DE2353354C3

DE2353354C3 - Anordnung zur Kühlung eines elektrischen Kabels

Info

Publication number: DE2353354C3
Application number: DE19732353354
Authority: DE
Inventors: Fritz 8520 Erlangen Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1973-10-24
Publication date: 1977-01-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Kühlung eines elektrischen Kabels, das konzentrisch zueinander angeordnete, von einem Kühlmittel auf Tieftemperatur gekühlte Innen- und Außenleiter auf Hochspannungs- bzw. Nullpotential enthält und das in mindestens zwei Kabelstücke unterteilt ist und an seinen Enden jeweils mit einem Kabelendverschluß versehen ist, in dem diese Innen- und Außenleiter jeweils mit inneren bzw. äußeren Stromzuführungsleitern verbunden sind.

Um eine Übertragung großer elektrischer Leistungen mittels eines Kabels mit auf Tieftemperatur gekühlten Leitern, insbesondere mittels Supraleitern, möglichst wirtschaftlich zu gestallen, sind hohe Übertragungsspannungen vorzusehen. Sie sind insbesondere zur Wechselstromübertragung erforderlich, weil die Übertragungsströme dadurch begrenzt sind, daß die magnetische Induktion an der Oberfläche dieser Leiter eine bestimmte, die sogenannte »kritische« Flußdichte nicht übersteigen sollte, um die Wechselstromverluste dieser Leiter verhältnismäßig gering zu halten. Um bei einer Leiteranordnung mit konzentrisch angeordneten supraleitenden Innen- und Außenleitern eine weitere Steigerung der Übertragungsleistung zu erreichen, müssen dann jedoch die Leiteroberflächen und damit auch der Leiterdurchmesser proportional mit dem Strom vergrößert werden. Andererseits ist es jedoch zweckmäßig, den Leiterdurchmesser möglichst gering zu halten, da die thermischen Verluste der tiefgekühlten Leiteranordnung mit der Oberfläche auf Grund von Strahlung und thermischer Einströmung über die üblichen Halte- und Stützvorrichtungen zunehmen. Auch die relativ hohen Kosten für das supraleitende Material der Leiter und das Bestreben, die Kabeltrasse so schmal wie möglich zu halten, führen zu geringen Leiterdurchmessern.

Die Kühlverluste der Kabelendverschlüsse für derartige Kabel sind im wesentlichen durch den Betriebsstrom des Kabels bestimmt, der nämlich in den Endverschlussen die Querschnitte der zu optimierenden Normaileiter auf Grund ihrer Jouleschen Verluste und thermischen Einströmungen von etwa 300 K auf 4 K festlegt. Auch aus diesem Grund ist es zweckmäßig, für eine bestimmte Überlragungsleistung die Überlragungsspannung so hoch wie möglich zu wählen, um den Strom möglichst niedrig halten zu können.

Die maximale Betriebsspannung eines Kabels mit koaxialer Leiteranordnung, insbesondere eines Wechselstromkabels, und seiner mit ihm verbundenen Kabelendverschlüsse wird nicht nur durch die erreichbare S'annungsfestigkeit der Leiterisolation und deren dielektrischen Verluste bestimmt, sondern auch von den Bedingungen der für sie erforderlichen Kühlkreislaufe. Bei einem Kühlkreislauf zur Kühlung der Supraleiter dieses Kabels ist zu berücksichtigen, daß der Innenleiter sich auf Hochspannungspotential befindet. Da das Kühlmittel die Supraleiter vorteilhaft in direktem Kontakt kühlt, nimmt es ebenfalls dieses Potential an. Bei der Zuleitung des Kühlmittels für den Innenleiter ist somit die volle Spannung zu überwinden. Entsprechende Bedingungen gelten auch für die Kabelendverschlüsse Ihre inneren, auf Hochspannungspotential befindlichen Normalleiter, die sowohl mit den Supraleitern als auch mit einer Hochspannungszuleitung verbunden sind, werden durch direkten Kontakt mit dem Kühlmittel gekühlt- Hierdurch ist ein guter Wärmeübergang und eine günstige Wärmeabfuhr gewährleistet. Für diese Kabelendverschlüsse werden deshalb Kühlmittelzu- bzw. -ableitungen benötigt, die für das volle Potentialgefälle ausgelegt sein müssen.

Der Temperaturbereich /ur Kühlung der Supraleiter eines solchen Wechselstromkabels ist verhältnismäßig klein, da die Wechselstromverluste mit der Temperatur ansteigen und diese im allgemeinen begrenzt werden müssen. Für Niob beispielsweise ist ein Kühlbereich zwischen 4,2 und 6 K vorzusehen, während sich der Kühlbereich für Niob-Zinn, bei dem die Wechselstromverluste höher liegen, von etwa 4.5 bis 10 K erstrecken kann. Demgegenüber beläuft sich der Temperaturbereich für die Kühlung der Normalleiter der Kabelendverschlüsse von etwa 4.2 K bis etwa 300 K entsprechend dem Temperaturgefälle dieser Normalleiter. Ein solcher Temperaturübergang kann beispielsweise durch ein Bad tr.'t siedendem Helium vorgenommen werden, dessen verdampfendes Helium an den Normalleitern, die beispielsweise als Drähte oder Lamellen gestaltet sein können, aufsteigt und diese kühlt. Eine solche Ausführungsform ist beispielsweise aus »The Review of Scientific Instruments«. Vol.38, Nr. 12, Dez. 1967, S. 177b bis 1779 bekannt.

Wegen der unterschiedlichen Temperaturbereiche und der verschiedenen Zustands- und Druckverhältnisse wird im allgemeinen davon ausgeganger, getrennte Kühlkreisläufe sowohl für die Kabelstrecke als auch für die Kabelendverschlüsse vorzusehen, um so eine günstige Anpassung an die zu einem Betrieb der Kabelstrecke erforderlichen Kältemaschinen zu erreichen. Dabei wird im allgemeinen das Kühlmittel für das Kabel von einem Ende des Kabels her eingespeis; Am ausgangsseitigen Kabelendverschluß der Kabelstrecke erhält man damit aber andere Betriebstemperaturen und Betriebszustände als am eingangsseitigen Kabelendverschluß der Kabelstrecke. Da ferner über die Kontaktierung der Supraleiter des Kabels mit den Normalleitern der L-ndverschlüsse ein guter thermischer Kontakt besteht, sind besondere Maßnahmen dafür erforderlich, daß diese Kontaktstellen in den Kabelendverschlüssen die gleiche Temperatur wie der Kühlkreislauf für die Supraleiter des Kabels an diesen Stellen haben. Es können sonst Ungleichmäßigkeiten der Kühlung der Supraleiter bzw. der Normalleiter der Kabelendverschlüsse auftreten. Die Kabelendverschlüsse . ^:„, bürden dann über den Kühlkreislauf für die Supraleiter lildes Kabels oder umgekehrt dieser Kühlkreislauf über die Kabelendverschlüsse gekühlt. Zu diesem Zweck können beispielsweise Druckregeleinrichtungen zur Temperaturregelung der für die Hormalleiter der Kabelendverschlüsse erforderlichen Kühlmittelbäder sowie Regeleinrichtungen zur Beeinflussung des Kühlmitteldurchsatzes fur die innen- und Außenleiter der Kabelstrecke verwendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die vorbeschriebene Anordnung zur Kühlung des eingangs genannten Kabels mit jeweils einem Kabelendverschluß c.n seinen Enden zu vereinfachen, insbesondere die genannten Schwierigkeiten zu beseitigen und einen wirtschaftlichen Betrieb der Kabelstrecke zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für jeden Kabelendverschluß und das jeweils mit ihm verbundene Kabelstück

i) ein gemeinsamer Kühlmittelstrom für die Innenleiter und inneren Stromzuführungsleiter vorgesehen

ist,

ii) auch die Außenleiter und äußeren Stromzuführungsleiter in einem gemeinsamen Kühlmittelstrom angeordnet sind und

iii) eine Einspeisung des Kühlmittels jeweils an dem Kabelstückende erfolgt, das nicht mit dem Kabelendverschluß verbunden ist.

Mit dieser Ausbildung der Erfindung lassen sich die zum Betrieb der Kabelstrecke erforderlichen Temperaturen der Kühlmittelkreisläufe auf einfache Weise so einstellen, daß die entstehende Verlustwärme mit einem verhältnismäßig günstigen Wirkungsgrad an eine Kältemaschine abgeführt werden kanu. In der Anordnung nach der Erfindung lassen sich gleiche Kabelendverschlüsse am Kabelanfang und -ende verwenden. Eine Regelung der Temperaturen der Kühlmittelbäder für die Stromzuführungsleiter der Endverschlüsse ist nicht mehr erforderlich, da das Kühlmittel zur Kabelkühlung zumindest teilweise zur Stromzuführungsleiterkühlung herangezogen werden kann. Damit entfallen auch Zusatzeinrichtungen wie Betankungseinrichtungen für diese Kühlmittelbäder der Stromzuführungsleiter, und die Anzahl der Kühlkreisläufe wird somit entsprechend vermindert.

Nach einer weiteren Ausbildung der Anordnung zur Kühlung eines Kabels nach der Erfindung können Rückleitungen vorgesehen sein, in die etwa an der Verbindungsstelle des Kabelendverschlusses und des mit ihm verbundenen Kabelstücks die Kühlmittelströme teilweise eingeleitet werden. Diese Rückleitungen können vorteilhaft mit einem um die Innen- und Außenleiter angeordneten Strahlungsschild wärmeleitend verbunden sein. Insbesondere bei großen Längen der Kabelstreeke läßt sich eine zusätzliche Kabelkühlung erreichen und somit der Wirkungsgrad von Kältemaschinen verbessern.

Ferner kann der Druck in den Kühlmiltelstromen für den Innen- bzw. Außenleiter des Kabels regelbar sein Hierzu können Drosselventile vorgesehen sein, die vorzugsweise an der Verbindungsstelle des Kabelendverschlusses und des mit ihm verbundenen Kabelstücks angeordnet sind. Über diese Druckregelung kann eine Temperaturregelung in dem Kabel vorgenommen werden, und es läßt sich so in der gesamten Kabelstrecke beispielsweise ein Druck > 2,3 bar aufrechterhalten, bei dem Helium einphasig in superkritischem Zustand gehalten werden kann. Eine einwandfreie Kühlung der Leiter, insbesondere der Supraleiter, ist damit gewährleistet.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in

den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die Zeichnung Bezug genommen. Es zeigt

F i g. 1 schematisch einen Längsschnitt durch eine Kabelstrecke, an deren Enden jeweils ein Kabelendverschluß angeschlossen ist, mit einer Anordnung zur Kühlung gemäß der Erfindung, und

F i g. 2 als Kühlkreislaufschema eine für größere Kabelstrecken erweiterte Anordnung zur Kühlung gemäß der Erfindung.

Das in Fig. 1 dargestellte koaxiale Kabel enthält zwei konzentrische rohrförmige Lciterlagen. die beispielsweise als Hin- und Rückleiter einer Drehslromphase dienen können und als Innenleiter 2 bzw. Außenleiter 3 bezeichnet sind. Sie bestehen beispielsweise aus einer Vielzahl von einzelnen supraleitenden Drähten, die mit einem normalleitenden Metall, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, stabilisiert sind. Das supraleitende Material, beispielsweise Niob, kann in Form einer dünnen Schicht auf dem normaileitenden Stabilisierungsmetall aufgebracht sein.

Die Anordnung dieser einzelnen, nebeneinander auf einem Kreisumfang liegenden Drähte in den beiden Leiterlagcn des Innen- bzw. Außenleiters 2 bzw. 3 läßt sich dabei in bekannter Weise so vornehmen, daß der gesamte Leiter unabhängig von Temperaturänderungen seine konstante Länge beibehält (deutsche Auslegeschrift 18 14 036). Der Innenleiter 2. beispielsweise der supraleitende Hinleiter der Drehstromphase, befindet sich auf Hochspannungspotential. Er ist von dem Außenleiter 3. dem supraleitenden Rückleiter, auf Nullpotential konzentrisch umschlossen und durch eine Isolationsschicht 4 elektrisch von diesem getrennt.

Die supraleitende Kabelstrecke ist in zwei etwa gleich lange Kabelstücke 5 und 6 unterteilt, an deren äußeren Enden jeweils ein Kabelendverschluß angeschlossen ist. Diese mit A und B bezeichneten Kabelendverschlüsse haben gleichen Aufbau. In ihnen sind die supraleitenden Innenleiter 2 an innere Normalleiter 7 und die supraleitenden Außenleiter 3 an äußere Normalleiter 8 angeschlossen. Die inneren Normalleiter 7 werden ebenfalls konzentrisch von den äußeren Normalleitern 8 umschlossen und sind mittels einer Isolationsschicht 10 gegen diese elektrisch isoliert.

Zur Kühlung der Kabelstrecke und ihrer Kabelend verschlüsse A und ß dienen geschlossene Kühlkreisläufe, die in der Figur durch Pfeile angedeutet sind. Die Supraleiter des Kabels werden zweckmäßig mit ein phasigem Helium, beispielsweise superkritischem Helium, gekühlt, das unter einem Druck steht, der größer als 2.3 bar ist. Von einer Kühlstation 12 aus wird das Helium in einem Kühlmittelzuleitungsrohr 13 zur Mitte der Kabelstrecke gefördert, wo die beiden Kabelstückc 5 und 6 aneinanderstoßen, und dort in vier Kühlmittel ströme a bis d aufgeteilt. Das Helium für die Kühlmittelströme des Außenleiters 3. die mit a und b bezeich net sind, tritt an einer Einführungsstelle 14 etwa in der Mitte der Kabelstrecke in ein den äußeren Supraleiter umschließendes Rohr 16 ein. wo es sich in zwei Kühl miitelströmc aufteilt, indem es nach beiden Seiten zu den Kabelendverschlüssen A und B hin abfließt. Der Kühlmittelstrom durch das Kabelstück 5 ist mit a. der durch das Kabelstück 6 mit b bezeichnet. Das Helium für die mit c und d bezeichneten Kühlmittelstrome des Innenleiters 2 gelangt von der Einführungsstelle 14 über einen spiraligcn Kanal 18 durch die im Durchmcs scr verstärkte Kabclisolation 4 und die lcichi aufgcwei tcte. rohrformigc Oberfläche des aus einzelnen Drah ten hcsuhcndcn Inncnleilcrs 2 in dessen Inncnrauni und teilt sich wie die beiden Kühlmittelströme ;/ und b in die beiden Kühlmittelströme c und d auf, indem es ebenfalls nach beiden Seiten durch die Kabelstücke 5 und 6 zu den Kabelendverschlüssen A und B abfließt. Die spiralige Ausführung des Kanals 18 dient zur Überwindung des Potenlialgefälles zwischen dem Innen- und Außenleiter 2 bzw. 3.

An den beiden Kabelendverschlüssen A und B kommen nun die Kühlmiltelströme a und cbzw. bund dm'ü

ίο gleicher Temperatur und im gleichen Zustand an. Durch je ein Drosselventil 20 treten sie in den betreffenden Kabelendverschluß A bzw. ßein und kühlen die Kontaktstellen zwischen den Supraleitern des Kabels und den Normalleitern der Endverschlüsse. Je nach den

t5 Kabelverlusten befindet sich das Helium dabei in flüssigem oder gasförmigem Zustand. Es dient vorteilhaft zugleich zur Kühlung der stromzuführenden Normallei ter 7 bzw. 8 und wärmt sich dabei bis auf etwa 300 K. d. h. bis auf Raumtemperatur auf. Die Kühlmittelstrome c und c/der inneren Normallciter 7. die sich auf Hoch spannungspoten'ial befinden, werden über hochspan nungsfeste Ableitungen 22 für Heliumgas, die für Raumtemperatur ausgelegt sind, auf Erdpoteniial gc führt und gelangen ebenso wie das Heliumgas der Kühlmittelstrome ;? und c. das durch Rohrleitungen 25 geleitet wird, über unisolierte Rohrleitungen 24 zurück zur Kühlstation 12.

Derartige einfache Kühlkreisläufe sind zweckmäßig nur für verhältnismäßig kurze Kabelstrecken verwend bar. da das Verhältnis der Verluste des Kabels zu den Verlusten der Endverschlüsse durch das Verhältnis von spezifischer Wärme zur Summe aus Verdampfungswär mc und spezifischer Wärme des Heliums gegeben ist Dies führt zu einer Begrenzung der Kabellänge, die sich jedoch dadurch beseitigen läßt, daß man nur teil weise das Helium in den Kühlmittelströmen a bis c; durch die Drosselventile 20 in die Kabelendverschlüsse eintreten läßt Diesen Durchsatz kann man bcispicK weise durch regelbare Ventile 27 und 28. die /wecknia Big auf Erdpotential in den Rückleitungen 24 und 25 angeordnet sind, steuern. Eine Regelung der Ventile 27 und 28 erfolgt zweckmäßig durch Überwachung der Temperatur der Normalleiter 7 und 8 in den Kabelcnd verschlüssen 4 und B. Hierfür können ein oder mehre re Temperaturfühler dienen, die sich längs des äußerer Normalleiters 8 befinden. Entsprechende Temperatur fühler längs des inneren Normalleiters 7. der sich aiii Hochspannungspotential befindet, sind im allgemeiner dann nicht erforderlich, wenn die Temperaturverhält nisse für den inneren und äußeren Normalieitcr 7 bzw 8 etwa gleich sind. Dann lassen sich von diesen Tempe raturfühlern auf Nullpotential zugleich auch die Ventil«

27 einstellen.

Sind hingegen, wie es in der Figur dargestellt ist. di<

Verhältnisse am inneren und äußeren Normalleiter ', und 8 der Kabelendverschlüsse A und Bnicht gleich, se läßt sich eine Durchsatzsteuerung beispielsweise se vornehmen, daß die Temperatur des Heliums am inne ren und am äußeren Normalleiter 7 bzw. 8 mittels Tem peraturfühlcrn 33 und 34 gemessen wird, die beispiels weise Germanium- oder Kohlewiderstände sein kön nen. Ihre Meßwerte werden einem in der Figur nur an gedeuteten Regler 36 über in der Figur gestrichelt ein gezeichnete Übertragungswege zugeleitet. Mittels de Reglers lassen sich Stellmotoren 38 und 39 betätiger die die Ventile 27 und 28 entsprechend verstellen kön nen

Zur lcmprr.mirmcssuni: des Heliums am Innenli-iic

2 sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich, da sich der Temperaturfühler 33 auf Hochspannungspotential befindet. Der Meßwert dieses Fühlers wird von der Meßstelle im Inneren des Innenleiters 2, die sich im feldfreien Raum befindet, beispielsweise unter eine statische Abschirmhaube 41 des Kabelendverschlusses A bzw. B geleitet und dort über einen in der Figur nur angedeuteten Meßwandler 43, beispielsweise über einen Analog-Digital-Wandler, eine Laserdiode oder einen Lichtleiter als isolierendem Element, auf Nullpotential gcführt. Dort kann er über ein lichtempfindliches Element und einen Analog-Digital-Wandler wieder umgeformt und dem Regler 36 zugeführt werden.

Statt der zwischengeschalteten Glieder Laser-Lichtleiter-lichtempfindliches Element kann /ur Spannung;.-überbrückung beispielsweise auch ein auf Hochspannung befindlicher Hochfrequenzoszillator und ein auf Nullpotential befindlicher Empfänger benutzt werden.

Die von den Drosselventilen 20 zurückgehaltenen Heliumströme, die in der Figur mit c bezeichnet sind. werden kurz vor den Drosselventilen 20 aus der Kabelstrecke herausgeleitct. Sie sind zusätzlich für die Kabelkühlung bei größeren Kabellängen erforderlich und werden über eine Heliumrückleitung 30. die beispielsweise mit einem Strahlungsschild 44 verbunden sein kann, zur Kühlstation 12 zurückgeführt. Zur Rückführung des Anteils des Kühlmittelstroms c. der innerhalb des Inncnleiters 2 fließt und sich auf Hochspannungspotential befindet, ist ein Hochspannungsübergangsclement notwendig. F.s kann eine eingebettete Kunststoffleitung, ein Kunststofflabynnth oder auch eine hochspannungsfeste Kühlmittclableilung sein. In der Figur ist eine eingebettete Kunststoffleilung 31 eingezeichnet, über die der Teil des Kühlmiitelsiroms c in die Rückleitung 30 mit eingeführt wird.

Die Zu- und Ableitungen für das Kühlmittel zum Innenleiter 2, die in der Figur als spiraligcr K.inal 18 bzw. Kunststoffleitung 31 dargestellt sind, können aus einem Kunststoffschlauch mit rundem oder auch flachem rechteckigen Querschnitt bestehen, der aus dem gleichen Isoliermaterial hergestellt ist wie die Kabclisolation 4 bzw. 10. Ferner kann man auch einen Kunststoffkörper, der einen labyrinthartigen Kanal besitzt, in die Kabelisolation 4 bzw. 10 mit einwickeln. Dieser Kunststoffkörper besteht zweckmäßig aus dem gleichen Material wie die Kabclisolation 4 bzw. 10. die zusätzlich auch noch mit Potcntialschildcn versehen sein kann. An den Kabelendverschlüssen .4 und B besteht außerdem die Möglichkeit, eine Umleitung des abzuzweigenden Teils der Kühlmiuelströme rbzw. i/über die Kabelendverschlüsse 4 bzw. Buna zusätzliche hochspannungsfc ste Ableitungen, die das Kühlmittel auf Frdpotcntial leiten, vorzusehen und dann erst den abgezw eigtcn Teil in die Heliumrüekleitiing 30 mit einzuspeisen.

Die in F i g. 1 beschriebene Anordnung zur Kühlung eines Kabels mit zwei Kabelendverschlüssen an seinen Enden ist auch für große Kabellängen möglich. In F i g. 2 ist ein entsprechendes Schema mit zwei Kuhlstationen 46 und 47 und den erforderlichen Kühlkreisläufen angegeben. Fs kann sinngemäß für weitere ^nt) Kühlstationen mit entsprechenden Kühlkreisläufen ohne Kabelendverschlüsse ergänzt werden. Die Anordnung besteht aus zwei identischen Hälften, die je 2 Kabelstücke 50.5 bzw. 51,6 umfassen und das Kabel in zwei etwa gleich große Teile gliedern. Jeder Kabelhälf ⁶^ te ist eine Kühlstation 46 bzw. 47 zugeordnet, von denen jeweils über eine Kühlmittelzulciiung 13 das Kühl mittel, insbesondere Helium, dem Kabel zugeführt wird.

Die Kühlmitteleinspeisung erfolgt dabei etwa am Ende des ersten Viertels der Kabelsirecke an der Verbindungsstelle 53 der Kabelstücke 50 und 5 und etwa am Ende des dritten Viertels der Kabelstrecke an der Verbindungsstelle 54 der Kabelstücke 51 und 6. Dort wird das Kühlmittel direkt in zwei Kühlmittelströme 3 und b zur Kühlung des Außenleiters und nach Durchlaufen eines spiraligen Kanals 18 zum Innenleitei in zwei weitere Kühlmittelströme c und d für den Innenleiler aufgeteilt. Die Kühlmittelströme b und ei fließen zur Mitte der Kabelstrecke, wo sich der Kühlmitlelslrom d nach Durchlaufen eines Hochspannungsübergangselementes, beispielsweise einer in der Isolationsschicht zwischen Innen- und Außenleiter eingebetteten Kunststoffleitung 3i. mit dem Kühlmittelstrom b auf Nullpolential vereinigt und als Kühlmittelrückstrom /'zur Kühlstation 46 bzw. 47 zurückgeführt wird. Dabei kann der Kühlmittelrückstrom f vorteilhaft zum Kühlen eines das Kabel umschließenden Strahlungsschildes herangezogen werden. Die äußeren Kabelstücke 5 und 6 des Kabels, d. h. das erste und vierte Viertel der Kabclstrecke mit den Kabelendverschlüssen A und Sund den Kühlmittelströmen a und c. die teilweise als Kühlmittelstrom c zu der Kühlstation 46 bzw. 47 zurückgeführt werden, sollen den in F 1 g. 1 dargestellten Teilen entsprechen. So ist am Kabclanfang bzw. -ende vor den Drosselventilen 20 ein weiteres Hochspannungsübergangselement 31 angedeutet, beispielsweise eine in die Isolationsschicht eingebettete Kunststoffleitung, die zur Spannungsüberbrückung für den in den Kühlmittelstrom c abzweigenden Teil des Kühlmittelstroms r dient.

Die beiden Kabelhälften mit ihren Fndverschlüssen A und B und den ihnen zugeordneten Kühlsystemen sind symmetrisch zu ihrer Verbindungsstelle, die mit 55 bezeichnet ist. aufgebaut. Sie haben somit an der Verbindungsstelle 55 zwischen dem Kabclstück 50 und 51 wenigstens annähernd die gleichen Temperaturen. Fs sind deshalb auch bei dieser Anordnung die Bedingungen fur die beiden Kabelendverschlüsse .4 und Sgleich.

Die etwa an der Verbindungsstelle der Kabelendverschlüsse 4 und ß mit der Kabclstrecke angeordneten Drosselventile 20 können beispielsweise stelig regelbar oder für Auf-/Zuschaltung in Verbindung mit einem Zwei-Punktreglcr ausgelegt sein. Die schwierige Betätigung der Erregerwicklung der auf Hochspannungspo tential befindlichen Ventile kann jeweils über einer kleinen Generator unter der Abschirmhaube 41 erfol gen. indem er über einen Motor auf F.rdpotential mi einer Isolierwelle angetrieben wird. Statt der Drossel ventile 20 lassen sich aber auch, soweit die Strömungs Verhältnisse in dem Kabel und den Kabelendverschlüs sen es zulassen, andere Drossclvorrichtungen, beispiels weise Düsen oder Blenden, verwenden.

Für die Hochspannungsübergangselemente für HeIi umgas nahe Raumtemperatur, das in diesem Falle ein besonders niedrige Durchschlagsfestigkeit besitzt, stc hen beispielsweise zwei bekannte Verfahren zur Verfi: gung: Finmal kann die Durchschlagsfestigkeit des ga< förmigen Heliums durch Beimischung eines elektnnegativen Gases erhöht werden (deutsche Auslege schrift 21 64 706). zum anderen kann das gasförmig Helium durch Kapillaren aus einem elektrisch isolieret den Material abgeführt werden (deutsche Patentschri 21 63 270).

In den Ausführungsbcispiclcn sind Kabel mit zw Kabelendverschlüssen für Supraleiter gewählt, die m Helium gekühlt werden. Es können jedoch auch en sprechende Anordnungen fur andere auf Tieftemper

tür gekühlte Leiter, beispielsweise aus Aluminium oder Beryllium, vorgesehen sein, die mit anderen Kühlmitteln, beispielsweise mit Wasserstoff, gekühlt werden.

Ferner sind neben den im Ausführungsbeispiel beschriebenen Kabelendverschlüssen für Anordnungen gemäß der Erfindung auch anders gestaltete Endver

ίο

schlüsse verwendbar. Diese können beispielsweise mit besonderen Vorrichtungen versehen sein, die eine Polentialübergangszone für das Kühlmittel innerhalb des Endverschlusses schaffen und somit entsprechende Hochspannungsübergangselemente in den Kühlmittelableitungen zumindest teilweise erübrigen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Kühlung eines elektrischen Kabels, das konzentrisch zueinander angeordnete, von einem Kühlmittel auf Tieftemperatur gekühlte Innen- und Außenleiter auf Hochspannungs- bzw. Nullpotential enthält und das in mindestens zwei Kabelstücke unterteilt ist und an seinen Enden jeweils mit einem Kabelendverschluß versehen ist, in dem diese Innen- und Außenleiter jeweils mit inneren bzw. äußeren Stromzuführungsleitern verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Kabelendverschluß (A und B) und das jeweils mit ihm verbundene Kabelstück (5 bzw. 6) i) ein gemeinsamer Kühlmittelstrom (c bzw. d) für die Innenleiter (2) und inneren Stromzufühmngsleiter (7) vorgesehen ist,
ii) auch die Außenleiter (3) und äußeren Stromzuführungsieiter (8) in einem gemeinsamen Kühlmittelstrom (a bzw. ^angeordnet sind und
iii) eine Einspeisung des Kühlmittels jeweils an dem Ende des Kabelstücks erfolgt, das nicht mit dem Kabelendverschluß (A bzw. B) verbunden ist.

2. Anordnung zur Kühlung eines elektrischen Kabels nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmiuelslröme (a bis d) jeweils mit einer Abzweigung versehen sind, deren Teilströme (e) zur Kühlung eines Strahlungsschildes (44) vorgesehen sind.

3. Anordnung zur Kühlung eines elektrischen Kabels nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigung an der Verbindungsstelle des Kabelendverschlusses (A bzw. B) und des mit ihm verbundenen Kabelstücks (5 bzw. 6) angeordnet ist.

4. Anordnung zur Kühlung eines elektrischen Kabels nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in den Kmilmittelströmen (c. d und a, b) für den Innen- bzw. Außenleiter (2 bzw. 3) des Kabels regelbar ist

5. Anordnung zur Kühlung eines elektrischen Kabels nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Drosselventile (20) etwa an der Verbindungsstelle des Kabelendverschlusses (A und S^ und des mit ihm verbundenen Kabelstücks (5 bzw. 6) zur Regelung des Druckes vorgesehen sind.

6. Anordnung zur Kühlung eines elektrischen Kabels nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Ventile (27 und 28) in den Abgasleitungen der inneren und äußeren Stromzuführungsleiter (7 und 8) zur Regelung des Druckes vorgesehen sind.

7. Anordnung zur Kühlung eines elektrischen Kabels nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Drosselventile (20) und/oder der Ventile (27. 28) Temperaturfühler (33 und 34) vorgesehen sind, die im Kühlmittelstrom (c, d b/w. a. b) für den Innen- und Außenleiter (2 bzw. 3) auf Hochspannungs- bzvs. Nullpotential angeordnet sind.

8. Anordnung zur Kühlung eines elektrischen Kabels nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühler (33,34) Kohle- oder Germaniumwiderstände sind.

9. Anordnung zur Kühlung eines elektrischen Kabels nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Meßwerte der hochspannungsseitigen Temperaturfühler (33)

Meßwandler (43) vorgesehen sind.

10. Anordnung /ur Kühlung eines elektrischen Kabels nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwandler (43) Analog-Digital-Wandler und/oder Laserdioden und/oder Lichtleiter vorgesehen sind.

11. Anordnung zur Kühlung eines elektiischen Kabels nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Meßwerte des hochspannungsseitigen Temperaturfühlers (33) ein Hochfrequenz-Oszillator auf der Hochspannungsseite und ein entsprechender Empfänger auf der Nullpotentialseite vorgesehen sind.

12. Anordnung zur Kühlung eines elektrischen Kabels nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Tieftemperatur gekühlten Innen- und Außenleiter (2 bzw. 3) Supraleiter sind und daß das Kühlmittel Helium ist.