DE4340046C2 - 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 vermehrtem Maße an Bedeutung, da hiermit eine verlustarme Übertragung möglich ist. Es sind bereits supraleitende Kabel für die Wechselstromanwendung bekannt, doch weisen sie einen komplexen 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, supraleitendem Material gefertigt. Dieses erfordert getrennte Kühlungen für jede Phase. Der Raum innerhalb der Phasenleiter dient hierbei als Kanal für die Kühlflüssigkeit, wobei ausschließlich flüssiges Helium für die Kühlung benutzt wird.

Aus der DE 18 14 036 A ist ein elektrisches Kabel mit konstanter, temperaturunab­ hängiger Länge bekannt. Hierfür sind die Leiter und Kühlkanäle konzentrisch aufgebaut. Jede Phase wird durch einen Leitermantel gebildet, der aus nicht aneinander liegenden Metalldrähten gewickelt ist. Die Metalldrähte sind aus Aluminium oder Kupfer gefertigt und mit einer Schicht aus supraleitendem metallischem Material überzogen. Die Leiter sind durch eine Isolation vom Kühlmittel getrennt.

In der DE 10 26 385 B ist ein Kabel beschrieben, bei dem die Leiter konzentrisch zueinander angeordnet und durch Isolierschichten voneinander getrennt sind. Die Leiter sind aus Aluminium gefertigt. Ein Null-Leiter ist ebenfalls konzentrisch zu den drei Leitern angeordnet. Eine Kühlung des Kabels ist nicht vorgesehen.

Aus der DE 38 11 050 A1 ist ein Rohrsystem für ein supraleitendes Kabel bekannt. Dieses ist mit einem Innenrohr versehen, innerhalb dessen drei Leiter nebeneinander angeordnet sind. Jeder der Leiter weist einen Stützkörper als Kern auf, um den ein bandförmiger Leiter aus einem supraleitenden Werkstoff gewickelt ist. Jeder dieser Leiter ist von einer Isolation umgeben. Für die Kühlung der drei nebeneinander angeordneten Leiter wird ein Kühlmittel durch das Innenrohr geleitet. Um das Innenrohr ist im Abstand und konzentrisch dazu ein Außenrohr angeordnet. Zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr ist ein Stützring angeordnet.

In der DE 38 39 309 C2 ist ein Kryosystem mit einem gekühlten Strahlungsschild beschrieben. Supraleitendes keramisches Material wird hierbei zum Beschichten von Begrenzungsflächen genutzt.

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 Patentanspruches 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 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. Der Phasen­ leiter R wird 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 A1 bedampfte Kunststoffolien verwendet werden.

Claims (2)

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, aus Kupfer gefertigter Rückleiter (6) vorgesehen ist, und die Leiter (R, S, T, 6) und die Kühlkanäle (2, 7) konzentrisch zueinander angeordnet sind, dass der erste Phasenleiter (R) den als Kühlkanal (2) dienenden Kern des Kabels (1) begrenzt, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Phasenleiter (R, S), dem zweiten und dem dritten Phasenleiter (S, T) sowie dem dritten 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 Ringkanal (7) vorgesehen ist, dass die Phasenleiter (R, S, T) aus Bändern hergestellt sind, die aus Silberhülsen gefertigt sind, in die Wismutkuprat (BiSrCaCuO₃) gefüllt ist, dass für die Kühlung der supraleitenden Phasenleiter (R, S, T) flüssiger Stickstoff durch die Kanäle (2 und 7) leitbar ist.

2. Supraleitendes Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschichten (3, 4, 5) zwischen den Phasenleitern (R, S und T) aus Polyethylen oder Polypropylen gefertigt sind, und dass die Vakuumsuperisolation (8) aus Kunststofffolien gefertigt ist, die mit Aluminium bedampft sind.