DE19729987C1

DE19729987C1 - Stromzuführung

Info

Publication number: DE19729987C1
Application number: DE1997129987
Authority: DE
Inventors: Michael Gehring; Holger Scheller; Frank N Dr Werfel
Original assignee: KRC Umwelttechnik GmbH
Current assignee: Bilfinger Noell GmbH
Priority date: 1997-07-12
Filing date: 1997-07-12
Publication date: 1998-12-10
Anticipated expiration: 2017-07-13

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromzuführung entsprechend dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches. Diese Stromzuführung mit integrierter Sicherungsleitung zur Zuführung eines Gleich- oder Wechselstromes für ein tieferliegendes Temperaturniveau, setzt sich aus zwei Teilsystemen zusammen, wobei das erste Teilsystem mittels eines Normalleiters den Strom auf ein mittleres Temperaturniveau und das zweite Teilsystem den Strom auf ein tiefes Temperaturniveau bringt.

Die Erfindung ist überall dort anwendbar, wo derartige Stromzuführungen vorhanden sind, ein geringer Wärmeeintrag gewünscht ist und eine hohe Sicherheit im Quenchfall bei kompakter Bauweise der Anlage und hoher Betriebssicherheit gewährleistet sein muß.

Der Stand der Technik zur oben genannten Erfindung ist aus verschiedenen Veröffentlichungen in der Fachpresse bekannt. So ist beispielsweise aus VDI-Statusseminar Köln, 1996 "Supraleitung und Tieftemperaturtechnik", J. Bock et al. eine Stromzuführung bekannt, die hochtemperatursupraleitende Leiter einsetzt, um hohe Ströme auf ein Temperaturniveau von 4.2 K zu bringen. Die Sicherung gegen Zerstörung des Elements im Falle einer Zerstörung der Hochtemperatur Supraleiter (HTSC)-Elemente wird von einem außerhalb des Systems parallel geschaltetem Metallshunt übernommen. In der DE 44 30 408 A1 wird vorgeschlagen, eine Metallhülse als Shunt einzusetzen. Der Einsatz eines normalleitenden Shunts hat zur Folge, daß große Mengen Metall benötigt werden, um die durch ohmsche Heizung freigesetzte Wärme aufzunehmen und dabei die Zerstörung des Shunts und damit der Gesamtanlage zu vermeiden. Dies wiederum hat zur Folge, daß eine so konstruierte Stromzuführung nicht eingesetzt werden kann, wenn nur sehr wenig Raum für die Stromzuführung am Einsatzort zur Verfügung steht. Aber selbst wenn genügend Raum zur Verfügung steht, bedingt der Metallshunt einen erhöhten Wärmefluß in das Tieftemperaturniveau, der unter allen Umständen nachteilig für die zur Aufrechterhaltung der tiefen Temperatur einzusetzende Energie ist. Bei dieser Art der Stromzuführungen führt ein Defekt zwangsläufig zu einem Ausfall der Gesamtanlage, da der Shunt aus technischen Gründen nur zur Aufnahme des abklingenden Stroms ausgelegt wird.

Aus US 5,432,297 ist eine Stromzuführung bekannt, bei der der normalleitende Sicherungsleiter helikal das stromtragende Element umgibt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannten Stromzuführungen im Hinblick auf den Stand der Technik dahingehend zu verbessern, daß bei geringem Platzbedarf und einem geringen Wärmeeintrag in das Tieftemperaturniveau eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet wird, wobei weiterhin die Stromzuführung so ausgelegt werden kann, daß im Fall eines Defektes der stromführenden Einheit die Anlage nicht ausfällt.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, daß elektrisch parallel zum Stromleiter ein weiterer Leiter aus supraleitendem Material geschaltet ist, der im Fall eines Defektes des stromtragenden Elementes dessen Funktion übernimmt.

Dieser Sicherungsleiter, der parallel angeordnet ist, ist mit einem Schalter zu versehen, der vorteilhafterweise vor dem Sicherungsleiter angeordnet ist. Der Schalter kann als aktiver und als passiver Schalter ausgebildet sein.

Vorteilhaft ist es, diesen Schalter als temperatursensitives Element auszubilden. Es ist auch denkbar, den Schalter als stromstärkeabhängiges Element auszubilden oder ein kontaktwiderstandabhängiges Element für den Schalter zu verwenden. Des weiteren kann das kontaktwiderstandsabhängige Element, der Kontaktwiderstand des hochtemperatursuperleitendenden Kontaktelementes sein oder seine Eigenschaft des HTSC-Materials.

Der parallel geschaltete Sicherungsleiter kann als Hochtemperatursupraleiter ode als Tieftemperatursupraleiter ausgebildet sein.

Vorteilhaft ist es, ihn als YBCO-HTSC Element auszubilden.

Das stromtragende Element kann aus tieftemperatursupraleitenden Komponenten ausgebildet sein, wobei der Sicherungsleiter als YBCO-HTSC Element ausgebildet ist.

Die Leiter können in vorteilhafter Weise auch als ein Wismut-Strontium- Kalzium-Kupfer-Oxid (BSCCO) Leiter ausgebildet werden.

Dadurch, daß gemäß der Erfindung neben dem stromtragenden Leiter ein elektrisch parallel geschalteter HTSC Leiter vorhanden ist, der z. B. über einen erhöhten Widerstand angekoppelt ist, kann sehr vorteilhaft ein Schutz der Gesamtanlage erreicht werden, da im Falle eines Defektes der stromführenden Einheit der parallel geschaltete Supraleiter direkt, sofort und ohne externe Triggerung den Strom übernimmt. Inhärent sorgt diese Anordnung auch dafür, daß das eigentliche stromführende Element im Falle eines Quenchs nicht überhitzt wird und damit seine supraleitenden Eigenschaften irreversibel verliert. Weiterhin wird durch den erfindungsgemäßen Einsatz des parallelen Supraleiters der Wärmeeintrag in das Tieftemperaturniveau drastisch verringert, da ein normalleitender Schutzleiter, der den gegebenen Strom aufnehmen soll, einen sehr geringen Wärmewiderstand darstellt. Da außerdem die geometrischen Abmessungen der in diesem Fall einzusetzenden Normalleiter erheblich größer sind als die der erfindungsgemäß eingesetzten Supraleiter, lassen sich die Gesamtaußenmaße der Stromzuführung erheblich reduzieren. Darüber hinaus stellen die elektrisch parallel geschalteten supraleitenden Elemente bei mehreren parallel geschalteten Stromzuführungen im Falle eines Defektes einer oder mehrerer Stromzuführungen eine Sicherheitsreserve dar, die die Gesamtanlage vor großen Schäden bewahrt. Dadurch wird zusätzlich die Betriebssicherheit der Gesamtanlage erhöht, da im Fall eines Defektes der stromführenden Einheit nicht sofort die Gesamtanlage außer Betrieb genommen werden muß.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Sicherungsleiter nicht nur geometrisch parallel zu der Stromzuführung angeordnet sein. Eine erheblich kompaktere Bauweise läßt sich erreichen, wenn der Sicherungsleiter helikal um die Stromzuführung gewickelt ist. Dies sorgt außerdem für eine weitere Verringerung des Wärmeeintrags in das Tieftemperaturniveau.

Im Folgenden soll die Erfindung an zwei Figuren und einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

Fig. 1: Die erfindungsgemäße Stromzuführung mit elektrisch und geometrisch parallel zum stromtragenden Element angeordnetem Sicherungsleiter.

Fig. 2: Die Stromzuführung helikal um das stromtragende Element gewickelt.

Die Fig. 1 zeigt die gesicherte Stromzuführung mit einem elektrisch und geometrisch parallel zum stromtragenden Element 3 angeordneten Sicherungsleiter 5. Diese einfache Anordnung ermöglicht eine kostengünstige Konstruktion der Stromzuführung und wird insbesondere bei sehr hohen Stromstärken einzusetzen sein. Dabei ist die Ausführung des Schalters 4 nur vom gewünschten Einsatz der Stromzuführung abhängig. Er läßt sich je nach Gegebenheit z. B. durch einen gegenüber dem stromtragenden Element 3 deutlich erhöhten Kontaktwiderstand oder durch eine von außen beeinflußbare elektrische Schaltung oder durch geeignete Wahl der Materialien als ein temperatursensitiver Schalter 4 ausführen. Beide Leitersysteme sind über entsprechende Kontaktstücke 2, 6 an den normalleitenden Teil 1 und den im Tieftemperaturniveau leitenden Teil 7 angekoppelt.

In Abänderung dieser Anordnung läßt sich der Schutzleiter auch helikal um das stromtragende Element 3 wickeln (Fig. 2). Insbesondere wenn ein sehr niedriger Wärmeeintrag in das Tieftemperaturniveau angestrebt wird, löst diese Konstruktion durch die erhebliche Verlängerung des Wärmediffusionsweges die gestellte Aufgabe. Diese Anordnung kann auch die Maße der für die Kontaktierung des supraleitenden Elements 3 an den normalleitenden Teil 1 und den im Tieftemperaturniveau leitenden Teil 7 nötigen Elemente 2, 6 deutlich herabsetzen und somit eine kompaktere Bauweise der gesamten Stromzuführung herbeiführen. Die im vorigen Abschnitt über den Schalter 4 getroffenen Aussagen gelten entsprechend.

Darüber hinaus kann der Wärmeeintrag in das Tieftemperaturniveau sehr vorteilhaft minimiert werden, wenn sowohl das Leiter- als auch das Schutzelement helikal ausgebildet sind.

Da es sich im vorliegenden Fall um Beispiele handelt, braucht nicht gesondert darauf hingewiesen zu werden, daß die endgültige geometrische Form der Leiterelemente im Einzelfall nach den gegebenen Randbedingungen von Wärmeeintrag, Transportstrom, gewähltem Supraleitermaterial und den geometrischen Abmaßen der Stromzuführung gestaltet werden kann.

Bezugszeichenliste

1

Normal leitendes Teil

2

Kontaktstück

3

Stromtragendes Element

4

Schalter

5

Sicherungsleiter

6

Kontaktstück

7

Leitendes Teil im Tieftemperaturniveau

Claims

1. Stromzuführung zur Zuführung eines Stromes von einem hohen auf ein tiefliegendes Temperaturniveau aus zwei Teilsystemen, wobei das erste Teilsystem mittels eines Normalleiters den Strom auf ein mittleres Temperaturniveau und das zweite Teilsystem, das den Strom auf das tiefliegende Temperaturniveau bringt, zwischen zwei Kontaktstücken (2, 6) ein den Strom tragendes, supraleitendes Element (3) und einen parallel dazu geschalteten Sicherungsleiter (5) aufweist, der im Fall eines Defektes des den Strom tragenden Elementes (3) dessen Funktion übernimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsleiter aus supraleitendem Material besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Sicherungsleiter (5) ein Schalter (4) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Sicherungsleiter (5) ein Schalter (4) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (4) ein aktiver Schalter ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (4) ein temperatursensitives Element ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (4) ein stromstärkeabhängiges Element darstellt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (4) ein kontaktwiderstandsabhängiges Element darstellt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das stromtragende Element (3) und/oder der parallel geschaltete Sicherungsleiter (5) hochtemperatursupraleitend (HTSC) oder tieftemperatursupraleitend (LTSC) sind.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als stromtragendes Element (3) oder Sicherungsleiter (5) ein YBCO-HTSC Element angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das stromtragende Element (3) aus LTSC Komponenten und der Sicherungsleiter (5) aus YBCO-HTSC-Komponenten besteht.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der HTSC Leiter ein Leiter des Wismut-Strontium-Kalzium-Kupfer Oxid (BSCCO)-Types ist.