DE2163270C2 - Stromzuführung für elektrische Einrichtungen mit auf Tieftemperatur gekühlten Leitern - Google Patents
Stromzuführung für elektrische Einrichtungen mit auf Tieftemperatur gekühlten LeiternInfo
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Description
möglich, weil Heliumgas von etwa 300° K eine sehr
55 niedrige Durchschlagsspannung besitzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine abgasgekühlte Stromzuführung so zu gestalten, daß
Die Erfindung betrifft eine Stromzuführung für sie mit hoher Spannung betrieben werden kann und
elektrische Einrichtungen mit auf Tieftemperatur ge- eine Übertragung des Kühlgases zur Kältemaschine
kühlten Leitern, deren Ende an einem Normalleiter 60 mit wirtschaftlichem Aufwand möglich ist. In der beangeschlossen
ist, der in einem Gasstrom eines ver- kannten Anordnung werden in der Abgasleitung zwidampften
Kühlmediums angeordnet ist. sehen der oberen Kontaktstelle des Normalleiters mit
Bei elektrischen Einrichtungen mit auf Tieftempc- der Stromversorgung und der Kältemaschine durch
ratur gekühlten Leitern muß häufig elektrischer das elektrische Feld freie Ladungsträger gebildet, deStrom
dem auf die tiefe Temperatur gekühlten Leiter 65 ren Zahl wesentlich bestimmt wird von dem Potenvon
einer auf höherre Temperatur, insbesondere auf tialgefälle und der Länge der Gasleitung. Eine hoch-Raumlemperalur,
befindlichen Stelle zugeführt wer- spannungsfeste Stromzuführung erfordert deshalb
den. Insbesondere gilt dies für elektrische E;nrich- eine entsprechend lange Gasleitung. In einer langen
Gasleitung wird aber durch den bekannten Lawinen- Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf
effekt eine hohe Zahl von Ladungsträgern erzeugt, die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausfüh-
die wiederum eine entsprechende Verminderung der rungsbeispiel einer Stromzuführung nach der Erfin-
Durchschlagsfestigkeit des Gases zur Folge haben. dung schematisch veranschaulicht ist. In der Figur ist
Es ist somit nicht möglich, einen hohen Potential- 5 das Ende.eines Supraleiters mit 2, ein Anschlußstück
unterschied allein durch entsprechende Verlange- des Supraleiters an einen Normalleiter mit 4 und ein
rung der Gasleitung zu überbrücken. · Kühlmediumbad mit 6 bezeichnet, das beispielsweise
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß Helium enthalten soll. Ein Behälter für das Heliumdie
Durchschlagsfestigkeit des Kühlgases wesentlich bad 6 ist mit 8 bezeichnet; er schließt zugleich ein aus
erhöht werden kann, wenn die Zahi der Ladungsträ- io Lamellen IO bestehendes Ende eines Normalleiters
ger im Gas durch entsprechende Gestaltung der Gas- 12 ein, dessen Anschlußstück mit 14 bezeichnet ist.
führung zwischen dem Normalleiter und der Kälte- Zwischen zwei Rohrleitungen 16 und 20 ist der Gasmaschine
vermindert werden kann. Diese Aufgabe strom nach der Erfindung auf Einzelgasleitungen 18
wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gas- verteilt. Eine Kältemaschine ist mit 22, eine weitere
strom des verdampften Kühlmediums in Einzel- 15 Rohrleitung mit 24 und ein Behälter mit 26 bezeichströme
aufgeteilt ist, die jeweils einen Strömungska- net, aus dem das flüssige Kühlmedium 28 über ein
nal durchströmen, der von wenigstens zwei Wänden Zuführungsrohr 30 und eine Pumpe 32 sowie eine
aus elektrisch isolierendem Material begrenzt isl, de- Zuleitung 34 dem Bad 6 zugeführt werden kann,
ren Abstand nichv mehr eis 30 mm. vorzugsweise Die Kontaktstelle 4 zwischen den Lamellen 10 des nicht mehr als K) mm, insbesondere nicht mehr als 20 normalleitenden Hochspannungsleiters 12 und dem 3 mm, beträgt. Supraleiter 2 befindet sich in siedendem Helium des
ren Abstand nichv mehr eis 30 mm. vorzugsweise Die Kontaktstelle 4 zwischen den Lamellen 10 des nicht mehr als K) mm, insbesondere nicht mehr als 20 normalleitenden Hochspannungsleiters 12 und dem 3 mm, beträgt. Supraleiter 2 befindet sich in siedendem Helium des
Die Dichte der gebildeten Ladungsträger fällt in Bades 6. Durch die Joulesche Wärme der strom-
einem Rohr in radialer Richtung vom Mittelpunkt, durchflossenen Lamellen 10 und die Wärmeeinströ-
wo sie maximal ist, zur Wandung hin stark ab. Eine mung vom Normalleiter 12 über die Lamellen ver-
Wand aus elektrisch isolierendem Material hat näm- as dampft ein Teil des Heliums. Das Gas steigt zwi-
lich auf das Gas die Wirkung einer Ladungsträger- sehen den Lamellen 10, die es abkühlt, nach oben in
Vernichtung. Dieser Wandeffekt wird in der Anord- den als Gaspufferraum wirkenden oberen Teil des
nung nach der Erfindung dazu benutzt, die Durch- Behälters 8, von dem es über die Rohrleitung 16 den
Schlagsfestigkeit des gasförmigen Mediums zu erhö- Teilkanälen 18 zugeleitet wird. Diese Rohrieiter 18
hen. Es wird deshalb nach der Erfindung der Gas- 30 aus elektrisch isolierendem Material können vorzugs-
strom in viele einzelne Strömungskanäle aufgeteilt. weise durch eine pulverförmige Füllung, insbeson-
Diese Strömungskanäle können vorzugsweise ähnlich dere Glaspulver oder Glaswolle, in einzelne Kapil-
Kapillaren gestaltet sein, deren Durchmesser theore- lare für die Gasströmung aufgeteilt sein. Auf dem
tisch die mittlere freie Weglänge der Ladungsträger, Wege durch diese Kapillare werden von den durch
das sind für gasförmiges Helium beispielsweise etwa 35 das elektrische Feld gebildeten Ladungsträgern so
10~5cm, nicht wesentlich überschreiten sollte. Man viele durch den Wandeffekt vernichtet und damit die
erreicht diesen Wandeffekt jedoch auch schon bei Durschlagsfestigkeit des Kühlgases so weit erhöht,
einem größeren Wandabstand, der jedoch 30 mm daß ein Spannungsdurchschlag im gasförmigen Kühl-
nicht wesentlich überschreiten sollte, insbesondere medium verhindert wird. Das Kühlmedium kann so-
wenn Mittel vorgesehen sind, die in den Strömungs- 40 mit über die Rohrleitung 20 der Kältemaschine 22
kanälen eine turbulente Strömung erzeugen und da- zugeführt werden, in der es wieder verflüssigt wird
durch dafür sorgen, daß auf dem Wege des Gases und über die Rohrleitung 24 dem Vorratsbehälter 26
durch den Strömungskanal eine große Anzahl der zugeleitet wird.
Ladungsträger im Gas gegen die Wand stoßen und Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung
dadurch ihre Ladung abgeben. Man kann beispiels- 45 der Stromzuführung nach der Erfindung besteht
weise dem in den Strömungskanal einströmenden darin, daß als oberer und unterer Abschluß der Fül-
Tei'.gasstrom eine Drehströmung verleihen. Ohne lungen für die Rohrleitungen 18 jeweils Filter 17
solche Mittel erreicht man eine wesentliche Vermin- bzw. 19, beispielsweise Glasfritten vorgesehen sind,
derung der Zahl der Ladungsträger, wenn das Gas deren öffnungen vorzugsweise kleiner als die Kör-
durch rohrförmige Kanäle strömt, deren Durchmes- so nergröße des Isolierpulvers der Rohre 18 sein kön-
ser nicht wesentlich mehr als 0,3 mm beträgt. Solche nen.
Einzelkanäle für die Teilstromungen können bei- Ais Material zur Herstellung der Kapillaren in den
spielsweise durch ein Giitergefleciit in dem Rohrlei- Rohrlcitern 18 kann isolierendes Pulver aus Quarz,
ter für das Gas erzeugt werden. Ferner können die Keramik oder auch Kunststoff verwendet werden.
Gasrohre beispielsweise auch mit einer faserartigen 55 Gut geeignet ist Glaspulver mit einem Korndurch-
Einlage in der Form eines Dochtes gefüllt sein. An messer von beispielsweise etwa 50 bis 150μΐτι.
den einzelnen Fasern strömt dann das Gas entlang, Mit einem Durchmesser von weniger als 10 mm,
und man erhält dadurch den Wandeffekt. Darüber insbesondere weniger als 3 mm der Rohrleitungen 18
hinaus können die kapillarähnlichcn Strömungska- erhält man auch schon ohne besondere Mittel einen
näle auch von den Poren eines elektrisch isolieren- 60 guten Wandeffekt innerhalb der Gasströmung. Bei
den, gasdurchlässigen Materials gebildet werden. größeren Rohrdurchmessern oder auch einem größe-
Man kann beispielsweise die Strömungskanäle mit ren Abstand der Wände flacher Rohrleiter kann der
einem pulverförniigen elektrisch isolierenden Male- Wundeffekt zweckmäßig dadurch erhöht v/erden, daß
rial .füllen, dessen Korngröße so gewählt ist, daß man der Gasstrom entweder schon mit einer turbulenten
die erforderlichen kapillarähnlichen Strömungska- 65 Strömung in die einzelnen Rohre 18 eingeleitet wird
näle erhält. Auch die Gestaltung der Strömungska- oder können zusätzliche Mittel innerhalb der Rohre
näle in der Form des bekannten Molekularsieb^ ist Ϊ8 vorgesehen sein, beispielsweise eine Spirale, die
möglich. dafür sorgt, daß während der Strömung des Gases im
Rohr ein möglichst großer Teil des Gases mit der Wand in Berührung kommt.
Im Ausführungsbeispiel ist eine Stromzuführung beschrieben, die mit flüssigem bzw. gasformigem Helium
gekühlt wird. F.s sind aber auch andere siedende
Gase zur Kühlung geeignet. Für einen Supraleiter kommt beispielsweise noch Wasserstoff in Frage. Für
andere auf Tieftemperatur gekühlte Leiter, wie Aluminium oder Beryllium, können ferner beispielsweise
Stickstoff oder Neon verwendet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Stromzuführung für elektrische Einrichtun- trieb der Supraleiter auf eine Temperatur unterhalb
gen mit auf Tieftemperatur gekühlten Leitern, 5 seiner Sprungtemperatur abgekühlt werden muß. Da
deren Ende an einem Normalleiter angeschlossen der Supraleiter schon weil unter Raumtemperatur
ist, der in einem Gasstrom eines verdampften seine Supraleitfähigkeit verlieren würde, wird ?ur
Kühlmediums angeordnet ist, dadurch ge- Überbrückung der Temperaturdifferenz elektrisch
kennzeichnet, daß der Gasstrom des ver- nomaileitendes Metall, beispielsweise Aluminium,
dampften Kühlmediums (6) in Einzelströme auf- io oder Kupfer, verwendet, das an einer Stelle mit dem
geteilt ist, die jeweils einen Strömungskanal (18) Supraleiter verbunden wird, die jedenfalls auf einer
durchströmen, der von wenigsten=, zwei Wänden Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur des Suaus
elektrisch isolierendem Material begrenzt ist, praleiters gehalten wird. Der Normalleiter wird somit
deren Abstand nicht mehr als 30 mm beträgt. bis zu der Anschlußstelle kontinuierlich oder stufen-
2. Stromzuführung nach Anspruch 1, dadurch 15 weise abgekühlt.
gekennzeichnet, daß der Wandabstand des Strö- Man kann beispielsweise das unterhalb seiner
mungskanals weniger als 3 mm betrag». Sprungtemperatur gehaltene Ende des Supraleiters in
3. Stromzuführung nach einem der An- einem Bad eines kryogenen Mediums, beispielsweise
sprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Heh'umbad, anordnen. Der Normalleiter
Mittel vorgesehen sind, die eine Drehströmung 20 kann dann <in der Anschlußstelle aus Lamellen oder
innerhalb de« Strömungskanals (18) erzeugen. Netzen bestehen. Eine solche Ausführungsform ist
4. Stromzuführung nach einem der An- bekannt aus »The Rev. of Scient. Instr.«, Vol. 38, Nr.
sprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß i2, Dezember 1967, S. 1776 bis 1779. Durch die
Mittel vorgesehen sind, die in den Strömungska- thermischen Verluste der Kontaktstelle wird das flüsnälen
(18) eine turbulente Strömung erzeugen. 25 sige Helium verdampft. Das Heliumgas steigt durch
5. Stromzuführung nach Anspruch I, dadurch die Ltiterlamellen oder Drähte oder das Leiternetz
gekennzeichnet, daß der Wandabstand nicht aufwärts und führt die Joulesche Wärme und die von
mehr als 0,3 mm beträgt. außen einströmende Wärme ab. Hierbei erwärmt sich
6. Stromzuführung nach Anspruch 5, dadur.h das Heliumgas etwa auf Raumtemperatur. An der
gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle von 30 oberen Kontaktteile des Normalleiters mit der
einem Gittergeflecht gebildet sind. Stromversorgung wird das Heliumgas abgefangen
7. Stromzuführung nach Anspruchs, dadurch und einer Kältemaschine zur Verflüssigung wieder
gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle von zugeführt. Da bei solchen Stromversorgungen der
den Fasern eines Dochtes aus elektrisch isolieren- Wärmeinhalt des gasförmigen Kühlmediums gut ausdem
Material gebildet sind. 35 genutzt wird, benötigen diese Stromführungen nur
8. Stromzuführung nach Anspruch 5, dadurch einen verhältnismäßig geringen Kühlaufwand,
gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle von den Sollen hohe Übertragungsleistungen erzielt wer-Poren
eines elektrisch ifoüerenden, gasdurchläs- den, bei denen beispielsweise supraleitende Kabel
sigen Materials gebildet sind. erst wirtschaftlich werden, so ist man gezwungen,
9. Stromzuführung nach Anspruch 5, dadurch 40 entsprechend hohe Spannungen von beispielsweise
gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle von" 220 kV und höher zu verwenden. Diese Stromzufühden
Körnern eines Pulvers aus elektrisch isolie- rungen sind an einem Ende mit dem tiefgekühlten
rendem Material gebildet sind. Leiter kontaktiert, während sich das andere Ende,
10. Stromzuführung nach Anspruch5, dadurch das an die konventionelle Stromversorgung angegekennzeichnet,
daß die Strömungskanäle von 45 schlossen ist, aul höherer Temperatur, vorzugsweise
einem Molekularsieb gebildet sind. auf Raumtemperatur, befindet. Das Kühlmittel
11. Stromzuführung nach einem der An- strömt an den Einzelleitern der Stromzuführung entsprüche
1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß lang und befindet sich somit in engem Kontakt mit
der auf Tieftemperatur gekühlte Leiter ein Supra- dem Leiter, der sich auf Hochspannungspotential beleiler
und das Kühlmedium Helium ist. 50 findet. Die Kältemaschine für das Kühlmittel liegt
dagegen im allgemeinen auf Erdpotential. Eine Gasabführung des Kühlmittels vom Hochspannungspotential
über ein Isolierrohr ist nicht ohne weiteres
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