DE60103755T2

DE60103755T2 - Abschluss des Leiters eines supraleitenden Kabels

Info

Publication number: DE60103755T2
Application number: DE60103755T
Authority: DE
Inventors: Walter Castiglioni; Gianangelo Cavalleri; Giacomo Coletta; Pietro Corsaro; Dirk Kunze; Pierluigi Ladie'; Marco Nassi; Sergio Spreafico
Original assignee: Pirelli and C SpA
Current assignee: Prysmian Cavi e Sistemi Energia SRL
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: EP1289067A1; EP1289067B1; DE60103755D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Abschluss des Leiters eines supraleitenden Kabels.
In der vorliegenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen wird der Ausdruck "supraleitendes Kabel" verwendet, um ein Kabel anzuzeigen, das zum Übertragen eines elektrischen Stroms unter so genannten Bedingungen von Supraleitfähigkeit gedacht ist, d. h. unter Bedingungen eines elektrischen Widerstands, der nahe Null ist, bei einer Gleichstromtransportbedingung.
In der vorliegenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen wird der Ausdruck "Leiter" verwendet, um den elektrisch aktiven Teil eines supraleitenden Kabels anzuzeigen, das zum Übertragen des elektrischen Stroms einer Phase oder des von jeder Phase eines dreiphasigen Stromsystems gedacht ist (wo erforderlich, genauer als "Phasenleiter" bezeichnet). Der Kürze halber, und wenn nicht anderweitig angezeigt, wird der Ausdruck "Leiter" auch verwendet, um den "Rückleiter" anzuzeigen, d. h. den elektrisch aktiven Teil eines supraleitenden Kabels, das zum Übertragen der gleichen Größe von elektrischem Strom des/der Phasenleiter(s), der/die mit ihm verbunden ist/sind, fähig ist, aber in der Umkehrrichtung.
In der vorliegenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen wird der Ausdruck "Leiterabschluss" verwendet, um die Verbindung mit dem Leiter eines elektrisch leitenden Verbinders anzuzeigen, um sein Befestigen mit einem zweiten Kabelleiter, entweder supraleitend oder nicht-supraleitend, oder mit einer elektrischen Vorrichtung im allgemeinen, wie etwa einem Transformator, einem elektrischen Motor etc., zu erlauben. Insbesondere muss in dem Fall einer Befestigung mit einem zweiten Leiter eines supraleitenden Kabels der Abschluss in der obigen Bedeutung als die Bildung einer Verbindungsstelle zwischen den zwei Leitern gedacht sein. Der Kürze halber soll außerdem der elektrisch leitende Verbinder manchmal als "oberer Verbinder" in der folgenden Beschreibung bezeichnet werden.
Eine ähnliche Bedeutung ist den Begriffen "abgeschlossener Leiter" und "Abschluss (Terminator)" zu geben.
Warme dielektrische (WD) supraleitende Kabel und kalte dielektrische (CD) supraleitende Kabel sind bekannt.
Ein warmes dielektrisches supraleitendes Kabel (oder jedes Phasenelement eines warmen dielektrischen dreiphasigen Kabels) umfasst im wesentlichen ein röhrenförmiges Element zum Stützen von einer oder mehr Schichten von supraleitenden Bändern, und hauptsächlich Definieren eines Flusskanals für eine Tieftemperaturflüssigkeit, ein Kryostat, das koaxial außerhalb zu den Schichten von supraleitenden Kabeln angeordnet ist, und ein Dielektrikum, das koaxial außerhalb zu dem Kryostat angeordnet ist.
In der vorliegenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen wird der Ausdruck "supraleitende Bänder" verwendet, um beide Typen von supraleitendem Material einzuschließen, die hierin nachstehend beschrieben werden.
Der Ausdruck "supraleitendes Material" wird verwendet, um ein Material anzuzeigen, wie etwa z. B. besondere keramische Materialien basierend auf gemischten Oxiden aus Kupfer, wie etwa jenen, die durch Cava R., J. Am. Ceram. Soc., 83 [1], 5–28 (2000) erörtert werden. Diese Zusammensetzungen weisen eine Widerstandsgröße von im wesentlichen gleich Null unterhalb einer gewissen Temperatur, die als kritische Temperatur oder Tc definiert ist, auf. Z. B. liegt die kritische Temperatur für die obigen Materialien in einem Bereich zwischen ungefähr 80 K (–193°C) und ungefähr 150 K (–123°C).
Das supraleitende Material, insbesondere das BSCCO-Material, wird gewöhnlich in der Form von Einzel- oder Multi-Filamentbändern hergestellt und verwendet, worin Filamente von supraleitendem Material in einer Metallmatrix eingebettet sind, gewöhnlich Silber, optional zusätzlich mit Aluminium oder Magnesium; oder insbesondere wird das YBCO- und REBCO-Material in der Form eines Films aus supraleitendem Material, gestützt durch ein Metallband, und optional mit einer oder mehr Oxidschichten beschichtet, hergestellt und verwendet.
Ein kaltes dielektrisches supraleitendes Kabel (oder jedes Phasenelement eines kalten dielektrischen dreiphasigen Kabels) umfasst im wesentlichen ein röhrenförmiges Element zum Stützen von einer oder mehr Schichten aus supraleitenden Bändern, und im wesentlichen Definieren eines Flusskanals für eine Tieftemperaturflüssigkeit, und angeordnet koaxial außerhalb zu den Schichten eines supraleitenden Bandes in einer Folge: ein Dielektrikum, einen Rückleiter, einen kranzförmigen Flusskanal für die Tieftemperaturflüssigkeit und einen Kryostat. Als eine Alternative wird ein einzelner Kryostat für alle Phasen vorgesehen, die in dem supraleitenden Kabel vorhanden sind.
Das röhrenförmige Element zum Stützen der Schichten aus supraleitenden Bändern des Phasenleiters kann mindestens teilweise aus einem Material hergestellt werden, das einen niedrigen elektrischen Widerstandswert aufweist, mit der Funktion zum Schützen des supraleitenden Materials vor einem Über strom, wie z. B. in der internationalen Patentanmeldung WO 00/39812 im Namen des Anmelders beschrieben wird. Mit der gleichen Funktion, insbesondere in dem Fall des Rückleiters, kann ein Schirm außerhalb zu der äußersten Schicht aus supraleitendem Material vorgesehen werden, z. B. umfassend eine oder mehr Schichten von leitenden Bändern, z. B. aus Kupfer.
In der vorliegenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen wird der Ausdruck "Kryostabilitätseinrichtung" verwendet, um ein derartiges röhrenförmiges stützendes Element und/oder einen derartigen äußeren Schirm anzuzeigen.
Die Betriebstemperatur eines supraleitenden Kabels, ein Begriff, der verwendet wird, um die Temperatur anzuzeigen, bei der das supraleitende Kabel elektrischen Strom unter Supraleitfähigkeitsbedingungen überträgt, liegt unterhalb der kritischen Temperatur des verwendeten supraleitenden Materials.
Zu diesem Zweck wird, wie gesagt, das supraleitende Kabel mit mindestens einem Kanal für den Fluss einer Tieftemperaturflüssigkeit versehen. Die Tieftemperaturflüssigkeit ist im allgemeinen Helium, Stickstoff, Wasserstoff und/oder Argon bei anwendungsspezifischer Temperatur und Druck.
Wie aus der internationalen Veröffentlichung WO 01/08234 im Namen der American Superconductor Corporation und des Anmelders bekannt ist, können der verlängerte Kontakt der supraleitenden Bänder mit der Tieftemperaturflüssigkeit bei der Betriebstemperatur und Druck, ebenso wie die Unterwerfung thermischen Zyklen zwischen einer derartigen Betriebstemperatur und der Umgebungstemperatur die Infiltration der Tieftemperaturflüssigkeit in die supraleitenden Bänder mit der folgenden Bildung von "Ballons" verursachen, die die Verschlechterung des Leistungsverhaltens eines supraleitenden Bandes verursachen.
Um das Problem zu umgehen, beschreibt diese Literaturstelle einen supraleitenden keramischen Leiter zur Verwendung in einer Tieftemperaturflüssigkeit, umfassend ein zusammengesetztes keramisches supraleitendes Band oder Draht und einen Versiegelungsaufbau, der die äußere Fläche des zusammengesetzten keramischen Bandes/Drahtes hermetisch umgibt. In einer ersten Ausführungsform ist der Versiegelungsaufbau metallisch und umfasst insbesondere gerollte metallische Bänder an den größeren Flächen des supraleitenden Bandes, und nicht-poröse Weichlotkehlen, z. B. aus Pb-Sn-Ag, Pb-Sn, Sn-Ag, In-Pb an den Seitenflächen des supraleitenden Bandes. Als eine Alternative kann das Weichlot Dispersionen aus metallischen Fasern oder Partikeln in einem Epoxidharz inkludieren.
In einer anderen Ausführungsform umfasst der Versiegelungsaufbau eine Polymerschicht mit optionalen metallischen Elementen, die darin dispergiert sind, die die äußere Fläche des supraleitenden Bandes oder Drahtes umgibt. Die Enden des supraleitenden Bandes können durch Weichlot oder Silizium gekapselt sein.
Der Anmelder hat erkannt, dass das Problem der Infiltration einer Tieftemperaturflüssigkeit zu einem größeren Ausmaß an den Enden der supraleitenden Bänder auftritt, wie wenn ein Leiter auf eine Größe bei Installation geschnitten wird, da das supraleitende Material an dem Querschnitt oder Ende direkt offengelegt ist.
In der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen wird der Ausdruck "Ende eines supraleitenden Bandes" verwendet, um einen Längsteil eines supraleitenden Bandes unmittelbar benachbart zu und umfassend seinen offengelegten Querschnitt anzuzeigen.
Allgemeiner hat der Anmelder hat erkannt, dass der Abschluss eines Leiters eines supraleitenden Kabels die zwei Anforderungen zum Sicherstellen der Versiegelung der Enden der supraleitenden Bänder des Leiters gegen die Diffusion der Tieftemperaturflüssigkeit und zum Sicherstellen eines guten elektrischen Kontaktes zwischen dem Leiter und dem oberen Verbinder und/oder zwischen dem Leiter und dem eines zweiten supraleitenden Kabels erfüllen muss, wobei die obigen Eigenschaften thermischen Zyklen zwischen Umgebungstemperatur und Betriebstemperatur folgend beibehalten werden.
Außerdem hat der Anmelder erkannt, dass die Verwendung von nur einem plastischen Material oder von nur einem Weichlot nicht ausreichend ist, um die obigen Anforderungen zu erfüllen, da es in dem ersten Fall nicht ausreichenden elektrischen Kontakt gibt und in den zweiten Fall die Menge von benötigtem Weichlot derart ist, dass praktisch eine derartige hohe Porosität des Weichlots impliziert wird, um die Bildung von Mikrokanälen zu erlauben, innerhalb derer die Tieftemperaturflüssigkeit in die supraleitenden Bänder infiltriert.
Die Literaturstelle DE-C-198 03 687 legt offen:
ein Verfahren zu Abschließen eines Leiters eines supraleitenden Kabels, wobei der Leiter eine Vielzahl von supraleitenden Bändern (11) umfasst, die Schritte umfassend:

• Verbinden eines elektrischen leitenden Verbinders (14) radial an dem Leiter,
• Einbetten eines Abschnitts benachbart zu dem Ende der supraleitenden Bänder in einem Weichlot (15_1,2 ) und
• Erreichen eines elektrischen Kontaktes mit dem Verbinder durch das Weichlot.

In einem ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren nach Anspruch 1.
In der vorliegenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen wird der Ausdruck "radial an dem Leiter" verwendet, um eine innere oder äußere Position in Bezug auf dem Leiter anzuzeigen.
In der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen wird der Ausdruck "Endabschnitt eines supraleitenden Bandes" verwendet, um einen Längsteil eines supraleitenden Bandes benachbart zu seinem Ende wie oben definiert anzuzeigen.
In einigen Ausführungsformen wird der Schritt c) zum Einbetten eines Endabschnittes der supraleitenden Bänder in einem Weichlot durch Einbetten der Endabschnitte mindestens aller supraleitenden Bänder eines gleichen Leiters in einer gemeinsamen Menge von Weichlot ausgeführt.
Falls es zwei Leiter gibt, kann deshalb die Weichlotmenge für die supraleitenden Bänder beider Leiter gemeinsam sein, oder es können zwei Weichlotmengen hergestellt werden, jede gemeinsam für die supraleitenden Bänder eines jeweiligen Leiters.
Genauer wird der Schritt c) zum Einbetten eines Endabschnittes der supraleitenden Bänder in einem Weichlot durch Vorsehen mindestens einer Hülse, die einen Endabschnitt eines Leiters umgibt, und Füllen der Hülse mit Weichlot ausgeführt.
Außerdem kann Schritt b) zum Einbetten eines Endes der supraleitenden Bänder in einem härtbaren Harz durch Einbetten der Enden mindestens aller supraleitenden Bänder eines gleichen Leiters in einer gemeinsamen Menge aus härtbaren Harz ausgeführt werden.
Falls es zwei Leiter gibt, kann deshalb die härtbare Harzmenge für die supraleitenden Bänder beider Leiter gemeinsam sein, oder es können zwei härtbare Harzmengen hergestellt werden, jede gemeinsam für die supraleitenden Bänder eines jeweiligen Leiters.
Genauer kann der Schritt b) zum Einbetten eines Endes der supraleitenden Bänder in einem härtbaren Harz durch Vorsehen mindestens eines Bundes, der mindestens ein Ende eines Leiters umgibt, und Füllen des Bundes mit dem härtbaren Harz ausgeführt werden.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen werden der Schritt d) zum Erreichen eines elektrischen Kontaktes durch das Weichlot und der Schritt c) zum Einbetten eines Endabschnittes der supraleitenden Bänder in einem Weichlot durch Einbetten der Endabschnitte mindestens aller supraleitenden Bänder eines gleichen Leiters und eines entsprechenden Abschnittes des Verbinders in einer gemeinsamen Menge aus Weichlot ausgeführt.
In alternativen Ausführungsformen wird Schritt b) zum Einbetten eines Endes der supraleitenden Bänder in einem härtbaren Harz durch individuelles Einbetten höchstens des Endes von jedem supraleitenden Band in einer jeweiligen Menge aus härtbaren Harz ausgeführt.
Falls es zwei Leiter gibt, kann deshalb jede härtbare Harzmenge gedacht sein, das Ende eines einzelnen supraleitenden Bandes, oder die Enden eines Paars eines supraleitenden Bandes des ersten Leiters und eines supraleitenden Bandes des zweiten Leiters eingebettet zu haben.
Genauer wird der Schritt b) zum Einbetten eines Endes der supraleitenden Bänder in einem härtbaren Harz durch individuelles Einführen höchstens des freien Endes von jedem supraleitenden Band in einer jeweiligen Kappe und Füllen mindestens teilweise jeder Kappe mit dem härtbaren Harz ausgeführt.
In der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen wird der Ausdruck "freies Ende eines supraleitenden Bandes" verwendet, um einen Längsteil eines supraleitenden Bandes benachbart zu und sich erstreckend von seinem offengelegten Querschnitt anzuzeigen. Das freie Ende kann alles oder einen Teil des Endes, alles oder einen Teil des Endabschnittes und auch einen Teil stromaufwärts des Endabschnittes umfassen.
In der vorliegenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen wird der Ausdruck "Kappe" verwendet, um ein Element mit einem Loch anzuzeigen, gedacht zum losen Aufnehmen des freien Endes mindestens eines supraleitenden Bandes, wobei das Loch durchgehend oder ein Sackloch sein kann, optional mit einer oder mehr undichten Stellen versehen.
Außerdem wird vorzugsweise der Schritt c) zum Einbetten eines Endabschnittes der supraleitenden Bänder in einem Weichlot durch individuelles Einbetten höchstens des Endabschnittes von jedem supraleitenden Band in einer jeweiligen Menge aus Weichlot ausgeführt.
Falls es zwei Leiter gibt, kann deshalb jede Menge aus Weichlot gedacht sein, das Ende eines einzelnen supraleitenden Bandes, oder die Enden eines Paares eines supraleitenden Bandes des ersten Leiters und eines supraleitenden Bandes des zweiten Leiters eingebettet zu haben.
In einigen Ausführungsformen gibt es einen Schritt e) zum individuellen Anordnen höchstens eines freien Endes von jedem supraleitenden Band in einer jeweiligen elektrisch leitenden Kappe, Schritt b) wird durch Füllen eines ersten Teils jeder Kappe mit dem härtbaren Harz ausgeführt und Schritt c) wird durch Füllen mindestens eines zweiten Teils jeder Kappe mit dem Weichlot ausgeführt.
In diesem Fall kann Schritt d) zum Erreichen eines elektrischen Kontaktes durch das Weichlot durch Fixieren jeder Kappe in Kontakt mit dem Verbinder ausgeführt werden.
In einer Alternative umfasst Schritt d) zum Erreichen eines elektrischen Kontaktes durch das Weichlot Vorsehen eines jeweiligen elektrisch leitenden Bandes, das sich von jeder Kappe erstreckt.
Außerdem gibt es vorzugsweise einen Schritt f) zum Erreichen eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Verbinder und einer Kryostabilitätseinrichtung, die mit den supraleitenden Bändern in Verbindung steht.
Insbesondere ist in dem Fall eines Phasenleiters die Kryostabilitätseinrichtung ein röhrenförmiges, mindestens teilweise leitendes Element, das die supraleitenden Bänder stützt, und Schritt f) zum Erreichen eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Verbinder und der Kryostabilitätseinrichtung und Schritt c) zum Einbetten eines Endabschnittes der supraleitenden Bänder in einem Weichlot werden durch Einbetten der Endabschnitte mindestens aller supraleitenden Bänder eines gleichen Leiters und eines entsprechenden Abschnittes des röhrenförmigen Elementes in einer gemeinsamen Menge aus Weichlot ausgeführt.
Insbesondere ist in dem Fall eines Rückleiters die Kryostabilitätseinrichtung ein mindestens teilweise leitender Schirm koaxial außerhalb zu den supraleitenden Bändern, und Schritt f) zum Erreichen eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Verbinder und der Kryostabilitätseinrichtung wird durch Fixieren eines Abschnittes des Schirmes in Kontakt mit dem Verbinder ausgeführt.
Weichlote, die für die Zwecke der vorliegenden Erfindung von Nutzen sind, haben einen Schmelzpunkt, der niedriger als eine Temperatur ist, die die supraleitenden Bänder beschädigt.
Vorzugsweise ist das Weichlot eine Sn-Pb-Bi-Legierung.
Noch wünschenswerter ist das Weichlot eine Legierung, die 43% Sn, 43% Pb und 14% Bi umfasst.
Vorzugsweise ist das härtbare Harz ein Epoxid- oder Siliziumharz.
Vorzugsweise wird dem härtbaren Harz außerdem ein Härtemittel hinzugefügt.
Noch wünschenswerter ist das härtbare Harz dasjenige, das unter der Schutzmarke Araldite^® von Ciba Specialites Chimiques SA, Rueil-Malmaison Cedex, Frankreich verfügbar ist. Z. B. ist das härtbare Harz Araldite^®, dem HY 951 als ein Härtemittel hinzugefügt wird.
Vorzugsweise wird dem härtbaren Harz außerdem ein mineralischer Füllstoff hinzugefügt.
Der mineralische Füllstoff ist vorzugsweise Quarz oder Aluminiumoxid.
Wünschenswerter ist das härtbare Harz Araldite^®, dem Quarz oder Aluminiumoxid als ein mineralischer Füllstoff hinzugefügt wird.
Außerdem ist das supraleitende Material von jedem supraleitenden Band vorzugsweise ein Oxid aus Wismut, Blei, Strontium, Kalzium und Kupfer (BSCCO).
Vorzugsweise umfasst jedes supraleitende Band außerdem einen hermetisch versiegelnden Aufbau, der seine Außenfläche entlang seiner Länge umgibt, wie z. B. in der oben erwähnten internationalen Veröffentlichung WO 01/08234 beschrieben.
In einem zweiten Aspekt davon bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen abgeschlossenen Leiter nach Anspruch 28.
In einem dritten Aspekt davon bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein supraleitendes Kabel nach Anspruch 29.
In einem vierten Aspekt davon bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Verbindungsstelle nach Anspruch 30.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Verbindungsstelle einen Bund, der die Enden der zwei Leiter umgibt und mit dem härtbaren Harz gefüllt ist.
Vorzugsweise umfasst die Verbindungsstelle außerdem eine Hülse, die die Endabschnitte der zwei Leiter umgibt und mit dem Weichlot gefüllt ist.
In einem fünften Aspekt davon bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Stromübertragungs-/Verteilungsnetz nach Anspruch 33.
In einem sechsten Aspekt davon bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Abschluss (Terminator) nach Anspruch 34.
In einer Ausführungsform umfassend die begrenzenden Elemente einen Bund, der zum Umgeben der Enden mindestens aller supraleitenden Bänder eines gleichen Leiters geeignet und zum Enthalten des härtbaren Harzes gedacht ist.
Als eine Alternative oder zusätzlich umfassen die begrenzenden Elemente eine Hülse, die zum Umgeben der Endabschnitte mindestens aller supraleitenden Bänder eines gleichen Leiters geeignet und zum Enthalten des Weichlotes gedacht ist.
In einigen Ausführungsformen umfassen die begrenzenden Elemente außerdem eine Vielzahl von elektrisch leitenden Kappen, jede geeignet zum Enthalten des freien Endes mindestens eines jeweiligen supraleitenden Bandes und jede gedacht zum Enthalten einer Menge von härtbarem Harz.
Außerdem können die elektrisch leitenden Kappen jede zum Enthalten mindestens einer Menge von Weichlot geeignet sein.
In einer Ausführungsform umfasst jede Kappe ein elektrisch leitendes Band, das sich von dem Ende entgegengesetzt zu dem Ende erstreckt, das das supraleitende Band aufnimmt, und der Verbinder umfasst ein erstes und ein zweites röhrenförmiges Element, wobei die Außenfläche des ersten röhrenförmigen Elementes und die Innenfläche des zweiten röhrenförmigen Elementes in Bezug auf die jeweiligen Achsen mit Winkeln einer Neigung abgeschrägt sind, die ausgewählt sind, dass das erste und das zweite röhrenförmige Element eine konische Kopplung realisieren, die zum Klemmen der elektrisch leitenden Bänder geeignet ist, die sich von den Kappen erstrecken.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen davon klarer erscheinen, die hierin nachstehend mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen gemacht wird. In den Zeichnungen:
1 zeigt schematisch eine Längs- und teilweise Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines abgeschlossenen Leiters eines supraleitenden Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt schematisch eine Längs- und teilweise Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines abgeschlossenen Leiters eines supraleitenden Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt schematisch eine Längs- und teilweise Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform eines abgeschlossenen Leiters eines supraleitenden Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 und 5 zeigen schematisch ein Detail der Ausführungsform von 3, jeweils in einer Vorder- und einer Schnittansicht;
6 zeigt eine Längsschnittdarstellung einer vierten Ausführungsform eines abgeschlossenen Leiters eines supraleitenden Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt eine Längsschnittdarstellung einer fünften Ausführungsform eines abgeschlossenen Leiters eines supraleitenden Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung;
8–14 zeigen schematisch einige Ausführungsformen von Verbindungsstellen zwischen Leitern von zwei supraleitenden Kabeln gemäß der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Leiters 10 eines supraleitenden Kabels, das gemäß der vorliegenden Erfindung abgeschlossen ist.
Insbesondere ist Leiter 10 bezeichnend für einen Phasenleiter eines warmen dielektrischen Kabels oder einen Phasenleiter eines kalten dielektrischen Kabels.
Der veranschaulichte Leiter 10 umfasst eine Vielzahl von supraleitenden Bändern 13, die in vier Schichten um ein röhrenförmiges stützendes Element 12 gewunden sind.
Das röhrenförmige stützende Element 12 definiert einen Flusskanal für eine Tieftemperaturflüssigkeit.
Das röhrenförmige stützende Element 12 besteht vorzugsweise mindestens teilweise aus einem Material mit geringem elektrischen Widerstandswert, um die supraleitenden Bänder gegen Überstrom zu schützen, d. h. es dient auch als eine Kryostabilitätseinrichtung. Ein geeignetes röhrenförmiges stützendes Element 12 wird in der internationalen Veröffentlichung WO 00/39812 im Namen des Anmelders beschrieben.
Die supraleitenden Bänder 13 sind z. B. Bi-2223-Bänder in einer Silbermatrix, vorzugsweise entlang ihrer Länge gegen die Diffusion der Tieftemperaturflüssigkeit versiegelt, wie in der obigen Veröffentlichung WO 01/08234 beschrieben.
Ein oberer Verbinder 11, hergestellt aus einem elektrisch leitenden Material, wie etwa z. B. Kupfer, steht mit dem supraleitenden Kabel radial an Leiter 10 in Verbindung. In dem besonderen Fall ist der obere Leiter 11 teilweise in das röhrenförmige stützende Element 12 geschraubt.
Die tatsächliche Form des oberen Verbinders 11 ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung nicht wichtig. Es ist ausreichend, dass er ein fixierendes Mittel aufweist, vorzugsweise entfernbar, das sich mit dem fixierenden Mittel eines zweiten Kabelleiters, entweder supraleitend oder nicht-supraleitend, oder einer elektrischen Vorrichtung im allgemeinen, wie etwa einem Transformator, einem elektrischen Motor etc. paart.
Ein Bund 15 ist koaxial außerhalb zu dem Ende des Leiters 10 angeordnet, d. h. zu dem Ende der Gruppe seiner supraleitenden Bänder 13. Bund 15 begrenzt eine Menge von härtbarem Harz 14, worin die Enden der supraleitenden Bänder 13 eingebettet sind.
Bund 15 wird vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt.
Das härtbare Harz 14 ist vorzugsweise Araldite^®, dem HY 951 als ein Härtemittel hinzugefügt ist. Vorzugsweise wird einem derartigen Harz Quarz oder Aluminiumoxid [Al₂(OH)₃] als ein mineralischer Füllstoff hinzugefügt.
Als eine Alternative können andere härtbare Harze verwendet werden, insbesondere andere Epoxid- oder Siliziumharze.
Eine Hülse 17 ist koaxial außerhalb zu Bund 15 angeordnet, d. h. um Endabschnitte der Gruppe ihrer supraleitenden Bänder 13 und um einen Endabschnitt vom oberen Verbinder 11.
Hülse 17 wird vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt.
Hülse 17 begrenzt eine Menge von Weichlot 16, worin die Endabschnitte der supraleitenden Bänder 13 und der Endabschnitt vom oberen Verbinder 11 eingebettet sind.
Da Weichlot 16 zwischen die supraleitenden Bänder 13 eindringt, ist außerdem auch der Teil von Stütze 12 entsprechend den Endabschnitten der supraleitenden Bänder 13 in Weichlot 16 eingebettet. Dies ist insbesondere von Vorteil, falls die Stütze 12 aus einem mindestens teilweise metallischen Material hergestellt ist und als eine Kryostabilitätseinrichtung dient.
Weichlot 16 ist vorzugsweise eine Legierung aus Sn, Pb, Bi, wie etwa die Legierung DAIKO PFA 140, die von Indium Corporation of America, Utica, NY, USA verfügbar ist, deren Zusammensetzung 43% Sn, 43% Pb und 14% Bi ist.
Während das härtbare Harz 14 die Enden der supraleitenden Bänder 13 effektiv festigt, wird ein elektrischen Kontakt durch die Menge von Weichlot 16 zwischen Leiter 10 und oberem Verbinder 11 ebenso wie das röhrenförmige Kryostabilitätselement 12 erreicht.
Mit anderen Worten wird ein Strompfad in dem kranzförmigen Ring von Weichlot 16 um Bund 15 geschaffen, der einen geringeren elektrischen Widerstandswert als der des härtbaren Harzes 14 aufweist.
Die Menge von Weichlot 16, d. h. der Durchmesser von Hülse 17 in Bezug auf den Durchmesser von Bund 15, sind so auszuwählen, um die entgegengesetzten Anforderungen einer Minimierung des Raums, der durch den Leiterabschluss belegt wird, und einer Minimierung der abgeführten Energie in dem Abschluss zu erfüllen, was wie bekannt umgekehrt proportional zu dem Quer schnitt von Weichlot 16 ist. Die abgeführte Energie bei dem maximalen Betriebsstrom des supraleitenden Kabels bei der maximalen Betriebstemperatur sollte vorzugsweise kleiner als 50 W, wünschenswerter geringer als 20 W und noch wünschenswerter geringer als 10 W sein.
In der Praxis weist Weichlot 16 eine Stärke auf, die viel größer als einige Zehntel von Mikromillimetern ist, d. h. es ist in der Praxis zu porös, um die Bildung von Mikrokanälen zu verhindern, innerhalb derer die Tieftemperaturflüssigkeit somit in die supraleitenden Bänder 13 bei Abwesenheit des härtbaren Harzes 14 eindringen könnte, wobei somit ihr Leistungsverhalten verschlechtert wird.
Außerdem garantiert die Menge von Weichlot 16 den notwendigen mechanischen Zwang zwischen Leiter 10 und oberem Verbinder 11.
Falls der abzuschließende Leiter in einer im wesentlichen horizontalen Position angeordnet ist, werden Bund 15 und Hülse 17 eine jeweilige Öffnung (nicht gezeigt) aufweisen, um sie mit dem härtbarem Harz 14 bzw. mit Weichlot 16 zu füllen.
Falls andererseits der abzuschließende Leiter in einer im wesentlichen vertikalen Position angeordnet ist, wird Hülse 17 vorteilhafter Weise die gezeigte Form aufweisen, die an ihrem unteren Ende stromaufwärts des Abschlusses verjüngt ist. In diesem Fall könnte Bund 15 außerdem einen Boden 15a aufweisen, hergestellt z. B. aus einer Vielzahl von Beabstandungsringen zwischen den Schichten. Als eine Alternative könnte der Abschluss durch Füllen zuerst von Hülse 17 nur teilweise mit Weichlot 16 bis zu einer derartigen Höhe, um die Enden der supraleitenden Bänder 13 frei zu lassen, dann Füllen von Bund 15 unter Verwendung des gehärteten Weichlots 16 als ein Boden und danach Abschließen einer Füllung von Hülse 17 mit Weichlot 16 ausgeführt werden.
Außerdem könnten sowohl Bund 15 als auch Hülse 17 mit dem oberen Verbinder 11 z. B. durch radiale Querstücke (nicht gezeigt) verbunden werden.
Als eine Alternative kann Leiter 10 einen Rückleiter eines kalten dielektrischen Kabels darstellen. In diesem Fall fehlt, wie zu Beginn der vorliegenden Beschreibung erwähnt, das röhrenförmige stützende Element 12 der supraleitenden Bänder 13, wobei die supraleitenden Bänder 13 um das Dielektrikum gewunden sind. Da das Dielektrikum typischerweise eine Umhüllung aus Papierbändern umfasst, die durch den Kontakt mit Weichlot 16 beschädigt werden könnten, kann es notwendig sein, ein röhrenförmiges schützendes Element zwischen das Dielektrikum und die supraleitenden Bänder 13 einzuführen. Ein derartiges röhrenförmiges schützendes Element als kann in 1 durch das röhrenförmige stützende Element 12 schematisch dargestellt betrachtet werden.
2 zeigt eine Ausführungsform eines Abschlusses des Leiters eines supraleitenden Kabels, die in Bezug auf das mit Verweis auf 1 veranschaulichte und beschriebene in den folgenden Aspekten modifiziert ist.
Hülse 17 wird durch eine Hülse 17a ersetzt, deren innerer Durchmesser im wesentlichen dem äußeren Durchmesser von Bund 15 entspricht und sich nicht längs an dem Endabschnitt vom oberen Verbinder 11 erstreckt.
Hülse 17a begrenzt somit eine Menge von Weichlot 16, wobei nur die Endabschnitte der supraleitenden Bänder 13 eingebettet sind, wohingegen es der Endabschnitt vom oberen Verbinder 11 nicht ist.
Der elektrische Kontakt zwischen Leiter 10 und dem oberen Verbinder 11 wird durch Weichlot 16, Hülse 17a und eine Umhüllung von Leiterflechten oder Bändern 18, z. B. aus Kupfer, zwischen Hülse 17a und oberem Verbinder 11 erreicht.
Auch weist in dieser Ausführungsform Weichlot 16 in der Praxis eine Stärke von mehr als einige Zehnteln von Mikromillimetern auf.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Leiters 20 eines supraleitenden Kabels, das gemäß der vorliegenden Erfindung abgeschlossen ist.
Insbesondere stellt Leiter 20 einen Phasenleiter eines warmen dielektrischen Kabels oder einen Phasenleiter eines kalten dielektrischen Kabels dar.
Der veranschaulichte Leiter 20 umfasst eine Vielzahl von supraleitenden Bändern 22, die in zwei Schichten um ein röhrenförmiges stützendes Element 21 gewunden sind. Die supraleitenden Bänder 22 und das röhrenförmige stützende Element 21 sind wie mit Bezug auf die supraleitenden Bänder 13 bzw. auf das röhrenförmige stützende Element 12 der Ausführungsform von 1 beschrieben.
Ein oberer Verbinder, hergestellt aus einem elektrisch leitenden Material, wie etwa z. B. Kupfer, steht radial mit dem supraleitenden Kabel in Leiter 20 in Verbindung. In dem besonderen Fall umfasst der obere Leiter ein erstes röhrenförmiges Element 23a, das etwa durch Heften in der Region, die durch Bezugszeichen 24 angezeigt wird, um das röhrenförmige stützende Element 21 geklemmt ist.
Um Verzerrungen und Schäden an dem röhrenförmigen stützenden Element 21 zu verhindern, umfasst der obere Verbinder vorzugsweise ein zweites röhrenförmiges Element 23c, das innerhalb des röhrenförmigen stützenden Elementes 21 eingeführt und mit dem ersten röhrenförmigen Element verbunden ist, z. B. geschraubt, wie bei 25 angezeigt.
Auch ist in diesem Fall die tatsächlichen Form des oberen Verbinders 23a–23c nicht wichtig.
Das freie Ende von jedem supraleitenden Band 22 ist lose in eine jeweilige Kappe 27 eingeführt, wie in 4 und 5 besser gesehen werden kann. Jede Kappe 27 ist aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt, z. B. Kupfer.
Jede Kappe 27 ist mit einem härtbaren Harz 44 für einen ersten Teil gefüllt, worin das Ende des jeweiligen supraleitenden Bandes 22 eingebettet ist.
Außerdem ist jede Kappe 27 mit Weichlot 46 für einen zweiten Teil gefüllt, worin ein Endabschnitt des jeweiligen supraleitenden Bandes 22 eingebettet ist.
Das härtbare Harz 44 und das Weichlot 46 sind wie mit Bezug auf das härtbare Harz 14 bzw. das Weichlot 16 der Ausführungsform von 1 beschrieben.
Jede Kappe 27 weist vorzugsweise ein Loch 27a, optional mit einem Gewinde versehen, an dem entgegengesetzten Ende des Einführungsendes des jeweiligen supraleitenden Bandes 22 auf.
In Bezug erneut auf 3 ist jede Kappe 27 in elektrischem Kontakt mit dem oberen Verbinder 23a–23c, wie durch Oberflächenkontakt und Fixieren durch eine jeweilige Schraube 28 mit dem oberen Verbinder 23a–23c.
In dem besonderen in 3 veranschaulichten Fall ist jede Kappe 27 mit einem Element 23b des oberen Verbinders fixiert, verschraubt außerhalb von Element 23a des oberen Verbinders. Element 23b des oberen Verbinders weist eine äußere stufenweise Fläche auf, wobei die Stufen vorzugsweise mit Bezug auf ihre Längsachse abgeschrägt sind, sodass die supraleitenden Bänder 22 der innersten Schicht, durch die jeweilige Kappe 27, bei einer geringeren Neigung als die supraleitenden Bänder der äußersten Schicht fixiert sind, sodass die jeweiligen Kappen 27 und Schrauben 28 die supraleitenden Bänder 22 der äußersten Schicht nicht stören oder beschädigen. Außerdem ist auf diese Weise ein größerer Durchmesser verfügbar, der eine Verwendung von Kappen erlaubt, die größer als die supraleitenden Bänder sind. Falls Leiter 20 eine Zahl von Schichten von supraleitenden Bändern 22 mit Ausnahme von zwei aufweist, wird Element 23b des oberen Verbinders eine entsprechende Zahl von Stufen aufweisen.
Elemente 23a und 23b des oberen Verbinders können durch ein einzelnes Element ersetzt werden.
Auch festigt in der Ausführungsform von 3 das härtbare Harz 44 die Enden der supraleitenden Bänder 22.
Der elektrische Kontakt zwischen Leiter 20 und oberem Verbinder 23a–23c wird durch Weichlot 46, Kappen 27 und die Kontaktbeziehung zwischen Kappen 27 und oberem Konnektor 23a–23c erzielt.
Im Fall, dass das röhrenförmige Element 21 aus Gründen der Kryostabilität mindestens teilweise leitend ist, wird der elektrische Kontakt zwischen dem röhrenförmigen Element 21 und dem oberen Verbinder 23a–23c durch die Kontaktbeziehung zwischen ihnen vorgesehen.
Schließlich zeigt 3 eine Umhüllung 25 der supraleitenden Bänder 22 stromaufwärts von dem oberen Verbinder 23a–23c.
Auch ist in dem Fall der Ausführungsform von 3 die Menge von Weichlot 46, die benötigt wird, um ausreichende elektrische Leitfähigkeit und ausreichenden mechanischen Zwang zwischen jedem supraleitenden Band 22 und der jeweiligen Kappe 27 vorzusehen, derart, dass es in der Praxis zu porös ist, die Funktion zum Festigen gegen die Tieftemperaturflüssigkeit durchzuführen.
Auch kann Leiter 20 der vorliegenden Ausführungsform alternativ einen Rückleiter eines kalten dielektrischen Kabels darstellen, mit den Änderungen, die mit Bezug auf die Ausführungsform von 1 beschrieben werden.
Eine weitere Ausführungsform eines Abschlusses des Leiters eines supraleitenden Kabels wird in 6 veranschaulicht. Eine derartige Ausführungsform ist in dem Fall eines Rückleiters eines kalten dielektrischen Kabels von besonderem Vorteil.
Der veranschaulichte Leiter 30 umfasst eine Vielzahl von supraleitenden Bändern 31, die in zwei Schichten um einen Isolator 35 gewunden sind. Die supraleitenden Bänder 31 sind wie mit Bezug auf die supraleitenden Bänder 13 der Ausführungsform von 1 beschrieben.
Außerdem werden zwei Schichten von leitenden Bändern 33 veranschaulicht, z. B. aus Kupfer, gewunden um die supraleitenden Bänder 31 und mit der Funktion einer Kryostabilitätseinrichtung, wie in der internationalen Patentanmeldung WO 00/39812 im Namen des Anmelders beschrieben.
Das freie Ende von jedem supraleitenden Band 31 ist in eine jeweilige Kappe 34 eingeführt, die härtbares Harz 44 und Weichlot 46 analog zu dem enthält, was mit Bezug auf 3–5 beschrieben wird.
Um die supraleitenden Bänder 31 sind vom Dielektrikum 35 z. B. durch Verdünnen vom Dielektrikum 35, wie bei 35a gezeigt, radial beabstandet.
Ein oberer Verbinder umfasst ein erstes elektrisch leitendes röhrenförmiges Element 32a, z. B. aus Kupfer oder Legierungen davon, eingeführt in dem supraleitenden Kabel zwischen Dielektrikum 35 und den supraleitenden Bändern 31, und ein zweites elektrisch leitendes röhrenförmiges Element 32b, z. B. aus Kupfer oder Legierungen davon, eingeführt in dem supraleitenden Kabel außerhalb der supraleitenden Bänder 31 und der leitenden Bänder 33, falls vorhanden.
Die Außenfläche des ersten röhrenförmigen Elementes 32a und die Innenfläche des zweiten röhrenförmigen Elementes 32b sind bezüglich der jeweiligen Längsachsen abgeschrägt, mit Neigungswinkeln, die gewählt sind, sodass das erste und das zweite röhrenförmige Element 32a, 32b des oberen Verbinders eine konische Kopplung herstellen, wobei somit der notwendige mechanische Zwang zwischen oberem Verbinder 32a, 32b und den supraleitenden Bändern 32 ebenso wie den leitenden Bändern 33, falls vorhanden, hergestellt wird.
Der elektrische Kontakt zwischen Leiter 30 und dem oberen Verbinder 32a–32b wird durch Weichlot 46, Kappen 34 und die Kontaktbeziehung zwischen Kappen 34 und dem oberen Verbinder 32a–32b erzielt.
Die Kappen 34 können mit dem oberen Verbinder 32a analog zu dem fixiert werden, was mit Bezug auf die Ausführungsform von 3 beschrieben wird.
7 zeigt eine Ausführungsform eines Abschlusses des Leiters eines supraleitenden Kabels, die in den folgenden Aspekten mit Bezug auf das modifiziert ist, was mit Verweis auf 6 veranschaulicht und beschrieben wird.
Die supraleitenden Bänder 31 sind stromaufwärts vom oberen Verbinder 32a, 32b abgeschnitten und in jeweilige Kappen 34' ähnlich zu Kappen 34 der Ausführungsform von 3–5 eingeführt, wobei aber ein jeweiliges leitendes Band 36 gezeigt wird, hergestellt z. B. aus Kupfer oder Legierungen davon, das sich von dem Ende entgegengesetzt zu dem einer Einführung des jeweiligen supraleitenden Bandes 31 erstreckt. Die Kappen 34' weisen das Loch 27a, das in Kappen 34 der Ausführungsform von 3–5 vorhanden ist, nicht auf.
Auf diese Weise sind die leitenden Bänder 36 und die optionalen Kryostabilitätsleitbänder 33 durch die konische Kopplung geklemmt, die durch die zwei röhrenförmigen Elemente 32a, 32b des oberen Verbinders vorgesehen wird, wohingegen es die supraleitenden Bänder 31 nicht sind. Somit werden die supraleitenden Bänder 31 nicht beansprucht, wobei somit jegliches Risiko eines Schadens verhindert wird.
Der elektrische Kontakt zwischen Leiter 30 und dem oberen Verbinder 32a, 32b wird durch Weichlot 46, Kappen 34', leitende Bänder 36 und die Kontaktbeziehung zwischen den leitenden Bändern 36 und dem oberen Verbinder 32a–32b erzielt.
In einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) könnten der Bund 15 der Ausführungsform von 1 und 2 und das jeweilige härtbare Harz 14 durch eine Vielzahl von Kappen ähn lich zu Kappen 27 der Ausführungsform von 3 ersetzt werden, wobei jede Kappe mit nur dem härtbaren Harz gefüllt ist.
8 bis 14 zeigen auf eine sehr schematische Art und Weise einige Ausführungsformen einer Verbindungsstelle zwischen Leitern von zwei supraleitenden Kabeln gemäß der vorliegenden Erfindung, die nur in ihren wesentlichen Merkmalen beschrieben werden sollen. Für weitere Details soll jedes Mal auf die Beschreibung der relevanten Figuren von 1 bis 7 verwiesen werden.
Alle Figuren von 8 bis 14 zeigen einen Leiter 50 eines ersten supraleitenden Kabels, umfassend eine Vielzahl von supraleitenden Bändern 51, die in mehreren Schichten um ein röhrenförmiges stützendes Element 52 gewunden sind, und einen Leiter 60 eines zweiten supraleitenden Kabels, umfassend eine Vielzahl von supraleitenden Bändern 61, die in mehreren Schichten um ein röhrenförmiges stützendes Element 62 gewunden sind.
Außerdem wird ein elektrisch leitender Verbinder 70 dargestellt, der sich mit den zwei Leitern 50, 60 auf Stoß koppelt, indem er z. B. in die röhrenförmigen stützenden Elemente 52, 62 eingeführt wird. Verbinder 70 wird schematisch als ein einzelnes Stück angezeigt, kann aber als eine Alternative zwei komplementäre Elemente umfassen, die entfernbar miteinander verbunden sind.
In der Ausführungsform von 8 sind die Enden der supraleitenden Bänder 51 des ersten Leiters 50 in einer ersten Menge 53 von härtbarem Harz eingebettet, das in einem ersten Bund 54 enthalten ist, und die Enden der supraleitenden Bänder 61 des zweiten Leiters 60 sind in einer zweiten Menge 63 von härtbarem Harz eingebettet, das in einem zweiten Bund 64 enthalten ist. Die Mengen von härtbarem Harz 53 und 63 sind dargestellt, auch jeweilige Abschnitte von Verbinder 70 eingebettet zu haben, dies ist aber nicht notwendig.
Die Endabschnitte der supraleitenden Bänder 51 des ersten Leiters 50 und die Endabschnitte der supraleitenden Bänder 61 des zweiten Leiters 60 sind in einer gemeinsamen Menge 71 aus Weichlot eingebettet, das in einer gemeinsamen Hülse 72 enthalten ist.
Die Ausführungsform von 9 unterscheidet sich von der von 8 dadurch, dass die Enden der supraleitenden Bänder 51 des ersten Leiters 50 und die Enden der supraleitenden Bänder 61 des zweiten Leiters 60 in einer gemeinsamen Menge 73 von härtbarem Harz eingebettet sind, das in einem gemeinsamen Bund 74 enthalten ist. Die Menge von härtbarem Harz 73 hat auch den entsprechenden Abschnitt des Verbinders 70 eingebettet.
Die Ausführungsform von 10 unterscheidet sich von der von 8 dadurch, dass die Enden der supraleitenden Bänder 51 des ersten Leiters 50 und die Enden der supraleitenden Bänder 61 des zweiten Leiters 60 in jeweiligen Mengen aus härtbarem Harz eingebettet sind, das in jeweiligen Kappen 55, 65 enthalten ist.
In der Ausführungsform von 11 sind die Enden der supraleitenden Bänder 51 des ersten Leiters 50 und die Enden der supraleitenden Bänder 61 des zweiten Leiters 60 in einer gemeinsamen Menge 73 aus härtbarem Harz eingebettet, das in einem gemeinsamen Bund 74 enthalten ist. Die Menge von härtbarem Harz 73 hat auch den passenden Abschnitt von Verbinder 70 eingebettet.
Die Endabschnitte der supraleitenden Bänder 51 des ersten Leiters 50 sind in einer ersten Menge 56 aus Weichlot einge bettet, das in einer ersten Hülse 57 enthalten ist, und die Enden der supraleitenden Bänder 61 des zweiten Leiters 60 sind in einer zweiten Menge 66 von Weichlot eingebettet, das in einer zweiten Hülse 67 enthalten ist. Eine Umhüllung von leitenden Bändern oder Flechten 75, z. B. aus Kupfer, verbindet elektrisch Hülsen 57, 67.
In der Ausführungsform von 12 werden die freien Enden der supraleitenden Bänder 51 des ersten Leiters 50 und die freien Enden der supraleitenden Bänder 61 des zweiten Leiters 60 in Paaren in gemeinsamen Kappen 76 eingeführt. Die Kappen 76, natürlich mit Durchgangslöchern versehen, sind in einem zentralen Teil mit härtbarem Harz gefüllt, worin die Enden von beiden supraleitenden Bänder 51, 61 eingebettet sind, und in zwei Teilen benachbart zu dem zentralen Teil mit Weichlot, worin die Endabschnitte von jedem supraleitenden Band 51, 61 einzeln eingebettet sind.
In der Ausführungsform von 13 werden die freien Enden der supraleitenden Bänder 51 des ersten Leiters 50 in jeweiligen Kappen 55 eingeführt und die freien Enden der supraleitenden Bänder 61 des zweiten Leiters 60 werden in jeweiligen Kappen 65 eingeführt. Die Kappen 55 und 65 sind jede mit einer Menge von härtbarem Harz an dem Ende des jeweiligen supraleitenden Bandes 51, 61 und mit einer Menge von Weichlot an dem Endabschnitt des jeweiligen supraleitenden Bandes 51, 61 gefüllt. Außerdem sind die Kappen 55 und 65 in Paaren durch ein jeweiliges gemeinsames leitendes Band 77 verbunden.
In der Ausführungsform von 14 werden die freien Enden der supraleitenden Bänder 51 des ersten Leiters 50 in jeweiligen Kappen 55 eingeführt und die freien Enden der supraleitenden Bänder 61 des zweiten Leiters 60 werden in jeweiligen Kappen 65 eingeführt. Die Kappen 55 und 65 sind jede mit ei ner Menge von härtbarem Harz an dem Ende des jeweiligen supraleitenden Bandes 51, 61 gefüllt.
Die Endabschnitte der supraleitenden Bänder 51 des ersten Leiters 50 sind in einer ersten Menge 56 von Weichlot eingebettet, das in einer ersten Hülse 57 enthalten ist, und die Enden der supraleitenden Bänder 61 des zweiten Leiters 60 sind in einer zweiten Menge 66 von Weichlot eingebettet, das in einer zweiten Hülse 67 enthalten ist. Eine Umhüllung von leitenden Bändern oder Flechten 75, z. B. aus Kupfer, verbindet elektrisch Hülsen 57, 67.
BEISPIEL 1
Es wurde ein Leitermusterstück unter Verwendung von supraleitenden Bändern aus Bi-2223 in einer Silbermatrix hergestellt, für das ein Nachweis gegen die Infiltration von flüssigem Stickstoff entlang ihrer gesamten Länge zuvor geprüft wurde. Das Leitermusterstück ist 10 Meter lang.
Das Musterstück war an jedem Ende abgeschlossen, wie mit Bezug auf 1 beschrieben wird, unter Verwendung von Araldite^®, zusätzlich mit HY 951 und Aluminiumoxid, als härtbares Harz 14, und Legierung DAIKO PFA 140 als Weichlot 16.
Das so abgeschlossene Musterstück wurde in ein Kryostat befestigt und an den Enden an einem steifen Rahmen eingespannt, um die Zugkraft zu simulieren, der der Abschluss in einer Klemmkopfinstallationskonfiguration unterworfen ist. Wie bekannt stellt eine derartige Konfiguration die kritischste Bedingung einer Zugkraft durch Schrumpfung beim Kühlen des supraleitenden Kabels dar.
Das Musterstück wurde in flüssigen Stickstoff eingetaucht und 10 thermischen Zyklen zwischen Umgebungstemperatur und der Betriebstemperatur von 77 K bei atmosphärischem Druck unterzogen.
Danach wurde das Musterstück noch in einer Klemmkopfkonfiguration für 120 Stunden in flüssigem Stickstoff bei einem Druck von ungefähr 30 Bar eingetaucht gelassen.
Am Ende der obigen Belastungen wurde das Musterstück analysiert.
Das härtbare Harz 14 und das Weichlot 16 wiesen weder Risse noch Brüche auf. Die supraleitenden Bänder 13 wiesen weder Oberflächen-"Ballons" noch andere Schäden auf.
BEISPIEL 2
Ein Musterstück eines kalten dielektrischen supraleitenden Kabels (frei von Kryostat) wurde unter Verwendung von supraleitenden Bändern aus Bi-2223 in einer Silbermatrix hergestellt, für die ein Nachweis gegen die Infiltration von flüssigem Stickstoff entlang ihrer gesamten Länge zuvor geprüft wurde. Das Leiterkabelmusterstück hat eine Länge von 10 Metern.
Der Phasenleiter des Musterstücks war an jedem Ende abgeschlossen, wie mit Bezug auf 3 beschrieben wird, und der Rückleiter des supraleitenden Kabelmusterstücks war an jedem Ende abgeschlossen, wie mit Bezug auf 6 beschrieben wird.
Araldite^®, zusätzlich mit HY 951 und Aluminiumoxid, als härtbares Harz 44, und die obige Legierung DAIKO PFA 140 als Weichlot 46 wurden in allen Abschlüssen verwendet.
Das so abgeschlossene Musterstück wurde in einem Kryostat befestigt und an den Enden an einem steifen Rahmen eingespannt, um die Zugkraft zu simulieren, der der Abschluss in einer Klemmkopfinstallationskonfiguration unterworfen ist.
Das Musterstück wurde in flüssigen Stickstoff eingetaucht und 10 thermischen Zyklen zwischen Umgebungstemperatur und der Betriebstemperatur von 77 K bei atmosphärischem Druck unterzogen.
Danach wurde das Musterstück für 120 Stunden in flüssigem Stickstoff bei einem Druck von ungefähr 30 Bar eingetaucht gelassen.
Am Ende der obigen Belastungen wurde das Musterstück analysiert.
Das härtbare Harz 44 und das Weichlot 46 innerhalb der Kappen 27, 34 wiesen weder Risse noch Brüche auf. Die supraleitenden Bänder 22, 32 wiesen weder Oberflächen-"Ballons" noch andere Schäden auf.
Außerdem erfüllt der Abschluss gemäß der Erfindung die Anforderungen eines mechanischen Zwangs und eines Schutzes der Integrität der supraleitenden Bänder.

Claims

Verfahren zum Abschließen wenigstens eines Leiters (10, 20, 30, 50, 60) eines Supraleitungskabels, wobei der wenigstens eine Leiter mehrere supraleitende Bänder (13, 22, 31, 51, 61) umfasst, umfassend die Schritte: a) radiales Verbinden eines elektrisch leitenden Verbinders (11, 23a–23c, 32a–32b, 70) mit dem wenigstens einen Leiter (10, 20, 30, 50, 60), b) Einbetten eines Endes der supraleitenden Bänder (13, 22, 31, 51, 61) in einem aushärtbaren Kunstharz (14, 44, 53, 63, 73), c) Einbetten eines Abschnitts benachbart dem Ende der supraleitenden Bänder (13, 22, 31, 51, 61) in einem Weichlot (16, 46, 56, 66, 71), und d) Erzielen des elektrischen Kontakts mit dem Verbinder durch Weichlot (16, 46, 56, 66, 71).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt c) das Einbetten eines Endabschnitts der supraleitenden Bänder in einem Weichlot durch Einbetten der Abschnitte benachbart des Endes wenigstens aller supraleitenden Bänder (13, 22, 31, 51, 61) des gleichen Leiters in einer gemeinsamen Menge an Weichlot (16, 56, 66, 71) erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt c) das Einbetten eines Abschnitts der Enden der supraleitenden Bänder in einem Weichlot durch Bereitstellen wenigstens einer Hülse (17, 17a, 57, 67, 72), die einen Abschnitt des Leiters benachbart dem Ende des Leiters umgibt und Füllen der Hülse mit dem Weichlot (16, 56, 66, 71) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt b) das Einbetten eines Endes der supraleitenden Bänder in einem aushärtbaren Kunstharz durch Einbetten aller supraleitenden Bänder (13, 22, 51, 61) eines gleichen Leiters in einer gemeinsamen Menge an aushärtbarem Kunstharz (14, 53, 63, 73) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt b) das Einbetten eines Endes der supraleitenden Bänder in einem aushärtbaren Kunstharz durch Bereitstellen wenigstens eines Rings (15, 54, 64, 74), der wenigstens ein Ende des Leiters umgibt, und Füllen des Rings mit dem aushärtbaren Kunstharz (14, 53, 63, 73) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) des Erzielens eines elektrischen Kontakts durch das Weichlot und der Schritt c) des Einbettens eines Abschnitts benachbart dem Ende der supraleitenden Bänder in einem Weichlot durch Einbetten der Abschnitte benachbart dem Ende wenigstens aller supraleitender Bänder (13, 51, 61) des gleichen Leiters und eines entsprechenden Abschnitts des Verbinders in einer gemeinsamen Menge an Weichlot (16, 56, 66, 71) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einbettens eines Endes der supraleitenden Bänder in einem aushärtbaren Kunstharz durch nahezu individuelles Einbetten der Enden jedes supraleitenden Bandes (22, 33, 51, 61) in einer entsprechenden Menge aushärtbarem Kunstharz (44) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt b) das Einbetten eines Endes der supraleitenden Bänder in einem aushärtbaren Kunstharz durch nahezu individuelles Einführen der freien Enden jedes supraleitenden Bandes (22, 33, 51, 61) in eine entsprechende Kappe (27, 34, 34', 55, 65, 76) und wenigstens teilweises Füllen der Kappe mit dem aushärtbaren Kunstharz (44) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt c) das Einbetten eines Abschnitts benachbart dem Ende der supraleitenden Bänder in einem Weichlot durch nahezu individuelles Einbetten des Endabschnitts benachbart dem Ende jedes supraleitenden Bandes (22, 33, 51, 61) in einer entsprechenden Menge Weichlot (46) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schritt e) des nahezu individuellen Anordnens eines freien Endes jedes supraleitenden Bandes (22, 33, 51, 61) in einer entsprechenden elektrisch leitenden Kappe (27, 34, 34', 56, 65, 76) und gekennzeichnet dadurch, dass der Schritt b) durch Füllen wenigstens eines Teils jeder Kappe (27, 34, 34', 55, 65, 76) mit dem aushärtbaren Kunstharz (44) durchgeführt wird, und dadurch, dass der Schritt c) durch Füllen wenigstens eines zweiten Teils jeder Kappe (27, 34, 34', 55, 65, 76) mit dem Weichlot (46) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) des Erzielens eines elektrischen Kontakts durch das Weichlot durch Befestigen jeder Kappe (27, 34, 34', 55, 65, 76) in Kontakt mit dem Verbinder (23a–23c, 32a–32b) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) des Erzielens eines elektrischen Kontakts durch das Weichlot ein Bereitstellen eines entsprechenden elektrischen Bandes (36, 77), das sich von jeder Kappe (34', 55, 65) erstreckt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schritt f) des Erzielens eines elektrischen Kontakts zwischen dem Verbinder und einer Cryostabilitätseinrichtung (Engl.: cryostability devide), die den supraleitenden Bändern zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Cryostabilitätseinrichtung ein röhrenförmiges, wenigstens teilweise leitendes Element ist, das die supraleitenden Bänder trägt und dadurch, dass aus Schritt f) des Erzielens eines elektrischen Kontakts zwischen einem Verbinder und der Cryostabilitätseinrichtung und der Schritt c) des Einbettens eines Abschnitts benachbart dem Ende der supraleitenden Bänder in einem Weichlot durch Einbetten der Abschnitte benachbart dem Ende wenigstens aller supraleitender Bänder (13, 51, 61) eines gleichen Leiters und des einen entsprechenden Abschnitts des röhrenförmigen Elements in einer gemeinsamen Menge Weichlot (16, 56, 66, 71) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Cryostabilitätseinrichtung eine wenigstens teilweise leitende Abschirmung koaxial und außerhalb zu den supraleitenden Bändern darstellt und dadurch, dass der Schritt f) des Erreichens eines elektrischen Kontakts zwischen dem Verbinder und der Cryostabilitätseinrichtung durch Befestigen eines Abschnitts der Abschirmung (33) in Kontakt mit dem Verbinder (32a–32b) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Weichlot einen Schmelzpunkt aufweist, der niedriger als eine Temperatur ist, die die supraleitenden Bänder beschädigt.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Weichlot eine Sn-Pb-Bi Legierung ist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Weichlot eine Legierung umfassend 43% Sn, 43% Pb und 14% Bi ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aushärtbare Kunstharz ein Kunstharz ausgewählt aus der Gruppe umfassend Epoxidharz und Silikonharz ist.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxidharz Araldite^® ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aushärtbare Kunstharz mit einem Härter versetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das aushärtbare Kunstharz Araldite^® ist, das mit HY 951 als einem Härter versetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das das Kunstharz mit einem mineralischen Füllstoff versetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der mineralische Füllstoff aus der Gruppe umfassend Quarz und Aluminiumoxid ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das aushärtbare Kunstharz Araldite^® ist, das mit einem Aluminiumoxid und mit einem mineralischen Füllstoff versetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das supraleitende Material jedes supraleitenden Bandes ein Oxid von Bismuth, Blei, Strontium, Kalzium und Kupfer (BSCCO) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes supraleitende Band einen Dichtungsaufbau aufweist, der seine Außenfläche entlang seiner gesamten Länge hermetisch umgibt.
Abgeschlossener Leiter (10, 20, 30) eines Supraleitungskabels, umfassend mehrere supraleitenden Bänder (13, 22, 31) und einen elektrisch leitenden Verbinder (11, 23–23c, 32a, 32b), der zu dem Verbinder mit dem supraleitenden Kabel radial verbunden ist, wobei die Enden der supraleitenden Bänder in einem aushärtbaren Kunstharz (14, 44) eingebettet sind und Abschnitte, die den supraleitenden Bändern benachbart sind, in einem Weichlot (16, 46) eingebettet sind, der in elektrischem Kontakt mit dem elektrischen Verbinder steht.
Supraleitungskabel, umfassend wenigstens einen Leiter (10, 20, 30), umfassend mehrere supraleitenden Bänder (13, 22, 31) und einen entsprechenden elektrisch leitenden Verbinder (11, 23–23c, 32a, 32b), der mit dem wenigstens einen Leiter radial verbunden ist, wobei die Enden der supraleitenden Bänder in einem aushärtbaren Kunstharz (14, 44) eingebettet sind und Abschnitte, die den Enden der supraleitenden Bänder benachbart sind, in einem Weichlot (16, 46) eingebettet sind, wobei ein elektrischer Kontakt durch das Weichlot erzielt ist.
Verbindung zwischen Leitern (50, 60) zweier Supraleitungskabel, wobei jeder Leiter mehrere supraleitenden Bänder (51, 61) umfasst und die Verbindung einen elektrisch leitenden Verbinder (70), der die Leiter der zwei Supraleitungskabel über eine Muffenkupplung koppelt, umfasst, wobei Enden der supraleitenden Bänder in einem aushärtbaren Kunstharz (44, 53, 63, 73) eingebettet sind, und Abschnitte, die den supraleitenden Bänder benachbart sind in einem Weichlot (46, 56, 66, 71) eingebettet sind, wobei wenigstens das aushärtbare Kunstharz oder das Weichlot die supraleitenden Bänder beider Leiter in sich eingebettet haben und ein elektrischer Kontakt durch das Weichlot erzielt ist.
Verbindung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Ring (74) aufweist, der die Enden der zwei Leiter umgibt und mit aushärtbarem Kunstharz (73) gefüllt ist.
Verbindung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Hülse (72) aufweist, die Abschnitte, die den Enden der zwei Leiter benachbart sind, umgibt und mit dem Weichlot (71) gefüllt ist.
Stromübertragungs/Verteilungsnetzwerk umfassend wenigstens einen abgeschlossenen Leiter eines Supraleitungskabels gemäß Anspruch 28, wenigstens ein Supraleitungskabel nach Anspruch 29 und/oder wenigstens eine Verbindung zwischen Leitern zweier Supraleitungskabel gemäß Anspruch 30.
Abschlusswiderstand für wenigstens einen Leiter (10, 20, 30, 50, 60) eines Supraleitungskabels, umfassend mehrere supraleitenden Bänder (13, 22, 31, 51, 61), wobei der Abschlusswiderstand einen elektrisch leitenden Verbinder (11, 23a–23c, 32a–32b, 70), der radial mit dem wenigstens einen Leiter kombinierbar ist aufweist und entweder Begrenzungselemente (27, 34, 34', 76), die dazu gedacht sind, sowohl das aushärtbare Kunstharz als auch das Weichlot zu beinhalten und geeignet sind, mit wenigstens einem Leiter verbunden zu sein, so dass die Enden der supraleitenden Bänder in dem aushärtbaren Kunstharz eingebettet sind oder separate Begrenzungselemente, von denen Erste (55, 65, 76, 15, 54, 64) zum Beinhalten des aushärtbaren Kunstharzes sind und dazu geeignet sind, mit wenigstens einem Leiter verbunden zu werden, so dass die Enden der supraleitenden Bänder in dem aushärtbaren Kunstharz eingebettet sind und von denen Zweite (74, 17, 17a, 57, 67, 72) zum beinhalten des Weichlotes sind, so dass Abschnitte, die den Enden der supraleitenden Bänder benachbart sind in dem Weichlot eingebettet sind und so dass ein elektrischer Kontakt durch das Weichlot erzielt ist.
Abschlusswiderstand nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungselemente einen Ring (15, 54, 64, 74) umfassen, der geeignet ist, die Enden wenigstens aller supraleitenden Bänder (13, 51, 61) des gleichen Leiters zu umgeben und dazu gedacht ist, das aushärtbare Kunstharz (14, 53, 63, 73) zu beinhalten.
Abschlusswiderstand nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungselemente eine Hülse (17, 17a, 57, 67, 72) umfassen, die dazu geeignet ist, die Abschnitte, die den Enden wenigstens aller supraleitenden Bänder (13, 51, 61) eines gleichen Leiters benachbart sind, zu umgeben und die dazu gedacht ist, das Weichlot (16, 56, 66, 71) zu beinhalten.
Abschlusswiderstand nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungselement mehrere elektrisch leitende Kappen (27, 34, 34', 55, 65, 76) umfassen, die jeweils dazu geeignet sind, die freien Enden wenigstens eines entsprechenden supraleitenden Bandes (22, 31, 51, 61) zu beinhalten und jeweils dazu gedacht sind, eine Menge aushärtbaren Kunstharzes (44) zu beinhalten.
Abschlusswiderstand nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Kappen (27, 34, 34', 55, 65, 76) dazu geeignet sind, jeweils wenigstens eine Menge Weichlot (46) zu beinhalten.
Abschlusswiderstand nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Kappen (34') ein elektrisch leitendes Band (36) ist, das sich von dem Ende entgegengesetzt zu dem Ende, das das supraleitende Band (31) aufnimmt, erstreckt und dadurch, dass der Verbinder ein erstes und ein zweites röhrenförmiges Element (31a, 32b) umfasst, wobei die Außenfläche des ersten röhrenförmigen Elements (32a) und die Innenfläche des zweiten röhrenförmigen Elements (32b) in bezug auf die entsprechenden Achsen mit Neigungswinkeln abgeschrägt sind, die derart gewählt sind, dass das erste und das zweite röhrenförmige Element (32a, 32b) eine konische Kupplung bilden, die dazu geeignet ist, die elektrisch leitenden Bänder (36), die sich von den Kabeln (34') erstrecken, einzuklemmen.