindungsgemäße supraleitende Kabel
vorgesehen werden. Ein solches Kabel ist in Fig. 4 als Quer
schnitt schematisch veranschaulicht. Dieses mit 20 bezeichnete
Kabel kann insbesondere als Drehstromkabel ausgelegt sein, so
daß es drei Leiteradern 7a bis 7c enthält. Zur Aufnahme dieser
Leiteradern weist das Kabel ein Innenrohr 22 auf, das vor
teilhaft aus einem vakuum- und kühlmitteldichten Kunststoff
material besteht. Das Innenrohr ist konzentrisch von einem
Außenrohr 23 umschlossen, wobei ein im Querschnitt ringförmi
ger Zwischenraum 25 ausgebildet ist. Für das Außenrohr kann
beispielsweise das Material des Innenrohres vorgesehen sein.
Die beiden Rohre 22 und 23 können insbesondere aus einem faser
verstärkten Kunststoff hergestellt werden. Hierfür sind z. B.
spezielle Epoxidharze oder Thermoplaste geeignet, die insbe
sondere mit Glas-, Keflar- oder Kohlefasern verstärkt sind. Die
beiden Rohre 22 und 23 sind mittels thermisch schlecht-lei
tender Stützstrukturen in ihrer konzentrischen Lage gehalten.
In der Figur ist die Hälfte eines entsprechenden Stützringes 26
angedeutet. Dieser Stützring ist so ausgebildet, daß ver
hältnismäßig lange Wege zwischen seinen Abstützungspunkten 27
und 28 an dem Innenrohr 22 bzw. dem Außenrohr 23 ausgebildet
sind. In dem aus thermischen Gründen evakuierten Zwischenraum
25 kann sich ferner zur Begrenzung der Wärmeeinleitung auf das
Innenrohr 22 eine bekannte mehrschichtige Superisolation 30 be
finden die in der Figur nur für eine Hälfte des Kabels ange
deutet ist. Außerdem kann auf der Vakuumseite des Innenrohres
22 ein Adsorptionsmittel 31, z.B. Aktivkohle oder ein Zeolith,
aufgebracht sein. Mit diesem Adsorptionsmittel lassen sich im
kalten Zustand des Kabels die restlichen Moleküle im Vakuumraum
binden.
Die in dem Innenraum 32 des Innenrohres 22 untergebrachten
Leiteradern 7a bis 7c werden von einem durch den Innenraum
strömenden Kühlmedium, vorzugsweise von flüssigem Stickstoff
LN₂ umspült. Das Innenrohr 22 wird deshalb vielfach auch als
Kühlrohr bezeichnet. Das Kühlmedium befindet sich z. B. in einem
unterkühlten, flüssigen Zustand; d. h., im Normalbetrieb ist ein
Sieden des Kühlmediums ausgeschlossen. Beispielsweise wird LN₂
mit einer Temperatur von ca. 70 K und einem Absolutdruck von
ca. 5 bar in das Innenrohr 22 eingeleitet. Beim Strömen durch
dieses Rohr wird das Kühlmedium erwärmt und der Druck nimmt ab.
Am Ende des Rohres tritt das Kühlmedium immer noch unterkühlt
aus, z. B. mit einer Temperatur von ca. 80 K und einem
Absolutdruck von ca. 3 bar.
Wie schließlich in Fig. 4 noch angedeutet ist, kann das Außen
rohr 23 des supraleitenden Kabels 20 von einer Schutzschicht
33, die z. B. aus Bitumen besteht, umhüllt sein. Auf diese Weise
lassen sich mechanische Beschädigungen des Kabels und ein Ein
dringen von Wasser vermeiden.
Das die thermische Isolation der supraleitenden Leiteradern 7a
bis 7c bzw. des sie umgebenden LN₂ gewährleistende Rohrsystem
des supraleitenden Kabels 20 ist in Fig. 4 allgemein mit 35
bezeichnet. Dieses Rohrsystem wird vorteilhaft aus vorge
fertigten Teilstücken mit Außen- und Innenrohr zusammengefügt.
Ein Verbindungsbereich zwischen zwei derartigen, benachbarten
Teilstücken geht aus Fig. 5 hervor. Dabei sind in dieser Figur
nur die bzgl. der Kabelachse A oberen Hälften von Teilstücken
36 und 37 als Längsschnitt schematisch veranschaulicht. Wie aus
dieser Figur ersichtlich, ist jedes der Teilstücke 36 und 37 so
ausgeführt, daß der evakuierte Raum 25 zwischen dem Innenrohr
22a bzw. 22b und dem Außenrohr 23a bzw. 23b an den beiden
Stirnseiten 38 bzw. 39 jedes Teilstückes vakuumdicht abge
schlossen ist. Bereits bei der Herstellung der Teilstücke wird
dann deren Raum 25 an einem Evakuierungsstutzen 40 evakuiert,
der anschließend vakuumfest verschlossen wird. Um die Vakuum
dichtigkeit der einzelnen Kunststoffteile noch zu verbessern,
können gegebenenfalls in dem Außen- und Innenrohr 23a, 23b
bzw. 22a, 22b sowie in den Verbindungsteilen dieser Rohre an
den Stirnseiten 38 und 39 dünne metallisierte Folien 41 als
Diffusionssperren eingearbeitet sein.
Die einander zugewandten Stirnseiten 38 und 39 der benachbarten
Teilstücke 36 und 37 sind so gestaltet, daß jeweils das eine
Ende des einen Teilstückes in das andere Ende des anderen Teil
stückes konzentrisch hineinragt. Auf diese Weise läßt sich er
reichen, daß Wärme, die vom warmen Außenrohr zum kalten Innen
rohr fließen will, über die konzentrisch ineinanderragenden
Rohrteile fließen und somit einen entsprechend langen Weg über
winden muß. Die Wärmeeinleitung in den LN₂-Bereich im Innenraum
32 der Rohre 22a, 22b läßt sich dementsprechend begrenzen. Zwi
schen den ineinanderragenden Teilen der Teilstücke 36 und 37
ist ein schmaler Spalt 42 ausgebildet. In einem sich axial
erstreckten Teil dieses Spaltes 42 befindet sich ein Dichtungs
element 43, das den mit LN₂ gefüllten Innenraum 32 von der
Umgebung trennt. Zusätzlich kann der Spalt 42 nach außen hin
noch mittels einer rohrförmigen Hülse 44 abgedeckt sein, die
mit einem der beiden benachbarten Außenrohre 23a oder 23b ver
bunden, beispielsweise verklebt wird. Die Hülse 44 kann aber
auch integrierter Bestandteil dieses Außenrohres sein.
Jedes der Teilstücke 36 und 37 besitzt außerdem noch eine Vor
richtung 45 zum Dehnungsausgleich, mit der Längenänderungen des
Innenrohres 22a, 22b beim Abkühlen kompensiert werden. Diese
Vorrichtung 45 ist bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform
des Teilstückes 36 in dessen Außenrohr 23a in der Nähe der Stirn
seite 38 integriert. Dies hat zur Folge, daß sich bei einer Ab
kühlung des Kabels das Außenrohr 23a um das Schrumpfungsmaß des
Innenrohres 22a in axialer Richtung verkürzt. Der axiale Ab
stand a zwischen den Stirnseiten 38 und 39 der benachbarten
Teilstücke 36 und 37 erweitert sich somit dementsprechend. Um
zumindest weitgehend eine Konstanz der Länge des gesamten Ka
bels zu gewährleisten, kann der Bereich der Verbindung be
nachbarter Teilstücke 36 und 37 unter Einschluß des Bereichs
der Dehnungsausgleichsvorrichtung 45 mit einer mechanisch sta
bilen, rohrförmigen Verbindungseinrichtung 46 überbrückt wer
den. Diese Einrichtung ist dabei starr an den Außenrohren 23a
und 23b der benachbarten Teilstücke 36 und 37 befestigt. Die
Verbindungseinrichtung 46 dient dabei zugleich zum mechanischen
Schutz.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausbildungsmöglichkeit einer Ver
bindung zwischen zwei vorgefertigten Teilstücken 48 und 49
eines erfindungsgemäßen Kabels in Fig. 5 entsprechender Dar
stellung angedeutet. Diese Ausführungsform unterscheidet sich
von der Ausführungsform nach Fig. 5 im wesentlichen nur da
durch, daß auf ein besonderes Dichtungselement in dem zwischen
den beiden stirnseitigen Enden der Teilstücke ausgebildeten
Spalt 42 verzichtet ist. Dies wird unter anderem dadurch er
möglicht, daß hier die Vorrichtung 45 zum Dehnungsausgleich
zwischen dem Außenrohr 23a und dem Innenrohr 22a in das Innen
rohr integriert ist. Da so ein Zusammenziehen der Außenrohre
beim Abkühlen des Kabels vermieden wird, läßt sich der Spalt 42
nach außen hin mittels der rohrförmigen Hülse 44 abdichten, die
vakuumdicht mit den benachbarten Außenrohren 23a und 23b ver
bunden ist. Beispielsweise kann die Hülse 44 mit den Rohren
verklebt sein. Bei dieser Ausführungsform der Teilstücke 48 und
49 des supraleitenden Kabels kann gegebenenfalls sogar auf eine
zusätzliche starre Einrichtung zum gegenseitigen Verbinden der
einzelnen Teilstücke verzichtet werden.
Claims (16)
1. Supraleitendes Kabel mit einem starren Innenrohr,
- - in dem mindestens eine supraleitende Leiterader mit einem oxidkeramischen Hochtemperatursupraleiter-Material angeordnet ist, das von einem entsprechenden Kühlmedium gekühlt ist, und
- - das von einem starren Außenrohr konzentrisch umschlossen ist, wobei zwischen dem Innen- und dem Außenrohr ein evakuierter Zwischenraum ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Leiterader (7, 7a bis 7c) einen Stützkörper (8) aufweist, um den schraubenförmig ein bandförmiger Leiter (12) mit einem Hochtemperatursupraleiter- Material (Schicht 12b) gewickelt ist, wobei dieses Material zu seiner Stabilisierung zumindest stellenweise mit elektrisch gut-leitendem Material kontaktiert ist, und daß das zur Führung des Kühlmediums vorgesehene Innenrohr (22, 22a, 22b) aus einem vakuum- und kühlmitteldichten Kunststoffmaterial besteht.
2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der bandförmige Leiter (12) ein Trägerband
(12a) aus dem elektrisch gut-leitenden Material
enthält, das mit einer dünnen Zwischenschicht (12c) versehen
ist, auf der eine Schicht (12b) aus dem Hochtemperatursupralei
ter-Material haftet, und daß mit diesem bandförmigen Leiter
(12) der Stützkörper (8) mehrlagig bewickelt ist.
3. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß für die Zwischenschicht (12c) ein die
Bildung des Hochtemperatursupraleiter-Materials förderndes
Material vorgesehen ist.
4. Kabel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Hochtemperatursupraleiter-Material
auf Basis des Stoffsystems Y-Ba-Cu-O oder auf Basis des Stoff
systems Bi-Sr-Ca-Cu-O vorgesehen ist.
5. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der bandförmige Leiter (12)
im Querschnitt gesehen stufenförmig ausgebildet ist.
6. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß in den Wickel (10) um den
Stützkörper (8) zusätzlich zu dem bandförmigen Leiter (12)
mindestens ein Leiterband (14) aus dem elektrisch gut-leitenden
Material mit eingewickelt ist.
7. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stützkörper (8) trans
parent für das Kühlmedium ausgebildet ist.
8. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stützkörper (8) aus
elektrisch gut-leitendem Material besteht.
9. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stützkörper (8) als
Seil ausgebildet ist.
10. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Leiterader (7, 7a bis
7c) eine Isolation (17) um den Wickel (10) aus dem bandförmigen
Leiter (12) enthält, die für das Kühlmedium transparent ist.
11. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das Außenrohr (23, 23a,
23b) aus einem vakuumdichten Kunststoffmaterial besteht.
12. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial
ein Epoxidharz oder ein Thermoplast ist, das mit Fasern
mechanisch verstärkt ist.
13. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß sein Rohrsystem (35) aus
mehreren vorgefertigten Teilstücken (36, 37; 48, 49) zusammen
setzbar ist.
14. Kabel nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Teilstücke (36, 37; 48, 49) in sich
geschlossene, evakuierbare Zwischenräume (25) zwischen dem je
weiligen Innen- und Außenrohr (22a, 22b bzw. 23a, 23b) auf
weisen.
15. Kabel nach Anspruch 13 oder 14, dadurch ge
kennzeichnet, daß benachbarte Teilstücke (36, 37;
48, 49) an ihren einander zugewandten Stirnseiten (38, 39) in
einandergreifend gestaltet sind, wobei zwischen ihnen ein Spalt
(42) ausgebildet ist, der mit mindestens einem Dichtungselement
(43; Hülse 44) verschlossen ist.
16. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß das Innenrohr (22; 22a,
22b) und/oder das Außenrohr (23; 23a, 23b) Vorrichtungen (45)
zum Dehnungsausgleich enthält (enthalten) .
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3811051A DE3811051A1 (de) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | Supraleitendes kabel mit oxidkeramischem hochtemperatursupraleiter-material |
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