DE8014704U1 - Gasgekühlter elektrischer Leiter - Google Patents

Description

Beschreibung:

Die Neuerung betrifft einen gasgekühlten elektrischen Leiter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Stromversorgung von supraleitenden Strukturen wie z.B. Magnete, Speicher und Kabel, die supraleitende Werkstoffe enthalten, die beispielsweise mit flüssigem Helium auf unterhalb ihrer Sprungtemperatur liegende Temperaturen gekühlt werden, erfordert eine normalleitende Verbindung zu einer vorzugsweise auf Raumtempera tür befindlichen Stromversorgungseinrichtung. Diese normalleitende Verbindung, zwischen deren Anschlußstellen eine betriebsmäßige Temperaturdifferenz von etwa 300 K besteht, erfordert den elektrischen Leiter betreffende Maßnahmen zum möglichst weitgehenden Herab setzen der Wärmebelastung der Tieftemperatureinrichtungen und gleichzeitig zum Erhöhen der mechanischen Stabilität bei Strombelastungen im kA-Bereich und zur elektrischen Überlastbarkeit im Störungsfall.

Dabei soll insbesondere das Kühlgas so mit dem Leiter und dessen den Wärmeaustausch bewirkenden Kühlflächen in Kontakt stehen, daß eine hohe Effektivität der Leiterkühlung erreicht wird, eine minimale Wärmebelastung am kalten Ende sichergestellt ist, der Strömungswiderstand möglichst gering ist und eine hohe mechanische Stabilität auch bei größeren Längen zwischen kaltem und warmem Ende gesichert ist.

Zum Erfüllen dieser Erfordernisse ist es bekannt, (The Review of Scientific Instruments, Vol. 38, No. 12 (1967) p. 1776 - 1779) silberplattierte Kupferdrähte röhrenförmig zu weben, jedes Röhrchen mit Teflon zu umhüllen und eine Vielzahl derselben in einem Hüllrohr anzuordnen und als Kühlmittel verdampfendes Helium durchzuleiten.

Bei einer anderen bekannten Leiterkonstruktion (Proceeding of the ICEC 3 (1970), p. 187 - 191) besteht der Leiter aus einem Rundkupferstab, dessen Randbereich parallel zueinander angeordnete Einstiche aufweist, so daß auf dem die Stromleitung übernehmenden Kernbereich angeordnete ringförmige Kühlrippen gebildet sind. Der Gasdurchgang in Längsrichtung des von einem Hüllrohr umgebenen Leiters wird ermöglicht durch in den Kühlrippen angeordnete,in einem Durchmesser liegende radiale Ausschnitte, die in der jeweils folgenden Kühlrippe um 90° versetzt sind.

Es ist ferner bekannt (DE-PS 25 15 477), auf ein Gewebe aus Kupferdrähten eine Vielzahl von Kupferblechstreifen und Kupferbändern aufzulöten und zu einem stabförmigen Leiter aufzurollen.

Ein anderer bekannter Leiter für supraleitende Magnete (Cryogenics (1975), p. 610 - 611) besteht aus einem Messing- oder Kupferstab, dessen Außenseite so bearbeitet ist, daß ein spiralförmiger Kühlkanal entsteht, der nach außen durch ein Hüllrohr abgeschlossen ist.

■ II ■

Die Nachteile dieser bekannten Einrichtungen bestehen insbesondere in dem teilweise sehr komplizierten und arbeitsaufwendigen Herstellungsverfahren und darin, daß die für die Kühlung benützten Strukturen den Wärmetransport begünstigen.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gasgekühlten elektrischen Leiter zu entwickeln, dessen Herstellung mit geringem Aufwand möglich ist, dessen Länge ca. 2m beträgt, der einen Strom von maximal 10 kA übertragen kann, dessen Temperatur bei Ausfall der Kühlung, d.h. bei linearer Erniedrigung des Stromes von 10 kA auf 0 in 5 min., nicht über 350 K ansteigt, der bis etwa 5 kV hochspannungsfest ist, dessen Kühleinrichtung einen geringen Druckabfall im Kühlgas sicherstellt und gleichzeitig einen guten Wärmeaustausch zwischen Stromleiter und Kühlgas ermöglicht, ohne den Wärmetransport zu begünstigen und dessen Aufbau eine hohe mechanische Stabilität gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einem gasgekühlten elektrischen Leiter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die in dessen Kennzeichen genannten Merkmale gelöst.

Die in.it der Neuerung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit vergleichsweise geringem Arbeitsaufwand und einfachen Mitteln ein gasgekühlter elektrischer Leiter herstellbar ist, der alle gestellten Anforderungen mit hoher Zuverlässigkeit erfüllen kann und dennoch preisgünstiger herstellbar ist als die bekannten Einrichtungen.

Ein Ausführungsbeispiel eines gasgekühlten elektrischen Leiters mit den Merkmalen des Anspruches 1 ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Leitung des elektrischen Stromes I erfolgt ausschließlich über den Kernbereich 1 des aus Kupfer bestehenden Leiters. Dieser Kernbereich 1 hat einen Kreisquerschnitt mit einem Durchmesser von ca. 30 mm. Mit dem Kernbereich 1 sind Kühlsegmente 2 verbunden, deren äußere Begrenzungsflächen aus Teilen der Mantelfläche eines Kreiszylinders mit einem Durchmesser von etwa 50 mm bestehen.

Die Kühlsegmente 2 sind dadurch erzeugt, daß in dem Randbereich des Kreiszylinders, dessen Tiefe durch die

ersten Oberfläche des Kernbereichs 1 bestimmt ist, ein einer/

Schraubenlinie folgender erster Einschnitt 3 in der

zweiten Art eines Rechtsgewindes und ein einer/Schraubenlinie folgender zweiter Einschnitt 4 in der Art eines Linksgewindes durch spangeber.de Verformung eingearbeitet ist.

Dabei hat der erste Einschnitt 3 eine erste Steigung α und der zweite Einschnitt 4 eine zweite Steigung ß Φ α.

Dadurch ergibt sich eine Vielzahl unterschiedlich geformter Kühlsegmente 2, deren gegenseitige Übergänge, also deren Verbindungen in Richtung der Leiterachse 5, ebenfalls einer Schraubenlinie folgend jeweils gegen

einen vorangehenden Übergang versetzt sind. Diese Konfiguration erzwingt einen ständig seine Richtung ändernden Kühlgasstrom und erhöht den Kühleffekt. Außerdem verhindern diese Kühlsegmente 2 einen außerhalb des Kernbereiches 1 stattfindenden Wärmetransport. Die Schnittflächen 6 der Kühlsegmente 2 entsprechen in ihrer Grundstruktur denjenigen eines Flachgewindes.

Kühleffekt, Wärme- und Stromtransport können leicht modifiziert werden durch Änderungen der Steigung und/ oder der Breite und Tiefe der Einschnitte.

Der Leiter ist von einem Hüllrohr 7 aus einem nichtrostenden Stahl geringer Wärmeleitfähigkeit eingeschlossen, dessen Wandstärke 2 mm beträgt.

Claims (2)

1. Gasgekühlter elektrischer Leiter zum Übertragen eines elektrischen Stromes im kA-Bereich von einer auf Raumtemperatur (300 K) betriebenen Stromversorgungseinrichtung auf eine supraleitende, z.B. durch flüssiges Helium (4 K) gekühlte Struktur mit einem metallischen Leiter, dessen Oberfläche durch verdampfendes flüssiges Kühlmittel der supraleitenden Struktur gekühlt.wird, wobei die mit dem Kühlgas in Kontakt stehende Oberfläche des Leiters durch zweckentsprechend geformte Einschnitte oder durch Metallgewebestrukturen optimiert und der Leiter mit den Kühlkanälen von einem Hüllrohr eingeschlossen ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Leiter als massiver Kreisquerschnitt aufweisender Stab aus einem Leiterwerkstoff ausgebildet ist, dessen Randbereich mindestens einen über die

ersten

ganze Länge des Leiters geführten, einer/Schraubenlinie folgenden ersten Einschnitt (3) in der Art eines Rechtsgewindes und mindestens einen über die

zweiten

ganze Länge des Leiters geführten, einer/Schraubenlinie folgenden zweiten Einschnitt (4) in der Art

eines Linksgewindes aufweist

und daß der erste Einschnitt/eine vorbestimmte er-

(4)

ste Steigung· (α) _und der zweite Einschnitt/eine vorbestimmte zweite Steigung (ß) aufweist, die von

der ersten Steigung (α) verschieden ist.

2. Gasgekühlter elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Kühlkanäle das Kühlgas führenden ersten und zweiten Einschnitte (3, 4) von den Wärmeaustausch bewirkenden Kühlsegmenten (2) begrenzt sind, deren Schnittflächen (6) in ihrer Grundstruktur denen eines Spitz-, Rund-, Trapez-, Flach- oder Sägengewindes entsprechen.