DE4340046A1 - Supraleitendes Kabel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein supraleitendes Kabel für Wechselströme gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Supraleitende Kabel für die Wechselströme gewinnen in ver­ mehrtem Maße an Bedeutung, da hiermit eine verlustarme Über­ tragung möglich ist. Es sind bereits supraleitende Kabel für die Wechselstromanwendung bekannt, doch weisen sie einen kom­ plexen Aufbau auf, der die Herstellung dieser Kabel sehr teuer macht. Dieses ist ein wesentlicher Hinderungsgrund für den großtechnischen Einsatz dieser Kabel. Bei den bekannten Kabeln dieser Art sind die Phasenleiter aus metallischem supraleiten­ dem Material gefertigt. Dieses erfordert getrennte Kühlungen für jede Phase. Der Raum innerhalb der Phasenleiter dient hierbei als Kanal für die Kühlflüssigkeit, wobei ausschlie­ ßlich flüssiges Helium für die Kühlung benutzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein supraleitendes Kabel für Wechselströme aufzuzeigen, dessen Aufbau kompakter, materialsparender und dessen Kühlvorrichtung kleiner ist als bei bekannten Kabeln dieser Art.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst.

Das supraleitende Kabel ist so ausgebildet, daß für die drei Phasenleiter R, S und T nur ein gemeinsamer Rückleiter vor­ gesehen ist. Zusätzlich sind die Phasenleiter, der Rückleiter sowie die Kühlkanäle konzentrisch zueinander angeordnet. Durch diese Maßnahmen erhält das supraleitende Kabel einen sehr kom­ pakten Aufbau. Die Kühlung des Kabels erfolgt mit flüssigem Stickstoff. Zwischen den Phasenleitern R, S und T sowie dem Rückleiter und den Kühlkanälen ist jeweils eine elektrische Isolation angeordnet. Diese ist aus Polyethylen oder Poly­ propylen gefertigt. Das Kabel wird nach außen hin durch eine Vakuumisolation begrenzt. Die Kühlflüssigkeit wird im Kern des Kabels hin und in einem Ringkanal, der sich unmittelbar an die Vakuumisolation anschließt, zurückgeleitet.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zei­ chnung näher erläutert.

Die einzige zur Beschreibung gehörige Figur zeigt ein supra­ leitendes Kabel 1 im Vertikalschnitt. Der Kern 2 des Kabels wird durch einen Kanal 2 mit einem Durchmesser von 50 bis 200 mm gebildet, durch den Kühlflüssigkeit 2F geleitet wird. Ein anderer Durchmesser kann ebenfalls gewählt werden. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird für die Kühlung flüssiger Stickstoff verwendet. Der Kanal 2 wird durch den ersten Phasenleiter R begrenzt. Der Mantel des Kanals 2, der gleichzeitig den Phasenleiter R bildet, ist deshalb mit einem supraleitenden Material belegt. Vorzugsweise wird der Phasen­ leiter R aus supraleitenden Bändern gebildet. Für die Herstel­ lung der Bänder werden Hülsen aus Silber mit einem keramischen Material gefüllt, das nach einer Wärmebehandlung supraleitende Eigenschaften aufweist. Vorzugsweise werden die Hülsen (hier nicht dargestellt) mit pulverförmigem Wismutkuprat (BiSrCaCuO) gefüllt. Anschließend werden die Hülsen zu flachen Bändern (hier nicht dargestellt) gewalzt. Diese Bänder werden auf einen Dorn (hier nicht dargestellt) gewickelt, wobei der R- Leiter ausgebildet wird. Die Dicke des R-Leiters beträgt vor­ zugsweise 0,1 bis 10 mm. Um den ersten Phasenleiter R wird eine elektrische Isolation 3 angeordnet. Diese wird aus Poly­ ethylen oder Polypropyhlen gefertigt. Hierfür werden um den Phasenleiter R Bänder aus diesen Materialien gewickelt, bis die Isolation 3 die gewünschte Dicke aufweist. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der Isolation vorzugsweise 10 bis 50 mm. An die Isolation 3 schließt sich der zweite Phasenleiter S an. Dieser wird wiederum durch Bänder aus supraleitendem Material gebildet. Diese werden um die Isolation 3 gewickelt. Der Phasenleiter S weist die gleiche Stärke wie der Phasenleiter R auf. An den Phasenleiter S schließt sich eine weitere Isolation 4 an. Diese ist in gleicher Weise und gleicher Stärke ausgebildet wie die Isolation 3. Auf die Isolation 4 folgt der dritte Pha­ senleiter T, der in gleicher Weise und in gleicher Stärke wie die Phasenleiter R und S gefertigt ist. An den Phasenleiter T schließt sich eine weitere Isolation 5 an, die in gleicher Weise wie die Isolationen 3 und 4 ausgebildet ist. Die Dicke der Isolation 5 hat jedoch nur etwa 60% von der Dicke der Iso­ lationen 3 und 4. Nach außen wird die Isolation 5 durch den Rückleiter 6 begrenzt. Dieser Rückleiter 6 hat bei symmetri­ scher Last nur wenig Strom zu tragen, und kann daher aus einem herkömmlichen leitenden Material, vorzugsweise aus Kupfer ge­ fertigt werden. Seine Dicke beträgt bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einige mm. Der Rückleiter 6 dient gleichzeitig als Begrenzung für einen sich daran anschlie­ ßenden ringförmigen Kühlkanal 7, durch den ebenfalls flüssiger Stickstoff geleitet wird. Der Durchmesser des Kühlkanals 7 be­ trägt vorzugsweise 150 bis 500 mm. Nach außen wird der Kühlka­ nal 7 von einer Vakuumsuperisolation 8 begrenzt. Diese weist eine innere Begrenzungsfläche 8I und eine äußere Begrenzungs­ fläche 8A auf. Zwischen den beiden Begrenzungsflächen ist ein Ringraum vorgesehen, der mit einer Superisolation ausgefüllt und evakuiert ist. Als Isolationsmaterial können beispiels­ weise mit Al bedampfte Kunststoffolien verwendet werden.

Claims (8)

1. Supraleitendes Kabel (1) für Wechselströme mit Phasen- und Rückleitern (R, S, T, 6), Kühlkanälen (2, 7) und einer nach außen begrenzenden Vakuumisolation (8), dadurch gekennzeichnet, daß für alle drei Phasenleiter (R, S, T) ein gemeinsamer Rückleiter (6) vorgesehen ist, und daß die Leiter (R, S, T, 6) und die Kühlkanäle (2, 7) konzentrisch zueinander angeordnet sind.

2. Supraleitendes Kabel nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Phasenleiter (R) den als Kühl­ kanal (2) dienenden Kern des Kabels (1) begrenzt, daß zwi­ schen dem ersten und dem zweiten Phasenleiter (R, S), dem zweiten und dem dritten Phasenleiter (S, T) sowie dem drit­ ten Phasenleiter (T) und dem Rückleiter (6) jeweils eine elektrische Isolationsschicht (3, 4, 5) definierter Dicke angeordnet ist, daß zwischen dem Rückleiter (6) und der Vakuumsuperisolation (8) ein als Kühlkanal dienender Ring­ kanal (7) vorgesehen ist, und daß die Phasenleiter (R, S, T) aus einem supraleitenden Material gefertigt sind.

3. Supraleitendes Kabel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Phasenleiter (R, S, T) aus supraleitenden Bändern hergestellt ist, und daß die Bänder aus flachgewalzten Hülsen bestehen, die aus einem Sauerstoff durchlässigen Metall gefertigt sind, und in die ein keramisches supraleitendes Material gefüllt ist.

4. Supraleitendes Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenleiter (R, S und T) aus Bändern hergestellt sind, die aus Hülsen aus Silber gefertigt sind, in die Wismutkuprat (BiSrGaCuO₃) ge­ füllt ist.

5. Supraleitendes Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kühlung der supraleitenden Phasenleiter (R, S, T) flüssiger Stickstoff durch die Kanäle (2 und 7) leitbar ist.

6. Supraleitendes Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückleiter (6) aus Kupfer gefertigt ist.

7. Supraleitendes Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschichten (3, 4, 5) zwischen den Phasenleitern (R, S und T) aus Poly­ ethylen oder Polypropylen gefertigt sind.

8. Supraleitendes Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumsuperisolation aus Kunststoffolien gefertigt ist, die mit Aluminium be­ dampft sind.