DE1813397A1 - Anordnung zur Halterung eines oder mehrerer supraleitfaehiger Leiterstraenge im Innern eines tiefstgekuehlten Kabels - Google Patents

Description

Kabel- und Metallwerke 1 932

Gutehoffnungshütte AG _ ._f

Anordnung zur Halterung eines oder mehrerer supraleitfähiger Leiterstränge im Innern eines tiefstgekühlten Kabels

Zur Übertragung elektrischer Energie sind sogenannte tiefstgekühlte Kabel bekannt geworden, bei denen die Leitungsstränge im Innern eines mit flüssigem Helium gefüllten Rohres angeordnet sind» Der Wärmeschutz nach außen wird durch weitere, dieses " Rohr konzentrisch umgebende und Zwischenräume bildende Rohre jeweils größeren Durchmessers gebildet, die glatt oder zur Herstellung praktisch beliebiger Längen auch gewellt sein können. Im Raum zwischen dem innersten und dem nächstfolgenden Rohr wird ein Vakuum aufrechterhalten, während der Raum zwischen dem zweiten und dritten Rohr zur Verteilung des von innen nach außen gerichteten Temperaturgefälles mit flüssigem Stickstoff gefüllt ist. Der Zwischenraum vom dritten zum letzten, auf Raumtemperatur stehenden Rohr kann wiederum evakuiert sein. Der Leiterstrang kann bei solchen Kabeln aus zwei konzentrischen Trägern bestehen, von denen der innere an seiner Außenfläche und der äußere an seiner Inrm fläche mit einer supraleitenden Schicht versehen ist. λ

Bekannt ist es auch bereits, statt eines einzigen Leiterstranges mit Leitern großen Querschnittes mehrere elektrisch parallel gescbaLtete Leitungsstränge mit Leitern geringeren Querschnitts zu wählen. Als supraleitende Materialien sind beispielsweise Blei, Niobium und einige Nioblegierungen bekannt geworden. Die Leiter des supraleitenden Kabels können aus einem dieser Materialien bestehen oder, da die Energieübertragung beispielsweise durch Stromverdrängung in einer dünnen Schicht an derOberfläche erfolgt, auch aus anderen Materialien aus Metall oder Kunststoff bestehen, die mit einer dünnen Schicht von supraleitenden Materialien überzogen sind* Diese Schicht kann durch Elektrolyse, durch Aufdampfen oder auch beispielsweise durch Aufbringen eines dünnen Metallbandes er-

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Zur Halterung eines oder mehrerer solcher supraleitfähiger Leiterstränge im Innern eines aus konzentrischen Rohren als Wärmeschutz aufgebauten tiefstgekühlten Kabels hat man bereits daran gedacht, die Leiterstränge in gewissen Abständen durch Distanzscheiben zu fixieren. Nachteilig wirkte sich hierbei jedoch aus, daß in den Zwischenräumen zwischen je zwei benachbarten Distanzscheiben der konstante Abstand beispielsweise zwischen je drei Phasenleiter wegen der Verdrillung nicht mehr aufrechterhalten werden konnte. Die Einfügung eines Rohrstückes aus einem geeigneten Isoliermaterial zwischen jeweils zwei Abstandshaltern hat auch nicht den gewünschten Erfolg gebracht, da sich hierbei erhebliche ferti-Il gungstechnische Schwierigkeiten ergeben.

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten geht deshalb die Erfindung einen anderen Weg. Gemäß der Erfindung befindet sich im innersten konzentrischen Rohr ein Profilstrang, durch dessen Formgebung der oder die an seinem Umfang verteilten Leiterstränge über die Kabellänge fortlaufend ihre Lage zur Kabelachse ändern. Ein solcher Profilstrang gewährleistet einen konstanten Abstand beispielsweise zwischen den drei Phasenleitern eines Energieübertragungskabels, wobei gleichzeitig durch die fortlaufende Lagenänderung der Leiter zur Kabelachse eine bestmögliche Feldverteilung erreicht ist. Zudem bringt die Verwendung eines solchen Profilstranges erhebliche fertigungstechnische Vorteile mit sich, da die Leiterstränge mit- ψ tels bekannter Verseilverfahren auf den miteinlaufenden Profilstrang aufgebracht werden.

Das gilt insbesondere dann, wenn in Durchführung des Erfindungsgedankeis der Profilstrang aus einem im Querschnitt sternförmigen, in Längsrichtung verdrillten Trägerkörper aus einem Isoliermaterial, beispielsweise einem Kunststoff, besteht. In diesem Fall wird man nämlich den Profilstrang mittels eines geeigneten Formwerkzeuges verdrillen und den so vorbereiteten Strang anschließend zusammen mit den supraleitfähigen Leitersträngen in den Verseilnajpel einlaufen lassen. Schließlich wird der Kunststoff, z.B. durch Wärmeeinwirkung entspannt, so daß der Strang die als Trägerkörper für die aufgeseilten Leiterstränge günstigste Form beibehält.

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Vorteilhaft weist der Profilstrang in seinem Zentrum eine in
Längsrichtung verlaufende Bohrung auf*. Durch die hiermit erzielte Verringerung des Widerstandmomentes ist eine besonders
leichte Verdrillung des Stranges möglich. Falls erwünscht, kann
man die Bohrung im Profilstrang auch dazu verwenden, um ein gesondertes Zugelement im Profilstrang unterzubringen, so daß die Zugfestigkeit des Stranges beträchtlich erhöht wird.

Ist der Profilstrang aus einem Kunststoff hergestellt, dessen Ausdehnungskoeffizient sich von dem des für die supraleitenden Leiterstränge verwendeten Metalles wesentlich unterscheidet, ist es
oft zweckmäßig, zum Ausgleich der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten den Profilstrang in Längsrichtung zu unterbrechen. |

Als Materialien für den die supraleitfähigen Leiterstränge tragenden Profilstrang können Polyäthylen, Polyamid, beispielsweise auch in Form eines Schaumstoffes, oder auch Polyphenylenoxid gewählt
werden, wobei sich letzteres durch einen Ausdehnungskoeffizienten
auszeichnet, der in der Nähe des von Kupfer liegt.

Um den Profilstrang mit den supraleitfähigen Leitersträngen, beispielsweise aus auf einem geeigneten Träger angebrachten supraleitenden Schichten, wie Blei, Niob und dergl, im innersten koaxialen Rohr zu fixieren, ist es besonders vorteilhaft, über dem oder den Leiter stetigen auf dem Profilstrang eine Wendel, zum Beispiel
aus einem kältefesten Kunststoff, aufzubringen, deren Stärke ein i Maß für den Abstand zwischen Leiter und Rohrwandung ist.

Die Erfindung sei an Hand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Zum Betrieb eines aus konzentrisch zueinander angeordneten glatten oder gewellten Rohren bestehenden elektrischen Kabels in supraleitendem Zustand befindet sich in dem innersten Rohr 1 beispielsweise flüssiges Helium mit einer Temperatur von etwa 4 K. Innerhalb dieses Rohres, von flüssigem Helium umspült, sind die Leiterstränge 2 angeordnet, die aus einem Träger 3 aus Metall oder einem kältefesten Isolierstoff und der supraleitenden Schicht k aufgebaut sind. Die supraleitende Schicht 4, z.B. Blei, Niob oder auch
eine Nioblegierung, kann auf elektrolytischem Wege oder durch Auf-

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dampfen aufgebracht sein, oder auch dadurch, daß ein längseinlaufendes Blech dünner Wandstärke um den Träger zum Rohr geformt, an den Kanten verschweißt und im gleichen Arbeitsgang auf den Träger heruntergezogen wird.

Um sicherzustellen, daß über die gesamte Kabellänge der Abstand zwischen den drei Leitersträngen 2 des Energieübertragungskabels konstant ist und darüber hinaus die aus elektrischen Gründen notwendige Verdrillung der Leiterstränge gewährleistet ist, ist als Träger für die Leiterstränge der sternförmige Profilstrang 5 mit seinem im Ausführungsbeispiel für drei Leiterstränge um 120 versetzten Rippen vorgesehen. Dieser Formstrang ist über seine gesamte Länge so verdrillt, daß die Leiterstränge über die Kabellänge fortlaufend ihre Lage zur Kabelachse ändern. Der Profilstrang 5 besteht im dargestellten Beispiel aus einem Isoliermaterial, beispielsweise einem kältefesten Kunststoff, der nach dem Verdrillen entspannt ist, so daß der zusammen mit den Leitersträngen in einen nicht dargestellten Verseilnippel einlaufende Strang nicht zurückdreht und damit zu einer Lagenänderung der Leiterstränge in Bezug auf das Rohr 1 führt. Dabei weist zur Verringerung des Widerstandsmomentes beim Verdrillen der Profilstrang 5 die in Achsrichtung verlaufende Bohrung 6 auf, die gegebenenfalls zur Aufnahme eines Zugelementes verwendet werden kann.

Über die Leiterstränge 2 ist der Isolierstrang 7, z.B. ein Kunststoffaden, wendelförmig aufgebracht. Dieser Isolierstrang gibt den im Profil des Stranges 5 gelagerten Leitersträngen einen zusätzlichen Halt und sorgt darüber hinaus als Abstandshalter dafür, daß die Lage der Leiterstränge in Bezug auf die Innenwandung des im Ausführungsbeispiel glatten,aber auch vorteilhaft gewellten Rohres 1 nicht verändert wird. Der aus elektrischen Gründen geforderte konstante Abstand der einzelnen Stränge voneinander und von der Rohrinnenwand ist damit stets gewährleistet. Das gilt sowohl bei der Herstellung des Kabels während des Aufbringens der weiteren als Wärmeschutz dienenden Rohre, beim Auftrommeln des fertigen Kabels, bei der Verlegung und beim Betrieb.

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Claims (7)

18133S7 Kabel- und Metallwerke 1 932 Gutehof fnungshütte AG ,- .-> i. ,nca * 5· Dezember i960 Pat en tanspriiche

1.) Anordnung zur Halterung eines oder mehrerer supraleitfähiger Leiterstränge im Innern eines aus konzentrischen Rohren als Wärmeschutz aufgebauten tiefstgekühlten Kabels, gekennzeichnet durch einen im innersten konzentrischen Rohr befindlichen Profilstrang, durch dessen Formgebung der oder die an seinem Umfang verteilten Leiterstränge über die Kabellänge ihre Lage " zur Kabelachse fortlaufend ändern.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilstrang aus einem im Querschnitt sternförmigen, in Längsrichtung verdrillten Trägerkörn-.i aus einem Isoliermaterial besteht .

3· Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper aus einem Kunststoff besteht, der nach dem Verdrillen entspannt ist.

k. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pro- | fiLstrang in seinem Zentrum in Längsrichtung durchbohrt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der in Längsrichtung verlaufenden Bohrung ein gesondertes Zugelement angeordnet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilstrang in Längsrichtung unterbrochen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß über dem oder den Leitersträngen auf dem Profilstrang eine Wendel, z.B. aus einem kältefesten Kunststoff, angebracht ist.

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