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Dokumentenidentifikation EP1821380 11.10.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001821380
Titel Verfahren zum Verlegen eines Supraleiterkabels
Anmelder Nexans, Paris, FR
Erfinder Allais, Arnaud, 30625 Hannover, DE;
Soika, Rainer, 30163 Hannover, DE
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 502006000080
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LI, LT, LU, LV, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 16.02.2006
EP-Aktenzeichen 062902887
EP-Offenlegungsdatum 22.08.2007
EP date of grant 29.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.10.2007
IPC-Hauptklasse H02G 15/34(2006.01)A, F, I, 20070725, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01R 4/68(2006.01)A, L, I, 20070725, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verlegung eines Supraleiterkabels nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Supraleiterkabel kontrahieren, wenn sie auf Betriebstemperatur abgekühlt werden und expandieren, wenn sie erwärmt werden, z. B. im Falle eines Fehlers. In einer solchen Situation bewegen sich insbesondere die Endbereiche des Supraleiterkabels in Längsrichtung des Kabels. Die Größenordnung der Längenänderung beträgt - 0.3 %. Die Endbereiche des Supraleiterkabels sind an normale Leiter angeschlossen, dessen anderes Ende an den Leiter einer sogenannten Durchführung angeschlossen ist. Über die Durchführung ist das Supraleiterkabel an ein Stromnetz angeschlossen.

Gerade bei großen Kabellängen bereitet die Beherrschung der Kontraktionen und Expansionen an den Enden der Kabel erhebliche Probleme.

Aus der EP 1 489 692 ist es bekannt, das Ende des Supraleiterkabels mit dem Endenabschluß über ein Kupferseil zu verbinden. Dadurch werden Kontraktionen und Expansionen an den Kabelenden absorbiert und es treten keine Kräfte auf den ortsfest gelagerten Endenabschluß auf. Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß im Falle der Expansion des Supraleiterkabels gerade bei großen Kabellängen eine Führung des unter Hochspannung stehenden Seils sehr aufwendig ist und befürchtet werden muß, daß das Seil in Kontakt mit dem die Verbindungsstelle zwischen dem Supraleiterkabel und dem Endenabschluß umgebenden Gehäuse gelangt.

Die EP 1 617 537 A2 offenbart einen Endenabschluß für ein supraleitendes Kabel, bei dem der Stromleiter des Endenabschlusses mit dem supraleitfähigen Leiter des Kabels über ein rohrförmiges Bauteil aus elektrisch leitfähigem Werkstoff elektrisch verbunden ist. Bei dieser Lösung kann der Leiter in dem Bauteil gleiten.

Bei einer weiteren Lösung des Problems, welche in der älteren EP-Anmeldung 0 529 092.4 der Anmelderin beschrieben ist, wird eine Expansion oder Kontraktion des Supraleiterkabels unterbunden. Die in einem Kryostaten verlegte supraleitende Kabelseele verläuft innerhalb des Kryostaten in Form einer Welle oder Wendel, wenn die Kabelseele auf Raumtemperatur ist. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß ein kreuzartiges Netzwerk aus einem Material mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten an bestimmten Punkten in längsaxialen Abständen an der Kabelseele befestigt ist. Bei Betriebstemperatur verläuft die Kabelseele nahezu parallel zum Kryostaten, wogegen sie bei Raumtemperatur wellen- oder wendelförmig verläuft. Eine Bewegung der Enden der Kabelseele in längsaxialer Richtung ist durch das Netzwerk unterbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verlegung eines Supraleiterkabels anzugeben, bei welchem die Kontraktionen und Expansionen der supraleitfähigen Kabelseele in besonders einfacher Weise beherrschbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 2 gelöst.

Durch die Festlegung der Enden der supraleitfähigen Kabelseele nach dem Abkühlen auf Betriebstemperatur wird bei einer Wiedererwärmung im Falle des Abschaltens des Kabels oder im Falle des Auftretens eines Fehlers die Kabelseele sich innerhalb des Kryostaten wellenförmig oder wendelförmig legen.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Enden der Kabelseele lösbar mit den Endenabschlüssen verbunden. Der hieraus entstehende Vorteil ist darin zu sehen, daß vor dem Abschalten bzw. im Falle eines Fehlers die Verbindungen zwischen den Enden der Kabelseele und den Endenabschlüssen gelöst werden können, so daß sich die Kabelseele ungehindert ausdehnen kann.

Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 bis 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Figur 1 zeigt einen Endenabschluß für ein Supraleiterkabel, wie er aus der EP 1 617 537 bekannt ist.

Das Supraleiterkabel 1 besteht wie an sich bekannt aus einer supraleitfähigen Kabelseele sowie einem die Kabelseele umgebenden Kryostaten.

Der Endenabschluß 2 besteht aus einem Stromleiter 2a, einem den Stromleiter 2a umgebenden Isolator 2b sowie einem Feldsteuerelement 2c. Der Innenraum 2d des Isolators 2b ist üblicherweise mit Isolieröl gefüllt.

Mit 3 ist ein das Kabelende und die Verbindungsstelle zwischen dem Leiter 5 des Supraleiterkabels 1 und dem Stromleiter 2a umgebendes Gehäuse bezeichnet, in welchem ein Vakuum vorherrscht. Auf dem Gehäuse 3 sitzt ein Rohrstutzen 4, welcher den Stromleiter 2a konzentrisch umgibt. Der Rohrstutzen 4 ist zweischalig ausgebildet, wobei der Raum zwischen den beiden Schalen 4a und 4b mit einer Superisolierung ausgefüllt und evakuiert ist. Der zwischen dem Stromleiter 2a und der inneren Schale 4a befindliche Raum ist mit einem Isolierwerkstoff, vorzugsweise einem Schaumstoff ausgefüllt.

Das von der nicht näher bezeichneten Isolierschicht befreite Ende 5a des supraleitfähigen Leiters 5, welcher aus einem zentralen Element, z. B. einem verdichteten Seil aus Kupferdrähten und mehreren auf das zentrale Element aufgewickelten Bändern aus supraleitfähigem Material besteht, ist mit einem Bolzen oder Rohr 6 aus Kupfer verbunden. Die Enden der einzelnen supraleitfähigen Bänder sind elektrisch leitend mit der Oberfläche des Bolzens oder Rohres 6 verbunden. Über ein Bauteil 7 ist der Bolzen oder das Rohr 6 elektrisch leitend an den Stromleiter 2a angeschlossen. Um die durch Expansion bzw. Kontraktion der Kabelseele des Supraleiterkabels 1 auftretenden Kräfte zu absorbieren, ist hier vorgesehen, das Rohr bzw. den Bolzen 6 in dem Bauteil 7 längsverschieblich anzuordnen.

Durch die Erfindung soll ein anderer Weg beschritten werden.

Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist die Kabelseele 8 in einem Kryostaten 9 frei beweglich angeordnet. Der Kryostat besteht aus zumindest zwei konzentrisch zueinander angeordneten gewellten Metallrohren 9a und 9b, zwischen denen eine Isolierschicht 9c aus metallbedampften Kunststofffolien angeordnet ist.

In der Figur 2 ist ein Ende des Supraleiterkabels 1 gezeigt, wobei sich das Supraleiterkabel 1 bei Umgebungstemperatur befindet. Die Kabelseele 8 weist eine größere Länge als der Kryostat 9 auf, d. h., die Enden ragen aus dem Kryostaten 9 heraus.

Nach dem Verlegen des Supraleiterkabels 1 wird die Kabelseele 8 auf Betriebstemperatur abgekühlt, indem ein Kühlmittel durch den Ringspalt zwischen der Kabelseele 8 und dem inneren Wellrohr 9a hindurchgeleitet wird. Als Kühlmittel wird gängigerweise flüssiger Stickstoff mit einer Temperatur der Größenordnung 70 K verwendet.

Infolge der Abkühlung kontrahiert die Kabelseele 8 und zieht sich dabei in das Innere des Kryostaten 1 zurück. Der abgekühlte Zustand ist in Figur 3 dargestellt. Die Kabelseele 8 wird nun gegenüber dem Kryostaten an beiden Enden fixiert. Als eines von vielen Möglichkeiten wird ein Metallring 10 sowohl mit der Oberfläche der Kabelseele 8 als auch mit dem Wellrohr 9a des Kryostaten 9 mechanisch fest verbunden.

Abschließend wird an den Leiter 8a der Endenabschluß montiert. Muß das Supraleiterkabel 1 nun beispielsweise durch einen Fehler vom Netz genommen werden, und erwärmt sich infolge dessen die Kabelseele 8, dehnt sich diese aus. Da sie an beiden Enden gegenüber dem Kryostaten 1 fixiert ist, verformt sich die Kabelseele 8 und legt sich in Form einer Welle oder einer Wendel im Innern des Kryostaten. Da die gesamte Längenänderung des Kabels im Kryostaten kompensiert wird, ist die Längenänderung, die auf das im Gehäuse 3 sitzende Ende 5a des supraleitfähigen Leiters 5 sowie der damit verbundene Innenleiter 2a wirkt, vernachlässigbar.

In der Figur 4 ist eine weitere Ausführung der Erfindung schematisch dargestellt.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Verbindung zwischen dem Leiter 8a der Kabelseele 8 und dem Leiter 2a des Endenabschlusses 2 nach dem Abkühlen der Kabelseele auf Betriebstemperatur hergestellt.

Der Leiter 2a weist ein inneres Teil 2a1 und ein äußeres Teil 2a2 auf. Das innere Teil 2a1 ist längsverschiebbar in dem äußeren Teil 2a2 angeordnet. Mittels eines nicht näher bezeichneten Gewindes an der inneren Oberfläche des äußeren Teils 2a2 und eines Gewindes an der äußeren Oberfläche des inneren Teils 2a1 kann das innere Teil 2a1 in Längsrichtung des Leiters 2a bewegt werden, wenn das innere Teil 2a1 gedreht wird.

An seinem dem Leiter 8a der Kabelseele 8 zugekehrten Ende ist das innere Teil 2a1 drehbar mit einer Halbschale 7a verbunden, welche gemeinsam mit einer Halbschale 7b den Leiter 8a der Kabelseele 8 umschließt, wenn das Supraleiterkabel 1 in Betrieb ist. Nach dem Abkühlen der Kabelseele 8 wird die Halbschale 7a durch Drehen des Teils 2a1 auf den Leiter 8a zu bewegt und umschließt diesen gemeinsam mit der Halbschale 7b und stellt auf diese Weise eine elektrisch leitende Verbindung her.

Wenn das Supraleiterkabel vom Netz genommen wird, und die Kabelseele sich erwärmt und dabei ausdehnt, wird die elektrische Verbindung durch Fortbewegen der Halbschale 7a gelöst und der Leiter 8 kann sich frei zwischen den Halbschalen 7a und 7b bewegen.

Der Vorteil dieser Konfiguration ist, daß sich das Kabel beim Abkühlen und Erwärmen frei zusammenziehen beziehungsweise ausdehnen kann. Es wirken insbesondere keine durch die Längenänderung hervorgerufenen Kräfte transvers auf den Innenleiter 2a des Endenabschlusses 2.


Anspruch[de]
Verfahren zum Verlegen eines Supraleiterkabels (1), welches aus einer supraleitfähigen Kabelseele (8) und einem die supraleitfähige Kabelseele (8) umgebenden Kryostaten (9) besteht, wobei die supraleitfähige Kabelseele (8) frei beweglich in dem Kryostaten (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verlegen des Supraleiterkabels (1) die supraleitfähige Kabelseele (8) auf die Betriebstemperatur abgekühlt wird, wobei sich die supraleitfähige Kabelseele (8) gegenüber dem Kryostaten (9) verkürzt, daß die supraleitfähige Kabelseele (8) an ihren Enden fixiert wird und daß darauf an den Enden der Kabelseele (8) Endenabschlüsse (2) montiert werden. Verfahren zum Verlegen eines Supraleiterkabels (1), welches aus einer supraleitfähigen Kabelseele (8) und einem die supraleitfähige Kabelseele (8) umgebenden Kryostaten (9) besteht, wobei die supraleitfähige Kabelseele (8) frei beweglich in dem Kryostaten (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verlegen des Supraleiterkabels (1) die supraleitfähige Kabelseele (8) auf die Betriebstemperatur abgekühlt wird, wobei sich die supraleitfähige Kabelseele (8) gegenüber dem Kryostaten (9) verkürzt, und daß die Enden der Kabelseele (8) bzw. der Leiter (8a) mit ortsfest gelagerten Endenabschlüssen (2) verbunden werden. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitfähige Kabelseele (8) im Bereich ihrer beiden Enden mit den Enden des Kryostaten (9) mechanisch fest verbunden werden. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der supraleitfähigen Kabelseele (8) bzw. der Leiter (8a) lösbar mit den ortsfest gelagerten Endenabschlüssen (2) verbunden werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelseele (8) in einem aus mehreren konzentrischen und im Abstand zueinander angeordneten gewellten Metallrohren (9a,9b) bestehenden Kryostaten (9) angeordnet wird.






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