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Supraleitendes Kabel
Die Erfindung betrifft ein supraleitendes Kabel mit zwei einander umhüllenden, durch eine Isolierschicht voneinander getrennten Schichten aus supraleitendem Material. Bei dieser bekannten Kabelausführung, die die Verwendung harten supraleitenden Materials für die beiden supraleitenden Schichten vorsieht, werden beide Schichten als Einzelleiter eines supraleitenden Wechselstromkabels zur Stromführung herangezogen. Zweck dieser bekannten Kabelausbildung ist es, die in konzentrisch angeordneten Supraleitern auftretenden Wechselstromverluste zu reduzieren. Zu diesem Zweck werden zur Energieübertragung nur die der Isolierschicht benachbarten Randschichten herangezogen und eine Bemessungsregel für die beiden konzentrisch angeordneten Supraleiter gegeben.
Bekannt ist weiters ein supraleitendes Drehstromkabel, welches gleichfalls zwei voneinander durch eine Isolierschicht getrennte Schichten aus supraleitendem Material aufweist, die beide zur Stromführung herangezogen werden. Hiebei bildet jeweils eine der beiden Schichten eine Phasenleitung des Drehstromkabels und die andere Schicht eine vom Verbraucher an das erzeugerseitige Kabelende zurückgeführte Phasenverkettungsleitung. Diese Ausbildung verfolgt das Ziel, dass die in den beiden Leitern in entgegengesetzter Richtung fliessenden Ströme durch weitgehende Aufhebung der von ihnen hervorgerufenen magnetischen Felder die sonst auftretenden Wechselstromverluste reduzieren.
Die Erfindung geht demgegenüber von andern Voraussetzungen aus. Die Erfindung baut auf der Erkenntnis auf, dass bei Supraleitern zwischen der maximal zulässigen Stromdichte und der höchst zulässigen Stärke des Magnetfeldes, welches von den Leitern noch ohne Verlust der Supraleitfähigkeit ertragen wird, ein etwa hyperbolischer Zusammenhang besteht, wonach hohen kritischen Stromdichten kleine kritische Feldstärken zugeordnet sind und umgekehrt. Daraus resultiert der bekannte Nachteil einer nur mässigen Belastbarkeit einfacher Supraleiter, wenn sich diese in einem transversalen Magnetfeld befinden.
Die Behebung dieser Nachteile ist das Ziel der Erfindung. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass die äussere supraleitende Schicht als den von der inneren supraleitenden Schicht gebildeten Stromleiter abschirmender Mantel aus weichem supraleitendem Material ausgebildet ist. Der Mantel schirmt somit den inneren supraleitenden Stromleiter gegen äussere Magnetfelder ab. Da das für den Mantel verwendete weiche supraleitende Material nicht nur verhältnismässig billig ist, sondern auch besonders günstige Abschirmeigenschaften besitzt, ist eine wirtschaftliche Herstellung solcher, für hohe Gleich-oder Wechselstrombelastungen geeigneter Supraleiter gewährleistet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Stromleiter selbst aus weichem supraleitendem Material, z. B. Blei, bestehen. Dies bedeutet eine weitere erhebliche Senkung der Herstellungskosten gegenüber Ausführungen aus hartem supraleitendem Material. Um dem Stromleiter die erforderliche mechanische Festigkeit zu erteilen, kann dieser beispielsweise als Belag oder Überzug auf einem Träger aus mechanisch widerstandsfähigem Material aufgebracht werden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Diagramm über die Beziehung der höchstzulässigen Stromdichte und der Stärke des Magnetfeldes bei Supraleitern, Fig. 2-4 je ein Ausführungsbeispiel eines supraleitenden Kabels nach der Erfindung im Axialschnitt.
Aus Fig. 1 ist der etwa hyperbolische Verlauf der kritischen Stromdichte über der höchstzulässigen
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Magnetfeldstärke als Abszisse zu ersehen. Demnach sind bei Supraleitern hohen kritischen Stromdichten stets kleine kritische Feldstärken zugeordnet und umgekehrt. Bei Vorhandensein von Nachbarleitern, die zur Bildung eines magnetischen Transversalfeldes führen, können daher bei einfachen Supraleitern nur verhältnismässig geringe Stromdichten zugelassen werden.
Mit denKabelausführungen nach Fig. 2-4 wird eine weitaus höhere Belastbarkeit erzielt. Nach Fig. 2 bildet der supraleitende, den Transportstrom führende Leiter S die Seele des Kabels, die unter Zwischenlage einer konzentrischen Isolationsschicht J von einem Mantel M aus weichem supraleitendem Material umgeben ist. Der Mantel M bildet die Abschirmung des Supraleiters gegen äussere Magnetfelder. Dieser Mantel wird nicht zur Stromführung herangezogen.
Bei dem supraleitenden Kabel nach Fig. 3 bildet ein zylindrischer, die mechanische Beanspruchung des Kabels aufnehmender Träger Tr die Seele des Kabels. Den Träger Tr umgibt eine Isolierschicht, die den hohlzylindrischen supraleitenden Leiter S trägt. Der Abschirmung dieses Leiters S dient auch hier ein hohlzylindrischer Mantel M, der von dem Leiter S durch eine Isolierschicht getrennt ist.
Nach Fig. 4 kann das supraleitende Kabel gegebenenfalls auch rechteckigen Querschnitt erhalten, wobei der mechanische Träger Tr sowie der auf ihm aufgebrachte Supraleiter S bandförmig ausgebildet sind. Der Mantel M weist dann etwa rechteckigen Umriss auf.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Supraleitendes Kabel mit zwei einander umhüllenden, durch eine Isolierschicht voneinander getrennten Schichten aus supraleitendem Material, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere supraleitende Schicht als den von der inneren supraleitenden Schicht gebildeten Stromleiter abschirmender Mantel aus weichem supraleitendem Material ausgebildet ist.