Schaltvorrichtung für supraleitende Starkstromkabel Der Patentanspruch :des Hauptpatentes betrifft eine Schaltvorrichtung für supraleitende Starkstromkabel, die einen im normalleitenden Zustand hochohmigen Supra- leitungsabschnitt, der vom supraleitenden in den nor malleitenden Zustand steuerbar ist, sowie in Reihe hierzu einen supraleitenden Trennschalter enthält und bei der wenigstens zum Supraleitungsabschnitt ein auf Raumtemperatur liegender Leistungstrennschalter par allelgeschaltet ist.
Eine :derartige Schaltvorrichtung ermöglicht es, den abzuschaltenden Strom in einen auf Raumtemperatur niveau befindlichen Stromkreis zu kommutieren und die sen Stromkreis dann zu unterbrechen. Die Schaltenergie wird :dadurch im Raumtemperaturniveau frei und kann hier ohne Schwierigkeiten abgeführt werden.
Die Erfindung betrifft eine besondere Ausgestaltung der Schaltvorrichtung nach :dem Patentanspruch des Hauptpatentes und besteht darin, dass zum Steuern des Supraleitungsabschnittes Mittel vorgesehen sind, mit denen zu einem frei wählbaren Zeitpunkt eine über schreitung der kritischen Stromdichte in diesem Supra- leitungsabschnitt herbeiführbar ist.
Während bei der Schaltvorrichtung gemäss dem Hauptpatent z. B. eine Steuerung :des Supraleitungsab- schnittes durch ein äusseres Magnetfeld oder durch Zu führung von Wärme vorgesehen sein kann, erfolgt bei der Schaltvorrichtung gemäss der Erfindung die Steue rung durch überschreiten der kritischen Stromdichte des Supraleitungsabschnittes.
Durch diese Steuerungsart wird die Betriebssicherheit der Schaltvorrichtung erhöht und insbesondere die Verwendung von sogenannten har ten Supraleitern mit hohen kritischen Magnetfeldern für den steuerbaren Supraleitungsabschnitt ermöglicht, ohne dass diesem zur Steuerung eigens durch eine Heizvor- richtung Wärme zugeführt werden muss.
Die Einzelleiter beider Leitergruppen können vor teilhaft :derart räumlich gemischt sein, :dass die gegen seitige Induktivität zwischen den Leitern der ersten Gruppe einerseits und den Leitern der zweiten Gruppe anderseits möglichst klein ist. Da sich bei einer derartigen Untermischung der Leiter der einzelnen Gruppen zwi schen diesen Gruppen kein nennenswertes magnetisches Feld ausbilden kann, kann der Strom mit sehr geringen Kommutierungsspannungen von der Gesamtheit der Leiter auf .die erste Leitergruppe kommutiert werden.
Zur weiteren Herabsetzung der Belastung der supra leitenden Schalter kann ferner der Schalter zur Unter brechung der Verbindung der zweiten Leitergruppe mit dem supraleitenden Trennschalter für jeden Einzelleiter dieser Leitergruppe einen eigenen Schaltkontakt be sitzen.
Bei einem Kabel aus mehreren, gegeneinander iso lierten, zur elektrischen Stabilisierung mit Überzügen aus elektrisch normalleitendem Metall versehenen su praleitenden Adern ist es oft wünschenswert, beim nor malen Betrieb die elektrische Stabilisierung auch inner halb des steuerbaren Supraleitungsabschnittes der Schalt vorrichtung weitestgehend zu gewährleisten.
Anhand einiger Figuren und Beispiele soll die Erfin dung noch näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Schaltvorrichtung, bei welcher der steuerbare Supra- leitungsabschitt in mehrere Einzelleiter unterteilt ist.
Fig. 2 zeigt schematisch eine andere Ausführungs form einer Schaltvorrichtung, bei welcher der steuerbare Supraleitungsabschnitt in mehrere Einzelleiter unterteilt ist.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Schaltvorrichtung für ein Kabel aus mehreren gegen einander isolierten elektrisch stabilisierten supraleiten den Adern.
Fig. 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Schaltvorrichtung, bei der ein über :den steuerbaren Supraleitungsabschnitt entladbarer Kondensator vorge sehen ist.
In Fig. 1 ist eine Schaltvorrichtung dargestellt, mit der ein supraleitendes Gleichstromkabel 1 geschaltet werden soll. Der steuerbare Supraleitungsabschnitt 2 ist in mehrere gegeneinander isolierte Einzelleiter unterteilt, von denen der kleinere Teil durch Parallelschaltung zu einer ersten Leitergruppe 3 und der grössere Teil durch Parallelschaltung zu einer zweiten Leitergruppe 4 zu- sammengefasst sind. Zu beiden Leitergruppen ist der supraleitende Trennschalter 5 in Reihe geschaltet. Fer ner ist ein zusätzlicher supraleitender Schalter 6 vorge sehen, mit dem die zweite Leitergruppe 4 vom supra leitenden Trennschalter 5 abgetrennt werden kann.
Der steuerbare Supraleitungsabschnitt 2 sowie die supralei tenden Schalter 5 und 6 befinden sich innerhalb einer Wärmeisolation 7, beispielsweise in einem geeigneten Kryostaten, und werden dort auf Supraleitungstempera- tur, beispielsweise auf der Temperatur des flüssigen Heliums von 4,2 K gehalten. Ausserhalb der Wärme isolation ist ein auf Raumtemperatur befindlicher Lei stungsschalter 8 angeordnet, der mittels der durch die Wärmeisolation hinduchgeführten elektrisch normallei tenden Zuleitungen 9 und 10 zu dem steuerbaren Supra- leitungsabschnitt 2 und dem supraleitenden Trennschal ter 5 parallelgeschaltet ist.
Die Durchführungen der Zu leitungen 9 und 10 durch die Wärmeisolation werden zweckmässigerweise durch Heliumgas und/oder flüssigen Stickstoff zusätzlich gekühlt, um die Wärmeeinleitung in den Raum innerhalb der Wärmeisolation möglichst ge ring zu halten.
Als Leistungsschalter 8 kann vorteilhaft ein Schnell schalter mit Lichtbogen in Luft oder Schwefelhexafluo- rid vorgesehen sein. Die Zuleitungen 9 und 10 können beispielsweise aus Kupfer bestehen. Für die supraleiten den Schalter 5 und 6 können insbesondere Schaltkon takte und Schaltbrücken aus hartem Supraleitermaterial verwendet werden, beispielsweise aus der supraleitenden Legierung Niob-65 Atom-% Titan oder Niob-25 Atom-% Zirkon. Die Einzelleiter des steuerbaren Su- praleitungsabschnittes 2 können aus dem gleichen har ten Supraleitermaterial bestehen.
Beim Schalten wird zunächst der supraleitende Schalter 6 geöffnet. Dabei wird der die zweite Leiter gruppe 4 durchfliessende Strom auf die Supraleiter der ersten Leitergruppe 3 kommutiert, so dass diese wegen Überschreitens der kritischen Stromdichte in den elek trisch normalleitenden Zustand übergehen. Dabei tritt über dem steuerbaren Supraleitungsabschnitt 2 ein ohm- scher Widerstand und somit ein Spannungsabfall auf, auf Grund dessen der Strom auf den den Leistungsschal ter 8 enthaltenden Stromkreis kommutiert wird. Nach der Kommutierung wird der supraleitende Trennschal ter 5 und anschliessend zum Abschalten .der Leitung der Leistungsschalter 8 geöffnet.
Die Betätigung der Schalter 5 und 6 soll sehr schnell erfolgen. Dies kann beispielsweise durch Federkraft antriebe mit magnetischer Auslösung erreicht werden, die innerhalb der Wärmeisolation 7 oder ausserhalb die ser Wärmeisolation auf Raumtemperatur angeordnet werden können. Im letztgenannten Fall kann .beispiels weise die Schaltbewegung durch Gestänge und über Federbälge in das Innere .der Wärmeisolation 7 über tragen werden.
Der Querschnitt .der Gesamtheit der den steuerbaren Supraleitungsabschnitt 2 bildenden supraleitenden Ein zelleiter ist so zu bemessen, dass der höchste für das supraleitende Kabel zulässige Strom den steuerbaren Supraleitungsabschnitt durchfliessen kann, ohne .dass dieser in den elektrisch normalleitenden Zustand über geht. Unter der Annahme, dass der Schalter im Supra- leitungszustand einen Strom von 30 Kiloampere gerade noch vertragen soll, ist bei Verwendung von supraleiten den Einzelleitern aus Niob-65 Atom-% Titan, die eine kritischne Stromdichte von etwa 5 - 105 Ampere/cm2 be sitzen, ein supraleitender Gesamtquerschnitt von etwa 6 - 10-2 cm2 erforderlich, der in viele dünne Drähte unterteilt wird.
Zur ersten Leitergruppe 3 werden .dabei so viele Drähte zusammengefasst, dass der Widerstand dieser Drähte im normalleitenden Zustand genügend hoch ist, um eine rasche Kommutierung des Stromes auf den Schalter 8 zu erreichen. Nimmt man an, dass der Widerstand des den Schalter 8 enthaltenden Leiter kreises etwa 10-2 Ohm beträgt und dass durch den Schalter 5 vor dem Öffnen höchstens ein Reststrom von 3 Ampere fliessen soll, so muss der Widerstand der ersten Leitergruppe 3 im normalleitenden Zustand um .ein Schalten bei voller Belastung des Kabels, d. h. bei einem Gesamtstrom von 30 Kiloampere, zu ermög lichen, etwa 10 000mal grösser sein als der Widerstand des den Schalter 8 enthaltenden Kreises, also etwa 100 Ohm betragen.
Ein solcher Widerstand ist mit Drähten aus :dem genannten Supraleitermaterial, dessen spezifi scher Widerstand im normalleitenden Zustand bei der sich infolge .des Stromdurchganges einstellenden Tempe ratur beispielsweise etwa 10-4 Ohm - cm beträgt; ohne Schwierigkeiten erreichbar. Fasst man etwa 1/10 der Ein zelleiter des steuerbaren Supraleitungsabschnittes zur ersten Leitergruppe 3 und oho .der Einzelleiter zur zwei ten Leitergruppe 4 zusammen und legt ausserdem die Einzelleiter derart untermischt zu einem Band neben einander, dass auf je 9 Leiter der zweiten Leitergruppe ein Leiter der ersten Leitergruppe folgt und faltet dieses Band wegen seiner Länge vielfach übereinander, so kann ferner eine kleine Induktivität von weniger als 10-4 Henry erreicht werden.
Dadurch wird eine Kommutie rung des Stromes von der Gesamtheit der Einzelleiter des steuerbaren Supraleiturngsabschnittes 2 auf die Lei ter der ersten Leitergruppe 3 bei einer nur sehr kleinen Kommutierungsspannung am Schalter 6 ermöglicht. Ausserdem ist bei dieser kleinen Induktivität auch die zur Kommutierung des gesamten Stromes auf den Lei-. stungsschalter 8 erforderliche Zeit verhältnismässig klein. Sie beträgt .etwa 10-5 sec. Da die am supraleiten den Schalter 5 unter .diesen Bedingungen auftretende Kommutierungsspannung etwa 300 V beträgt, sollten -die Einzelleiter des steuerbaren Supraleitungsabschnittes 2 gegeneinander für Spannungen von etwa 1000 V iso liert sein.
Fig. 2 zeigt eine weitere Schaltvorrichtung für ein supraleitendes Starkstromkabel, die ähnlich der in Fig. 1 dargestellten Schaltvorrichtung aufgebaut ist. Die ent sprechenden Teile sind daher mit den gleichen Bezugs ziffern bezeichnet. Die Schaltvorrichtung nach Fig. 2 unterscheidet sich lediglich darin von der Schaltvorrich tung nach Fig.
1, dass anstelle des zur Abtrennung der Leiter der zweiten Leitergruppe 4 vom supraleitenden Trennschalter 5 dienenden supraleitenden Schalters 6 ein supraleitender Schalter 20 vorgesehen ist, .der für jeden Einzelleiter .dieser Leitergruppe .einen eigenen Schaltkontakt 21 besitzt. Durch diese Ausführungsform können die beim Abtrennen der zweiten Leitergruppe vom supraleitenden Trennschalter 5 an den Schaltkon takten auftretenden Kommutierungsspannungen noch weiter herabgesetzt werden.
Fig. 3 zeigt eine Schaltvorrichtung für ein aus meh reren, gegeneinander isolierten, zur elektrischen Stabili sierung mit Überzügen aus elektrisch normalleitendem Metall versehenen supraleitenden Adern 30 bestehendes Gleichstromkabel.
Der steuerbare Supraleitungsabschnitt der Schaltvorrichtung besteht aus .einzelnen mit eben- solchen Überzügen versehenen, mit den einzelnen Ka beladern verbundenen Supraleitern 31, die durch einen supraleitenden Schalter 32 mit je einem Schaltkontakt 33 für jeden Supraleiter unterbrechbar sind. Ferner be steht der steuerbare Supraleitungsabschnitt aus einer Anzahl von Supraleitern 34, die einen niedrigeren kriti schen Strom als die Supraleiter 31 und keinen elektrisch stabilisierenden Metallüberzug besitzen. Die Supraleiter 34 sind zu einem Teil der Supraleiter 31 parallelgeschal tet und überbrücken die zu diesem Teil der Supraleiter 31 gehörenden Schaltkontakte des supraleitenden Schal ters 32.
In Reihe zu den Supraleitern 31 liegt der supra leitende Trennschalter 35, .der für jede Kabelader einen eigenen Schaltkontakt 36 besitzt. Das supraleitende Ka bel sowie der steuerbare Supraleitungsabschnitt und die supraleitenden Schalter befinden sich in einer Wärme isolation 37, beispielsweise in einem Kryostaten, auf Supraleitungstemperatur, insbesondere auf der Tempe ratur des flüssigen Heliums von 4,2 K. Zu den Supra leitern 31 und dem supraleitenden Trennschalter 35 ist ein auf Raumtemperatur befindlicher Leistungsschalter 38 parallelgeschaltet.
Das supraleitende Kabel endet in nerhalb .der Wärmeisolation 37, wo die einzelnen Adern, bzw. deren Fortsetzungen mit untereinander gleichen, normalleitenden Widerständen 39 verbunden sind, die wiederum an der auf höherer Temperatur, beispielsweise auf 20 K, befindlichen Stelle 40 mit einem Normalleiter grösseren Querschnittes 41 verbunden sind. Dieser Lei ter 41 ist aus der weiteren zur Erhaltung des höheren Temperaturniveaus dienenden Wärmeisolation 42 bis auf Raumtemperatur herausgeführt. Die Verbindungs leitungen 43 und 44 zwischen den Supraleitern 31 und dem auf Raumtemperatur liegenden Leistungsschalter 38 sind von den Verbindungsstellen mit den Supralei tern bis zu einer auf höherer Temperatur befindlichen Stelle getrennt voneinander geführt.
Die dem Kabelende näher liegenden Verbindungsleitungen 44 sind dabei erst an einer auf Raumtemperatur liegenden Stelle miteinan der verbunden, während die dem Kabelende ferner lie genden Verbindungsleitungen 43 bereits an einer auf tieferer Temperatur befindlichen Stelle mit einander ver bunden sind. Sie können an der Verbindungsstelle bei spielsweise mit gasförmigem Helium auf etwa 20 K oder mit flüssigem Stickstoff auf etwa 77 K gekühlt sein. Die Verbindungsstelle ist von einer entsprechenden Wärmeisolation 45 umgeben.
Durch die Abschluss- widerstände 39, die alle von gleicher Grösse sind und die ferner gross gegenüber allen entlang des Kabels auf tretenden Kontaktwiderständen sein sollen, kann er reicht werden, dass beim Normalbetrieb des Kabels jede Kabelader mit dem gleichen Strom belastet und somit eine ungleichmässige Stromverteilung innerhalb des Ka bels vermieden wird. Die Widerstände der Zuleitungen 43 und 44 werden vorteilhaft so gross bemessen, dass diese Funktion :der Abschlusswiderstände 39 durch die Schaltvorrichtung nicht beeinträchtigt wird.
Zum Schalten wird zunächst der supraleitende Schal ter 32 geöffnet. Dadurch wird der in den Kabeladern 30 und in .den Supraleitern 31 fliessende Strom unmittelbar oder über die Verbindungsleitungen 43 auf die Supra leiter 34 kommutiert, die dadurch in den elektrisch nor malleitenden Zustand übergehen. Bei diesem Übergang wird der Gesamtstrom des Kabels dann auf den den Schalter 38 enthaltenden Leitungszweig kommutiert. Nach .dieser Kommutierung wird der supraleitende Schalter 35 und anschliessend zum Abschalten des Stro mes der Schalter 38 geöffnet. Durch geeignete Bemes- sung der Widerstände der Verbindungsleitungen 43 kann erreicht werden, dass sich der Strom in den einzel nen Kabeladern beim öffnen des Schalters 32 nur un wesentlich ändert.
Die Widerstände der Verbindungslei tungen 43 sollen dabei so klein bemessen werden, dass beim öffnen des Schalters 32 der Strom aus den nicht mit parallelgeschalteten Supraleitern 34 versehenen Leitern 31 in die Verbindungsleitungen 43 und von der auf 20 bzw. 77 K befindlichen Verbindungsstelle dieser Verbindungsleitungen in die Supraleiter 34 fliesst. Da die Verbindungsleiter 43 an einer Stelle verhältnismässig niedriger Temperatur miteinander verbunden sind, ist der ohmsche Widerstand der Verbindungsleiter 43 zu sätzlich herabgesetzt.
Schaltet man dagegen zu allen Supraleitern 31 entsprechend dünnere Supraleiter 34 parallel, so hat der Widerstand der Verbindungsleitun gen 43 auf die Stromverteilung in den Kabeladern beim öffnen des Schalters 32 keinen Einfluss und kann bei spielsweise so gross gewählt werden wie der Widerstand der Verbindungsleitungen 44.
Um ein Beispiel für die Bemessung der Schaltvor richtung nach Fig. 3 zu geben, sei angenommen, dass das supraleitende Kabel aus 127 Drähten aus Niob-65 Atom-% Titan mit einem Drahtdurchmesser von etwa 0,18 mm besteht, dass jeder Draht mit einem Stabilisie rungsmantel aus Reinstaluminium von 1,3 mm Aussen durchmesser umgeben ist und dass die Schaltvorrichtung eine Stromstärke von 30 Kiloampere im supraleitenden Zustand aushalten soll. Für die 127 Supraleiter 31 des steuerbaren Supraleitungsabschnittes werden die glei chen Drähte wie für das Kabel verwendet.
Als Supra leiter 34 werden 40 blanke Niob-65 Atom-% Titan- Drähte mit einem Durchmesser von 0,10 mm verwendet, die zu 40 der 127 Supraleiter 31 parallelgeschaltet wer- .den. Der Widerstand der Niob-Titan-Kontakte 33 und 36 der supraleitenden Schalter 32 und 35 beträgt je Kontakt etwa 10-9 Ohm. Die Verbindungsleitungen 43 haben jeweils einen Widerstand von etwa 10-g Ohm, die Verbindungsleitungen 44 einen Widerstand von etwa 10-1 Ohm.
Die Abschlusswiderstände 39 sollen jeweils etwa 2 - 10-5 Ohm betragen und überwiegen damit weit die Widerstände der Kontakte 33 und 36 sowie sonstige entlang des Kabels auftretende Kontaktwiderstände, die jeweils ebenfalls etwa 10-9 Ohm betragen. Wegen des verhältnismässig geringen ohmschen Widerstandes der einzelnen Verbindungsleitungen 43 von jeweils 10-g Ohm sind nach öffnen des Schalters 32 die ohmschen Widerstände für die 87 nicht mit parallelgeschalteten Supraleitern 34 versehenen Kabeladern 30 nur um etwa 3 - 10-g Ohm höher als für die
restlichen 40 Kabel adern. Da -diese Widerstandsungleichheit nur in der Zeit zwischen,dem öffnen des Schalters 32 und dem öffnen des Schalters 35 vorhanden ist, also höchstens wäh rend einer Millisekunde, ändert sich die Stromverteilung in den Kabeladern nur um etwa 1 %o. Zur Erzeugung der notwendigen Kommutierungsspannung sollen die Supraleiter 34 im elektrisch normalleitenden Zustand jeweils einen Widerstand von etwa 4000 Ohm besitzen.
Für die Niob-65 Atom-0/o Titan-Supraleiter der vorste hend angegebenen Abmessungen ergibt sich daraus eine erforderliche Länge von etwa 31 m. Dabei ist ein spezi fischer Widerstand von 10-4 Ohm - cm angenommen. Zur Verminderung der Induktivität werden die 127 Su praleiter 31 und die 40 dünneren Supraleiter 34 gut durchgemischt. Dies kann in der Weise geschehen, dass die Leiter 31 und 34 derart zu einem Band nebenein ander gelegt werden, dass auf zwei nebeneinander lie- gende Leiter 31 jeweils ein Leiter 34 folgt.
Die Leiter 31 und 34 werden auf der Länge von 31 m parallelgeführt und sind alle gegeneinander isoliert. 'Sie können bei spielsweise zu einem Gewebe zusammengefasst sein, bei dem die Kettfäden aus den Leitern 31 und 34 bestehen und als Schussfäden Fäden aus Isolationsmaterial ver wendet sind. Bei einem gegenseitigen Abstand der Lei ter 31 bzw. 34 von 2 mm ergibt dies ein Band von etwa 340 mm Breite. Dieses Band kann vielfach über einandergefaltet und an den Faltungsstellen über etwa 5 mm dicke Isolierrollen gespannt werden.
Ein derart ausgebildeter steuerbarer Supraleitungsabschnitt erfor dert ein Volumen von etwa 50 1, das mit flüssigem He lium ausgefüllt werden kann.
Ist das Kabel im Augenblick des Abschaltens nicht mit dem maximal zulässigen Strom, sondern mit einem kleineren Strom belastet, so wird auch die über dem steuerbaren Supraleitungsabschnitt anliegende Kommu tierungsspannung kleiner. Trotzdem .erfolgt die Kom mutierung bei nicht zu kleinen Strömen noch so schnell, dass der Trennschalter 35 bereits nach etwa einer Milli- sekunde geöffnet werden kann. Wenn der im Kabel fliessende Strom jedoch so klein ist, dass die kritische Stromdichte der Supraleiter 34 nicht mehr überschritten wird, kann das Kabel nicht abgeschaltet werden.
Um auch in diesem Fall .das Kabel abschalten zu können, wird vorteilhaft zusätzlich ein auf Raumtemperatur lie gender über den steuerbaren Supraleitungsabschnitt ent- ladbarer Kondensator vorgesehen.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Schalt vorrichtung dargestellt, bei der Mittel zur Erhöhung der Stromstärke im steuerbaren Supraleitungsabschnitt über den kritischen Strom vorgesehen sind. Das abzuschal tende Gleichstromkabel ist mit 51, der steuerbare Su- praleitungsabschnitt mit 52 bezeichnet. In Reihe zum steuerbaren Supraleitungsabschnitt 52 ist ein supralei tender Trennschalter 53 geschaltet, der in mehrere elek trisch in Reihe liegende .Schaltstrecken 54 unterteilt ist. Das Kabel 51, der steuerbare Supraleitungsabschnitt 52 und der supraleitende Trennschalter 53 befinden sich beispielsweise auf der Temperatur des flüssigen Heliums und sind von einer -geeigneten Wärmeisolation 55 um geben.
Parallel zum steuerbaren Supraleitungsabschnitt 52 und zum supraleitenden Trennschalter 53 liegt ein auf Raumtemperatur befindlicher Leistungsschalter 56, der ebenfalls in mehrere elektrisch in Reihe liegende Schaltstrecken unterteilt ist. Die Zuleitungen 57 und 58 sind durch die Wärmeisolation hindurchgeführt. Eben falls auf Raumtemperatur ist ein Kondensator 59 vor gesehen, der über zündbare Funkenstrecken 60 und durch die Wärmeisolation geführte Zuleitungen 61 an den steuerbaren Supraleitungsabschnitt 52 anschaltbar und über diesen entladbar ist.
Zur Aufladung des Kon- densators 59 ist ein Isoliertransformator 62 vorgesehen, der über Gleichrichter 63 mit dem Kondensator 59 ver bunden ist. Die Gleichrichter sind so geschaltet, dass ,der über den steuerbaren Supraleitungsabschnitt 52 fliessende Entladungsstrom des Kondensators 59 die gleiche Richtung hat wie der im Kabel 51 fliessende Gleichstrom, so dass bei der Entladung des Kondensa- tors der im steuerbaren Supraleitungsabschnitt fliessende Strom erhöht wird.
Damit der Entladungsstrom des Kondensators 59 möglichst vollständig über den steuerbaren Supralei- tungsabschnitt 52 fliesst, soll die Induktivität des steuer baren Supraleitungsabschnittes 52 klein gegenüber der Induktivität des aus -dem auf Raumtemperatur befind- liehen Leistungsschalter 56 und dessen Zuleitungen 57 und 58 bestehenden Leiterzweiges und klein gegenüber der Induktivität des Kabels 51 sein.
Zur Angabe eines Bemessungsbeispieles für die Schaltvorrichtung nach Fig. 4 sei wiederum angenom men, dass der .steuerbare Supraleitungsabschnitt 52 ge rade noch einen Strom von 30 Kiloampere führen kön nen soll, ohne in den elektrisch normalleitenden Zu stand überzugehen. Falls als -Material für den steuer baren Supraleitungsabschnitt Niob-65 Atom-% Titan zeit einer kritischen Stromdichte von etwa 5 - 105 Am pere/cm2 verwendet wird, muss dann der supraleitende Gesamtquerschnitt des steuerbaren Supraleitungsab- schnittes etwa 6 mm2 betragen.
Der steuerbare Supra- ledtungsabschnitt 52 kann auch in diesem Falle vorteil haft in eine Vielzahl von mehr als hundert parallelge schalteten Einzeldrähten unterteilt werden. Wenn fer ner der Reststrom, der nach dem Übergang des Supra- leitungsabschnittes 52 in den elektrisch normalleitenden Zustand die Kontakte 54 des supraleitenden Trennschal ters 53 durchfliesst, nicht grösser als 3 Ampere sein soll und der Widerstand des den Leistungsschalter 56 ent haltenden Leiterkreises etwa 10-2 Ohm beträgt,
muss der steuerbare Supraleitungsabschnitt 52 im elektrisch normalleitenden Zustand einen Widerstand von etwa 100 Ohm haben. Bei einem spezifischen Widerstand des normalleitenden Niob-65 Atom-% Titan von etwa 10-4 Ohm - cm ergibt sich daraus eine erforderliche Ge samtlänge .der Einzelleiter das steuerbaren Supralei- tungsabschnittes 52 von etwa 600 m. Die Einzelleiter können wiederum nebeneinanderliegend zu .einem Band angeordnet und vielfach übereinander gefaltet werden. Die Induktivität des steuerbaren Supraleitungsabschnit- tes sollte dabei etwa 10-s bis 10-7 Henry betragen.
Sie ist damit klein gegenüber der Induktivität des den Schalter 56 enthaltenden Leitungszweiges, die mit etwa 10-s Henry angenommen werden kann, und klein gegenüber .der Induktivität des Kabels 51, die etwa 1 Henry be trägt. Um kurze Schaltzeiten zu erreichen, sollte die Anstiegszeit des Entladungsstromstosses des Kondensa- tors 59 und damit die Kapazität des Kondensators 59 nicht zu gross sein. Anderseits muss der Kondensator ausreichend dimensioniert sein,
um genügend Energie zur Überführung des steuerbaren Supraleitungsabschnit- tes 52 in den elektrisch normalleitenden Zustand spei chern zu können. Um .das Kabel auch im Leerlauf, d. h.
also im stromlosen Zustand sicher schalten zu können, sollte der Entladestrom des Kondensators mindestens etwa 40 Kiloampere betragen. Stromstösse dieser Stärke mit Anstiegszeiten von weniger als 1 Millisekunde kön nen mit einem Kondensator 59 mit einer Kapazität von etwa 0,04 Farad und einer über die Gleichrichter 63 an den Kondensator angelegten Spannung von etwa 500 bis 1000 V gut erreicht werden.
Bei der angegebenen Di mensionierung ist der Kabelstrom etwa 0,2 msec nach Beginn des Schaltvorganges auf den Leistungsschalter 56 kommutiert, sodass nach dieser Zeit -der supralei- tende Trennschalter 53 und anschliessend der Leistungs schalter 56 geöffnet werden können.
Die Isolierung des Isoliertransformators 62 ist min destens auf die Spannung auszulegen, die .das supralei- tende Kabel 51 gegen Erde besitzt. Für das angegebene Beispiel kann diese Spannung etwa 50 Kilovolt betragen.
Zur Einleitung des Schaltvorganges werden die Funkenstrecken 60 beispielsweise mit Hilfeeines Span- nungsstosses gezündet, sodass sich der Kondensator 59 über den steuerbaren Supraleitungsabschnitt 52 entlädt und diesen in den elektrisch normalleitenden Zustand überführt. Nach Kommutierung des Kabelstromes auf den Leistungsschalter 56 werden dann die Schalter 53 und 56 geöffnet. Sobald der Schalter 53 geöffnet ist, sind :der :steuerbare Supraleitungsabschnitt 52 und der Kondensator 59 vom Kabel 51 abgetrennt und nehmen Erdpotential an. Sobald die Funkenstrecken 60 er loschen sind, lädt sich der Kondensator wieder auf.
An stelle der Funkenstrecken 60 können auch andere ge eignete Schalter zum Anschalten des Kondensators 59 an den Supraleitungsabschnitt 52 verwendet werden.
Soll, wie beispielsweise bei der Vorrichtung nach Fig. 3, im steuerbaren Supraleitungsabschnitt jeder Ka belader ein eigener Supraleiter zugeordnet werden, so sind beider Schaltvorrichtung nach Fig. 4 jedem Supra leiter ein eigener Trennschalter 53 und eine eigene Fun kenstrecke 60 zuzuordnen. Dagegen ist nur ein Konden sator 59 und eine Ladeeinrichung erforderlich.
Bei den Ausführungsformen der Schaltvorrichtung nach den Fig. 1 und 2, bei denen der Querschnitt des steuerbaren Supraleitungsabschnittes verringerbar ist, wird durch die räumliche Mischung der Einzelleiter bei der Leitergruppen erreicht, dass die gegenseitige Induk tivität zwischen den Leitern der ersten Gruppe einerseits und den Leitern der zweiten Gruppe anderseits mög lichst klein ist. Da sich bei einer derartigen Unter mischung der Leiter der einzelnen Gruppen zwischen diesen Gruppen kein nennenswertes magnetisches Feld ausbilden kann, kann der Strom mit sehr geringen Kom mutierungsspannungen von der Gesamtheit der Leiter auf die erste Leitergruppe kommutiert werden.
Die Ausführungsform der Schaltvorrichtung nach Fig. 3 hat den Vorteil, dass bei einem Kabel aus mehre ren, gegeneinander isolierten, zur elektrischen Stabili sierung mit Überzügen aus elektrisch normalleitendem Metall versehenen supraleitenden Adern beim normalen Betrieb die elektrische Stabilisierung auch innerhalb des steuerbaren Supraleitungsabschnittes der Schaltvorrich tung weitestgehend gewährleistet ist.
Falls das zu schaltende Gleichstromkabel einen Hin- und einen Rückleiter besitzt, die symmetrisch auf posi tiver bzw. negativer Spannung gegen Erde liegen, ist es vorteilhaft, sowohl im Hinleiter als auch im Rückleiter je eine Schaltvorrichtung gemäss der Erfindung vorzu sehen.