DE69405678T2

DE69405678T2 - Supraleitender Kabelleiter

Info

Publication number: DE69405678T2
Application number: DE69405678T
Authority: DE
Inventors: Jun Fujikami; Tsukushi Hara; Hideo Ishii; Kenichi Sato; Nobuhiro Shibuta
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1993-10-21
Filing date: 1994-10-21
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2014-10-22
Also published as: EP0650205B2; RU94037952A; US5932523A; DE69405678D1; DE69405678T3; EP0650205A1; EP0650205B1; JPH07169343A; RU2099806C1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen supraleitenden Kabelleiter, der einen oxidischen Supraleiter verwendet, und insbesondere betrifft sie einen flexiblen Leiter, der für ein supraleitendes Kabel geeignet ist.

Beschreibung des Stands der Technik

Ein oxidischer Supraleiter, der in einen supraleitenden Zustand bei der Temperatur flüssigen Stickstoffs eintritt, ist zur Anwendung bei einem supraleitenden Kabel mit einem Kühlmedium aus flüssigem Stickstoff vorgesehen. Wenn solch eine Anwendung implementiert wird, wird es möglich sein, gleichzeitig eine Vereinfachung eines thermischen Schutzsystems und eine Verringerung der Kühlkosten in Bezug auf ein metallisches supraleitendes Kabel zu erreichen, welches gegenwärtig sehr kostspieliges flüssiges Helium erfordert.
Ein supraleitendes Kabel muß in der Lage sein, einen starken Strom mit geringem Energieverlust in einen kompakten Leiter zu übertragen. Stromübertragung wird im allgemeinen durch einen Wechselstrom gemacht, und ein Supralei ter, der unter einem Wechselstrom verwendet wird, wird unvermeidlich von einem Energieverlust begleitet, der allgemein Wechselstromverlust bzw. AC-Verlust genannt wird. Der Wechselstromverlust bzw. AC-Verlust, wie z.B. Hystereseverlust, Kopplungsverlust oder Wirbelstromverlust, hängt von der kritischen Stromdichte (Jc) des Supraleiters, der Größe der Filamente, der Struktur des Leiters u.ä. ab.
Verschiedene Arten von supraleitenden Kabeln sind bisher durch metallische Supraleiter hergestellt worden, mit einem Studium der Strukturen zum Reduzieren des AC-Verlustes. Beispielsweise offenbart die japanische Patentveröffentlichung Nr. 6-36329 (1994) einen supraleitenden Leiter, der einen Normalleiter aufweist, und Multifilament-Verbundsupraleiter, die entlang der äußeren Peripherie des Normalleiters herumgewickelt sind. Der in diesem Amtsblatt offenbarte Leiter besteht aus im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn gewickelten Schichten des Multifilament-Verbundsupraleiters, die miteinander abwechselnd übereinander angebracht sind. Die Richtungen zum Wickeln der Leiter werden in jeder Schicht variiert, um die in den Leitern erzeugten magnetischen Felder zu verringern, wodurch ihre Impedanz verringert und ihre Strombelastbarkeit erhöht wird. Dieses Amtsblatt schlägt ebenfalls die Bereitstellung einer Hochohmschicht oder Isolationsschicht zwischen den Schichten vor, um den Wechselstromverlust zu reduzieren.
Wenn ein Kabelleiter aus einem oxidischen Supraleiter gebildet wird, kann eine Technik, die bei einem metallischen Supraleiter verwendet wird, als solche nicht angewendet werden. Verglichen mit einem metallischen Supraleiter ist ein oxidischer Supraleiter, d.h., ein keramischer Supraleiter, zerbrechlich bzw. brüchig und schwach gegenüber mechanischer Beanspruchung bzw. mechanischen Spannungen. Beispielsweise offenbart die japanische Patentveröffentlichung Nr. 6-36329 (1994) eine Technik, um die Supraleiter so spiralig um die Normalleiter herumzuwickeln, daß der Wicklungsschritt gleich dem Durchmesser eines jeden Supraleiters ist. Wenn jedoch eine kürzlich entwickelte supraleitende Leitung, die einen oxidischen Supraleiter aufweist, der mit einem Silbermantel bedeckt ist, in solch einem kurzen Abstand gewickelt wird, zum Beispiel, so ist die Wahrscheinlichkeit groß, daß der oxidische Supraleiter bricht, so daß die Stromspeisung unterbrochen wird. Wenn eine oxidische supraleitende Leitung extrem gebogen wird, so kann ihr kritischer Strom beträchtlich verringert werden. Beim Herstellen eines Kabelleiters ist es folglich ein wichtiges Thema, wie der oxidische Supraleiter angeordnet wird.
Weiterhin muß der Kabelleiter bis zu einem gewissen Ausmaß flexibel sein, um die Handhabung zu erleichtern bzw. zu ermöglichen. Es ist ebenfalls ein wichtiges Thema, wie man einen flexiblen Kabelleiter durch einen harten und zerbrechlichen bzw. brüchigen oxidischen Supraleiter herstellt.
JP-A-05-144333 offenbart eine Vielzahl von bandartigen Komplexen, die aus einem metallischen Material und einem keramischen Supraleiter bestehen, die in mehreren Schichten auf der äußeren peripheren Oberfläche einer zylindrischen Wickelform angeordnet sind, derart, daß ein bandartiger Körper spiralig gewickelt ist. JP-A-05-144333 stellt einen keramischen Supraleiter bereit, wobei es unwahrscheinlich ist, daß die supraleitenden Eigenschaften verschlechtert werden, sogar wenn er wiederholt gebogen wird.
EP-A-0 503 525 offenbart eine Vielzahl von bandartigen oxidischen supraleitenden Multifilament-Leitungen, die aufeinander mit entsprechenden isolierenden Materialschichten dazwischen angeordnet sind. Die Leitungen können verdrillte Filamente aufweisen.
"Energy Loss Mechanisms of Superconductors Used in Alternating-Current Power Transmission Systems, Science, Vol 242, 21. Oktober 1988, Seiten 391-399, von E.B. Forsyth, offenbart ein supraleitendes Kabel, das vier bandartige supraleitende Leitungen aufweist, die jeweils aus metallischem Material und Supraleitermaterial bestehen, wobei die Leitungen auf einer zylindrischen Wickelform mit einer isolierenden Schicht zwischen den zwei innersten und den zwei äußersten Leitungen gewickelt sind.
Ein Supraleiter, der unter einem Wechselstrom verwendet wird, zieht unvermeidlicherweise einen Wechselstromverlust bzw. AC-Verlust nach sich, wie oben beschrieben. Folglich bleibt es ein wichtiges Thema, wie man beim Herstellen eines Kabelleiters durch eine oxidische supraleitende Leitung den Wechselstromverlust verringert.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mittels eines oxidischen Supraleiters einen supraleitenden Kabelleiter bereitzustellen, der Flexibilität besitzt und exzellente Supraleitfähigkeit aufweist, insbesondere einen hohen kritischen Strom und eine hohe kritische Stromdichte.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, durch eine oxidische supraleitende Leitung einen supraleitenden Kabelleiter bereitzustellen, der weiter einen verringerten Wechselstromverlust aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein supraleitender Kabelleiter bereitgestellt, der einen oxidischen Supraleiter verwendet, der einen langen flexiblen Kernteil aufweist; eine Vielzahl von bandförmigen oxidischen supraleitenden Multifilament-Leitungen, die spiralig um das Kernteil herumgewickelt sind; und eine elektrisch isolierende Schicht. In dem erfindungsgemäßen Leiter weist jede der bandförmigen oxidischen supraleitenden Multifilament-Leitungen eine Vielzahl von Filamenten auf, die im wesentlichen aus einem oxidischen Supraleiter bestehen, und ein stabilisierendes Metall, das dieselben bedeckt. Die Vielzahl von bandförmigen, supraleitenden, um das Kernteil herumgewickelten Leitungen bilden eine Vielzahl von Schichten, von denen jede gebildet wird, indem man eine Vielzahl von bandförmigen supraleitenden Leitungen auf eine Seite-an- Seite-Weise herumwickelt. Die Vielzahl von Schichten ist nacheinander auf dem Kernteil stapelmäßig angeordnet. Die elektrisch isolierende Schicht wird wenigstens zwischen der Vielzahl von Schichten bereitgestellt, wobei die isohe rende Schicht gebildet wird, indem man ein isolierendes Band oder Schnur (50, 70, 20) oder eine Vielzahl von bandförmigen oxidischen supraleitenden Multifilament-Leitungen (41), die zuvor mit isolierenden Schichten (40) bedeckt wurden, entlang der Längsrichtung des Kernteils spiralig herumwickelt. Dieses Kernteil versieht den erfindungsgemäßen supraleitenden Kabelleiter mit Flexibilität. Der supraleitende Kabelleiter gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen supraleitenden Zustand bei der Temperatur flüssigen Stickstoffs aufrechterhalten.
Der Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf einen Wechselstromleiter bzw. AC-Leiter anwendbar, der im Wechselstromverlust bzw. AC-Verlust verringert ist.
Die vorhergehenden und anderen Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlicher werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 veranschaulicht teilweise ein Kernteil mit spiraligen Nuten, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht, die teilweise ein Kernteil vom Typ Faltenbalgröhre zeigt, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Figur 3 ist eine perspektivische Ansicht, die die Form eines Spiralstreifenkernteils zeigt, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Figur 4 veranschaulicht typischerweise eine bandförmige oxidische supraleitende Multifilament-Leitung, die spiralig auf ein Kernteil aufgewickelt ist;
Figur 5 ist eine perspektivische Ansicht, die typischerweise ein konkretes Beispiel eines supraleitenden Kabelleiters gemß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 6 ist eine Schnittansicht, die eine Vielschichtstruktur von Litzen und isolierenden Materialien in dem in Figur 5 gezeigten Leiter zeigt;
Figur 7 ist eine Schnittansicht, die ein konkretes Beispiel solch einer Struktur zeigt, bei der isolierende Bänder zwischen benachbarten bandförmigen oxidischen supraleitenden Multifilament-Leitungen in der vorliegenden Erfindung gehalten werden;
Figur 8 ist eine perspektivische Ansicht, die Zustände von in einer oxidischen supraleitenden Multifilament-Leitung verdrillten Filamenten zeigt;
Figur 9 ist eine perspektivische Ansicht, die eine andere Form eines Kernteils zeigt;
die Figuren 10(a) und 10(b) sind Schnittansichten, die einen Prozeß des Wickelns von supraleitenden Multifilament- Leitungen auf einem Kernteil, ohne daß eine isolierende Schicht dazwischen angeordnet wird, zeigen;
Figur 11 veranschaulicht Beziehungen zwischen Wechselstromverlusten pro Litze und Speiseströmen in Leitern, die mittels Aufeinanderstapeln von supraleitenden Multifilament-Leitungen erhalten wurden;
Figur 12 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel des erfindungsgemäßen Leiters zeigt;
Figur 13 ist eine Schnittansicht des in Figur 12 gezeigten Leiters;
Figur 14 ist eine Schnittansicht, die noch ein weiteres Beispiel des erfindungsgemäßen Leiters zeigt; und
die Figuren 15(a) und 15(b) sind Schnittansichten, die eine mit einer isolierenden Schicht bedeckte supraleitende Multifilament-Leitung zeigen, und ein weiteres Beispiel des erfindungsgemäßen Leiters, der durch supraleitende Multifilament-Leitungen, die jeweils mit isolierenden Schichten bedeckt sind, hergestellt wurde.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt jede bandförmige oxidische supraleitende Multifilament-Leitung allgemein eine Struktur, derart, daß eine Anzahl von Filamenten, die im wesentlichen aus einem oxidischen Supraleiter bestehen, in einem stabilisierenden Material aus Silber oder einer Silberlegierung eingebettet sind. Der oxidische Supraleiter kann aus einem Yttrium-, Bismut- oder Thallium-basierten oxidischen Supraleiter hergestellt sein, wie zum Beispiel Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x (0 ≤ X < 1), (Bi,Pb)&sub2;Sr&sub2;Ca&sub2;Cu&sub3;O10-Y (0 ≤ Y < 1) oder Tl&sub2;Sr&sub2;Ca&sub2;Cu&sub3;O10-z (0 ≤ Z < 1), beispielsweise. Ein Bismut-basierter keramischer Supraleiter ist vorteilhaft in Anbetracht einer hohen kritischen Temperatur, einer hohen Stromdichte, einer niedrigen Toxizität und der Leichtigkeit beim Ausbilden einer Leitung. Eine bandförmige supraleitende Leitung wird im allgemeinen hergestellt durch die Schritte des Herstellens eines Rohmaterialpulvers für einen oxidischen Supraleiter, des Beschickens einer Umhüllung aus stabilisierendem Material mit dem Pulver, des Durchführens von plastischer Bearbeitung und des Durchführens eines Sinterprozesses. Im Schritt des Herstellens des Rohmaterialpulvers werden Pulvermaterialien aus Oxiden oder Karbonaten von Elementen zum Bilden eines Supraleiters miteinander in vorgeschriebenen Mischungsverhältnissen gemischt und gesintert, so daß die gesinterte Mischung danach zerkleinert wird, um das Rohmaterialpulver zu erhalten. Das Pulver wird in eine Umhüllung eingefüllt, die im wesentlichen aus Silber oder einer Silberlegierung, zum Beispiel, besteht. Der Schritt der plastischen Bearbeitung wird mittels Ziehen und Walzen, zum Beispiel, durchgeführt. Nach dem Walzen wird der Draht bzw. die Leitung, die in ein Band geformt ist, bei einer Temperatur von ungefähr 800ºC bis ungefähr 900ºC gesintert, vorteilhafterweise bei ungefähr 840ºC bis 850ºC, so daß der in der Umhüllung bzw. dem Mantel bereitgestellte Supraleiter eine hohe Orientierung und eine hohe kritische Stromdichte erhält. Um eine Multifilament-Leitung herzustellen, wird eine Vielzahl von Drähten bzw. Leitungen, die man nach dem Ziehen erhielt, miteinander zusammengefügt und plastischer Bearbeitung und Sintern unterworfen. In dem vorerwähnten Prozeß ist es möglich, eine im wesentlichen einzige supraleitende Phase mit einer hohen Orientierung durch die Kombination der plastischen Bearbeitung und des Sinterns auszubilden. Die Filamente der durch den vorerwähnten Prozeß hergestellten bandförmigen supraleitenden Leitung besitzen im wesentlichen homogene supraleitende Phasen entlang der Längsrichtung der Bandleitung, während die c-Achsen der supraleitenden Phasen im wesentlichen parallel zu der Richtung der Dicke der Bandleitung bzw. des bandförmigen Leitungsdrahtes orientiert sind. Die Filamente werden durch Kristallkörner in der Form von sich entlang der Längsrichtung der Bandleitung erstreckenden Plättchen bzw. Flocken gebildet, die stark miteinander verbunden sind. Die plättchenartigen bzw. flockenartigen Kristallkörner sind entlang der Richtung der Dicke der bandförmigen Leitung gestapelt. Die bandförmige supraleitende Leitung, wie sie verwendet wird, ist in ihrer Größe nicht besonders eingeschränkt, aber dieselbe besitzt eine Breite von 1,0 mm bis 10 mm, vorteilhafterweise 2 mm bis 6 mm, und eine Dicke von 0,05 mm bis 1 mm, vorteilhaf terweise 0,1 mm bis 0,4 mm, beispielsweise. Mit solchen Abmessungen kann die Bandleitung mit den Filamenten der vorerwähnten Struktur eine kritische Stromdichte von 4 x 10³ bis 3,0 x 10&sup4; A/cm² aufrechterhalten, beispielsweise. Die Bandleitung mit den Filamenten der vorerwähnten Struktur ist relativ widerstandsfähig gegenüber Biegen, und behält eine hohe kritische Stromdichte, auch wenn dieselbe unter einer Biegebeanspruchung von einem bestimmten Bereich gehalten wird, wie später beschrieben wird. Die bandförmige supraleitende Multifilament-Leitung kann mit 7 bis 10.000, vorteilhafterweise 37 bis 1000 Filamenten bereitgestellt werden.
In dem erfindungsgemäßen Leiter ist der Kernteil, der allgemein eine Wickelform bzw. ein Wickelkörper genannt wird, dafür ausgelegt, die bandförmigen supraleitenden Leitungen bei einer Biegebeanspruchung des vorbestimmten Bereiches zu halten. Dieser Wickelkörper besitzt eine Länge, welche für den supraleitenden Kabelleiter erforderlich ist, und wird im Zentrum des supraleitenden Kabelleiters bereitgestellt. Der Wickelkörper ist von einer im wesentlichen zylindrischen oder spiraligen Form, so daß die Bandleitungen darauf gewickelt sind, und besitzt im allgemeinen einen im wesentlichen konstanten Durchmesser entlang seiner Gesamtlänge. Der Wickelkörper kann im wesentlichen aus wenigstens einem Material bestehen, das aus der aus rostfreiem Stahl, Kupfer, Aluminium und FK (faserverstärkter Kunststoff) bestehenden Gruppe ausgewählt ist, beispielsweise.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat der Wickelkörper vorteilhafterweise die Form eines röhrenförmigen Teils, das Flexibilität bzw. Elastizität besitzt. Es ist möglich, vorteilhafterweise ein Rohr mit einer spiraligen Nut (im folgenden als eine Spiralröhre bezeichnet) als einen Wickelkörper mit genügender Stärke und Flexibilität, wie in Figur 1 gezeigt, zu verwenden, beispielsweise. Eine Faltenbalgröhre, die einen Faltenbalg besitzt, wird ebenfalls vorteilhafterweise als ein Wickelkörper, wie in Figur 2 gezeigt, verwendet. In Bezug zu den Figuren 1 und 2 bezeichnen die Symbole R&sub1; ünd R&sub2; Außendurchmesser, die Symbole T&sub1; und T&sub2; Dicken, die Symbole P&sub1; und P&sub2; Wicklungsschritte bzw. Abstände und die Symbole D&sub1; und D&sub2; Lücken. Weiterhin kann der Wickelkörper ebenfalls aus einem spiralig gewickelten Material hergestellt sein, wie zum Beispiel der in Figur 3 gezeigte sogenannte Spiralstahlstreifen, beispielsweise. Jede dieser Formen ist geeignet, den Wickelkörper mit genügender Flexibilität auszustatten. Die Spiralröhre oder die Faltenbalgröhre können ebenfalls aus rostfreiem Stahl, Kupfer, Aluminium oder FK hergestellt sein. Der flexible Wickelkörper versieht den erfindungsgemäßen Leiter mit Flexibilität bzw. Elastizität. Der flexible Leiter kann auf einer Trommel aufgewickelt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einige 10 bis 1000 bandförmige supraleitende Multifilament-Leitungen auf dem Wickelkörper auf zuwickeln. Die bandförmigen Leitungen bzw. Bandleitungen werden in wenigstens zwei oder mehr Schichten gewickelt, wobei ihre prinzipiellen Oberflächen bzw. Hauptoberflächen zu dem Wickelkörper gerichtet werden. Jede Schicht kann aus einer beliebigen Anzahl der Bandleitungen gebildet werden. Wenn einige 10 Bandleitungen auf dem Wickelkörper parallel zueinander aufgewickelt werden, so daß die Oberfläche des Wickelkörpers mit den Bandleitungen aufgefüllt wird, werden weiter zusätzlich einige Bandleitungen darauf aufgewickelt. Wenn eine hinreichende Anzahl von Bandleitungen als eine zweite Schicht auf der ersten Schicht der Bandleitungen aufgewickelt ist, dann wird eine dritte Schicht von Bandleitungen darauf aufgewikkelt. Die isolierende Schicht wird zwischen jedem benachbarten Paar von Schichten bereitgestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jede bandförmige oxidische supraleitende Multifilament-Leitung auf einem Wickelkörper wie in Figur 4 gezeigt, beispielsweise, aufgewickelt. In Bezug zu Figur 4 wird ein bandförmiger Leitungsdraht bzw. eine Bandleitung 11 auf einem Wickelkörper 10, der einen vorbestimmten Durchmesser besitzt, mit einer Biegebeanspruchung oder einer Krümmung von einem vorbestimmten Bereich und einem Wicklungsschritt bzw. Abstand (P) von einem vorbestimmten Bereich aufgewickelt. Zu diesem Zeitpunkt ist eine Hauptoberfläche 11a der Bandleitung 11 zu dem Wickelkörper 10 gerichtet bzw. orientiert. Folglich wird die Bandleitung 11 entlang ihrer Längsrichtung mit einem relativ lockeren Biegen beaufschlagt. Wenn die Biegebeanspruchung wie folgt definiert wird, wird die Bandleitung 11, die auf dem Wickelkörper 10 aufgewickelt wird, mit einer Biegebeanspruchung von nicht mehr als 0,5 %, vorteilhafterweise nicht mehr als 0,3 %, gebogen. Die Supraleitfähigkeit der Bandleitung 11 wird durch das Biegen mit einer Biegebeanspruchung von solch einem Bereich kaum nachteilig beeinflußt bzw. verschlechtert, verglichen mit jener in einem linearen Zustand.
Biegebeanspruchung (%) = {Dicke der bandförmigen supraleitenden Leitung / (Biegedurchmesser + Dicke derselben )} x 100
Wenn eine bandförmige supraleitende Leitung mit einer Dicke t spiralig auf einem Wickelkörper mit einem Durchmesser D in einem Abstand P aufgewickelt wird, erhält man nach der folgenden Gleichung eine Biegebeanspruchung &epsi;. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, den Wicklungsschritt bzw. Abstand P und den Durchmesser D des Wickelkörpers so anzupassen, daß die Biegebeanspruchung &epsi; nicht mehr als 0,3 % beträgt.
&epsi; = t x 100/(D&sub1; + t) D&sub1; = (P² + (πD)²)½/π
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jede bandförmige oxidische supraleitende Multifilament-Leitung vorteilhafterweise auf dem Wickelkörper mit einer Straffheit bzw. Spannung von nicht mehr als 20 N (2 kp) in einem Bereich von 5 N (0,5 kp) bis 20 N (2 kp), beispielsweise, aufgewikkelt.
Das Kernteil (Wickelkörper) kann entweder aus einem elektrisch isolierenden Material oder einem elektrischen Leiter gebildet sein. Das elektrisch isolierende Material ist vorteilhaft in Anbetracht der Verringerung des Wechselstromverlustes, während ein Metall, das ein Leiter ist, vorteilhaft in Anbetracht der Stärke ist. Ein Metallrohr mit einer spiraligen Nut oder eine metallische Faltenbalgröhre bzw. Faltenbalgmetallröhre ist ein besonders vorteilhaftes Kernteil, um den Leiter mit Flexibilität bzw. Elastizität auszustatten, während eine konstante Stärke beibehalten wird. Ein metallisches Kernteil bzw. Metallkernteil kann ebenfalls zum Speisen eines abnormalen bzw. anormalen Stroms bei einem Unfall verwendet werden. In diesem Fall ist es möglich, den optimalen spezifischen elektrischen Widerstand des Kernteils in Anbetracht des Wech selstromverlustes des Leiters und einer Last des Kernteils für den abnormalen bzw. anormalen Strom einzustellen.
Wenn das Metallrohr mit einer spiraligen Nut oder die Faltenbalgmetallröhre als das Kernteil verwendet wird, kann der erfinderische bzw. erfindungsgemäße Leiter weiter ein Metallband aufweisen, das spiralig auf dem Kernteil aufgewickelt ist, und ein isolierendes Band, das spiralig auf einer durch das Metallband gebildeten glatten Oberfläche aufgewickelt ist. Das Metallband kann eine glatte Oberfläche zum Bedecken der Nuten des Kernteils bilden, so daß die supraleitenden Bänder durch diese Nuten bzw. Einkerbungen bzw. Aussparungen nicht gewölbt werden, und zum Aufnehmen der supraleitenden Bänder. Es ist möglich, diese Nuten bzw. Kerben bzw. Rillen zu bedecken, während man die Flexibilität bzw. Elastizität des Kernteils beibehält, indem man das Metallband herumwickelt. Das isolierende Band, das auf dem Metallband aufgewickelt wird, unterbricht die elektrische Verbindung zwischen dem Kernteil und dem Metallband und den supraleitenden Bändern. Das isolierende Band kann durch eine elektrisch isolierende Schicht, die im wesentlichen aus einem weiteren Material besteht, ersetzt werden. Wenn das Kernteil aus einem Metall hergestellt wird, wird dieses Kernteil von den supraleitenden Bändern vorteilhafterweise elektrisch isoliert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die elektrisch isolierende Schicht wenigstens zwischen den Schichten bereitgestellt, von denen jede aus einer Vielzahl von supraleitenden Bändern gebildet ist. Weiterhin ist es möglich, eine elektrisch isolierende Schicht desweiteren zwischen einer Vielzahl von Seite an Seite angeordneten bandförmigen supraleitenden Leitungen wenigstens in einer der Vielzahl von Schichten einzufügen. Wenn das Kernteil wie oben beschrieben im wesentlichen aus einem Metall besteht, wird eine elektrisch isolierende Schicht vorteilhafterweise desweiteren zwischen dem Kernteil und den bandförmigen supraleitenden Leitungen eingefügt. Alternativ kann eine Vielzahl von bandförmigen oxidischen supraleitenden Multifilament-Leitungen, die zuvor mit isolierenden Schichten bedeckt worden sind, auf dem Kernteil aufgewickelt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung unterdrückt die isolierende Schicht die elektrische Verbindung zwischen den supraleitenden Bändern, wodurch der Wechselstromverlust des Leiters verringert wird.
Die Figuren 5 und 6 veranschaulichen typischerweise die Isolation bzw. Isolierung zwischen den Schichten und jene zwischen den supraleitenden Bändern in den Schichten. Isolierende Materialien 50 sind jeweils zwischen den supraleitenden Litzen 51 bereitgestellt. Eine isolierende Zwischenschicht 60 ist zwischen den ersten und zweiten Schichten 61 und 62 bereitgestellt, die aus einer vorbestimmten Anzahl von supraleitenden Bändern gebildet sind, während die zweite Schicht 62 weiter mit einer isolierenden Schicht 65 bedeckt ist. Die isolierenden Materialien 50 werden aus schnurförmigen oder bandförmigen Körpern gebildet, die auf einem Kernteil 55 spiralig aufgewickelt werden. Die isolierende Zwischenschicht 60 und die isolierende Schicht 65 können mittels breiter bandförmiger oder streifenförmiger Körper ausgebildet werden. Diese Materialien werden spiralig auf den Litzen 51 aufgewickelt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Materialien mit Ausnahme des Kernteils vorteilhafterweise aus bandförmigen oder schnurförmigen Körpern gebildet, um die Flexibilität bzw. Elastizität des Kernteils aufrechtzuerhalten und um den supraleitenden Kabelleiter mit der erwünschten Flexibilität bzw. Elastizität zu versorgen bzw. auszustatten. Folglich wird die elektrisch isolierende Schicht ebenfalls vorteilhafterweise durch einen bandförmigen oder schnurförmigen Körper ausgebildet. In diesem Fall ist es möglich, die isolierende Schicht durch das spiralige Aufwickeln eines isolierenden Bandes oder einer isolierenden Schnur ent lang der Längsrichtung des Kernteils auszubilden. Das isolierende Band oder die isolierende Schnur kann mit einer Straffheit bzw. Spannung von 5 N (0,5 kp) bis 20 N (2 kp) gewickelt werden, beispielsweise.
Um eine elektrisch isolierende Schicht zwischen einer Vielzahl von Seite an Seite angeordneten supraleitenden Bändern in jeder Schicht der supraleitenden Bänder bereitzustellen, ist es möglich, supraleitende Bänder zu verwenden, die zuvor als ganzes isolationsbeschichtet wurden, beispielsweise. Es ist jedoch relativ schwierig, die Oberflächen von flachen Bändern hinreichend mit Isolationsmate rial zu beschichten, insbesondere die Kantenbereiche, und in diesem Fall fallen hohe Kosten an. Wenn supraleitende Bänder, die in den Kantenbereichen nicht beschichtet sind, formiert bzw. aufgewickelt werden, tritt eine elektrische Verbindung zwischen ihnen auf. Wenn eine elektrisch isohe rende Schicht zwischen Seite an Seite angeordneten supraleitenden Bändern in einer Schicht bereitgestellt wird, ist es folglich vorteilhaft, ein isolierendes Band wie in Figur 7 gezeigt, anzuordnen. In Bezug zu Figur 7 wird jedes isolierende Band 70 zwischen benachbarten supraleitenden Bändern 71 und 71' gehalten. Dieses isolierende Band 70 ist spiralig entlang der supraleitenden Bänder 71 und 71' herumgewickelt, um eine Hauptoberfläche 71a des supraleitenden Bandes 71 ebenso wie eine Hauptoberfläche 71'b des supraleitenden Bandes 71' zu bedecken. Mit anderen Worten, das isolierende Band 70 bedeckt die Hauptoberfläche 71a des supraleitenden Bandes 71, die näher zu dem Kernteil ist, und die Hauptoberfläche 71'b des anderen supraleitenden Bandes 71', die von dem Kernteil abgewandt ist, in Paaren von gegenüberliegenden Hauptoberflächen (71a und 71b des Bandes 71 und 71'a und 71'b des Bandes 71') der supraleitenden Bänder 71 bzw. 71'. Infolge dieser Anordnung ist eines der supraleitenden Bänder vollständig von dem anderen isoliert, wodurch das zuvor erwähnte Problem der Kantenbereiche gelöst wird. Weiterhin ist es ebenfalls möglich, Schichten voneinander zu isolieren, indem man das isolierende Band in der zuvor erwähnten Weise wickelt.
Die isolierende Schicht kann aus einem isolierenden Material wie zum Beispiel Kapton (Polyimid-basiertes Material), einem Polypropylen-Schichtpapier (PPLP), Polyethylen (PE) oder einem Kraftpapier hergestellt werden, beispielsweise, wobei das isolierende Material vorteilhafterweise keine Verschlechterung bzw. keinen Schaden wie zum Beispiel Rißbildung in flüssigem Stickstoff verursacht. Das isolierende Material wird verwendet, um eine isolierende Schicht in der Form eines Papiers, einer Folie, einer dünnen Schicht, eines Gewebes oder eines Bandes auszubilden. Die isolierende Schicht ist vorteilhafterweise nicht mehr als 0,1 mm dick, um eine Kompaktifizierung des Leiters zu erlauben. Andererseits besteht die isolierende Schicht, die zuvor auf jedem supraleitenden Band ausgebildet wurde, vorteilhafterweise im wesentlichen aus Isolierlack, beispielsweise.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, bandförmige Multifilament-Leitungen zu verwenden, die jeweils verdrillte Filamente aufweisen. Figur 8 zeigt typischerweise solch einen supraleitenden Leitungsdraht. In Bezug zu Figur 8 sind die Filamente 2, die ein supraleitendes Multifilament-Band 1 bilden, in einem vorbestimmten Abstand L verdrillt, beispielsweise. Infolge solche eines Verdrillens der Filamente 2 wird ein Induktionsstrom, der zwischen einem stabilisierenden Metall 3 und den Filamenten 2 fließt, jeden Verdrillungsabstand bzw. Verdrillungsschritt L in kleine Schleifen aufgeteilt, und daher wird der Wert des Stromes begrenzt. Folglich wird die Erzeugung von Joulescher Wärme in dem stabilisierenden Metall 3 unterdrückt und der Wechselstromverlust wird reduziert, verglichen mit einem supraleitenden Leitungsdraht, der unverdrillte Filamente besitzt. Es ist möglich, einen Multifilament-Leitungsdraht mit solchen verdrillten Filamenten auf die folgende Weise herzustellen, beispielsweise: als erstes wird eine Vielzahl von Einzelfilament-Leitungen, die jeweils ein Filament eines oxidischen Supraleiters aufweisen, in ein Metallrohr eingebracht und dieses Metallrohr in einen Leitungsdraht gezogen. Dann wird der Leitungsdraht bzw. die Leitung in einen Zustand einer runden Leitung verdrillt, um die verdrillten Filamente auszubilden. Dann wird die Leitung wieder gezogen und danach gewalzt und wärmebehandelt.
Durch solche Schritte werden die Filamente im Durchmesser und in der Dicke durch das Ziehen, Walzen etc. verändert, während die verdrillten Formen beibehalten werden. Bei den Schritten des Verdrillens, Ziehens und Walzens wird der Verdrillungsschritt bzw. Verdrillungsabstand vorteilhafterweise auf eine Höhe von mehr als fünfmal oder vorteilhafterweise zehnmal so groß wie der Durchmesser der zu verdrillenden Leitung gesetzt, so daß die Leitung nicht geteilt wird.
Der supraleitende Kabelleiter gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt solch eine Flexibilität bzw. Elastizität, daß seine Supraleitfähigkeit im wesentlichen nicht nachteilig beeinflußt wird, auch wenn derselbe auf einen Biegedurchmesser von bis zu 1,5 m, vorteilhafterweise bis zu 2,6 m, gebogen wird. Dieser Leiter kann auf einer Trommel aufgewickelt werden, um gelagert und transportiert zu werden.
Gemß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen langen oxidischen supraleitenden Kabelleiter bereitzustellen, der Flexibilität ebenso wie exzellente Supraleiteigenschaften bzw. Supraleitfähigkeiten aufweist. In der vorliegenden Erfindung wird ein Wirbelstrom oder ein Kopplungsstrom, die zwischen den supraleitenden Bändern übertragen wird und über diese fließt, durch die isolierende Schicht unterdrückt, die gemäß der vorliegenden Erfindung effektiv bereitgestellt wird. Es ist möglich, den Wechselstromverlust bzw. AC-Verlust des Leiters um wenigstens eine Größenordnung bzw. Ziffer zu verringern, auf Grund der isolieren den Schicht. Die vorliegende Erfindung stellt einen weiteren anwendbaren supraleitenden Wechselstromkabelleiter bzw. AC-Kabel leiter bereit.
Die vorliegende Erfindung wird nun weiter konkret beschrieben.
Untersuchung der Biegebeanspruchung eines auf einen Wickelkörper aufgewickelten supraleitenden Bandes
Oxide oder Karbonate wurden miteinander gemischt, um Bi, Pb, Sr, Ca und Cu zu enthalten, in Mischungsverhältnissen von 1,84:0,36:1,99:2,18:3,00. Dieses gemischte Pulver wurde wärmebehandelt, um ein Pulver zu erhalten, das zu 85 % aus einer 2212-Phase bzw. Bi2212 und zu 15 % aus einer 2223-Phase bzw. Bi2223 als supraleitende Phasen und hauptsächlich (Ca, Sr)&sub2;PbO&sub4; und Ca&sub2;CuO&sub3; als nicht-supraleitende Phasen enthält. Das so behandelte Pulver wurde in ein Silberrohr von 12 mm Außendurchmesser und 9 mm Innendurchmesser eingefüllt, und das Silberrohr wurde auf einen Durchmesser von 1,3 mm gezogen. Eine vorbestimmte Anzahl von auf die vorerwähnte Weise erhaltenen Litzen wurde in ein Silberrohr von vorbestimmten Abmessungen eingefüllt, und das Silberrohr wurde auf einen Durchmesser von 1,0 mm gezogen. Der so erhaltene Leitungsdraht wurde auf eine Dicke von 0,3 mm gewalzt. Dieser Leitungsdraht bzw. diese Leitung wurde für 55 Stunden bei 845ºC wärmebehandelt, und danach bei einer Verstreckung von 15 % gewalzt. Die so erhaltene Bandleitung wurde für 48 Stunden bei 838ºC wärmebehandelt Durch den vorerwähnten Prozeß wurden sechs Arten von bandförmigen supraleitenden Leitungen erhalten, wie in Tabelle 1 gezeigt. Die kritischen Stromdichten (Jc) dieser Bandleitungen wurden entlang der richtigen bzw. eigentlichen Länge unter flüssigem Stickstoff gemessen. Die kritischen Stromdichten Jc wurden gemessen, wenn sich die Bandleitungen in linearen Zuständen befanden bzw. in vorbestimmten Durchmessern gebogen waren. Die Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der kritischen Stromdichten Jc, die in Bezug auf fünf Biegebeanspruchungen gemessen wurden. Wie man den Tabellen 1 und 2 entnimmt, wird die Verringerung der kritischen Stromdichte Jc der Leitung, die mit Biegebeanspruchung beaufschlagt ist, verringert, wenn der Prozentsatz der Dicke des Supraleiters in Bezug auf die Dicke der Leitung verringert wird. Der Prozentsatz beträgt vorteilhafterweise nicht mehr als 10 %. Andererseits besitzt jede Leitung vorteilhafterweise wenigstens 37 Filamente. In einem supraleitenden Band mit wenigstens 61 Filamenten wird die kritische Stromdichte Jc durch ein Biegen von 0,5 % nicht viel verringert. Es versteht sich, daß es möglich ist, supraleitende Multifilament-Leitungen, die gemäß des vorerwähnten Prozesses hergestellt wurden, bei einer Biegebeanspruchung von nicht mehr als 0,5 % zu halten, vorteilhafterweise von nicht mehr als 0,3 % in der Praxis. Tabelle 1 Tabelle 2
A: Biegebeanspruchung (%)
B: Jc (x 10&sup4; A/m²)
*Die Zahlen in Klammern geben Prozentsätze der kritischen Stromdichten Jc nach dem Biegen in Bezug auf jene vor dem Biegen an.

Messung des AC-Verlustes

Bi&sub2;O&sub3;, PbO, SrCO&sub3;, CaCO&sub3; und CuO wurden miteinander gemischt, um Bi, Pb, Sr, Ca und Cu in den Mischungsverhältnissen von 1,81:0,40:1,98:2,21:3,03 zu enthalten. Das gemischte Pulver wurde mehrere Male wärmebehandelt, wobei nach jener Wärmebehandlung zerkleinert bzw. geschrotet wurde. Das mittels solcher Wärmebehandlung und Zerkleinerung erhaltene Pulver wurde mittels einer Kugelmühle weiter zerkleinert, um ein Submikron-Pulver bzw. Pulver im Submikrometerbereich zu erhalten. Dieses Pulver wurde für 2 Stunden bei 800ºC wärmebehandelt und in ein Silberrohr von 12 mm Außendurchmesser und 9 mm Innendurchmesser eingefüllt.
Das mit dem Pulver beladene Silberrohr wurde gezogen und in eine Vielzahl von Leitungen zerschnitten, welche danach in ein anderes Silberrohr von 12 mm Außendurchmesser und 9 mm Innendurchmesser eingebracht wurden, um eine Multifilament-Leitung mit 61 Filamenten herzustellen. Diese Multifilament-Leitung wurde weiter gezogen, auf eine Breite von 3,0 mm und eine Dicke von 0,22 mm gewalzt, und dann wärmebehandelt. Danach wurde die Leitung weiter auf eine Dicke von 0,20 mm gewalzt und wärmebehandelt, wodurch eine silberbeschichtete bismutoxidische supraleitende Leitung mit 61 Filamenten erhalten wurde.
Dann wurde ein Stahlband von 0,33 mm Dicke und 10 mm Breite spiralig in eine Wickelform bzw. einen Wickelkörper mit einem Außendurchmesser R von 19 mm, einem Wicklungsschritt L von 4 mm und einer Lücke D von 2 mm, wie in Figur 9 gezeigt, gewickelt.
20 bandförmige supraleitende Multifilament-Leitungen, die auf die zuvor erwähnte Weise erhalten wurden, wurden spiralig auf dem Wickelkörper in einer Seite-an-Seite-Weise mit einem Wicklungsschritt von 250 mm herumgewickelt Figur 10(a) ist eine Schnittansicht, die einen so erhaltenen Einzelschicht-Leiter zeigt. In Bezug zu Figur 10(a) sind supraleitende Multifilament-Leitungen 11 auf einen Wickelkörper 10 in einer Seite-an-Seite-Weise aufgewickelt. Der so erhaltene Einzelschicht-Leiter zeigte einen kritischen Stromwert (Ic) von 550 A.
Dann wurden 22 supraleitende Multifilament-Leitungen spiralig auf dem Einzelschicht-Leiter in einer Seite-an- Seite-Weise mit einem Wicklungsschritt von 250 mm herumgewickelt, in einer Richtung entgegengesetzt zu der Wicklungsrichtung für die erste Schicht. Figur 10(b) ist eine Schnittansicht, die einen so erhaltenen Zweischicht-Leiter zeigt. Die supraleitenden Multifilament-Leitungen 11' sind weiter auf den supraleitenden Leitungen 11, die auf dem Wickelkörper 10 aufgewickelt sind, aufgewickelt. Der so erhaltene Zweischicht-Leiter zeigte einen kritischen Strom Ic von 850 A.
In diesem Leiter wurden, Wechselstromverlustwerte bzw. AC-Verlustwerte in Zuständen des Einzelschicht-Leiters mit 20 Litzen und des Zweischicht-Leiters mit 42 Litzen gemessen. Figur 11 veranschaulicht die Beziehungen zwischen den AC-Verlustwerten pro Litze und den Speiseströmen in den entsprechenden Fällen. Figur 11 veranschaulicht ebenfalls eine Beziehung zwischen dem AC-Verlust und einem Speisestrom in jeder Litze mit einem kritischen Strom Ic von 20 A, der vor der Präparation bzw. Herstellung des Leiters gemessen wurde. In Bezug zu Figur 11 zeigen schwarze Kreise, weiße Kreise und schwarze Dreiecke Werte, die sich auf jede Litze, den Einzelschicht-Leiter bzw. den Zweischicht-Leiter beziehen. Wie in Figur 11 gezeigt, zeigte der Einzelschicht-Leiter Wechselstromeigenschaften bzw. AC-Eigenschaften, die im wesentlichen identisch zu jenen der nicht zusammengefügten Litzen waren. Im Zweischicht-Leiter war andererseits der AC-Verlust pro Litze erhöht, verglichen mit jenem der unabhängigen Litzen. Durch dieses Experiment ist bewiesen worden, daß ein Einzelschicht-Leiter einen niedrigeren AC-Verlust besitzt als ein Mehrschicht-Leiter. Es ist vorausgesagt worden, daß dies von der Erzeugung eines Wirbelstroms oder eines Kopplungsstroms, der zwischen den Schichten übertragen wird und über die Schichten fließt, welcher in dem Einzelschicht-Leiter nicht vorhanden ist, herrührt. Um diese Hypothese zu verifizieren, wurden Supraleiter, die mit isolierenden Materialien zwischen den Schichten zum Unterbrechen bzw. Ausschalten der elektrischen Leitfähigkeit ausgestattet waren, präpariert bzw. hergestellt, um dadurch den Wechselstromverlust in Mehrschicht-Leitern zu verringern.

Beispiel 1

20 auf die vorerwähnte Weise erhaltenen Multifilament- Leitungen wurden auf einem Spiralröhrenwickelkörper von 19 mm Außendurchmesser und 0,3 mm Dicke und mit Lücken von 2 mm in einem Abstand von 4 mm, wie in Figur 1 gezeigt, in einer Seite-an-Seite-Weise aufgewickelt. Die Leitungen wurden in einem Abstand von 250 mm herumgewickelt Dann wurde ein isolierendes Material, das aus einem PPLP-Papier von 140 µm Dicke und 30 mm Breite hergestellt war, spiralig auf den Multifilament-Leitungen in einer Schicht in einem Abstand von 40 mm und Lücken von 0,5 mm aufgewickelt. Dann wurden 22 Litzen, die identisch zu den obigen waren, spirahg darauf in einem Abstand bzw. Wicklungsschritt von 250 mm aufgewickelt, in einer Richtung entgegengesetzt zu jener für die ersten Leitungen.
Die Figuren 12 und 13 zeigen den so erhaltenen Leiter. In dem so erhaltenen Zweischicht-Leiter sind die supraleitenden Multifilament-Leitungen 11 auf einen Wickelkörper 10 in einer Seite-an-Seite-Weise aufgewickelt, um eine erste Schicht zu bilden, wie in den Figuren 12 und 13 gezeigt. Eine isolierende Schicht 20 aus einem PPLP-Papier ist auf den supraleitenden Multifilament-Leitungen 11 bereitgestellt, während supraleitende Multifilament-Leitungen 11' darauf in einer Seite-an-Seite-Weise aufgewickelt sind, um eine zweite Schicht zu bilden. Der so erhaltene Leiter zeigte einen kritischen Strom Ic von 850 A. In diesem Leiter war der Wechselstromverlust bzw. AC-Verlust verglichen mit jenem eines Zweischicht-Leiters, der ohne isolierende Schicht hergestellt wurde, um ungefähr eine Ziffer verringert. Ausgedrückt durch den AC-Verlust pro Litze, näherte sich der AC-Verlust des Leiters jenem einer unabhängigen, nicht zusammengefügten Litze an. Durch das vorerwähnte Experiment ist bewiesen worden, daß es wirkungsvoll ist, eine isolierende Schicht zwischen den Schichten eines Mehrschicht-Leiters bereitzustellen, um seinen AC-Verlust zu verringern.
Während das obige Beispiel in Bezug auf einen Zweischicht-Leiter beschrieben worden ist, ist es möglich, den Effekt der isolierenden Schicht ähnlich zu dem obigen ebenfalls im Hinblick auf supraleitende Multifilament-Leitungen zu erreichen bzw. zu erhalten, die übereinander in drei oder mehreren Schichten angebracht sind. Wie zum Beispiel in Figur 14 gezeigt ist, ist es möglich, einen kompakten Leiter bereitzustellen, der den Wechselstromverlust reduzieren und einen hohen Strom tragen kann, mittels einer Struktur, die man erhält, indem man nacheinander eine erste Schicht von supraleitenden Multifilament-Leitungen 31, eine isolierende Schicht 32, eine zweite Schicht von supraleitenden Multifilament-Leitungen 33, eine isolierende Schicht 34, eine dritte Schicht von supraleitenden Multifilament- Leitungen 35, eine isolierende Schicht 36 und eine vierte Schicht von supraleitenden Multifilament-Leitungen 37 stapelweise anordnet.
Es ist ebenfalls möglich zum Aufwickeln der Leitungen auf einem Wickelkörper die Oberflächen von supraleitenden Multifilament-Leitungen mit isolierenden Schichten zu bedecken. Zum Beispiel, wie in Figur 15(a) gezeigt, ist eine supraleitende Multifilament-Leitung 31 mit einer isolierenden Schicht 40 bedeckt. Es ist möglich, eine Vielzahl von solchen supraleitenden Multifilament-Leitungen 41 auf einem Wickelkörper 56 auf zuwickeln, wie in Figur 15(b) gezeigt. Obwohl diese Struktur, wie man sich vorstellen kann, eine lange Zeitdauer zur Isolationsbeschichtung erfordert, und höhere Kosten als verglichen mit dem Fall, daß man das isolierende Material zwischen den Schichten einfügt, ist in diesem Fall die Isolation bzw. Isolierung verläßlicher durchgeführt.

Beispiel 2

Bi&sub2;O&sub3;, PbO, SrCO&sub3;, CaCO&sub3; und CuO wurden miteinander gemischt, um Bi, Pb, Sr, Ca und Cu in den Mischungsverhältnissen von 1,81:0,30:1,92:2,01:3,03 zu erhalten. Das gemischte Pulver wurde mehrmals wärmebehandelt, mit Schroten bzw. Zerkleinern nach jeder Wärmebehandlung. Das durch solche Wärmebehandlung und Zerkleinerung erhaltene Pulver wurde weiter mittels einer Kugelmühle zerkleinert, um ein Submikron-Pulver bzw. Pulver im Submikrometerbereich zu erhalten. Dieses Pulver wurde für zwei Stunden bei 800ºC wärmebehandelt, und danach in ein Silberrohr von 12 mm Außendurchmesser und 9 mm Innendurchmesser eingefüllt. Das mit dem Pulver beladene Silberrohr wurde gezogen und in eine Vielzahl von Leitungen bzw. Leitungsdrähten zerschnitten, welche danach in ein weiteres Silberrohr von 12 mm Außendurchmesser und 9 mm Innendurchmesser eingebracht wurden, um einen Multifilament-Leitungsdraht mit 61 Filamenten zu präparieren bzw. herzustellen. Diese Leitung wurde weiter gezogen, dann in eine Breite von 3,0 mm und in eine Dicke von 0,22 mm gewalzt und wärmebehandelt Danach wurde die Leitung weiter auf eine Dicke von 0,20 mm gewalzt und wärmebehandelt und dadurch eine silberbeschichtete bismutoxidische supraleitende Leitung mit 61 Filamenten erhalten. Diese Leitung wurde gesintert und in Proben bzw. Stücke von 1 m Länge zerschnitten, welche Messungen der kritischen Gleichströme unterworfen wurden. Es wurde bestätigt bzw. verifiziert, daß die 100 Proben stabile kritische Ströme von 23 ± 1 A zeigten.
Die folgenden Leiter wurden mittels der Leitungen von 1 m Länge hergestellt und einer Untersuchung der Wechselstromeigenschaften unterworfen. Supraleitende Leitungen mit jeweils 61 Filamenten wurden spiralig auf einem FK-Wickelkörper von 1 m Länge und 19 mm Außendurchmesser in einer Seite-an-Seite-Weise aufgewickelt, um zwei Arten von Einzelschicht-Leitern A bzw. B herzustellen. Die supraleiten den Leitungen wurden in Abständen bzw. Wicklungsschritten von 250 mm herumgewickelt. Im Leiter A wurden 20 Leitungen miteinander mit keinem dazwischen angeordneten isolierenden Material dicht zusammengefügt. Im Leiter B andererseits wurden 17 supraleitende Leitungen miteinander mit Dazwischenanordnen eines schnurförmigen Isolators von 0,5 mm Durchmesser, der mittels Seildrehen von Kraftpapieren, um als ein Abstandshalter zu fungieren, hergestellt wurde, zusammengefügt und spiralig herumgewickelt
Im Hinblick auf die Leiter wurden Wechselstromverlustwerte in flüssigem Stickstoff mit einer Temperatur von ungefähr 77 K mittels eines Speisestromverfahrens gemessen, und jeder Wechselstromverlustwert wurde durch das Produkt des Speisestroms und einer Spannungskomponente, die mit dem Strom in Phase war, definiert. Jeder der Speiseströme und der Verlustwerte wurde durch die Anzahl der verwendeten Litzen dividiert, um den Wechselstromverlust pro Litze zu berechnen. Es ist bestätigt bzw. gemessen worden, daß der Wechselstrom bzw. AC-Verlust des Leiters A ungefähr zweimal so groß wie jener des Leiters B in solch einem Bereich war, daß ein Strom, der in jeder Litze floß, nicht mehr als 23 A betrug. Durch dieses Experiment ist bestätigt worden, daß es wirkungsvoll ist, die supraleitenden Multifilament-Leitungen, die dieselbe Schicht bilden, voneinander elektrisch zu isolieren, um Wechselstromverluste zu verringern.

Beispiel 3

Leitungen von 1 m Länge, die identisch zu jenen in Beispiel 2 waren, wurden verwendet, um einen Leiter herzustellen bzw. zu präparieren, um seine Wechselstromeigenschaften zu untersuchen.
Supraleitende Multifilament-Leitungen wurden spiralig auf einem Kupferwickelkörper von 1 m Länge und 19 mm Außendurchmesser in einer Seite-an-Seite-Weise aufgewickelt, um einen Einzelschicht-Leiter C herzustellen. Die Leitungen wurden mit einem Abstand von 250 mm herumgewickelt 20 Leitungen wurden miteinander dicht zusammengefügt, ohne isolierendes Material dazwischen anzuordnen. Was diesen Leiter C anbelangt, so wurde der AC-Verlust bzw. Wechselstromverlust in flüssigem Stiakstoff gemessen. Ein AC-Verlust pro Litze ähnlich zu Beispiel 2 wurde erhalten, um zu bestätigen, daß der AC-Verlust des Leiters C zweimal bis fünfmal so groß wie jener des Leiters B in einem Bereich war, daß ein Speisestrom zu den Litzen nicht mehr als 23 A betrug. Durch dieses Experiment ist es bestätigt bzw. bewiesen worden, daß der Wechselstromverlust eines Leiters erhöht wird, wenn sein Kernteil aus einem Metall hergestellt wird und die supraleitenden Leitungen in Kontakt mit dem Kernteil stehen.

Beispiel 4

Leitungen von 1 m Länge, die identisch zu jenen in Beispiel 2 waren, wurden verwendet, um Leiter herzustellen, zum Untersuchen von Wechselstromeigenschaften.
Supraleitende Multifilament-Leitungen wurden auf Aluminiumspiralrohren aufgewickelt, mit Formen ähnlich zu jenen in Figur 1 gezeigten, von 1 m Länge und 28 mm Außendurchmesser, in einer Seite-an-Seite-Weise, um zwei Arten von Einzelschicht-Leitern D bzw. E herzustellen. Die Leitungen wurden mit einem Wicklungsschritt von 250 mm herumgewickelt. 20 Leitungen wurden auf jedem Spiralrohr zusammengefügt, mit einer Anordnung eines Kraftpapiers von 1 mm Breite und 0,1 mm Dicke zwischen den Litzen. Im Leiter D wurde ein Kupferband spiralig auf dem Aluminiumrohr aufgewickelt, so daß die supraleitenden Multifilament-Leitungen darauf in einer Schicht spiralig aufgewickelt waren. In dem anderen Leiter E wurde ein Kupferband auf dem Aluminiumrohr spiralig aufgewickelt, und ein Lumirror-Band (ein Band auf Polyester-Basis) von 0,1 mm Dicke wurde weiter darauf spiralig zur elektrischen Isolierung aufgewickelt. Die supraleitenden Multifilament-Leitungen wurden spiralig auf diesem isolierenden Band in einer Schicht aufgewickelt.
Was jeden der Leiter D und E anbelangt, so wurde der Wechselstromverlust pro Litze in dem Leiter in flüssigem Stickstoff gemessen, um zu bestätigen, daß der Wechselstromverlust des Leiters D fünfmal bie zehnmal so groß wie jener des Leiters E in einem Bereich von nicht mehr als 23 A betrug. Durch dieses Experiment ist es bewiesen bzw. bestätigt worden, daß es möglich ist, die Zunahme von Wechselstromverlust zu unterdrücken, indem man ein isolierendes Material auf einer Oberfläche eines Kernteils zum Zusammenfügen von supraleitenden Leitungen darauf anordnet, wenn das Kernteil aus einem Metall hergestellt ist.

Beispiel 5

Bi&sub2;O&sub3;, PbO, SRCO&sub3;, CaCO&sub3; und CuO wurden miteinander gemischt, um Bi, Pb, Sr, Ca und Cu zu enthalten, in Mischungsverhältnissen von 1,81:0,30:1,92:2,01:3,03. Das gemischte Pulver wurde mehrmals wärmebehandelt, mit Schroten bzw. Zerkleinern nach jeder Wärmebehandlung. Das durch solche Wärmebehandlung und Zerkleinern erhaltene Pulver wurde weiter mittels einer Kugelmühle zerkleinert, um ein Submikron-Pulver zu erhalten. Dieses Pulver wurde für 2 Stunden bei 800ºC wärmebehandelt und in ein Silberrohr von 12 mm Außendurchmesser und 9 mm Innendurchmesser eingefüllt. Nachdem das mit dem Pulver beladene Silberrohr gezogen worden war, wurden eine Vielzahl von Leitungen in ein anderes Silberrohr von 12 mm Außendurchmesser und 9 mm Innendurchmesser eingebracht, um eine Multifilament-Leitung mit 61 Filamenten zu präparieren. Diese Leitung wurde weiter auf eine Breite von 3,0 mm und eine Dicke von 0,22 mm gewalzt und wärmebehandelt Danach wurde die Leitung weiter auf eine Dicke von 0,20 mm gewalzt und wirmebehandelt, und dadurch eine silberbeschichtete bismutoxidische supraleitende Leitung mit 61 Filamenten erhalten. Die Leitung wurde gesintert und in 200 Proben bzw. Stücke von 1 m Länge zerschnitten, welche einer Messung der kritischen Gleichströme unterworfen wurden. Es wurde bestätigt bzw. gemessen, daß die 200 Proben stabile kritische Ströme von 23 ± 2 A zeigten.
Die so erhaltenen Leitungen von 1 m Länge wurden verwendet, um Leiter herzustellen, zur Untersuchung von Wechseistromeigenschaften. Die supraleitenden Multifilament- Leitungen wurden auf FK-Wickelkörper von 1 m Länge und 19 mm Außendurchmesser in einer Seite-an-Seite-Weise in doppelten Schichten spiralig aufgewickelt, um fünf Arten von Zweischicht-Leitern F, G, H, I und J herzustellen. Die Leitungen wurden mit Abständen von 500 mm aufgewickelt.
Im ersten Leiter F wurde kein isolierendes Material zwischen benachbarten supraleitenden Multifilament-Leitungen, die auf dem Wickelkörper zusammengefügt wurden, in der ersten oder zweiten Schicht angeordnet. Weiterhin wurde auch kein isolierendes Material zwischen den ersten und zweiten Schichten angeordnet. 40 Leitungen wurden auf dem Wickelkörper in zwei Schichten dicht herumgewickelt
In dem zweiten Leiter G wurde kein isolierendes Material zwischen den Leitungen, die die erste oder zweite Schicht bildeten, angeordnet. Andererseits wurde ein PPLP- Papier von 30 mm Breite und 0,17 mm Dicke spiralig zwischen den ersten und zweiten Schichten herumgewickelt, um diese Schichten voneinander zu isolieren. 40 supraleitende Multifilament-Leitungen wurden auf den Wickelkörper aufgewikkelt, um zwei Schichten zu bilden.
Im dritten Leiter H wurden Kapton-Bänder (Bänder auf Polyimid-Basis) von 0,5 mm Breite und 0,2 mm Dicke zwischen den supraleitenden Multifilament-Schichten als Abstandshalter eingefügt, zum Bilden von ersten und zweiten Schichten. Weiterhin wurde ein spiralig gewickeltes Kapton-Band von 30 mm Breite und 0,2 mm Dicke zwischen den ersten und zweiten Schichten angeordnet.
Im vierten Leiter I wurde ein Lumirror-Band (Band auf Polyester-Basis) von 5 mm Breite und 0,02 mm Dicke zwischen benachbarten Multifilament-Leitungen in der ersten oder zweiten Schicht gehalten. Dieses Lumirror-Band wurde zwischen den benachbarten supraleitenden Leitungen wie in Figur 7 gezeigt gehalten. Mit anderen Worten, das Lumirror- Band wurde entlang supraleitender Bänder spiralig herumgewickelt, um einen oberen Bereich eines der benachbarten supraleitenden Bänder zu bedecken, während es einen unteren Bereich des anderen supraleitenden Bandes bedeckte. Somit war es möglich, die ersten und zweiten Schichten voneinander zu isolieren, ohne ein isolierendes Band dazwischen anzuordnen.
Im fünften Leiter J wurden supraleitende Multifilament- Leitungen, die zuvor mit Isolierlack bedeckt worden waren, miteinander zusammengefügt, wobei Kapton-Bänder von 3 mm Breite und 0,02 mm Dicke zwischen benachbarten supraleitenden Leitungen in den ersten bzw. zweiten Schichten gehalten wurden. Die isolierenden Bänder wurden zwischen den supraleitenden Leitungen ähnlich zu jenen in Leiter 1 angeordnet.
Der Wechselstromverlust in Bezug auf jeden der Leiter F bis J wurde in flüssigem Stickstoff mit einer Temperatur von ungefähr 77 K mittels eines Speisestromverfahrens gemessen. Der Wechselstromverlust wurde durch das Produkt des Speisestroms und einer Spannung, die mit dem Strom in Phase war, definiert. Jeder der Speiseströme und der Verlustwerte wurde durch die Anzahl der verwendeten Litzen dividiert, um den Wechselstromverlust pro Litze zu berechnen. Wenn Ströme von 20 A pro Litze eingespeist wurden, zeigten die Leiter F, G, H, I und J Wechselstromverlustwerte von 7 mW/m, 1 mW/m, 0,7 mW/m, 0,7 mW/m bzw. 0,7 mW/m. In Bezug auf Bereiche von nicht mehr als 25 A zeigten die Leiter F und G den maximalen bzw. nächsten Verlustwert. In den Leitern H, I und J andererseits blieben die Wechselstromverlustwerte im wesentlichen bei denselben Werten bzw. Höhen in allen Bereichen, wodurch eine Verringerung des Wechselstromverlustes realisiert wurde. Somit ist es bestätigt bzw. gezeigt worden, daß es wirkungsvoll ist, Litzen voneinander zwischen Schichten und in derselben Schicht elektrisch zu isolieren. Konkreter ausgedrückt, die Strukturen der Leiter H, I und J sind weiterhin wirkungsvoll.
Obwohl die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben und veranschaulicht worden ist, versteht es sich klarerweise, daß dies nur zwecks der Veranschaulichung und beispielhaft geschah und nicht als Einschränkung zu verstehen ist, das heißt, der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung wird nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt.

Claims

1. Ein supraleitender Kabelleiter, der einen oxidischen Supraleiter verwendet, wobei der supraleitende Kabelleiter geeignet ist, einen supraleitenden Zustand bei der Temperatur flüssigen Stickstoffs aufrechtzuerhalten, mit:

einem flexiblen langen Kernteil (55, 10, 30, 56), das den supraleitenden Kabelleiter mit Flexibilität ausstattet;

einer Vielzahl von bandförmigen oxidischen supraleitenden Leitungen (51, 71, 71', 11, 11', 31, 33, 35, 37, 41), die spiralig um das Kernteil herumgewickelt sind;

wobei die Vielzahl von bandförmigen supraleitenden Leitungen eine Vielzahl von Schichten (61, 62) bilden, wobei jede ausgebildet wird, indem man eine Vielzahl der bandförmigen supraleitenden Leitungen in einer Seite-an-Seite-Weise herumwickelt,

wobei die Vielzahl von Schichten nacheinander auf dem Kernteil gestapelt werden,

dadurch gekennzeichnet,

daß jede bandförmige supraleitende Leitung eine Vielzahl von Filamenten aufweist, die im wesentlichen aus einem oxidischem Supraleiter bestehen, und ein stabilisierendes Metall, das dieselben bedeckt, und

daß eine elektrisch isolierende Schicht (60, 65, 70, 20, 32, 34, 36, 40) wenigstens zwischen der Vielzahl von Schichten bereitgestellt ist,

wobei die isolierende Schicht gebildet wird, indem man ein isolierendes Band oder Schnur (50, 70, 20) oder eine Vielzahl von bandförmigen oxischen supraleitenden Multifilament-Leitungen (41), die zuvor mit isolierenden Schichten (40) bedeckt wurden, entlang der Längsrichtung des Kernteils spiralig herumwickelt.

2. Ein supraleitender Kabelleiter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von bandförmigen supraleitenden Leitungen auf dem Kernteil mit einer Biegebeanspruchung von nicht mehr als 0,3% herumgewickelt sind.

3. Ein supraleitender Kabelleiter gemäß Anspruch 2, der solch eine Flexibilität aufweist, daß seine Supraleitfähigkeit beim Biegen bis zu einem Biegedurchmesser von 1,5 m nicht wesentlich verschlechtert wird.

4. Ein supraleitender Kabelleiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, der des weiteren eine elektrisch isolierende Schicht (50, 70, 40) zwischen der Vielzahl von bandförmigen supraleitenden Leitungen aufweist, die wenigstens in einer der Vielzahl von Schichten formiert ist.

5. Ein supraleitender Kabelleiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernteil im wesentlichen aus einem Metall besteht, wobei der supraleitende Kabelleiter des weiteren eine elektrisch isolierende Schicht zwischen dem Kernteil und der Schicht aufweist.

6. Ein supraleitender Kabelleiter gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende Schicht mittels einem isolierenden Band (70) gebildet ist,

wobei das isolierende Band (70) zwischen benachbarten bandförmigen supraleitenden Leitungen (71, 71'), die in wenigstens einer der Vielzahl von Schichten formiert sind, gehalten wird und entlang der benachbarten supraleitenden Leitungen spiralig herumgewickelt ist, um eine Hauptober- fläche (71a) einer (71) der benachbarten supraleitenden Leitungen (71, 71') auf der Seite des Kernteils und eine Hauptoberfläche (71'b) der anderen supraleitenden Leitung (71'), die vom Kernteil abgewandt ist, in Paaren von gegenüberliegenden Hauptflächen der jeweiligen Leitungen zu bedecken.

7. Ein supraleitender Kabelleiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernteil ein Metallrohr ist, das eine spiralige Nut besitzt, oder eine Faltenbalgmetallröhre.

8. Ein supraleitender Kabelleiter gemäß Anspruch 7, der des weiteren ein Metallband aufweist, das auf dem Kernteil spiralig herumgewickelt ist, und ein isolierendes Band, das auf einer glatten Oberfläche, die durch das Metallband gebildet wird, spiralig herumgewickelt ist,

wobei die bandförmigen oxidischen supraleitenden Multifilament-Leitungen auf dem isolierenden Band spiralig herumgewickelt sind.

9. Ein supraleitender Kabelleiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filamente (2) in den bandförmigen oxidischen supraleitenden Multifilament-Leitungen (1) verdrillt sind.

10. Ein supraleitender Kabelleiter gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

das flexible lange Kernteil (55, 10, 30, 56) aus Metall besteht,

die Vielzahl von bandförmigen oxischen supraleitenden Multifilament-Leitungen (51, 71, 71', 11, 11', 31, 33, 35, 37, 41) auf dem Kernteil ebenfalls mit einer Straffheit von nicht mehr als 20 N (2 kgf) spiralig herumgewickelt sind, und

die isolierende Schicht ebenfalls zwischen den bandförmigen supraleitenden Leitungen und dem Kernteil bereitgestellt ist.

11. Ein supraleitender Kabelleiter gemäß Anspruch 10, der solch eine Flexibilität aufweist, daß seine Supraleitfähigkeit beim Biegen bis zu einem Biegedurchmesser von 1,5 m nicht wesentlich verschlechtert wird.

12. Ein supraleitender Kabelleiter gemäß Anspruch 10 oder 11, der des weiteren eine elektrisch isolierende Schicht (50, 70, 40) zwischen der Vielzahl von bandförmigen supraleitenden Leitungen aufweist, die wenigstens in einer der Vielzahl von Schichten formiert ist.

13. Ein supraleitender Kabelleiter gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende Schicht mittels einem isolierenden Band (70) gebildet ist,

wobei das isolierende Band (70) zwischen benachbarten bandförmigen supraleitenden Leitungen (71, 71'), die in wenigstens einer der Vielzahl von Schichten formiert sind, gehalten wird und entlang der benachbarten supraleitenden Leitungen spiralig herumgewickelt ist, um eine Hauptoberfläche (71a) einer (71) der benachbarten supraleitenden Leitungen (71, 71') auf der Seite des Kernteils und eine Hauptoberfläche (71'b) der anderen supraleitenden Leitung (71'), die vom Kernteil abgewandt ist, in Paaren von gegenüberliegenden Hauptflächen der jeweiligen Leitungen zu bedecken.

14. Ein supraleitender Kabelleiter gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernteil ein Metallrohr ist, das eine spiralige Nut besitzt, oder eine Faltenbalgmetallröhre.

15. Ein supraleitender Kabelleiter gemäß Anspruch 14, der des weiteren ein Metallband aufweist, das auf dem Kernteil spiralig herumgewickelt ist, und ein isolierendes Band, das auf einer glatten Oberfläche, die durch das Metallband gebildet wird, spiralig herumgewickelt ist, wobei die bandförmigen oxidischen supraleitenden Multifilament-Leitungen auf dem isolierenden Band spiralig herumgewickelt sind.

16. Ein supraleitender Kabelleiter gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Filamente (2) in den bandförmigen oxidischen supraleitenden Multifilament-Leitungen (1) verdrillt sind.

17. Verwendung eines supraleitenden Kabelleiters gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der supraleitende Kabelleiter als ein Wechselstromleiter verwendet wird.