DE2043445A1

DE2043445A1 - Anordnung zur Halterung eines oder mehrerer supraleitfähiger Leiterstrange im Innern eines tiefstgekuhlten Kabels

Info

Publication number: DE2043445A1
Application number: DE19702043445
Authority: DE
Inventors: Wolfram 8012 Ottobrunn Gnesinger
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1970-09-02
Filing date: 1970-09-02
Publication date: 1972-03-09
Also published as: US3735018A; JPS5028639B1

Description

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Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

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27. 8. 1970

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. Em 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 Tempera türgefalles mit flüssigem Stickstoff gefüllt

ist. üer Zwischenraum vom dritten zum letzten, auf liauTiitemperatur stehenden Rohr kann wiederum evakuiert sein. Der Leiterstrang kann bei aolchen Kabeln aus zwei konzentrischen Trägern bestehen, von denen der innere an seiner Außenfläche und der äußere an seiner Innenfläche mit einer supraleitenden Schicht versehen ist.

Bekannt ist es auch bereits, statt eines einzigen Leiterstranges mit Leitern großen Querschnittes mehrere elektrisch parallel geschaltete Leitungsstränge mit Leitern geringeren Querschnittes zu wählen. Als supra-

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leitende Materialien sind beispielsweise Blei, Niobium und einige Moblegierungen bekannt geworden. Die Leiterstränge des supraleitenden Kabels können aus einem dieser Materialien bestehen oder, da die Energieübertragung beispielsweise durch Stromverdrängung in einer dünnen Schicht an der Oberfläche erfolgt, auch aus anderen Materialien aus Metall oder Kunststoff bestehen, die mit einer dünnen Schicht eines supraleitenden Materials überzogen sind. Diese Schicht kann durch Elektrolyse, durch Aufdampfen oder auch beispielsweise durch Aufbringen eines dünnen Metallbandes, dessen Kanten miteinander verschweißt werden, erfolgen.

Zur Zentrierung und Abstützung solcher supraleitfähiger Leiterstränge sind bereits Abstandhalter vorgeschlagen worden, die aus wendeiförmigen Stegen bestehen. Solche Wendeln bilden jedoch infolge des von innen nach außen gerichteten Temperaturgefälles eine ununterbrochene wärmeleitende Brücke zwischen den konzentrischen Rohren. Darüber hinaus können beim Betrieb des Kabels bisher bekannte Abstandhalter auch dadurch zu Schwierigkeiten führen, daß die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der metallischen Leiter bzw. der sie umgebenden Rohre und der die Halterung der Leiter bewirkenden z. B. aus Kunststoff bestehenden Abstandhalter nur in ungenügendem Maße berücksichtigt sinda

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein supraleitendes Kabel zu schaffen, bei dem die supraleitfähigen Stränge im Innersten mehrerer konzentrischer Rohre gehalten werden, ohne daß bei der Fertigung, bei der Verlegung sowie dem Traneport und vor allen Dingen beim Betrieb eine Verschiebung der ursprünglichen Lage der Leiterstränge möglich ist. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Anordnung zur Halterung eines oder mehrerer supraleit-

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fähiger Leiterstränge im Innern eines aus konzentrischen Rohren als Wärmeschutz aufgebauten tiefstgekühlten Kabels vor. Gemäß der Erfindung dienen zur Halterung der Leiterstränge infolge von Materialauswahl und/oder äußerer Abmessungen geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisende in Abständen auf den Leitersträngen angeordnete Abstandhalter mit exzentrisch zur Kabellängsachse vorgesehener Abstützung für den oder die durchgehenden Leiterstränge. Hierdurch ist sichergestellt, daß der Leiter oder auch die Leiter eines supraleitenden Kabels sowohl bei der Verlegung und Normaltemperatur wie auch im Betrieb bei Tiefsttemperatur durch die Abstandhalter unverrückbar so festgehalten werden, daß die durch thermische Kontraktion im Leiter entstehenden Kräfte kompensiert werden.

In Durchführung der Erfindung werden vorteilhaft Abstandhalter in Form materialarmer Scheiben verwendet, die exzentrisch zur Kabellängsachse mit einer oder mehreren Bohrungen oder Schlitzen versehen sind. Diese Scheiben werden vorteilhaft in bestimmten Abständen gegeneinander, beispielsweise um 180°,verdreht_r angeordnet, so daß der über die starren Abstützungen der Scheiben geführte Leiter bei Normaltemperatur, d. h. bei der Verlegung, beim Transport u. dgl. eine Zickzacklinie bildet. Beim Betrieb des Kabels und den damit verbundenen tiefen Temperaturen werden die durch thermische Kontraktion im Leiter und in den Scheiben entstehenden Kräfte kompensiert, so daß auch im Betriebszustand des Kabels der oder die Leiter im Innern der konzentrischen Rohre spannungsfrei gehalten werden· Dabei ist es erforderlich, daß der Abstand der Bohrungen oder Schlitze von der Kabellängsachse und der Abstand der Scheiben voneinander so gewählt wird, daß sich Kontraktion der Scheibe und die des Leiters bei Betriebstemperatur ausgleichen, so daß der Leiter dann gerade gerichtet ist,

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ohne daß jedoch nennenswerte Zugkräfte, beispielsweise auf die Endverschlüsse oder radiale Kräfte in Krümmungen des Kabels entstehen.

Um eine starre Abstützung der einzelnen Leiterstränge im Bereich der Abstandhalter sicherzustellen, wird man zweckmäßig die äußeren Abmessungen der starren Abstützungen für den oder die leiterstränge um ein geringes kleiner als die Abmessungen des oder der Leiterstränge wählen. Werden zur Erhöhung der Flexibilität des tiefstgekühlten Kabels bzw. zur Fertigung praktisch endloser Länge Rohre verwendet, die Zo B. mit einer wendeiförmigen Y/ellung versehen sind, dann wird man vorteilhaft Abstandhalter für die supraleitfähigen Stränge einsetzen, deren äußere Form einer Teilwendel des umgebenden Rohres entspricht. Die Abstandhalter sind dabei vorteilhaft so vorgeformt, daß sie sich in die Wellentäler des Mantels einschmiegen, ohne Spannungen ausgesetzt zu sein.

Für die Herstellung eines supraleitenden Kabels aus konzentrischen, mit einer wendeiförmigen Wellung versehenen Rohren und einer Abstandhalterung nach der Erfindung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, bei Beginn der Fertigung am Anfang des Leiters mehrere Abstandhalter in kurzem Abstand z. B. mit zweifacher Wellsteigung aufzusetzen, damit bei Einführung des Leiters in den Wellmantel seine Lage sicher fixiert wird. Ist das erfolgt, können die folgenden Abstandhalter durch eine automatische Vorrichtung in gleichbleibenden Abständen, die stets ein mehrfaches der Wellsteigung betragen, aufgesetzt werden.

Die Erfindung sei anhand des in den Figuren 1 und 2 als Ausführungsbeispiel dargestellten Einleiterkabels aus konzentrisch zueinander angeordneten gewellten Rohren näher erläutert.

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Zum Betrieb eines aus konzentrisch zueinander angeordneten gewellten Rohren bestehenden elektrischen Kabels in supraleitendem Zustand befindet sich in dem innersten Rohr 1, das, wie in Figur 1 dargestellt, mit einer wendelförmig verlaufenden Wellung versehen ist, beispielsweise flüssiges Helium mit einer Temperatur von etwa 4° K. Innerhalb dieses Rohres 1 ist der leiterstrang 2 aus einem supraleitenden Material, beispielsweise aue einer Nioblegierung angeordnet. Um sicherzustellen, daß der Leiter sowohl bei der Verlegung, d.h. bei normalen Temperaturen, als auch im Betrieb, das sind die Temperaturen im Supraleiterbereich, unverrückbar in seiner Lage gehalten wird, sind die in Abstand zueinander angeordneten scheibenförmigen isolierenden Abstandhalter 3 vorgesehen, die, wie insbesondere aus der Figur 2 ersichtlich, eine zur Kabellängsachse exzentrisch angeordnete starre Abstützung für den Leiterstrang 2 aufweisen. Diese scheibenförmi*- gen Abstandhalter 3 werden in bestimmten Abständen z. B. um 180° gegeneinander versetzt auf den Leiter aufgesteckt, so daß der Leiter 2 die in der Figur 1 angedeutete Zickzacklinie beschreibt. Darüber hinaus sind die Abstandhalter 3 so vorgeformt, daß sie sich in die Wellentäler des Wellrohres 1 einschmiegen, ohne Spannungen ausgesetzt zu sein.

Sind mehrere supraleitende Stränge im Innern des Rohre» 1 vorgesehen, dann wird der Abstandhalter entsprechend exzentrisch zur Kabellängsachse angeordnete starre Abstützungen für jeden Leiterstrang aufweisen. Unabhängig davon jjedooh, ob es sich um ein Ein- oder Mehrleiterkabel für den Betrieb bei tiefen Temperaturen handelt, ist, da die Soheiben, die zur Abstandhalterung verwendet werden, fest auf den Leiter aufgesetzt werden, eine kontinuierliche und vollautomatische fertigung möglioh. Darüber hinaus wird der Leiter auch beim Auf- und Abtrommeln und bei der Verlegung sicher in

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seiner Lage gehalten und die Kontraktion des Leiters bei Betriebstemperaturen wird weitgehend kompensiert. Es entstehen damit keine nennenswerten axialen Kräfte, die durch zusätzliche Maßnahmen, beispielsweise in den EndverschlüB-sen, aufgefangen werden müßten.

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Claims

Kabel- und Metallwerke Grutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

1 1075 28. 8. 70

Patentansprüche

nordnung zur Halterung eines oder mehrerer supraleitfahiger Leiterstränge im Innern eines aus insbesondere gewellten konzentrischen Rohren als Wärmeschutz aufgebauten tiefstgekühlten Kabels, gekennzeichnet durch infolge von Materialauswahl und/oder äußerer Abmessungen geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisende, in Abständen auf den Leitersträngen angeordnete isolierende Abstandhalter mit exzentrisch zur Kabellängsachse vorgesehener starrer Abstützung für den oder die durchgehenden Leiterstränge.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Abstandhalter längs der Kabelachse jeweils in bezug auf die exzentrisch angebrachte starre Abstützung gegeneinander,beispielsweise um 180°. verdreht^angeordnet sind«
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Abmessungen der starren Abstützung für den oder die Leiterstränge um ein geringes kleiner als die Abmessungen des oder der Leiterstränge sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandhalter materialarme Isolierscheiben mit exzentrisch zur Kabellängsachse angeordneten Bohrungen oder Schlitzen verwendet sind.
5. Anordnung nach Anspruch 1 aus konzentrischen Rohren mit wendelförmig verlaufender Wellung, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Form der Abstandhalter einer Teilwendel entspricht. 209811/0869

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