WO1995028720A1 - Leiterdurchführung für ein wechselstromgerät mit supraleitung - Google Patents

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WO1995028720A1
WO1995028720A1 PCT/DE1995/000507 DE9500507W WO9528720A1 WO 1995028720 A1 WO1995028720 A1 WO 1995028720A1 DE 9500507 W DE9500507 W DE 9500507W WO 9528720 A1 WO9528720 A1 WO 9528720A1
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conductor
bushing
leadthrough
intermediate space
electrical
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PCT/DE1995/000507
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Inventor
Walter Müller
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00—Cable fittings
    • H02G15/34—Cable fittings for cryogenic cables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • H01F6/065—Feed-through bushings, terminals and joints
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the invention relates to a conductor bushing for an AC device with superconductivity, in particular a high-voltage transformer in a superconducting design.
  • An electrical alternating current device with superconductivity is known from the "Electrical Review" dated March 12, 1971, pages 335 to 338.
  • the active part of the AC device for example the active part of a transformer, is arranged in a cryostat vessel. Within the cryostat vessel, the required low temperature is ensured by means of a cooling medium, so that superconductivity can be generated in a corresponding conductor. In the practical implementation of such devices, there is the problem of leading the conductors for the electrical energy supply and discharge electrically and thermally insulated from the outside through the cryostat vessel to the active part.
  • FR 2 647 590 discloses a conductor bushing for superconducting direct current solenoid coils with low operating voltages. At low operating voltages, however, the electrical insulation effort can be regarded as negligible.
  • US Pat. No. 3,440,326 describes a conductor bushing for the housing of a superconducting AC device with a high operating voltage and an inner conductor which is surrounded by a bushing part which is designed as a thermal and electrical insulating body and in which electrically arranged coaxially around the inner conductor conductive deposits stainless steel are arranged. These have a relatively good thermal conductivity, as a result of which the conductor bushing for the AC device is thermally unfavorable.
  • US Pat. No. 4,227,035 shows a conductor leadthrough in which an axially fitting second leadthrough part is arranged on the first leadthrough part, between which there is an intermediate space through which an insulating medium, which also serves as a coolant, can flow.
  • the space serves for potential control, with oil apparently being used as the insulating medium.
  • the invention is based on the object of providing a conductor leadthrough for an AC device with superconductivity for high voltages, in which reliable thermal and electrical insulation is provided.
  • the object is achieved according to the invention with a conductor leadthrough for the housing of a superconducting alternating current device with a high operating voltage, in particular for medium or high voltage.
  • the inserts have a low thermal conductivity compared to aluminum
  • a suitable second bushing part is arranged axially on the first bushing part, between which there is a space through which a coolant can flow,
  • the conductor of the second feed-through part is a super conductor, - and the coolant in the intermediate space has a higher operating temperature than the coolant of the AC device. In this way, the AC device is operated safely with respect to the dielectric strength of the conductor bushing and the temperature losses.
  • the dimensions of the conductor leadthrough can easily be adapted to the housing of the AC device, the shape and number of conductive inserts then being selected accordingly. In this way, difficult implementations on the housing can be controlled electrically as well as thermally.
  • the training of the lead bushing is two-stage.
  • the inserts of the two lead-through parts are matched to one another in such a way that advantageous potential control for the intermediate space is possible.
  • the conductor leadthrough is particularly suitable for AC devices with a particularly low coolant temperature, in which the temperature losses along the conductor leadthrough must be kept to a particularly small value. If necessary, the intermediate space can also extend around the inner conductor, so that the latter is additionally cooled.
  • the intermediate space is preferably approximately conical in shape.
  • the temperature loss for the interior of the housing along the conductor leadthrough may be less than that through the housing wall.
  • the temperature losses are provided or covered by a cooling circuit for the intermediate space. This does not affect the cooling circuit for the interior. Since the cooling circuit for the interspace works at a higher temperature than that of the interior, this can also be carried out more simply and cost-effectively.
  • the ratio of the specific energy expenditure between the main cooling circuit to the intermediate cooling circuit is approximately 500 W / W to 10 W / W.
  • the inserts preferably have a lower, in particular a minimal, thermal conductivity compared to aluminum, and can be made of a non-magnetic steel alloy, e.g. B. Hasteloy. This results in a particularly low temperature loss along the conductor leadthrough.
  • the inserts themselves represent thermal or cold bridges within the insulating body. By using the special material, the losses that occur there are limited to a small extent.
  • the deposits can be arranged in both parts of the bushing. This also makes it possible to distribute the potential evenly along the entire bushing, in particular also in the area of the intermediate space.
  • the inner conductor can advantageously have an outer diameter that is large in relation to the conductor or superconductor, at least in the first bushing part. In this way, better potential control is possible.
  • the conductor leadthrough is used with preference in a superconducting power transformer, in particular for medium or high voltage.
  • the arrangement of the power transformer with the conductor bushing according to the invention has a particularly safe operating behavior and a favorable size.
  • FIG. 1 shows a first conductor bushing and FIG. 2 shows a second conductor bushing.
  • the AC device shows a partial section through a housing wall 1 of an electrical AC device with a high operating voltage, not shown, for example medium or high voltage.
  • the active part of the AC device can, for example a coil, a capacitor or other electrical conductor arrangements - including semiconductors.
  • the AC device is preferably designed as a high-voltage transformer for the power supply and is designed to be superconducting. This means that at least some of its electrical active parts are cooled in a cyrostat vessel 2 in such a way that their electrical conductors are superconducting.
  • the electrical energy is conducted from the outside via a conventional electrical conductor 3 through the housing wall 1 into the cooled interior 5 of the cyrostat vessel 2.
  • a cooling medium 7 e.g. B. LN2 •
  • the cooling of the interior 5 and the active parts located therein takes place by means of the cooling medium 7.
  • the cooling medium 7 is kept at a predetermined low temperature by means of a cooling device (not shown in more detail).
  • the shape of the Kyrostatgefäßes is usually adapted to the shape of the AC device and can, for. B. have a cylindri ⁇ cal, cuboid or other suitable training.
  • a special electrical conductor in particular a superconductor, in the present case a high-temperature superconductor (HTSL) 9, is used to generate the superconductivity. This is used at temperatures between 10 and 100 K, in particular at 77 K.
  • metallic superconductors MSL can also be used which require use below 20 K, in particular at approximately 4 K.
  • the present conductor leadthrough 11 has, for example, a club-like shape.
  • the conductor bushing 11 is designed as an insulating body and comprises, in a manner known per se, electrically conductive inserts 15 (usually also referred to as capacitor inserts) arranged coaxially around the inner conductor 13. These are required to control the electrical field between the inner conductor 13 and the housing wall 1. With an operating voltage of 400 KV, for example, approximately 100 deposits are required.
  • the inserts 15 In order to control the thermal insulation ability, the inserts 15 must not be wound from aluminum foil as usual, since aluminum is an excellent heat conductor.
  • the inserts 15 must be poor heat conductors in the present application. Suitable materials are, for example, foils made of a non-magnetic steel alloy, e.g. B. Hastelloy, which have a significantly lower thermal conductivity than aluminum even at low temperatures.
  • non-metallic foils e.g. B. carbon film, ' plastic film or with an electrical conductor laminated films.
  • the conductor bushing 11 is otherwise conventionally wound from insulating film soaked in epoxy resin. If necessary, however, materials can also be used here, which results in a reduction in the thermal conductivity of the conductor bushing 11. Materials such as plastic or ceramic are conceivable.
  • connection of the HTSL 9 to the inner conductor 13 can be laid in a region within the conductor bushing 11.
  • a connecting means 17 is provided.
  • the connection of the inner conductor 13 to the electrical conductor 3 takes place as is customary in the prior art.
  • a connection clamp 19 is shown purely schematically in FIG. 7
  • the one-stage embodiment according to FIG. 1 is particularly suitable for devices with HTSL at a cooling temperature of approx. 77 K and possibly for devices with MSL at 4 K. Your nominal current should be below 100 A.
  • the conductor leadthrough is fastened to the cyrostat vessel 2 with a conventional flange 25.
  • the conductor bushing 11a comprises a first and a second bushing part 21a and 21b.
  • the bushing part 21a essentially corresponds to the conductor bushing 11 already described above. It is arranged essentially outside the housing wall 1 and partly projects into the interior 5. It is used to connect the electrical conductor 3.
  • the second lead-through part 21b is arranged in the interior of the kyrostat vessel 2.
  • the shape of the two bushing parts 21a and 21b are adapted to their mutually facing surfaces and at the same time form a funnel-like space 23.
  • the two bushing parts 21b, 21a are, like bushing 11 already described above, constructed as capacitor bushings with inserts 15 .
  • This embodiment can also be described in such a way that a two-stage embodiment is formed by arranging the intermediate space in a simple embodiment according to FIG.
  • the intermediate space 23 formed between the two bushing parts 21a and 21b serves to receive a cooling medium, as a result of which the entire conductor bushing 11a is additionally cooled.
  • the heat transfer from the inside of the Kyrostat vessel 2 to the outside is therefore in two stages. In this way there is only a small heat transfer through the electrical Conductors 27, 13, 9a possible within the conductor leadthrough 11a.
  • the cooling medium 7a for the intermediate space 23 is also cooled and processed by means of a cooling device (not shown in more detail). As a result, the heat loss of the cooling medium 7 in the interior 5 is also kept small and the cooling device is relieved.
  • the space cooling device is made small compared to the main cooling device.
  • the cooling medium 7a for the intermediate space 23 can be different from that inside the cryostat vessel 2. For example, LH e at approximately 4 K is used for low temperatures. Since there is a continuous heat transfer from the interior 5 of the kyrostat vessel 2 via the bushing 11a to the electrical conductor 3, LN2 could be used for the intermediate space 23 as a coolant 7a at over 50 K, as in the case of high-temperature superconductivity.
  • the attachment is done in a known manner, for. B. by welding or by means of gastight and liquid-tight screw connections.
  • Corresponding conductors can also be used in accordance with the thermal conditions within the bushing 11a.
  • the inner conductor 13 already described above is used for the feed-through part 21a and a HTSL 9a for the feed-through part 21b.
  • Corresponding connecting means 29a and 29b are provided for connecting the respective conductors 27, 9a and 13.
  • the second connecting means 29a is preferably arranged within the lead-through part 21b, however, at the temperature of the MSL.
  • the first connecting means 29b for connecting the HTSL 9a and the inner conductor 13 is arranged in the intermediate space 23.
  • the first connecting means 29b can have a separate shielding electrode. If necessary, this can also be formed by the "100% insert", preferably at medium voltage. At very high connection voltages - e.g. B. 400 kV - the arrangement of the inner connecting means 17 (FIG 1) or 29a within a shielding electrode will also come into question here in order to shield the connection point with a high-quality electrical connection.
  • the first connecting means 29b can optionally also serve as a spacer for creating the intermediate space 23.
  • the connecting means 29a and 29b can be designed as a soldered, welded, clamped or adhesive connection.
  • the cheapest connection technology must be selected by a specialist in accordance with the electrical and thermal thermal conductivity.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
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Abstract

Um bei einer Leiterdurchführung (11, 11a) für ein Wechselstromgerät mit Supraleitung für hohe Spannungen eine sichere thermische und elektrische Isolation zu erzielen, ist vorgesehen, daß ein als Isolierkörper ausgebildetes Durchführungsteil (11) einen Innenleiter aufweist, das mit koaxial angeordneten elektrisch leitenden Einlagen (15) versehen ist. Die Einlagen (15) weisen dabei einen nur geringen Wärmeleitwert auf. Der Innenleiter (13) weist endseitige Verbindungsmittel (19, 29b) zum Anschluß eines elektrischen Leiters (3) zur elektrischen Energiezu- oder -abfuhr bzw. zum Anschluß eines Supraleiters (9, 9a) auf. Die Leiterdurchführung (11, 11a) kann auch zweistufig ausgeführt sein.

Description

Beschreibung
Leiterdurchführung für ein Wechselstromgerät mit Supraleitung
Die Erfindung betrifft eine Leiterdurchführung für ein Wech¬ selstromgerät mit Supraleitung, insbesondere einen Hochspan¬ nungstransformator in supraleitender Ausführung.
Aus der "Electrical Review" vom 12.03.1971, Seiten 335 bis 338, ist ein elektrisches Wechselstromgerät mit Supraleitung bekannt. Dabei ist der Aktivteil des Wechselstromgerätes, beispielsweise der Aktivteil eines Transformators, in einem Kryostatgefäß angeordnet. Innerhalb des Kryostatgefäßes wird mittels eines Kühlmediums für die erforderliche Tieftempera¬ tur gesorgt, so daß in einem entsprechenden Leiter Supralei¬ tung erzeugt werden kann. Bei der praktischen Realisierung solcher Geräte besteht das Problem, die Leiter für die elek¬ trische Energiezu- und -abfuhr elektrisch und thermisch iso- liert von außen durch das Kryostatgefäß an das Aktivteil heranzuführen.
Bei herkömmlichen Durchführungen, wie beispielsweise aus der DD 282 102 A5 bekannt, ist lediglich eine elektrische Isolie- rung des Leiters gegenüber einem Gehäuse erforderlich. Aus der FR 2 647 590 ist eine Leiterdurchführung für supraleiten¬ de Gleichstrommagnetspulen mit kleinen Betriebsspannungen be¬ kannt. Bei kleinen Betriebsspannungen kann jedoch der elek¬ trische Isolieraufwand als vernachlässigbar betrachtet wer- den.
In der US 3,440,326 wird eine Leiterdurchführung für das Ge¬ häuse eines supraleitenden Wechselstromgerätes mit hoher Be¬ triebsspannung und einem Innenleiter beschrieben, der von ei- nem als thermischer und elektrischer Isolierkörper ausgebil¬ deten Durchführungsteil umgeben ist, in welchem koaxial um den Innenleiter angeordnete elektrisch leitende Einlagen aus nichtrostendem Stahl angeordnet sind. Diese weisen eine rela¬ tiv gute Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch die Leiterdurchfüh¬ rung für das Wechselstromgerät thermisch ungünstig ist.
Der US 4,227,035 ist eine Leiterdurchführung zu entnehmen, bei der an dem ersten Durchführungsteil ein axial passendes zweites Durchführungsteil angeordnet ist, zwischen denen ein von einem auch als Kühlmittel dienenden Isoliermittel durch¬ strömbarer Zwischenraum liegt. Der Zwischenraum dient dabei zur Potentialsteuerung, wobei als Isoliermittel offenbar Öl verwendet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leiterdurch¬ führung für ein Wechselstromgerät mit Supraleitung für hohe Spannungen bereitzustellen, bei dem eine sichere thermische als auch elektrische Isolation gegeben ist.
Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einer Lei¬ terdurchführung für das Gehäuse eines supraleitenden Wechsel- Stromgerätes mit hoher Betriebsspannung, insbesondere für Mittel- oder Hochspannung,
- mit einem Innenleiter, der von einem als thermischer und elektrischer Isolierkörper ausgebildeten ersten Durchfüh¬ rungsteil umgeben ist, in welchem koaxial um den Innenlei- ter elektrisch leitende Einlagen mit geringer Wärmeleit¬ fähigkeit angeordnet sind,
- wobei die Einlagen einen gegenüber Aluminium geringen Wär¬ meleitwert aufweisen,
- wobei an dem ersten Durchführungsteil axial ein passendes zweites Durchführungsteil angeordnet ist, zwischen denen ein von einem Kühlmittel durchströmbarer Zwischenraum liegt,
- wobei der Leiter des zweiten Durchführungsteils ein Supra¬ leiter ist, - und wobei das Kühlmittel im Zwischenraum eine höhere Be¬ triebstemperatur als das Kühlmittel des Wechselstromgerätes aufweist. Auf diese Weise ist ein sicherer Betrieb des Wechselstromge¬ rätes in bezug auf die Spannungsfestigkeit der Leiterdurch¬ führung und auf die Temperaturverluste gegeben. Die Leiter¬ durchführung läßt sich dabei in ihren Baumaßen an das Gehäuse des Wechselstromgerätes problemlos anpassen, wobei dann die Form und die Anzahl der leitenden Einlagen entsprechend ge¬ wählt wird. Auf diese Weise sind auch schwierige Durchfüh¬ rungen am Gehäuse elektrisch als auch thermisch beherrεchbar.
Die Ausbildung der Leiterdurchführung ist dabei zweistufig. Die Einlagen der beiden Durchführungsteile sind derart auf¬ einander abgestimmt, daß eine vorteilhafte Potentialsteuerung für den Zwischenraum möglich ist. Die Leiterdurchführung eig¬ net sich insbesondere für Wechselstromgeräte mit besonders niedriger Kühlmitteltemperatur, bei denen die Temperaturver¬ luste entlang der Leiterdurchführung auf einen besonders kleinen Wert gehalten werden müssen. Gegebenenfalls kann der Zwischenraum sich auch um den Innenleiter herum erstrecken, so daß dieser noch eine zusätzlich Kühlung erfährt.
Der Zwischenraum ist bevorzugt etwa kegelmanteiförmig ausge¬ bildet. Durch eine günstige Auslegung dieser Zwischenkühlung kann gegebenenfalls der Temperaturverlust für den Innenraum des Gehäuses entlang der Leiterdurchführung geringer sein als der durch die Gehäusewand. Die Temperaturverluste werden da¬ bei durch einen Kühlkreislauf für den Zwischenraum bereitge¬ stellt oder gedeckt. Der Kühlkreislauf für den Innenraum wird dadurch nicht belastet. Da der Kühlkreislauf für den Zwi¬ schenraum auf einer höheren Temperatur als der des Innenrau- mes arbeitet, kann dieser auch einfacher und kostengünstiger ausgeführt werden. Das Verhältnis des spezifischen Energie¬ aufwands zwischen Hauptkühlkreis zum Zwischenkühlkreis be¬ trägt etwa 500 W/W zu 10 W/W.
Bevorzugt weisen die Einlagen einen gegenüber Aluminium ge¬ ringeren, insbesondere einen minimalen, Wärmeleitwert auf und können als Folie aus einer unmagnetischen Stahllegierung, z. B. Hasteloy, gefertigt sein. Dadurch ist ein besonders ge¬ ringer Temperaturverlust entlang der Leiterdurchführung ge¬ geben. Die Einlagen an sich stellen Wärme- oder Kältebrücken innerhalb des Isolierkörpers dar. Durch Verwendung des spe- ziellen Werkstoffes sind die dort entstehenden Verluste auf ein geringes Maß begrenzt.
Die Einlagen können dabei in beiden Durchführungsteilen ange¬ ordnet sein. Dadurch ist auch eine gleichmäßige Potentialver- teilung entlang der gesamten Durchführung, insbesondere auch im Bereich des Zwischenraumes, möglich. Mit Vorteil kann der Innenleiter zumindest im ersten Durchführungsteil ein im Ver¬ hältnis zum Leiter oder Supraleiter großen Außendurchmesser aufweisen. Auf diese Weise ist eine bessere Potentialsteue- rung möglich.
Die Leiterdurchführung findet eine bevorzugte Verwendung bei einem supraleitenden Leiεtungstransformator, insbesondere für Mittel- oder Hochspannung. Die Anordnung von Leistungstrans- formator mit der erfindungsgemäßen Leiterdurchführung weist ein besonders sicheres Betriebsverhalten und eine günstige Baugröße auf.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den übrigen An- Sprüchen angegeben.
Die Erfindung und weitere Vorteile werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 eine erste Leiterdurchführung und FIG 2 eine zweite Leiterdurchführung.
FIG 1 zeigt einen Teilschnitt durch eine Gehäusewand 1 eines nicht näher gezeigten elektrischen Wechselstromgerätes mit hoher Betriebsspannung, beispielsweise Mittel- oder Hochspan¬ nung. Der Aktivteil des Wechselstromgerätes kann zum Beispiel eine Spule, ein Kondensator oder sonstige elektrische Leiter¬ anordnungen - auch Halbleiter - umfassen. Bevorzugt ist das Wechselstromgerät als Hochspannungstransformator für die En¬ ergieversorgung ausgebildet und supraleitend ausgeführt. Das heißt, daß zumindest ein Teil seiner elektrischen Aktivteile in einem Kyrostatgefäß 2 derart gekühlt sind, daß deren elek¬ trische Leiter supraleitend sind.
Dazu ist die elektrische Energie von außen über einen übli- chen elektrischen Leiter 3 durch die Gehäusewand 1 in den ge¬ kühlten Innenraum 5 des Kyrostatgefäßes 2 geführt. Innerhalb des Kryostatgefäßes 2 befindet sich ein Kühlmedium 7, z. B. LN2 • Die Kühlung des Innenraumes 5 und der darin befindlichen Aktivteile erfolgt dabei mittels des Kühlmediums 7. Das Kühl- medium 7 wird mittels einer nicht näher gezeigten Kühlein¬ richtung auf einer vorgegebenen Tieftemperatur gehalten. Die Form des Kyrostatgefäßes ist üblicherweise an die Form des Wechselstromgerätes angepaßt und kann z. B. eine zylindri¬ sche, quaderförmige oder eine sonstige geeignete Ausbildung haben.
Zur Erzeugung der Supraleitung wird ein spezieller elektri¬ scher Leiter, insbesondere ein Supraleiter, vorliegend ein Hochtemperatur-Supraleiter (HTSL) 9 verwendet. Dieser wird bei Temperaturen zwischen 10 und 100 K, insbesondere bei 77 K eingesetzt. Es können jedoch auch metallische Supraleiter (MSL) verwendet werden, die einen Einsatz unterhalb von 20 K, insbesondere bei ca. 4 K, erfordern.
Bei einer Durchführung des elektrischen Leiters 3 durch die Gehäusewand 1 ist einerseits eine thermische Isolierung und andererseits eine elektrische Isolierung erforderlich. Dies gilt insbesondere, wenn der elektrische Leiter 3 mit Hoch¬ spannung beaufschlagt ist. Vorliegend wird eine Leiterdurch- führung 11 verwendet, deren Innenleiter 13 nach Art einer
Stromdurchführung ausgebildet ist. Sein Durchmesser ist dabei im Verhältnis zum Durchmesser des elektrischen Leiters 3 re- lativ groß, so daß zwischen der Gehäusewand 1 und dem Innen¬ leiter 13 nur eine geringe Feldstärkebelastung auftritt. Die vorliegende Leiterdurchführung 11 weist beispielhaft eine keulenartige Form auf.
Die Leiterdurchführung 11 ist als Isolierkörper ausgebildet und umfaßt in an sich bekannter Art und Weise koaxial um den Innenleiter 13 angeordnete elektrisch leitende Einlagen 15 (üblicherweise auch als Kondensatoreinlagen bezeichnet) . Die- se sind zur Beherrschung des elektrischen Feldes zwischen dem Innenleiter 13 und der Gehäusewand 1 erforderlich. Bei 400 KV Betriebsspannung sind beispielsweise ca. 100 Einlagen erfor¬ derlich.
Zur Beherrschung der thermischen Isolierfähigkeit dürfen die Einlagen 15 jedoch nicht wie üblich aus Aluminiumfolie ge¬ wickelt sein, da Aluminium ein hervorragender Wärmeleiter ist. Die Einlagen 15 müssen bei der vorliegenden Anwendung schlechte Wärmeleiter sein. Als Materialien eignen sich daher beispielsweise Folien aus einer unmagnetischen Stahllegie¬ rung, z. B. Hastelloy, die auch bei tiefen Temperaturen eine wesentlich geringere Wäremeleitfähigkeit aufweisen als Alumi¬ nium. Es eignen sich jedoch auch nichtmetallische Folien, z. B. Kohlefolie,' Kunststoffolie oder auch mit einem elektri- sehen Leiter kaschierte Folien. Die Leiterdurchführung 11 ist ansonsten herkömmlich aus epoxydharzgetränkter Isolierfolie gewickelt. Gegebenenfalls kann aber auch hier eine Verwendung von Materialien stattfinden, die eine Verringerung der Wärme¬ leitfähigkeit der Leiterdurchführung 11 zur Folge hat. Denk- bar sind Materialien wie Kunststoff oder Keramik.
Die Verbindung des HTSL 9 mit dem Innenleiter 13 kann in ei¬ nen Bereich innerhalb der Leiterdurchführung 11 verlegt sein. Es ist dazu ein Verbindungsmittel 17 vorgesehen. Die Verbin- düng des Innenleiters 13 mit dem elektrischen Leiter 3 er¬ folgt wie nach dem Stand der Technik üblich. In der FIG 1 ist hierzu rein schematisch eine Verbindungsschelle 19 gezeigt. 7
Die einstufige Ausführung nach FIG 1 ist insbesondere für Ge¬ räte mit HTSL auf einer Kühltemperatur von ca. 77 K und even¬ tuell für Geräte mit MSL bei 4 K geeignet. Ihr Nennstrom sollte unterhalb 100 A liegen. Die Befestigung der Leiter- durchführung an dem Kyrostatgefäß 2 erfolgt mit einem übli¬ chen Flansch 25.
FIG 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zweistufigen Lei¬ terdurchführung 11a. Diese ist im wesentlichen für ein Kyro- statgefäß 2 mit besonders niedriger Kühltemperatur, insbeson¬ dere unter 10 K, geeignet. Die Leiterdurchführung 11a umfaßt dazu ein erstes und ein zweites Durchführungsteil 21a und 21b. Das Durchführungsteil 21a entspricht dabei im wesentli¬ chen der bereits oben beschriebenen Leiterdurchführung 11. Es ist dabei im wesentlichen außerhalb der Gehäusewand 1 ange¬ ordnet und ragt zum Teil in den Innenraum 5 hinein. Es dient zum Anschluß des elektrischen Leiters 3. Im Innenraum des Ky- rostatgefäßes 2 ist das zweite Durchführungsteil 21b angeord¬ net.
Die beiden Durchführungsteile 21a und 21b sind an ihren einander zugewandten Flächen in der Formgebung angepaßt und bilden dabei gleichzeitig einen trichterartigen Zwischenraum 23. Die beiden Durchführungsteile 21b, 21a sind bevorzugt, wie die oben bereits beschriebene Durchführung 11, als Kon¬ densatordurchführungen mit Einlagen 15 aufgebaut. Diese Aus¬ führung kann auch so beschrieben werden, daß durch Anordnung des Zwischenraumes bei einer einfachen Ausführung gemäß FIG 1 eine zweistufige Ausführung gebildet wird.
Der zwischen den beiden Durchführungsteilen 21a und 21b ge¬ bildete Zwischenraum 23 dient zur Aufnahme eines Kühlmediums, wodurch eine zusätzliche Kühlung der gesamten Leiterdurchfüh¬ rung 11a erfolgt. Der Wärmeübergang vom Innern des Kyrostat- gefäßes 2 nach Außen ist dadurch zweistufig. Auf diese Weise ist nur noch ein geringer Wärmeübergang über die elektrischen Leiter 27, 13, 9a innerhalb der Leiterdurchführung 11a mög¬ lich.
Das Kühlmedium 7a für den Zwischenraum 23 wird ebenfalls über eine nicht näher gezeigte Kühleinrichtung gekühlt und aufbe¬ reitet. Dadurch wird auch der Wärmeverlust des Kühlmediums 7 im Innenraum 5 klein gehalten und dessen Kühleinrichtung ent¬ lastet. Die Zwischenraumkühleinrichtung ist gegenüber der Hauptkühleinrichtung klein ausgeführt. Das Kühlmedium 7a für den Zwischenraum 23 kann dabei ein anderes als das innerhalb des Kryostatgefäßes 2 sein. Für tiefe Temperaturen wird bei¬ spielsweise LHe bei ca. 4 K verwendet. Da ein kontinuierli¬ cher Wärmeübergang von dem Innenraum 5 des Kyrostatgefäßes 2 über die Durchführung 11a bis zum elektrischen Leiter 3 stattfindet, könnte beispielsweise für den Zwischenraum 23 als Kühlmittel 7a LN2 bei über 50 K wie bei der Hochtempera¬ tursupraleitung verwendet werden.
Zur Befestigung der Durchführung 11a und zur Bildung von An- Schlußmöglichkeiten für den Zwischenraum 23 ist ein geeigne¬ ter Flansch 25, der ggf. auch hohl ausgeführt sein kann, an der Gehäusewand 1 vorgesehen. Die Befestigung erfolgt dabei in bekannter Art und Weise, z. B. durch Schweißen oder mit¬ tels gas- und flüssigkeitsdichter Verschraubungen.
Entsprechend den wärmetechnisehen Bedinungen innerhalb der Durchführung 11a, können auch entsprechende Leiter verwendet werden. Ausgehend davon, daß das Wechselstromgerät innerhalb des Kyrostatgefäßes 2 einen MSL 27 aufweist und außerhalb an einen elektrischen Leiter 3 angeschlossen ist, kommen im wei¬ teren der bereits oben beschriebene Innenleiter 13 für das Durchführungsteil 21a und für das Durchführungsteil 21b ein HTSL 9a zur Anwendung. Die Verluste und der Wärmeleitwert des HTSL 9a im zweiten Durchführungsteil 21b sind vernachläs- sigbar klein, so daß der Wärmestrom durch das zweite Durch¬ führungsteil 21b nur noch als Produkt aus dem Wärmeleitwert des Durchführungsteils 21b und der Temperaturdifferenz ΔT = 77 - 4 = 73 K
gegeben ist. Es wird dabei den jeweiligen elektrischen oder thermischen Bedingungen am besten geeignete Leiter verwendet.
Zur Verbindung der jeweiligen Leiter 27, 9a und 13 sind ent¬ sprechende Verbindungsmittel 29a und 29b vorgesehen. Das zweite Verbindungsmittel 29a ist dabei bevorzugt innerhalb des Durchführungsteils 21b jedoch auf Temperatur des MSL an¬ geordnet. Beispielhaft ist das erste Verbindungsmittel 29b zur Verbindung des HTSL 9a und des Innenleiters 13 im Zwi¬ schenraum 23 angeordnet.
Zur weiteren Potentialsteuerung kann das erste Verbindungs¬ mittel 29b eine separate Abschirmelektrode aufweisen. Gege¬ benenfalls kann diese auch von der "100 %-Einlage", bevorzugt bei MittelSpannung, gebildet sein. Bei sehr hohen Anschlu߬ spannungen - z. B. 400 kV - wird auch hier die Anordnung der inneren Verbindungsmittel 17 (FIG 1) bzw. 29a innerhalb einer Abschirmelektrode in Frage kommen, um die Anschlußstelle elektrisch hochwertig abzuschirmen.
Das erste Verbindungsmittel 29b kann dabei gegebenenfalls auch gleichzeitig als Abstandsteil zur Erzeugung des Zwi¬ schenraums 23 dienen. Zur Verbindung der jeweils unterschied¬ lichen Leitermaterialien und -arten, können die Verbindungs¬ mittel 29a und 29b als Löt-, Schweiß-, Klemm- oder Klebever¬ bindung ausgeführt sein. Auch hier ist entsprechend der elek- trischen und thermischen Wärmeleitfähigkeit vom Fachmann die günstigste Verbindungstechnik zu wählen.

Claims

Patentansprüche
1. Leiterdurchführung (11,11a) für das Gehäuse (2) eines su¬ praleitenden Wechselstromgerätes mit hoher Betriebsspannung, insbesondere für Mittel- oder Hochspannung,
- mit einem Innenleiter (13), der von einem als thermischer und elektrischer Isolierkörper ausgebildeten ersten Durch¬ führungsteil (21) umgeben ist, in welchem koaxial um den Innenleiter (13) elektrisch leitende Einlagen (15) mit geringer Wärmeleitfähigkeit angeordnet sind,
- wobei die Einlagen (15) einen gegenüber Aluminium geringen Wärmeleitwert aufweisen,
- wobei an dem ersten Durchführungsteil (21a) axial ein pas¬ sendes zweites Durchführungsteil (21b) angeordnet ist, zwi- sehen denen ein von einem Kühlmittel durchströmbarer Zwi¬ schenraum (23) liegt,
- wobei der Leiter des zweiten Durchführungsteils (21b) ein Supraleiter (9a) ist,
- und wobei das Kühlmittel im Zwischenraum (23) eine höhere Betriebstemperatur als das Kühlmittel des Wechselstromge¬ rätes aufweist.
2. Leiterdurchführung nach Anspruch 1, wobei das zweite Durchführungsteil (21b) ebenfalls koaxial angeordnete elek- trisch leitende Einlagen (15) aufweist.
3. Leiterdurchführung nach Anspruch 2, wobei zur elektrischen Potentialsteuerung im Zwischenraum (23) die Einlagen (15) der beiden Durchführungsteile (21a,21b) aufeinander abgestimmt sind.
4. Leiterdurchführung nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, wobei ein erstes Verbindungsmittel (29b) zum Anschluß des Supraleiters (9a) an den Innenleiter (13) zumindest teilweise im Zwischenraum (23) angeordnet ist.
5. Leiterdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zweite Durchführungsteil (21b) ein zweites Verbindungs¬ mittel (29a) zum Anschluß des Supraleiters (9a) an den Su¬ praleiter (27) des Wechselstromgerätes aufweist.
6. Leiterdurchführung nach Anspruch 5, wobei das zweite Ver¬ bindungsmittel (29a) zumindest teilweise innerhalb des zwei¬ ten Durchführungsteils (21b) angeordnet ist.
7. Leiterdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei als Haltemittel ein im Bereich des Zwischenraumes (23) ange¬ ordneter Flansch(25) vorgesehen ist.
8. Leiterdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Einlagen (15) als Folie aus einer unmagnetischen Stahlle¬ gierung, insbesondere Hasteloy, gefertigt sind.
9. Leiterdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Zwischenraum (23) etwa kegelmanteiförmig ausgestaltet ist.
10. Leiterdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein drittes Verbindungsmittel (19) zum Anschluß eines elektrischen Leiters (3) zur elektrischen Energiezu- oder abfuhr außerhalb des Gehäuses (2) am ersten Durchführungsteil (21a) vorgesehen ist.
11. Leiterdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zumindest der Innenleiter (13) einen im Verhältnis zum Leiter (3) oder zum Supraleiter (9,9a) großen Außendurchmes¬ ser aufweist.
12. Verwendung einer Leiterdurchführung nach einem der An¬ sprüche 1 bis 11 bei einem supraleitenden Leistungstransfor- mator, insbesondere für Mittel- oder Hochspannung.
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