DE4015396A1 - Biegbarer verbund-supraleiter fuer elektrische energiekabel - Google Patents
Biegbarer verbund-supraleiter fuer elektrische energiekabelInfo
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Classifications
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Description
Die Erfindung betrifft einen biegbaren Verbund-Supraleiter für
elektrische Energiekabel, der aus einem supraleitenden, vorzugsweise
hochtemperatur-supraleitenden, keramischen Material und
einem normalleitenden metallenen Träger besteht, nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
In DE-OS 39 15 261 ist ein Verbund-Supraleiter in Drahtform beschrieben,
der aus einem hochtemperatur-supraleitenden Werkstoff
des Typs Seltene Erden/Ba/Cu/O und einem metallenen oder keramischen
Träger besteht. Er ist so aufgebaut, daß um den zentralen
zylindrischen Träger herum Leiterbahnen aus dem supraleitenden
Werkstoff in Form von Wendeln angeordnet und mit dem Träger fest
verbunden sind. Zu dem Supraleiter ist ein als Notstromleiter dienender
Normalleiter parallelgeschaltet. Er besteht entweder im
metallenen Träger (aus Cu, Ni oder Ag) selbst, oder bei einem keramischen
Träger aus einer metallenen äußeren Hülle. Zudem sind
mehrere Herstellungsverfahren unter Verwendung eines Laser-Strahls
zum Aufsintern oder Abtragen oder direkten Pulver-Beschichten beschrieben.
Weiter ist in DE-OS 39 15 402 ein flexibler Hochtemperatur-Supraleiter
in Drahtform beschrieben, der aus einem im Inneren des supraleitenden
keramischen Werkstoffs angeordneten Träger aus Metall
besteht, der von einer Sperrschicht umhüllt ist, worauf der Supraleiter
in Form einer Wendel aufgebracht ist. Weiter nach außen ist
eine Schutzschicht als Diffusionssperre, und darüber ist eine abschließende
Hülle aus Isoliermaterial aufgebracht.
In beiden Fällen sollen Verbund-Supraleiter erzielt werden, die
bei einer genügenden Festigkeit des Verbundes eine möglichst hohe
Flexibilität besitzen, um die wirtschaftliche Herstellung von Bauteilen
elektrischer Apparate, wie Spulen oder Wicklungen, zu ermöglichen.
Diese Verbund-Supraleiter haben die Form von Drähten
mit Außendurchmessern im mm-Bereich. Eine Verwendung für elektrische
Energiekabel ist nicht ersichtlich.
Ein markanter Nachteil der bisher bekannten Hochtemperatur-Supraleiter
ist deren enorme Sprödigkeit. Es gelingt daher noch nicht,
Hochtemperatur-Supraleiter mit größeren Querschnitten herzustellen,
die für die Anwendung in elektrischen Kabeln eine ausreichende
Biegbarkeit besitzen.
Die in Energiekabeln verwendeten Leiter haben in der Regel eine
zylindrische Geometrie. Beim Biegen auf eine Trommel mit kreisförmigem
Kern wird der innenliegende Teil eines solchen Leiters
gestaucht, während der außenliegende Teil gereckt wird. Hat beispielsweise
der zylindrische Leiter einen Kreisdurchmesser von d=3 cm
und beträgt der Biegeradius r=75 cm, dann nimmt an dessen
Ober- bzw. Unterseite die Dehnung bzw. Stauchung Δl eines Längenelementes
l (die Längenänderung) den Wert Δl=l×d/2r=2%
an. Dies führt zum Bruch der derzeit bekannten Hochtemperatur-
Supraleiter.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Verbund-
Supraleiter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er mit
den für elektrische Energiekabel erforderlichen größeren Querschnitten
und dabei ausreichender Biegbarkeit herstellbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß als
Träger des supraleitenden Materials ein wendelförmig gewelltes
metallenes Rohr eingesetzt ist, und das supraleitende Material im
Bereich der ebenso wendelförmigen, mechanisch neutralen Zone des
Wellrohres angeordnet ist, wo es mit dem metallenen Rohr galvanisch
leitend und kraftschlüssig verbunden ist.
Der Einsatz von metallenen Wellrohren in der Kabeltechnik ist bekannt,
z. B. bei Nachrichtenkabeln als Mantel aus Aluminium oder
Stahl, oder bei Energiekabeln ebenfalls als Aluminiumwellmantel
bei Hoch- und Höchstspannungskabeln (z. B. bei Ölkabeln oder VPE-Kabeln
für 110 kV und darüber) mit großen Leiterquerschnitten (von
500 mm² und darüber).
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Die Figur zeigt
in Draufsicht, teils aufgebrochen, das wendelförmig (schrauben-
linienförmig) gewellte Metallrohr (z. B. Kupferrohr) 1 mit dem in
der wendelförmigen, mechanisch neutralen Zone des Rohres aufgetragenen
hochtemperatur-supraleitenden Material 3.
Das wendelförmig gewellte Rohr 1 hat im Längsschnitt ein sinusförmiges
Profil. Wird ein solches Rohr gebogen, dann übernehmen
die Wellenberge (und Wellentäler) 2 des Sinusprofils die Verformung,
wogegen am Wendepunkt des Sinusprofils eine nur geringfügige
geometrische Änderung entsteht. Der Wendepunkt stellt somit in
einem schmalen Bereich eine mechanisch nahezu neutrale Zone dar,
die wendelförmig das gesamte Rohr umschlingt. Diese Zone wird umso
breiter, je tiefer die Wellung ist. Innerhalb dieser Zone erfährt
der aufgetragene Supraleiter nur eine sehr geringfügige Torsion
und Biegung, so daß er hier beim Biegen des Verbundleiters unbeschädigt
bleibt.
Nach der weiteren Erfindung ist das supraleitende Material 3 in
einer um so breiteren Bahn auf dem Wellrohr 1 aufgebracht, je
tiefer die Wellung des Rohres und je geringer die Sprödigkeit des
supraleitenden Materials ist. Im Extremfall bedeckt es das Wellrohr
völlig.
Eine Überschlagsrechnung zeigt, daß bei gleichem Biegedurchmesser
die Verformung des Supraleiters in der quasineutralen Zone des
gewellten Rohres um mehr als eine Zehnerpotenz geringer ist, als
auf der Ober- bzw. Unterseite eines zylindrischen Rohres von
gleichem Durchmesser (errechnet für einen Durchmesser der vom
Supraleiter beschriebenen Wendel von 28 mm und für einen Abstand
zweier benachbarter Wellenberge von 8,5 mm).
Außer diesem Vorteil hat die Erfindung noch weitere Vorteile:
In einem mit Gleichspannung betriebenen supraleitenden Kabelnetz
treten insoweit Schwierigkeiten auf, als bei einem satten Kurzschluß
das gesamte Netz kurzzeitig zusammenbricht. Desgleichen
werden sich Lastwechsel und Schaltstöße nahezu ungedämpft im Netz
auswirken. Bildet man aber den Supraleiter des Kabels erfindungsgemäß
als Wendel derart aus, daß nur die mechanisch neutrale Zone
des Wellrohres mit supraleitendem Material beschichtet ist, dann
stellt der Supraleiter eine Zylinderspule dar, die im Fall der
obenerwähnten Versuchsmuster eine Induktivität von etwa 0,1 H/km
hat. Folglich wirkt ein solcher Energieleiter bei kurzzeitig sich
ändernden Strömen wie eine Drosselspule und mindert dadurch Stromstöße
im Netz.
Bei dem erfindungsgemäßen Verbund-Supraleiter ist auf einfachste
Weise dem Supraleiter 3 das metallene Wellrohr 1 als Normalleiter
und Notstromleiter parallelgeschaltet. Sofern die hohe Sprödigkeit
des supraleitenden Materials trotz dessen Anordnung in der quasi-neutralen
Zone des Wellrohres gelegentlich zu Rissen führen sollte,
bildet das Metallrohr eine Brücke, die eine totale Unterbrechung
des Supraleiters verhindert.
Und schließlich ist es vorteilhaft, wenn nach der weiteren Erfindung
das Wellrohr 1 zugleich zum Transport des Kühlmittels 4, (bei
Hochtemperatur-Supraleitern hauptsächlich flüssiger Stickstoff)
eingesetzt wird.
Claims (4)
1. Biegbarer Verbund-Supraleiter für elektrische Energiekabel, der
aus einem supraleitenden, vorzugsweise hochtemperatur-supraleitenden,
keramischen Material und einem normalleitenden metallenen
Träger besteht, wobei das supraleitende Material wendelförmig um
den zentralen zylindrischen Träger herum angeordnet und mit ihm
fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein an
sich bekanntes, wendelförmig gewelltes, metallenes Rohr (Wellrohr
1) ist, und das supraleitende Material (3) im Bereich der ebenso
wendelförmigen, mechanisch neutralen Zone des Wellrohres angeordnet
ist, wo es mit dem metallenen Rohr galvanisch leitend und
kraftschlüssig verbunden ist.
2. Verbund-Supraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das supraleitende Material (3) in einer um so breiteren Bahn
auf dem Wellrohr (1) aufgebracht ist, je tiefer die Wellung des
Rohres und je geringer die Sprödigkeit des supraleitenden Materials
ist, und daß es im Extremfall das Wellrohr völlig bedeckt.
3. Verbund-Supraleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das supraleitende Material (3) zur Bildung einer
Drosselspule eine beschränkte Bahnbreite hat.
4. Verbund-Supraleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß im Inneren des Wellrohres (1) das zum Erreichen
der Supraleitung erforderliche Kühlmittel (4) angeordnet ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4015396A DE4015396A1 (de) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | Biegbarer verbund-supraleiter fuer elektrische energiekabel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4015396A DE4015396A1 (de) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | Biegbarer verbund-supraleiter fuer elektrische energiekabel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4015396A1 true DE4015396A1 (de) | 1991-11-21 |
Family
ID=6406328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE4015396A Withdrawn DE4015396A1 (de) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | Biegbarer verbund-supraleiter fuer elektrische energiekabel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4015396A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19724618A1 (de) * | 1997-06-11 | 1998-12-17 | Alsthom Cge Alcatel | Supraleiter aus einem längsnahtgeschweißten, gewellten Metallrohr mit einer supraleitfähigen Schicht auf der Basis keramischer Werkstoffe |
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| DE3915403A1 (de) * | 1988-05-20 | 1989-11-23 | Asea Brown Boveri | Hochtemperatur-supraleiter in draht- oder bandform, auf der basis einer supraleitenden keramik der klasse (la,ba,sr) (pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)cu0(pfeil abwaerts)4(pfeil abwaerts) oder der klasse (y,se)ba(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)cu(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)0(pfeil abwaerts)6(pfeil abwaerts)(pfeil abwaerts),(pfeil abwaerts)(pfeil abwaerts)5(pfeil abwaerts)(pfeil abwaerts)+(pfeil abwaerts)(pfeil abwaerts)y(pfeil abwaerts), mit se - seltene erde und 0-y-l sowie eines mechanischen traegers und eines normalleiters |
| DE3915402A1 (de) * | 1988-05-20 | 1989-11-23 | Asea Brown Boveri | Flexibler hochtemperatur-supraleiter din drahtform, auf der basis eines supraleitenden keramischen werkstoffs der klasse (la,ba,sr)(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)cuo(pfeil abwaerts)4(pfeil abwaerts) oder der klasse (y,se)ba(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)cu(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)06,5+y' mit se = seltene erde und 0<y<l und eines mechanischen traegers |
| DE3915261A1 (de) * | 1988-05-20 | 1989-11-30 | Asea Brown Boveri | Verbund-supraleiter in drahtform, auf der basis eines keramischen stoffes (y,se)ba(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)cu(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)0(pfeil abwaerts)6(pfeil abwaerts)(pfeil abwaerts),(pfeil abwaerts)(pfeil abwaerts)5(pfeil abwaerts)(pfeil abwaerts)+(pfeil abwaerts)(pfeil abwaerts)y(pfeil abwaerts) mit se = seltene erde und 0<y<l und verfahren zu dessen herstellung |
| DE3829227A1 (de) * | 1988-08-29 | 1990-03-01 | Kabelmetal Electro Gmbh | Supraleitendes langgestrecktes gut aus einem beschichteten gewellten metallrohr |
-
1990
- 1990-05-14 DE DE4015396A patent/DE4015396A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
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