Title:
Supraleitendes Kabel
Kind Code:
T5


Abstract:

Die Erfindung betrifft ein supraleitendes Kabel, mittels welchses die physikalischen Steifikeiten von Supraleiterdrähten verstärkt werden und auch der Verteilungspfad eines elektrischen Fehlerstroms darüber hinaus vielfältig variiert wird, so dass ein Durchmesser (eine Querschnittsfläche) bzw. ein Gewicht eines Formkörpers reduziert werden kann.




Inventors:
Na, Jin-Bae (Seoul, KR)
Choi, Chang-Youl (Gyeonggi-do, Ansan-si, KR)
Sung, Heo-Gyung (Gyeonggi-do, Pyeongtaek-si, KR)
Kim, Young-Woong (Gyeonggi-do, Suwon-si, KR)
Lee, Seok-Ju (Gyeongsangbuk-do, Gumi-si, KR)
Application Number:
DE112015004298T
Publication Date:
06/14/2017
Filing Date:
07/16/2015
Assignee:
LS CABLE & SYSTEM LTD (Gyeonggi-do, Anyang-si, KR)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
advotec. Patent- und Rechtsanwälte, 80538, München, DE
Claims:
1. Supraleitendes Kabel, mit einem Kern, der der Reihe nach einen Formkörper, der aus mehreren Kupferlitzen besteht; eine supraleitende Leiterschicht, die aus mehreren Supraleiterdrähten besteht; und eine supraleitende Schirmschicht, die aus einer Isolierschicht und mehreren Supraleiterdrähten besteht; wobei die jeweiligen Supraleiterdrähten, die jeweils den Formkörper und die supraleitende Isolierschicht aufbauen, parallel zueinander geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstärkung der mechanischen Steifigkeiten der jeweiligen, die supraleitende Leiterschicht aufbauenden Supraleiterdrähten diese an ihren beiden Oberflächen jeweils eine elektrisch leitende Schicht aus einem bei Normaltemperatur eine elektrische Leitfähigkeit besitzenden Metall aufweisen, und wobei eine Querschnittsfläche des Formkörpers kleiner ist als die eines anderen Formkörpers, d. h. welcher unter einer solchen Voraussetzung ausgelegt ist, dass alle elektrische Fehlerströme beim supraleitenden Kabel, bei dem keine elektrisch leitende Schicht jeweils an den Supraleiterdrähten angefügt ist, in den Formkörper einfließen.

2. Supraleitendes Kabel, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine minimale Querschnittsfläche des den Kern aufbauenden Formkörpers diejenige ist, welche eine minimale Kurzschlussbedingung, d. h. 50 KA/Sekunde oder 25 KA/0,5 Sekunde befriedigt.

3. Supraleitendes Kabel, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn beim supraleitenden Kabel, an dem die Supraleiterdrähte mit einer Breite von x (mm) und Dicke von y (mm) ohne die angefügte, elektrisch leitende Schicht angewandt ist, eine minimale Querschnittsfläche des Formkörpers, die eine minimale Kurzschlussbedingung befriedigt, die eine minimale Strombelastbarkeit darstellt, welche beim Entstehen eines elektrischen Kurzschlussunfalls für einen vorbestimmten Zeitraum erforderlich ist, größer als A(mm2) beträgt, die elektrisch leitende Schicht aus Messing besteht, und die Dicke der jeweiligen Supraleiterdrähte, an denen jeweils die elektrisch leitende Schicht angefügt ist, 3y bis 5y beträgt, dann die minimale Querschnittsfläche des Formkörpers 0,6 A(mm2) bis 0,9 A(mm2) beträgt.

4. Supraleitendes Kabel, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, die jeweiligen Supraleiterdrähte eine Silber(Ag)-Schicht aufweisen, wobei die elektrisch leitende Schicht und die Silber(Ag)-Schicht der die supraleitende Leiterschicht aufbauenden Supraleiterdrähte mittels der seitlichen Lötung oder der metallischen Oberflächenbeschichtung der Supraleiterdrähte elektrisch miteinander verbunden sind.

5. Supraleitendes Kabel, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, eine Zugfestigkeit der Supraleiterdrähte, an denen die elektrisch leitende Schicht jeweils angefügt ist, 200 Mpa (Megapascal) bis 800 Mpa bezüglich einer 95-prozentigen Stromdämpfung (IC-relentation) beträgt.

6. Supraleitendes Kabel, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, die Dicke der elektrisch leitenden Schicht, die jeweils an den beiden Oberflächen der jeweiligen Supraleiterdrähte angefügt ist, ferner 0,1 mm (Millimeter) bis 0,2 mm beträgt.

7. Supraleitendes Kabel, dadurch gekennzeichnet, dass das supraleitende Kabel einen Formkörper; eine supraleitende Leiterschicht, die aus zumindest einer Schicht besteht, die mehrere an einer Außenseite des Formkörpers in der Längsrichtung des Formkörpers nacheinander angeordneten Supraleiterdrähte aufweist; und eine supraleitende Schirmschicht, die aus zumindest einer Schicht besteht, die mehrere an einer Außenseite der supraleitenden Leiterschicht in der Längsrichtung des Formkörpers nacheinander angeordneten Supraleiterdrähte aufweist; umfasst, wobei die die Leiter- und die Schirmschicht aufbauenden Supraleiterdrähte jeweils eine metallische Substratschicht, eine Abscheidungsschicht, die oberhalb der metallischen Substratschicht als mehrschichtig abgeschieden ist und eine supraleitende Schicht aufweist, und eine Silber(Ag)-Schicht, die aus Silber (Ag) an einer Außenseite der Abscheidungsschicht angebracht ist, umfasst, und wobei an einer Außenseite der metallischen, die Supraleiterdrähte aufbauenden Substratschicht und an beiden außenseitigen Oberflächen der auch die Supraleiterdrähte aufbauenden Silber(Ag)-Schicht jeweils eine elektrisch leitende Schicht aus einem bei Normaltemperatur elektrische Leitfähigkeit aufweisenden Metall noch zusätzlich angefügt ist, damit die elektrische leitende Schicht zusammen mit dem Formkörper als Rückleiter eines elektrischen Fehlerstroms beim Entstehen dieses elektrischen Fehlerstroms verwendet wird.

8. Supraleitendes Kabel, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall, das die elektrisch leitende Schicht aufbaut, ein Messingmaterial ist.

9. Supraleitendes Kabel, nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der elektrisch leitenden Schicht 0,1 mm bis 0,2 mm beträgt.

10. Supraleitendes Kabel, nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass falls an der Außenseite der metallischen, die Supraleiterdrähte aufbauenden Substratschicht sowie an den beiden außenseitigen Oberflächen der auch die die Supraleiterdrähte aufbauenden Silber(Ag)-Schicht alles hierbei jeweils eine elektrisch leitende Metallschicht mit einer vorbestimmten Dicke angebracht ist, eine minimale Querschnittsfläche des Formkörpers, die eine minimale Kurzschlussbedingung befriedigt, die eine minimale Strombelastbarkeit darstellt, welche beim Entstehen eines Kurzschlussunfalls des Formkörpers für einen vorbestimmten Zeitraum erforderlich ist, kleiner als bei den Supraleiterdrähten ohne die elektrisch leitende Metallschicht ist.

11. Supraleitendes Kabel, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Kurzschlussbedingung eine von 50 KA/Sekunde und 25 KA/0,5 Sekunde ist.

12. Supraleitendes Kabel, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht jeweils an den Supraleiterdrähten gelötet ist.

13. Supraleitendes Kabel, nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lötmetall zum Lösten der elektrisch leitenden Schicht an den Supraleiterdrähten aus Zinn (Sn), Blei (Pb) und Silber (Ag) besteht, wobei sein Schmelzpunkt weniger als 200°C ist.

14. Supraleitendes Kabel, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche der Supraleiterdrähte mit Kupfer plattiert oder eine laterale Seite der Supraleiterdrähte gelötet wird, damit die elektrisch leitende Schicht zusammen mit der metallischen, die Supraleiterdrähte aufbauenden Substratschicht und der auch die Supraleiterdrähte aufbauenden Silber(Ag)-Schicht als Rückleiter des elektrischen Fehlerstroms verwendet wird.

15. Supraleitendes Kabel, dadurch gekennzeichnet, dass eine metallische Dünnfilmlage vorgesehen ist, die mehrere kreisförmig oder rundrohrförmig zusammengedrückten Leiterlitzen; mehrere Supraleiterdrähte, die an einer Außenseite von den mehreren Leiterlitzen angeordnet sind und eine supraleitende Leiterschicht aus zumindest einer Schicht ausbilden; ein Isolierpapier, das eine Außenseite von den mehreren, die supraleitende Leiterschicht ausbildenen Supraleiterdrähten mehrmalig windet und somit eine Isolierschicht ausbildet; und mehrere Supraleiterdrähte, die an einer Außenseite des Isolierpapiers angeordnet sind und eine supraleitende Schirmschicht aus zumindest einer Schicht ausbilden; aufweist, wobei die metallische Dünnfilmlage jeweils an den beiden Seiten der jeweiligen Supraleiterdrähte, die die supraleitende Leiterschicht und die supraleitende Schirmschicht aufbauen, angefügt ist.

16. Supraleitendes Kabel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Dünnfilmlage aus einem Messingmaterial mit der Dicke von 0,1 mm bis 0,2 mm besteht.

17. Supraleitendes Kabel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Dünnfilmlage mittels eines Lötmetalls gelötet wird, das aus Zinn (Sn), Blei (Pb) und Silber (Ag) besteht.

18. Supraleitendes Kabel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Verbindung eines Metallbands mit den Supraleiterdrähten die laterale Seite der Supraleiterdrähte gelötet oder die Oberfläche derselben mit Kupfer plattiert wird, wobei die metallische Dünnfilmlage als Rückweg des elektrischen Fehlerstroms dient.

19. Supraleitendes Kabel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zugfestigkeit der Supraleiterdrähte, an denen die metallische Dünnfilmlage jeweils angefügt ist, 200 Mpa bis 800 Mpa bezüglich einer 95-prozentigen Stromdämpfung (IC-relentation) beträgt.

Description:
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein supraleitendes Kabel. Insbesondere betrifft die Erfindung also ein supraleitendes Kabel, mittels welchses die physikalischen Steifikeiten von Supraleiterdrähten verstärkt werden und auch der Verteilungspfad eines elektrischen Fehlerstroms darüber hinaus vielfältig variiert wird, so dass ein Durchmesser (eine Querschnittsfläche) bzw. ein Gewicht eines Formkörpers reduziert werden kann.

Stand der Technik

Bei den Supraleiterdrähten nähert sich der elektrische Widerstand bei der konstanten Temperatur null an, weshalb die Supraleiterdrähte auch bei der niedrigen, elektrischen Spannung eine große Stromübertragungsfähigkeit besitzen.

Beim solche Supraleiterdrähe aufweisenden, supraleitenden Kabel werden in der Regel die Verfahren zum Kühlen des Kabels mittels eines Kältemittels, wie Stickstoff, etc. mittels welcher kyrogenische Umgebungen ausgebildet und aufrechterhalten werden können, und/oder die Verfahren zur Wärmeisolierung, mittels welcher Vakuumschichten ausgebildet werden können, verwendet.

Werden die Supraleiterdrähte, die zum Aufbauen eines bisher vorgestellten, supraleitenden Kabels dienen, zur Herstellung des Kabels auf eine Trommel, etc. in einem Zustand aufgewickelt, bei dem sie an einer Außenseite eines Formkörpers, etc. spiral gewunden sind, oder das supraleitende Kabel in einer Verlegungsstrecke gebogen, dann werden dauerhafte Verspannungen oder Verdrehungen ausgeübt, wodurch resultierende Belastungen die Probleme, wie z. B. Unterbrechung oder dergleichen der Supraleiterdrähte verursachen könnten, die nur die Dicke von ca. 0.1 mm haben. Insbesondere weil der Kostenanteil der Supraleiterdrähte von den Bestandteilen des gesamten Kabels am größten ist, ist eine Dauerhaltbarkeit oder physikalische Zuverlässigkeit der Supraleiterdrähte erforderlich.

Außerdem kann das supraleitende Kabel im Innersten des Kerns mit einem Formkörper versehen sein. Dabei kann der Formkörper mit den Litzen versehen sein, die aus einem metallischen Werkstoff, wie mehreren Kupfern, etc. bestehen. Daher sind die jeweiligen Litzen, die den Formkörper aufbauen, parallel zu den Supraleiterdrähten geschaltet und können somit als Rückleiter beim Entstehen eines elektrischen Fehlerstroms im Strometz eines supraleitenden Systems dienen.

Für die Drähte, die den Formkörper aufbauen und als Rückleiter des Fehlerstroms dienen, wird genereller Metallleiter jedoch verwendet, weshalb die Drähte im Vergleich zu den Supraleiterdrähten einen relativ großen Durchmesser aufweisen und einen erheblichen Anteil des Durchmesser des ganzen supraleitenden Kabels besitzen Hierbei ist ein supraleitendes Kabel mit supraleitenden Drähten noch nicht vorgestellt, mittels welches die Steifigkeiten der das supraleitende Kabel aufbauenden Supraleiterdrähte verstärkt sowie die Durchmesser eines Formkörpers, etc. reduziert werden können.

Offenbarung der ErfindungTechnische Aufgabe

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein supraleitendes Kabel, mittels welches die physikalischen Steifigkeiten von Supraleiterdrähten verstärkt werden und auch der Verteilungspfad eines elektrischen Fehlerstroms darüber hinaus vielfältig variiert wird, so dass ein Durchmesser (eine Querschnittsfläche) bzw. ein Gewicht eines Formkörpers reduziert werden kann.

Technische Lösung der Aufgabe

Zur Lösung der genannten Aufgabe kann die Erfindung ein supraleitendes Kabel mit einem Kern vorschalgen, der der Reihe nach einen Formkörper, der aus mehreren Kupferlitzen besteht; eine supraleitende Leiterschicht, die aus mehreren Supraleiterdrähten besteht; und eine supraleitende Schirmschicht, die aus einer Isolierschicht und mehreren Supraleiterdrähten besteht; wobei die jeweiligen Supraleiterdrähten, die jeweils den Formkörper und die supraleitende Isolierschicht aufbauen, parallel zueinander geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstärkung der mechanischen Steifigkeiten der jeweiligen, die supraleitende Leiterschicht aufbauenden Supraleiterdrähten diese an ihren beiden Oberflächen jeweils eine elektrisch leitende Schicht aus einem bei Normaltemperatur eine elektrische Leitfähigkeit besitzenden Metall aufweisen, und wobei eine Querschnittsfläche des Formkörpers kleiner ist als die eines anderen Formkörpers, d. h. welcher unter einer solchen Voraussetzung ausgelegt ist, dass alle elektrische Fehlerströme beim supraleitenden Kabel, bei dem keine elektrisch leitende Schicht jeweils an den Supraleiterdrähten angefügt ist, in den Formkörper einfließen können.

Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass eine minimale Querschnittsfläche des den Kern aufbauenden Formkörpers diejenige ist, welche eine minimale Kurzschlussbedingung, d. h. 50 KA/Sekunde oder 25 KA/0,5 Sekunde befriedigen kann.

Zudem kann es vorgesehen sein, dass die elektrisch leitende Schicht aus Messing besteht, wobei, wenn ein Supraleiterdraht, an dem die elektrisch leitende Schicht angefügt ist, derart ausgelegt ist, dass seine Dicke 3y bis 5y beträgt, dann die minimale Querschnittsfläche des Formkörpers 0,6 A(mm2) bis 0,9 A(mm2) betragen kann.

Hierbei kann es auch vorgesehen sein, dass die jeweiligen Supraleiterdrähte eine Silber(Ag)-Schicht aufweisen, wobei die elektrisch leitende Schicht und die Silber(Ag)-Schicht der die supraleitende Leiterschicht aufbauenden Supraleiterdrähte mittels der seitlichen Lötung oder der metallischen Oberflächenbeschichtung der Supraleiterdrähte elektrisch miteinander verbunden sein können.

Hierbei kann es außerdem vorgesehen sein, dass eine Zugfestigkeit der Supraleiterdrähte, an denen die elektrisch leitende Schicht jeweils angefügt ist, 200 Mpa (Megapascal) bis 800 Mpa bezüglich einer 95-prozentigen Stromdämpfung (IC-relentation) betragen kann.

Hierbei kann es auch vorgesehen sein, dass die Dicke der elektrisch leitenden Schicht, die jeweils an den beiden Oberflächen der jeweiligen Supraleiterdrähte angefügt ist, ferner 0,1 mm (Millimeter) bis 0,2 mm betragen kann.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe kann die Erfindung auch ein supraleitendes Kabel vorschlagen, welches dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel selbst einen Formkörper; eine supraleitende Leiterschicht, die aus zumindest einer Schicht besteht, die mehrere an einer Außenseite des Formkörpers in der Längsrichtung des Formkörpers nacheinander angeordneten Supraleiterdrähte aufweist; und eine supraleitende Schirmschicht, die aus zumindest einer Schicht besteht, die mehrere an einer Außenseite der supraleitenden Leiterschicht in der Längsrichtung des Formkörpers nacheinander angeordneten Supraleiterdrähte aufweist; umfasst, wobei die die Leiter- und die Schirmschicht aufbauenden Supraleiterdrähte jeweils eine metallische Substratschicht, eine Abscheidungsschicht, die oberhalb der metallischen Substratschicht als mehrschichtig abgeschieden ist und eine supraleitende Schicht aufweist, und eine Silber(Ag)-Schicht, die aus Silber (Ag) an einer Außenseite der Abscheidungsschicht angebracht ist, umfasst, und wobei an einer Außenseite der metallischen, die Supraleiterdrähte aufbauenden Substratschicht und an beiden außenseitigen Oberflächen der auch die Supraleiterdrähte aufbauenden Silber(Ag)-Schicht jeweils eine elektrisch leitende Schicht aus einem bei Normaltemperatur elektrische Leitfähigkeit aufweisenden Metall noch zusätzlich angefügt ist.

Dabei kann es nun vorgesehen sein, dass das Metall, das die elektrisch leitende Schicht aufbaut, nun ein Messingmaterial sein kann.

Hierbei kann es ferner vorgesehen sein, dass die Dicke der elektrisch leitenden Schicht 0,1 mm (Millimeter) bis 0,2 mm betragen kann.

Falls an der Außenseite der metallischen, die Supraleiteidrähte aufbauenden Substratschicht sowie an den beiden außenseitigen Oberflächen der auch die die Supraleiterdrähte aufbauenden Silber(Ag)-Schicht alles hierbei jeweils eine elektrisch leitende Metallschicht mit einer vorbestimmten Dicke angebracht ist, kann eine minimale Querschnittsfläche des Formkörpers, die eine minimale Kurzschlussbedingung befriedigen kann, die eine minimale Strombelastbarkeit darstellt, welche beim Entstehen eines Kurzschlussunfalls des Formkörpers für einen vorbestimmten Zeitraum erforderlich ist, kleiner als bei den Supraleiterdrähten ohne die elektrisch leitende Metallschicht sein.

Hierbei kann es ferner vorgesehen sein, dass die minimale Kurzschlussbedingung eine von 50 KA/Sekunde und 25 KA/0,5 Sekunde sein kann.

Hierbei kann kann es außerdem vorgesehen sein, dass die elektrisch leitende Schicht jeweils an den Supraleiterdrähten gelötet sein kann.

Zudem kann es vorgesehen sein, dass ein Lötmetall zum Lösten der elektrisch leitenden Schicht an den Supraleiterdrähten aus Zinn (Sn), Blei (Pb) und Silber (Ag) besteht, wobei sein Schmelzpunkt weniger als 200°C sein kann.

Hierbei kann es ferner vorgesehen sein, dass eine Oberfläche der Supraleiterdrähte mit Kupfer plattiert oder eine laterale Seite der Supraleiterdrähte gelötet werden kann, damit die elektrisch leitende Schicht zusammen mit der metallischen, die Supraleiterdrähte aufbauenden Substratschicht und der auch die Supraleiterdrähte aufbauenden Silber(Ag)-Schicht als Rückleiter des elektrischen Fehlerstroms verwendet werden kann.

Hierbei kann es weiterhin vorgesehen sein, dass eine metallische Dünnfilmlage vorgesehen ist, die mehrere kreisförmig oder rundrohrförmig zusammengedrückten Leiterlitzen; mehrere Supraleiterdrähte, die an einer Außenseite von den mehreren Leiterlitzen angeordnet sind und eine supraleitende Leiterschicht aus zumindest einer Schicht ausbilden; ein Isolierpapier, das eine Außenseite von den mehreren, die supraleitende Leiterschicht ausbildenen Supraleiterdrähten mehrmalig windet und somit eine Isolierschicht ausbildet; und mehrere Supraleiterdrähte, die an einer Außenseite des Isolierpapiers angeordnet sind und eine supraleitende Schirmschicht aus zumindest einer Schicht ausbilden; aufweist, wobei die metallische Dünnfilmlage jeweils an den beiden Seiten der jeweiligen Supraleiterdrähte, die die supraleitende Leiterschicht und die supraleitende Schirmschicht aufbauen, angefügt ist. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die metallische Dünnfilmlage aus einem Messingmaterial mit der Dicke von 0,1 mm bis 0,2 mm besteht.

Hierbei kann es ferner vorgesehen sein, dass die metallische Dünnfilmlage mittels eines Lötmetalls gelötet werden kann, das aus Zinn (Sn), Blei (Pb) und Silber (Ag) besteht.

Zudem kann es vorgesehen sein, dass zur elektrischen Verbindung eines Metallbands mit den Supraleiterdrähten die laterale Seite der Supraleiterdrähte gelötet oder die Oberfläche derselben mit Kupfer plattiert wird, wobei die metallische Dünnfilmlage als Rückweg des elektrischen Fehlerstroms dienen kann.

Hierbei kann es schließlich vorgesehen sein, dass eine Zugfestigkeit der Supraleiterdrähte, an denen die metallische Dünnfilmlage jeweils angefügt ist, 200 Mpa (Megapascal) bis 800 Mpa bezüglich einer 95-prozentigen Stromdämpfung (IC-relentation) betragen kann.

Günstiger Effekt der Erfindung

Mittels des erfindungsgemäßen supraleitenden Kabels kann es vorgesehen sein, dass eine elektrisch leitende Schicht in Form einer metallischen Dünnfilmlage jeweils an den Supraleiterdrähten angefügt ist, so dass die physikalische Steifigkeit der Supraleiterdrähte verstärkt werden kann. Mittels des erfindungsgemäßen supraleitenden Kabels kann es ferner vorgesehen sein, dass durch die elektrisch leitende Schicht in Form der metallischen Dünnfilmlage der Verteilungspfad eines elektrischen Fehlerstroms vielfältig variiert wird, so dass ein Durchmesser (eine Querschnittsfläche) bzw. ein Gewicht eines Formkörpers reduziert werden kann.

Mittels des erfindungsgemäßen supraleitenden Kabels kann es außerdem vorgesehen sein, dass an den Supraleiterdrähten selbst die elektrisch leitende Schicht angefügt ist, die einen elektrischen Fehlerstrom leiten kann, und der Durchmesser des Formkörpers, der im Zentrum des supraleitenden Kabels vorgesehen und dazu ausgebildet ist, als Rückweg des elektrischen Fehlerstroms dienen zu können, gegenüber dem bisherigen Formkörper noch verringert wird, so dass auch der gesamte Durchmesser des supraleitenden Kabels verkleinert werden kann.

Mittels des erfindungsgemäßen supraleitenden Kabels kann es schließlich vorgesehen sein, dass die Größe des einen Kern des supraleitenden Kabels aufbauenden Formkörpers verkleinert und somit die Größe des supraleitenden Kabels gleichzeitig auch verkleinert wird, so dass die Herstellungskosten und andere begleitende Kosten des supraleitenden Kabels reduziert werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

1 einen schrittweise entmantelten Zustand eines supraleitenden Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Darstellung,

2 eine Schnittdarstellung des supraleitenden Kabels gemäß 1,

3 ein Beispiel für die Supraleiterdrähte, die auf das supraleitende Kabel angewandt werden können,

4 Schnittdarstellungen der einigen Beispiele für die Supraleiterdrähte, die auf das supraleitende Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt werden können,

5 ein weiteres Beispiel für das supraleitende Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung, und

6 eine Schnittdarstelung des supraleitenden Kabels gemäß 5, wobei dieses Kabel in einer horizontalen Richtung verelgt ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung

Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Allerdings sollte die Erfindung nicht auf die hier erklärten Ausführungsbeispiele beschränkt werden und kann in anderen Ausführungsformen ausgeführt werden. Vielmehr sind die hier vorgeschlagenen Ausführungsbeispiele daher dazu vorgesehen, um die offenbarten Inhalte durchaus und vollständig ausführen und den Gedanke der Erfindung auf einem Fachmann ausreichend übertragen zu können. Über die ganze Beschreibung der vorliegenden Erfindung sind gleiche Bestandteile ferner mit gleichen Bezugszeichen versehen.

1 zeigt einen schrittweise entmantelten Zustand eines supraleitenden Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung in einer perspektiviwschen Darstellung, während 2 das supraleitende Kabel gemäß 1 in einer Schnittdarstellung zeigt.

Nachfolgend wird eine Grundstruktur des supraleitenden Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt.

Das supraleitende, in 1 gezeigte Kabel umfasst: einen Kern 100, Das in 1 gezeigte, supraleitende Kabel kann folgende Merkmale umfassen: einen Kern 100, der einen Formkörper 110, eine supraleitende Leiterschicht 130, welche aus zumindest einer Schicht besteht, die mehrere Supraleiterdrähte aufweist, die derart in der Längsrichtung des Formkörpers 110 nacheinander angeordnet sind, dass sie eine Außenseite des Formkörpers 110 umwickeln können, ein Isolierband 140, das die supraleitende Leiterschicht 130 umwickelt, und eine supraleitende Schirmschicht 180, welche aus zumindest einer Schicht besteht, die mehrere Supraleiterdrähte aufweist, die derart in der Längsrichtung des Formkörpers 110 nacheinander angeordnet sind, dass sie eine Außenseite des Isolierbands 140 umwickeln können, aufweist; einen Kühlteil 200, der zur Kühlung des Kerns 100 an einer Außenseite des Kerns 100 vorgesehen und mit einem Kältemittelkreislauf eines flüssigen Kältemittels zur Kühlung des Kerns 100 versehen ist; ein inneres Metallrohr 300, das an einer Außenseite des Kühlteils 200 vorgesehen ist; einen Wärmedämmteil 400, der an einer Außenseite des inneren Metallrohrs 300 vorgesehen ist und eine Wärmedämmschicht ausbildet, die derart geformt ist, dass ein Wärmedämmmaterial 401 mehrschichtig gewunden ist; einen Vakuumteil 500, der mehrere von einer Außenseite des Wärmedämmteils 400 beabstandeten Abstandhalter 560 aufweist, um den Kühlteil 200 unter Vakuum wärmeisolieren zu können; ein äußeres Metallrohr 600, das an einer Außenseite des Vakuumteils vorgesehen ist; und einen Außenmantel 700, der an einer Außenseite des äußeren Metallrohrs 600 vorgesehen ist und somit eine Ummantelungslage ausbildet.

Nachfolgend werden die jeweiligen Bestandteile des supraleitenden Kabels nacheinanderfolgend analysiert: der Formkörper 110 ist flach und kann einen Raum anbieten, der dazu dient, um den Formkörper 110 herum die flachen und langen Supraleiterdrähte anzubringen, sowie gleichzeitig auch als Rahmen zum Ausgestalten einer Gestalt zum Anbringen der solchen Supraleiterdrähte dienen, wobei er daneben zum Pfad werden kann, durch den ein elektrischer Fehlerstrom fließt. Ferner kann der Formkörper eine Form aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass mehrere Kupfer(Cu)-Leiterlitzen 111 mit einem kreisförmigen Querschnitt kreisförmig zusammengedrückt sind.

Noch genauer gesagt, ist der Formkörper 110 grundsätzlich rundzylindrisch ausgebildet und dient als Rahmen, der derart ausgebildet ist, dass flache und lange Supraleiterdrähte auf dem Rahmen aufgesetzt werden können. Dabei ist der Durchmesser des Formkörpers 110 unter Berücksichtigung der Breite der Supraleiterdrähte derart dimensioniert, dass die Supraleiterdrähte nicht voneinander abgesplittert und beim Aufsetzen der Supraleiterdrähte aufeinander auf dem Formkörper möglichst einer Kreisform annähernd strukturiert werden können.

Wie in 1 und 2 dargestellt, kann der obige Formkörper derart ausgelegt sein, dass sein Zentrum in einer vollen Form ausgebildet ist, wobei der Formkörper 110 jedoch auch in Gestalt eines hohlförmigen Rohrs ausgebildet sein kann, so dass er es vermögen kann, sowohl eine Rolle als Rahmen zum Aufsetzen der Supraleiterdrähte auf sich selbst als auch gleichzeitig als Pfad zum Führen eines Kältemittels innerhalb sich selbst zu spielen, wobei die jeweiligen, den Formkörper aufbauenden Leiterlitzen 111 aus Kupfer, etc. bestehen können, und wobei auch die jeweiligen Litzen parallel zu den jeweiligen Supraleiterdrähten geschaltet sind, so dass sie als Rückleiter beim Entstehen eines elektrischen Fehlerstroms aufgrund eines Kurzschlusses (Auslöschung, Blitz, Isolationszerstörung, etc.) eines Energieversorgungssystems im Stromnetz dienen können.

Die Rolle als Rückleiter beim Entstehen des elektrischen Fehlerstrom im Stromnetz kann durch den aus den Leiterlitzen 111 bestehenden Formkörper übernommen werden, wobei sie jedoch danehmen auch durch eine elektrisch leitende Schicht aus einem bei Normaltemperatur eine elektrische Leitfähigkeit besitzenden Metall übernommen werden, die an den jeweiligen Supraleiterdrähten angebracht wird, wie später beschrieben. Die elektrisch leitende Schicht kann dabei eine Form eines Bands aus Metall aufweisen. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert.

Je nach der Kapazität des elektrischen Fehlerstroms kann eine Querschnittsfläche eines Leiters, wie z. B. Kupfer, etc. der eine Litze ausbildet, bestimmt werden, wobei bei hoher elektrischer Spannung die Kupferlitzen kreisförmig zusammengedrückt und somit in einer verseilten Form ausgebildet werden können.

Wie nachfolgend beschrieben, sind die Supraleiterdrähte, die das supraleitende Kabel gemäß der vorligenden Erfindung aufbauen, an ihren beiden Oberflächen mit der elektrisch leitenden Schicht aus einem bei Normaltemperatur eine elektrische Leitfähigkeit besitzenden Metall versehen, damit die mechanische Steifigkeit der Supraleiterdrähte verstärkt werden kann. Diese elektrisch leitende Schicht kann durch das Verstärken der mechanischen Steifigkeit die Supraleiterdrähte an der Unterbrechung, etc. aufgrund der Verdrehungsspannung beim Winden der Supraleiterdrähte hindern.

Da diese elektrisch leitende Schicht die mechanische Steifigkeit der Supraleiterdrähte verstärken und gleichzeitig mit dem Formkörper die Rolle als Rückweg des elektrischen Fehlerstroms beim Entstehen des Unfalls, wie z. B. Kurzschlusses, etc. teilend ihre Rolle durchführen kann, kann der Formkörper des supraleitenden Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung einen kleineren Durchmesser aufweisen, als der andere Formkörper, d. h. der ein bisheriges, generelles supraleitendes Kabel aufbaut, worauf später noch genauer eingegangen wird.

Da mehrere Stücke von den Leiterlitzen 111 mit einem kreisförmigen Querschnitt, die den Formkörper 110 aufbauen, in einer kreisförmig zusammengedrückten und verseilten Form ausgebildet sind, kann die Oberfläche des Formkörpers 110 notwendigerweise nur uneben sein. Damit sich die unebene Oberfläche des Formkörpers 110 glätten kann, kann eine Glättungsschicht 120 an der Außenseite des Formkörpers 110 umgemantelt werden. Für diese Glättungsschicht kann ein Material, wie z. B. halbleitendes Kohlepapier oder Messingband etc. verwendet werden.

Zwischen der Glättungsschicht 120 und der supraleitenden Leiterschicht 130 kann eine Polsterschicht zusätzlich vorgesehen sein, wobei jedoch sie in der Figuren nicht dargestellt ist. Die Polsterschicht ist mittels eines halbleitenden Kohlepapierbands hergestellt und kann zur Beschützung der supraleitenden Leiterschicht vorgesehen sein.

Ferner kann an der durch die Glättungsschicht 120 gelätteten Außenseite des Formkörpers 110 eine erste supraleitende Leiterschicht 130a vorgesehen sein, die durch das Umwickeln der mehreren Supraleiterdrähte als Schicht ausgebildet ist. Diese erste supraleitende Leiterschicht 130a kann derart angebracht sein, dass die mehreren Supraleiterdrähte aneinander grenzend einen Umfang der Glättungsschicht 120 umwickeln können.

Wie in 1 dargestellt, kann die supraleitende Leiterschicht 130 je nach der Kapazität eines durch das supraleitende Kabel zu übertragenden oder verteilenden, elektrischen Stroms auch mehrschichtig ausgelegt werden.

Beim in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist es gezeigt, dass eine supraleitende Leiterschicht aus gesamt zwei Schichten 130a und 130a vorgesehen ist. Wird die supraleitende Leiterschicht dabei einfach gestapelt angeordnet, dann wird die Stromkapazität ferner nach einem Skineffekt des elektrischen Stroms nicht gesteigert. Falls die supraleitende Leiterschicht zur Lösung der solchen Probleme mehrschichtig vorgesehen ist, kann ein Isolierband 140 zwischen den supraleitenden Leiterschichten 130a und 130b vorgesehen sein. Das Isolierband 140 ist zwischen den gestapelten, supraleitenden Leiterschichten 130a und 130b angeordnet, so dass der Skineffekt der gestapelten Supraleiterdrähte durch das gegenseitige Isolieren der supraleitenden Leiterschichten 130a und 130b verhindert werden kann. Durch das Isolierband 140 können die Leitungsrichtungen der mehrschichtig gestapelten, supraleitenden Leiterschichten ferner miteinander übereinstimmen.

Beim in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel dargestellt, bei dem die supraleitende Leiterschicht 130 aus zwei Schichten, d. h. der ersten supraleitenden Leiterschicht 130a und der zweiten supraleitenden Leiterschicht 130b besteht, wobei, jedoch wenn es nötig ist, dann mehr als zwei supraleitende Leiterschichten vorgesehen sind.

Weiterhin können die jeweiligen Supraleiterdrähte, die jede supraleitende Leiterschicht 130a bzw. 130b aufbauen, parallel zu den jeweiligen Litzen, die den Formkörper aufbauen, geschaltet sein. Dies ist dazu vorgesehen, um den elektrischen Strom, der durch die Supraleiterdrähte fließt, bei den Unfällen, wie z. B. Kurzschluss (Auslöschung, Blitz, Isolationszerstörung, Zerstörung der supraleitenden Bedingung, etc.) als elektrischer Fehlerstrom auf die Litzen des Formkörpers 110 zu verteilen. Auf diese Weise kann die Wärmeentwicklung oder Beschädigung, etc. der Supraleiterdrähte vermieden werden.

Ferner kann eine innere halbleitende Schicht 150 an einer Außenseite der zweiten supraleitenden Leiterschicht 130b vorgesehen sein, die an einer Außenseite der ersten supraleitenden Leiterschicht 130a vorgesehen ist. Dabei kann die innere halbleitende Schicht 150 zum Entspannen einer Elektrofeldkonzentration pro Bereich der supraleitenden Leiterschicht 130 und zum Homogenisieren eines Elektrofelds einer Oberfläche vorgesehen sein. Noch genauer gesagt, kann sie zum Entspannen der im Eckenbereich der Supraleiterdrähte entstehenden Elektrofeldkonzentration und zum Homogenisieren einer Elektrofeldverteilung vorgesehen sein. Dies gilt ebenso für die später zu erläuternde, äußere halbleitende Schicht 170.

Die innere halbleitende Schicht 150 kann derart vorgesehen sein, dass ein halbleitendes Band gewunden ist.

Ferner kann eine Isolierschicht 160 an der Außenseite der inneren halbleitenden Schicht 150 vorgesehen sein. Diese Isolierschicht 160 kann zur Erhöhung einer Isolationsfestigkeit des supraleitenden Kabels vorgesehen sein. Im Allgemeinen wird ein vernetztes Polyethylen (VPE) (XLPE: Cross Linking-Polyethylene) oder ein Ölkabel zur Isolierung eines Hochspannungskabels verwendet, wobei es jedoch ein Problem gibt, dass das supraleitende Kabel zwecks einer Supraleitfähigkeit auf eine kryogenische Temperatur gekühlt wird, wobei bei der kryogenischen Temperatur das vernetztes Polyethylen beschädigt wird, was zur Isolationszerstörung führen kann, und wobei das Ölkabel ein Umweltproblem, etc. verursachen kann, weshalb das erfindungsgemäße, supraleitende Kabel ein Isolierpapier aus üblichem Papier als Isolierschicht 160 verwenden kann, wobei diese Isolierschicht 160 derart ausgelegt werden kann, dass das Isolierpapier mehrmalig gewunden ist.

Dabei wird als Isolierpapier hauptsächlich ein Kraftpapier oder Polypropylen-Lamellenpapier (PPLP: Polypropylene Laminated Paper) verwendet. Für das supraleitende Kabel von den verschiedenen, papierisolierten Materialien wird das Polypropylen-Lamellenpapier unter Berücksichtigung der Eigenschaften, wie z. B. Einfachheit der Windungen, Isolierfestigkeit, etc. verwendet.

Weiterhin kann die äußere halbleitende Leiterschicht 170 an der Außenseite der Isolierschicht 160 vorgesehen sein. Auch die äußere halbleitende Leiterschicht kann zum Entspannen einer Elektrofeldkonzentration pro Bereich der supraleitenden Leiterschicht 130 und zum Homogenisieren eines Elektrofelds einer Oberfläche vorgesehen sein. Ferner kann auch die äußere halbleitende Schicht 170 derart vorgesehen sein, dass ein halbleitendes Band gewunden ist.

Außerdem kann eine supraleitende Schirmschicht 180 an einer Außenseite der äußeren halbleitenden Schicht 170 vorgesehen sein. Dabei kann das Verfahren zum Ausbilden der supraleitenden Schirmschicht 180 ebenso wie das Verfahren zum Ausbilden der supraleitenden Leiterschicht 130 sein. Ist eine Oberfläche der äußeren halbleitenden Schicht 170 uneben, dann kann eine Glättungsschicht je nach Bedarf vorgesehen sein, wobei die Supraleiterdrähte zum Ausbilden der supraleitenden Schirmschicht 180 an einer Außenseite der Glättungsschicht jeweils in Umfangsrichtung nacheinander angeordnet sein können.

Dabei ist ein elektrischer Strom, der durch die aus den Supraleiterdrähten der zweiten Generation bestehende Schirmschicht fließt so dimensioniert, dass er ca. 95% eines elektrischen Stroms beträgt, der durch die supraleitende Leiterschicht fließt, so dass ein magnetisches Streufeld minimiert werden kann.

Ferner kann an einer Außenseite der supraleitenden Schirmschicht 180 eine Kernummantelungslage 190 vorgesehen sein, die zur Ummantelung des Kerns 100 dienen kann. Diese Kernummantelungslage 190 kann jede Art von Bändern oder Bindern, etc. aufweisen, wobei sie als Außenmantel dienen kann, damit der Kern 100 einer nachfolgenden beschriebenen Kühlschicht ausgesetzt wird, als auch gleichzeitig zur Anbindung aller Bestandteile des Kerns 100 dienen kann, und wobei sie aus einem metallischen Band, wie z. B. aus SUS-Werkstoff bestehen kann. Auf diese Weise kann der Kern 100 des supraleitenden Kabels ausgestaltet sein, wobei die Glättungsschicht und die halbleitende Schicht in 1 und 2 als Einzelschicht aus gleichem Werkstoff ausgebildet sind, während jedoch je nach Bedarf auch verschiedene Hilfsschichten zusätzlich vorgesehen sein können.

Darüber hinaud kann ein Kühlteil 200 an einer Außenseite des Kerns 100 angebracht sein. Dieser Kühlteil 200 kann zur Kühlung der Supraleiterdrähte des Kerns 100 vorgesechen sein, wobei er in seiner Innenseite mit einem Zirkulationskreislauf eines flüssigen Kältemittels versehen sein kann. Als flüssiges Kältemittel kann ein Flüssigstickstoff verwendet werden, wobei dieses flüssige Kältemittel (d. h. Flüssigstickstoff) den Kühlungskreislauf in einem gekühlten Zustand, bei dem es eine Temperatur von –200°C aufweisen, zirkulieren und somit eine Supraleitungsbedingung der im Kern 100 innerhalb des Kühlteils vorgesehenen Supraleiterdrähte, d. h. eine kryogenische Bedingung aufrechterhalten kann.

Dabei kann der in dem Kühlteil 200 vorgesehene Kühlungskreislauf das flüssige Kältemittel in eine Richtung fließen lassen, wobei dieses Kältemittel mittels einer Anschlussdose, etc. des supraleitenden Kabels gesammelt, wieder gekühlt und dann wieder dem Kühlungskreislauf des Kühlteils 200 zugeführt werden kann.

Ferner kann ein inneres Metallrohr 300 an einer Außenseite des Kühlteils 200 angebracht sein. Dabei das innere Metallrohr 300 dient zusammen mit einem später erwähnten, äußeren Metallrohr 600 als Außenmantel des supraleitenden Kabels, damit eine mechanische Beschädigung des Kerns 100 beim Verlegen und Betreiben des supraleitenden Kabels verhindert werden kann. In der Regel wird das supraleitende Kabel zur einfachen Herstellung und Transportierung auf eine Trommel aufgewickelt und dann beim Installieren aus der Trommel ausgewickelt, weshalb eine Biege- oder Zugsspannung auf das supraleitende Kabel dauerhaft ausgeübt werden kann.

Damit die Ausgangsleistungsfähigkeit auch in den Situation, bei der diese mechanische Spannung ausgeübt wird, aufrecht gehalten werden kann, kann das innere Metallrohr 300 vorgesehen sein. Daher kann das innere Metallrohr 300 zur Verstärkung einer Steifigkeit gegen die mechanische Spannung eine Wellstruktur aufweisen, in der die Erhöhungen und Vertiefungen in die Längsrichtung des supraleitenden Kabels wiedergeholt werden, wobei das innere Metallrohr 300 somit aus einem Material, wie z. B. Aluminium, etc. bestehen kann.

Da das innere Metallrohr 300 an der Außenseite des Kühlteils 200 angebracht ist, kann es entsprechend dem Temperatur des flüssigen Kältemittels kryogenisch sein. Daher kann das innere Metallrohr 300 als Tieftemperatur-Metallrohr klassifiziert werden.

Ferner kann am Außenumfang des inneren Metallrohrs 300 ein Wärmedämmteil 400 angebracht sein, der eine Wärmedämmschicht aufweist, die derart ausgebildet ist, dass ein Wärmedämmmaterial, das durch das dünne Beschichten mit einem Polymer mit niedrigem Wärmeleitvermögen ausgebildet ist, an einer Metallschicht mit hohem Reflexionsvermögen mehrschichtig gewunden ist. Die Wärmedämmschicht bildet eine Mehrschichtisolierung (MLI, Multi Layer Insulation) aus und kann somit zur Blockierung der Wärmeeindringung ins innere Metallrohr 300 vorgesehen sein.

Da das innere Metallrohr 300 insbesondere aus Metall besteht und somit die Wärmeeindringung oder der Wärmeaustausch durch die Leitung leicht erfolgen kann, kann der Wärmedämmteil 400 hauptsächlich den Wärmeaustausch oder die Wärmeeindringung durch die Leitung minimieren, wobei auch aufgrund des Materials der Metallschicht mit hohem Reflexionsvermögen ein Effekt zur Verhinderung des Wärmeaustauschs oder der Wärmeeindringung durch die Radiation errecht werden kann.

Dabei kann sich die Anzahl der Schichten des Wärmedämmteils 400 zur Minimierung der Wärmeeindringung einstellen. Besteht es aus vielen Schichten, dann wird ein Effekt zur Blockierung einer Strahlungshitze erhöht, wobei jedoch ein Effekt zur Blockierung einer Leitungshitze und ein Effekt zur Blockierung einer Hitze durch die Konvektion aufgrund der dünneren Dicke einer Vakuumschicht reduziert werden, weshalb es wichtig ist, eine passende Anzahl der Schichten zu benutzen.

Ferner kann ein Vakuumteil 500 an einer Außenseite des Wärmedämmteils 400 angebracht sein. Dabei kann der Vakuumteil 500 zur Minimierung eines Wärmeübertragung aufgrund einer Konvektion, etc. in Richtung auf die Wärmedämmschicht vorgesehen sein, die bei der nicht ausreichenden Wärmedämmung mittels des Wärmedämmteils 400 entstehen kann.

Daneben bildet der Vakuumteil 500 einen Abstandsraum von der Außenseite des Wärmedämmteils 400 aus, so dass er mittels des Verfahrens zum Vakuumieren des Abstandsraums ausgestaltet werden kann.

Hierbei kann der Vakuumteil 500 zumindest einen Abstandhalter 560 zur Ausbildung eines physikalischen Abstandsraum aufweisen, wobei der Abstandhalter als Abstandsraum dienen kann, der zur Verhinderung der Wärmeeindringung durch die Konvektion, etc. von dem Äußeren mit Raumtemperatur zur Seite des Kerns vorgesehen ist. Zur Gewährleistung, dass eine Kontaktierung zwischen dem äußeren Metallrohr 600, das an einer Außenseite des Abstandsraums im Vakuumteil 500 vorgesehen ist, und dem Wärmedämmteil 400 innerhalb des Vakuumteils 500 über den ganzen Bereich des supraleitenden Kabels verhindert werden kann, kann zumindest ein Abstandhalter 560 ferner in dem Abstandsraum vorgesehen sein, wobei die Anzahl dieser Abstandhalter noch genauer je nach der Art oder Größe des supraleitenden Kabels oder Abstandhalters vermehrt oder verringert werden kann. Diesbezüglich ist es gezeigt, dass das in 1 und 2 dargestellte supraleitende Kabel 1000 vier Abstandhalter aufweist, wobei jedoch die Anzahl dieser Abstandhalter vermehrt oder verringert werden kann.

Dabei können die Abstandhalter 560 entlang die Längsrichtung des supraleitenden Kabels angeordnet sein, wobei durch diese Abstandhalter die Außenseite des Kerns 100, noch genauer den Wärmedämmteil 400 sprial- oder kreisförmig umwickelnd gewunden werden kann.

Hinsichtlich der Anzahl der Abstandhalter 560, kann das supraleitende Kabel gemäß der Erfindung 3 bis 5 Abstandhalter aufweisen. Dabei können die Abstandhalter durch das Ausbilden eines Abstandsraums den Wärmeaustausch aufgrund der Leitung verhindern, wobei die Struktur der Abstandhalter ein- oder mehrschichtig ausgestaltet sein kann.

Ferner kann der Werkstoff der Abstandhalter 560 Polyethylen (FEP, PFA, ETFE, PVC, P.E, PTFE) sein.

Ferner kann der Werkstoff der Abstandhalter 560 je nach Bedarf Polytetrafluorethylen (PTFE) sein, oder eine Rückoberfläche, die aus einem üblichen Harz oder Polyethylen besteht, mit dem Polytetrafluorethylen, etc. beschichtet werden. Dabei kann das Polytetrafluorethylen Teflon® sein.

Dabei kann das Teflon® als Art vom Fluorkunststoff aufgrund einer starken chemischen Kombination zwischen einem Fluor und einem Kohlenstoff eine sher stabile Verbindung ausbilden, und somit die guten Eigenschaften, wie z. B. fast vollkommene chemische Inaktivität, Wärmebeständigkeit, Nicht-Haftfestigkeit, gute Isoliersicherheit, niedrigen Reibungsbeiwert oder dergleichen aufweisen. Weiterhin weist das Teflon® eine gewisse Flexibilität, weshalb es den Wärmedämmteil 400 spiralförmig umwickelnd in die Längsrichtung des supraleitenden Kabels gewunden angeordnet sein kann, während es auch eine gewisse Festigkeit aufweist, weshalb es als Abstandsmittel zur Verhinderung der Kontaktierung zwischen dem Wärmedämmteil 400 und dem äußeren Metallrohr 600 verwendet werden und zur physikalischen Aufrechterhaltung des den Vakuumteil 500 aufbauenden Abstandsraums dienen kann. Der Durchmesser des Abstandhalters 560 kann 4 mm bis 8 mm betragen. Ferner kann der Querschnitt des Abstandhalters 560 in verschieden Formen, wie z. B. Kreisform, Dreieck, Viereck, Stern, etc. ausgebildet sein.

Dabei kann eine äußeres Metallrohr 600 an einer Außenseite des mit den Abstandhaltern 560 versehenen Vakuumteils 500 angebracht sein. Dabei kann das äußere Metallrohr 600 eine gleiche Form aufweisen bzw. aus einem gleichen Material bestehen wie das innere Metallrohr 300, wobei das äußere Metallrohr 600 einen größeren Durchmesser aufweist, als das innere Metallrohr 300, so dass es möglich ist, durch die Abstandhalter 560 einen Abstandsraum auszubilden. Auf diese Abstandhalter 560 wird später noch näher eingegangen.

Zudem kann auch an einer Außenseite des äußeren Metallrohrs 600 ein Außenmantel 700 angebracht sein, der eine Ummantelungsfunktion zum Beschützen des Inneren des supraleitenden Kabels übernimmt. Dabei kann als Material des Außenmantels 700 ein Ummantelungsmaterial verwendet werden, das den Außenmantel 700 eines üblichen Stromzuführungskabels aufbaut. Der Außenmantel 700 kann die Korrosion des inneren Metallrohrs 600, etc. verhindern bzw. die Beschädigung des Kabels durch die Außenkraft vermeiden. Dabei kann er aus einem Material, wie z. B. Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC), etc. bestehen.

3 zeigt ein Beispiel für die Supraleiterdrähte, die auf ein supraleitendes Kabel angewandt werden können. Noch genauer zeigt 3(a) eine Schnittdarstellung der bestehenden Supraleiterdrähte 131' ohne eine elektrisch leitende Schicht, während 3(b) die Supraleiterdrähte 131 zeigt, an denen eine elektrisch leitende Schicht aus einem bei Normaltemperatur eine elektrische Leitfähigkeit besitzenden Metall angefügt ist.

Wie oben erwähnt, umfasst ein supraleitendes Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung einen Kern 100, der der Reihe nach einen Formkörper 110, der aus mehreren Kupferlitzen 111 besteht; eine supraleitende Leiterschicht 130, die aus mehreren Supraleiterdrähten 131 besteht; und eine supraleitende Schirmschicht 180, die aus einer Isolierschicht und mehreren Supraleiterdrähten besteht; wobei die jeweiligen Supraleiterdrähten 131, die jeweils den Formkörper 110 und die supraleitende Isolierschicht 130 aufbauen, parallel zueinander geschaltet sind, wobei das supraleitende Kabel dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Verstärkung der mechanischen Steifigkeiten der jeweiligen, die supraleitende Leiterschicht 130 aufbauenden Supraleiterdrähten diese an ihren beiden Oberflächen jeweils eine elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 aus einem bei Normaltemperatur eine elektrische Leitfähigkeit besitzenden Metall aufweisen, und wobei eine Querschnittsfläche des Formkörpers 110 kleiner ist als die eines anderen Formkörpers, d. h. welcher unter einer solchen Voraussetzung ausgelegt ist, dass alle elektrische Fehlerströme beim supraleitenden Kabel, bei dem keine elektrisch leitende Schicht jeweils an den Supraleiterdrähten angefügt ist, in den Formkörper einfließen können.

Da die das supraleitende Kabel aufbauenden Supraleiterdrähte entlang die Längsrichtung des supraleitenden Kabels spiralförmig gewunden sind und somit eine Verdrehungsspannung auf die Supraleiterdrähte dauerhaft ausgeübt werden, kann die Unterbrechung der Supraleiterdrähte beim Herstellungs- oder Aufwickelvorgang des supraleitenden Kabels entstehen, wobei das supraleitende Kabel bei den Unfällen, wie z. B. Kurzschluss (Auslöschung, Blitz, Isolationszerstörung, Zerstörung der supraleitenden Bedingung, etc.) den Formkörper 110 als Rückleiter verwendet, wie oben erwähnt.

Da die das supraleitende Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung aufbauenden Supraleiterdrähte an ihren beiden Oberflächen mit der elektrisch leitenden Schicht me1 bzw. me2 aus einem bei Normaltemperatur eine elektrische Leitfähigkeit besitzenden Metall versehen sind und somit einen Effekt zur Verstärkung einer mechanischen Steifigkeit der Supraleiterdrähte selbst anbieten, und gleichzeitig die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 beim Entstehen des Kurzschlussunfalls eines Supraleitenden Systems zusammen mit dem Formkörper eine Funktion als Rückleiter durchführt, kann der Durchmesser des Formkörpers des supraleitenden Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum supraleitenden Kabel, auf das die Supraleiterdrähte ohne die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 angewand ist, verkleinert werden, so dass auch ein Effekt zur Reduzierung des Durchmessers und des Gewichtes des gesamten supraleitenden Kabels erhalten werden kann. Dies wird nachfolgend näher analysiert.

Dabei kann das supraleitende Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum supraleitenden Kabel, für das die Supraleiterdrähte ohne eine angefügte, elektrisch leitende Schicht verwendet sind, die Querschnittsfläche des Formkörpers reduzieren, deshalb, weil zur Verstärkung der Steifigkeit der Supraleiterdrähte eine elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 aus einem bei Normaltemperatur eine elektrische Leitfähigkeit besitzenden Metall angefügt ist, und die angefügte, elektrisch leitende Schicht dabei auch als Rückweg eines elektrischen Fehlerstroms verwendet werden kann.

D. h. falls eine elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 aus einem bei Normaltemperatur eine elektrische Leitfähigkeit besitzenden Metall nicht angefügt ist, werden alle Fehlerströme fast durch den Formkörper fließen, wobei, obwohl die Querschnittsfläche des Formkörpers zur Vorbereitung auf alle Fehlerströme dimensioniert werden kann, diese Fehlerströme dann auf die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 verteilt werden können, wenn die elektrisch leitend Schicht me1 bzw. me2 aus einem eine elektrische Leitfähigkeit besitzenden Metall jeweils an den Supraleiterdrähten vorgesehen ist, weshalb beim Auslegen des Formkörpers die Querschnittsfläche des Formkörpers unter Berücksichtigung von gesamten Querschnittsflächen der elektrisch leitenden Schicht bestimmt werden kann.

Wie in 3 dargestellt, weisen die die supraleitende Leiterschicht 130 aufbauenden Supraleiterdrähte jeweils eine Breite von x (mm) und eine Dicke von y (mm) auf, wobei eine minimale Querschnittsfläche des Formkörpers, die eine minimale Kurzschlussbedingung befriedigen kann, die eine minimale Strombelastbarkeit darstellt, welche beim Entstehen eines elektrischen Kurzschlussunfalls für einen vorbestimmten Zeitraum erforderlich ist, größer als A(mm2) beträgt, während die minimale Querschnittsfläche des Formkörpers dann eine kleinere Größenordnung als A(mm2) aufweisen kann, wenn zur Verstärkung der mechanischen Steifigkeit der jeweiligen, die supraleitende Leiterschicht aufbauenden Supraleiterdrähte eine elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 aus einem bei Raumtemperatur eine elektrische Leitfähigkeit besitzenden Metall an den beiden Oberflächen der Supraleiterdrähte angefügt ist. Nachfolgend wird es noch näher analysiert.

Dabei weisen die in 3(a) gezeigten, herkömlichen Supraleiterdrähte jeweils eine Breite von x (mm) und eine Dicke von y (mm) auf, während die Supraleiterdräte, die auf das in 3(b) gezeigte, supraleitende Kabel gemäß der vorligenden Kabel angewandt wird, derart ausgebildet sind, dass an den beiden Oberflächen der herkömmlichen Supraleiterdrähte ein Metallwerkstoff vorgesehen und danach auch eine elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 mit einer Breite von x (mm) und Dicke von y (mm) bis 2y (mm) angebracht wird.

Daher können die auf das supraleitende Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung angewandten Supraleiterdrähte 131 insgesamt eine Dicke von von 4y (mm) bis 5y (mm) aufweisen, deshalb, weil an den bestehenden Supraleiterdrähten 131' die elektrisch leitende Schicht mit einer Dicke von y (mm) bis 2y (mm) angebracht ist.

Dabei kann die elektrisch leitende Schicht mittels der Lötung an den bestehenden Supraleiterdrähten angefügt sein, wie später erwähnt.

Wenn die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 mittels der Lötung an den beiden Oberflächen der bestehenden Supraleiterdrähte 131 angefügt ist und die laterale Seite der jeweiligen Supraleiterdrähte 131 gelötet wird oder die ganzen Oberflächen der Supraleiterdrähte 131 mit Metall plattiert werden, dann kann der Fehlerstrom beim Entstehen der Unfalls, wie z. B. Kurzschlusses, etc. sowohl auf die jeweils parallel zu den jeweiligen Supraleiterdrähten geschalteten Litzen des Formkörpers 110 als auch auf die an den jeweiligen Supraleiterdrähten angefügte, elektrisch leitende Schicht verteilt werden, weshalb diese elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 zusammen mit dem Formkörper die Rolle als Rückleiter mit übernehmen kann.

Obwohl die jeweilige elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 eine Breite von x (mm) und Dicke von y (mm) bis 2y (mm) aufweist, wird sie ferner an den beiden Oberflächen der Supraleiterdrähte mit einer bestehenden Dicke von y (mm) angefügt, weshalb in diesem Fall die elektrische Leitfähigkeit anhand des Skineffekts, etc. noch größer wird, als bei dem Fall, dass die elektrisch leitende Schicht mit einer Dicke von 2y (mm) bis 4y (mm) nur an einer Oberfläche der bestehenden Supraleiterdrähte angefügt wird.

Falls die elektrisch leitende Leitung jeweils an den beiden Oberflächen der Supraleiterdrähte angefügt ist, kann die Steifigkeit durch das Minimieren des Trennungsphänomens beim Biegen der Supraleiterdrähte mehr verstärlt werden, als bei dem Fall dass die elektrisch leitende Schicht nur an einer Oberfläche der bestehenden Supraleiterdrähte angefügt ist, wobei es auch beim Verwenden der elektrisch leitenden Schicht als Rückleiter vermutlich günstig sein kann, jeweils an den beiden Oberflächen der Supraleiterdrähte die elektrisch leitende Schicht anzufügen und auch den Durchmesser des Formkörpers zu verkleinern.

Noch genauer gesagt, wenn die Supraleiterdrähte 131, an denen jeweile die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 aus Messing angefügt ist, eine Dicke von 3y bis 5y aufweisen, wie in 3(b) dargestellt, dann ist es ersichtlich, dass die Zugsfestigkeit der Supraleiterdrähte, an denen jeweils die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 als metallische Dünnfilmlage, die bei Raumtemperatur eine elektrische Leitfähigkeit besitzt, angefügt ist, ca. 200 Mpa (Megapascal) bis ca. 800 Mpa bezüglich einer 95-prozentigen Stromdämpfung (IC-relentation) beträgt, so dass beim Winden der Supraleiterdrähte ans supraleitende Kabel eine ausreichende Festigkeit erhalten werden kann, wobei es sich auch durch die Ergebnisse des Versuchs und der Simulation gezeigt hat, dass die minimale Querschnittsfläche des Formkörpers 0,6 A(mm2) bis 0,9 A(mm2) betragen kann.

Noch genauer gesagt, wenn beim supraleitenden Kabel, an dem die Supraleiterdrähte mit einer Breite von x (mm) und Dicke von y (mm) ohne die angefügte, elektrisch leitende Schicht angewandt ist, eine minimale Querschnittsfläche des Formkörpers, die eine minimale Kurzschlussbedingung befriedigen kann, die eine minimale Strombelastbarkeit darstellt, welche beim Entstehen eines elektrischen Kurzschlussunfalls für einen vorbestimmten Zeitraum erforderlich ist, größer als A(mm2) beträgt, die elektrisch leitende Schicht aus Messing besteht, und die Dicke der jeweiligen Supraleiterdrähte, an denen jeweils die elektrisch leitende Schicht angefügt ist, 3y bis 5y beträgt, dann bedeutet dies, dass die minimale Querschnittsfläche des Formkörpers 0,6 A(mm2) bis 0,9 A(mm2) betragen kann.

Dabei stellt der Maßstab von der 96-prozentigen Stromdämpfung (IC-relentation) ein Prüfverfahren dar, mittels welches durch das allmähliche Vergrößern einer Zugkraft an beiden Enden der jeweiligen Supraleiterdrähte eine Zugkraft gemessen wird, bis 95-prozentige Strommenge der Ausgangsleistungsfähigkeit erhalten werden kann. Dies bedeutet daher dass auch beim Ausüben der Zugkraft von 200 Mpa (Megapascal) bis 800 Mpa an den Supraleiterdrähten zumindest 95-prozentige Ausgangsleistungsfähigkeit erhalten werden kann.

Da die Dicke der jeweiligen bestehenden Supraleiterdrähte hierbei ca. 0,1 mm beträgt, und die Dicke der jeweiligen elektrisch leitenden Schichten ca. 0,1 mm bis 0,2 mm beträgt, kann die Dicke der jeweiligen Supraleiterdrähte des supraleitenden Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung folglich 0,3 mm bis 0,5 mm betragen, so dass man so ansehen könnte, dass die Dicke der jeweiligen Supraleiterdrähte gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu der der bestehenden Supraleiterdrähte im großen Maßstab vergrößert würde. Jedoch stellt auch die Dicke der jeweiligen verbesserten Supraleiterdrähte nur ein Niveau vom Dünnfilm dar und somit ist ihre Einfluss auf die ganze Dicke des supraleitenden Kabels nicht groß. Trotzdem kann die Querschnittsfläche des Formkörpers, bei dem die nicht isolierten Litzen in einer sehr kompakten Form ausgestaltet sind, wie oben erwähnt, um 10% bis 40% reduziert werden.

Zudem sind die Simulation bezüglich der Querschnittsfläche des Formkörpers und die Kurzschlussbedingung des Formkörpers darin gemeinsam, dass 50 KA/Sekunde beim Übertragen bzw. 25 KA/0,5 Sekunde beim Verteilen verwendet wird, und aber diese Bedingungen je nach dem Land oder Stromanbieter voneinander unterschiedlich sein können, wobei jedoch die Steifigkeit der Supraleiterdrähte nach einem gleichen Prinzip verstärkt werden und dabei die minimale Querschnittsfläche des Formkörpers zum Befriedigen der minimalen Kurzschlussbeidngung reduziert werden kann.

Falls die minimale Querschnittsfläche des Formkörpers des bestehenden supraleitenden Kabels, die eine minimale Kurzschlussbedingung beim Entstenen des Kurzschlussunfalls während der Übertragung oder Verteilung befriedigen kann, A(mm2) beträgt, kann das supraleitende Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung daher derart ausgelegt sein, dass die minimale Querschnittsfläche seines Formkörpers 0,6 A(mm2) bis 0,9 A(mm2) beträgt und einen Wert kleiner als 1 A(mm2) einnimmt.

Jedoch wird die Fläche der supraleitenden Leiterschicht nicht soweit einfach vergrößert, dass die Fläche des Formkörpers reduziert wird, sondern hat es sich gezeigt, dass die Fläche des Formkörper wesentlich mehr reduziert werden kann, als der Grad, um den die geanze Fläche der supraleitenden Leiterschicht vergrößert wird. Dies beruht vermutlich auf der Tatsache, dass die elektrisch leitende Schicht, die jeweils an den das supraleitende Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung aufbauenden Supraleiterdrähten angefügt ist, an den beiden Oberfläche der bestehenden Suraleiterdrähte angebracht wird und somit eine elektrische Leitfähigkeit anhand des Skineffekts erreicht wird.

4 zeigt einen Aufbau der Schnittdarstellungen der Supraleiterdrähte, die ein supraleitendes Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung aufbauen.

Noch genauer gesagt, zeigt 4(a) eine Schnittdarstellung eines Beispiels für die Supraleiterdrähte, die auf das supraleitende Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann, während 4(b) eine Schnittdarstellung eines anderen Beispiels für die die Supraleiterdrähte zeigt.

Aus Gründe der besseren Ausführungen werden die Supraleiterdrähte 131, die die supraleitende Leichterschicht aufbauen, nachfolgend als Beispiel erkläutert.

Dabei können die Supraleiterdrähte, die das supraleitende Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung aufbauen, die der ersten oder der zweiten Generation sein.

Diesbezüglich wird der Fall, dass ein elektrischer Widerstand bei der Temperaturbedingung, bei der die Temperatur weniger als ein bestimmter Wert ist, auf ‚Null' geht, ein supraleitendes Phänomen genannt, während der Fall, dass ein supraleitendes Phänomen bei der im Vergleich zu der aboluten Temperatur relativ hohen Temperatur, die einer absoluten Nullpunkt (0 K (–273°C)) nicht gleich, sondern an 100 K (–173°C) nahe ist, auftritt, einen Hochtemperatur-Supraleiter genannt wird. Als die Supraleiterdrähte, die im Bereich vom Stromzuführungskabel verwendet werden, werden die Hochtemperatur-Supraleiter verwendet, wobei schon die Supraleiterdrähte der ersten Generation, die als Hauptmaterial ein Silber(Ag)-Basismaterial und BSCCO aufweisen, sowie die Supraleiterdrähte der zweiten Generation vom beschichteten Leitertyp, die als Hauptmaterial YBCO und ReBCO aufweisen, vorgestellt wurden. Dabei bedeuten die Supraleiterdrähte der zweiten Generation diejenigen, bei welchen als das supraleitende Material, das an einer Abscheidungsschicht der Supraleiterdrähte vorgesehen ist, hauptsächlich YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, Ho), etc. verwendet werden.

Werden die Supraleiterdrähte der zweiten Generation ausführlich beschrieben, dann können sie derart ausgelegt sein, dass sie eine metallische Substratschicht, eine Abscheidungsschicht, Silber(Ag)-Schicht, oder dergleichen aufweisen. Dabei wird die metallische Substratschicht als Basiselement der Supraleiterdrähte verwendet und dient dazu, die mechanische Festigkeit der Supraleiterdrähte aufrecht zu erhalten, wobei für diese ein Material, wie z. B. Hastelloy, Nickel-Wolfram (Ni-W), etc. verwendet werden kann. Ferner weist die Abscheidungsschicht eine Pufferschicht zum Abscheiden einer supraleitenden Schicht am Metallsubstrat, und eine supraleitende Schicht auf, wobei diese supraleitende Schicht als Stromführungspfad eines elektrischen Stroms beim Durchschalten verwendet wird.

Ferner kann die Silber(Ag)-Schicht aus einer Silber(Ag)- oder Kupfer(Cu)-Legierungsschicht bestehen. Dabei befindet sich die Silber(Ag)-Legierungsschicht zwisen der supraleitenden Schicht und der Kupfer(Cu)-Legierungsschicht und kann die Abscheidung ermöglichen, wobei die Kupfer(Cu)-Legierungsschicht eine Rolle zur Verstärkung der mechanischen Festigkeit spielen kann. Ferner können die jeweiligen Legierungsschichten je nach dem Anwendungsgerät hinsichtlich ihrer Dicke bzw. ihres Materials voneinander unterschiedlich ausgelegt sein, wobei sie die Eigenschaften aufweisen, bei denen die elektrische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur besteht.

Dabei können die Supraleiterdrähte, die das supraleitende Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung aufbauen, die der ersten oder der zweiten Generation sein, wobei die Supraleiterdrähte der beiden Generationen darin gemeinsam sind, dass die Supraleiterdrähte der zersten Generation als Basismaterial das Silber(Ag) verwenden und die der zweiten Generation die Silber(Ag)-Schicht aufweisen, weshalb das Silber(Ag)-Basismaterial der Supraleiterdrähte der ersten Generation und die Silber(Ag)-Schicht der Supraleiterdrähte der zweiten Generation zusammen mit der später erwähnten, elektrisch leitenden Schicht als Rückleiter eines elektrischen Fehlerstroms verwendet werden können und somit die Supraleiterdrähte der ersten oder der zweiten Generationen zur Reduzierung des Durchmessers des Formkörpers des supraleitenden Kabels beitragen können.

Allerdings stellen die Suraleiterdrähte, die das in 4 gezeigte supraleitende Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung aufbauen, die der zweiten Generation dar, wobei für diese die Supraleiterdrähte bei denen eine metallische Substratschicht aus einem Nickel-Wolfram(Ni-W)-Legierungsmaterial benutzt ist, verwendet werden können. In 4 ist ein Beispiel, bei dem zwei Arten von Supraleiterdrähten angewandt sind, gezeigt, wobei jedoch ein ähnlicher Effekt auch in einem Fall erhalten werden kann, bei dem die elektrisch leitende Schicht jeweils an den Supraleiterdrähten der ersten Generation angefügt ist.

Dabei zeigt 4(a) die Supraleiterdrähte 131, bei denen ein supraleitendes Material eines YBCO-Systems verwendet ist, während 4(b) eine Schnittdarstellung der Supraleiterdrähte 131 zeigt, bei denen ein supraleitendes Material eines ReBCO-Systems verwendet ist.

Ferner kann der Werkstoff der metallischen Substratschicht 1311, die die in 4(a) gezeigten Supraleiterdrähte 131 aufbaut, eine Nickel-Wolfram(Ni-W)-Legierung sein, wobei die metallische Substratschicht 1311 in Form eines Bands aus Metall ausgestaltet sein kann.

Oberhalb der metallischen Substratschicht 1311, die aus einem Nickel-Wolfram(Ni-W)-Legierungsmaterial besteht, kann eine Abscheidungsschicht vorgesehen sein, die mehrere Pufferschichten 1312, 1313 und 1314 sowie eine supraleitende Schicht 1315 aus einem YBCO-Material aufweist.

Beim in 4(a) dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Schichten von Pufferschichten 1312, 1313 und 1314 abgeschieden, wobei noch genauer jede Schicht, die die Pufferschichten aufbuat, aus einer Schicht aus einem Material, wie, Y2O3, YSZ, CeO2, etc. ausgestaltet sein kann. Dabei wird eine supraleitende Schicht 1315 aus einem YBCO-Material oberhalb jeder Pufferschicht abgeschieden, wobei an einer Außenseite der supraleitenden Schicht 1315 eine Silber(Ag)-Lage zwecks der Beschützung der Supraleiterdrähte, etc. als Silber(Ag)-Schicht 1316 vorgesehen sein kann. Bei den Supraleiterdrähten der ersten Generation wird das Silber(Ag)-Material als Basismaterial verwendet, während bei den in 4 gezeigten, Supraleiterdrähte eine Silber(Ag)-Schicht oder -Lage separat vorgesehen ist.

Darüber hinaus umfasst ein supraleitendes Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung einen Formkörper; eine supraleitende Leiterschicht, die aus zumindest einer Schicht besteht, die mehrere an einer Außenseite des Formkörpers in der Längsrichtung des Formkörpers nacheinander angeordneten Supraleiterdrähte 131 aufweist; und eine supraleitende Schirmschicht, die aus zumindest einer Schicht besteht, die mehrere an einer Außenseite der supraleitenden Leiterschicht in der Längsrichtung des Formkörpers nacheinander angeordneten Supraleiterdrähte 131 aufweist; wobei die die Leiter- 130 und die Schirmschicht 180 aufbauenden Supraleiterdrähte 131 jeweils eine metallische Substratschicht 1311, eine Abscheidungsschicht 1312 bis 1315, die oberhalb der metallischen Substratschicht 1311 als mehrschichtig abgeschieden ist und eine supraleitende Schicht aufweist, und eine Silber(Ag)-Schicht 1316, die aus Silber (Ag) an einer Außenseite der Abscheidungsschicht 1312 bis 1315 angebracht ist, umfasst, und wobei an einer Außenseite der metallischen, die Supraleiterdrähte 131 aufbauenden Substratschicht 1311 und an beiden außenseitigen Oberflächen der auch die Supraleiterdrähte aufbauenden Silber(Ag)-Schicht 1316 jeweils eine elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 aus Metall noch zusätzlich angefügt ist.

Dabei kann die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 jeweils oberhalb und unterhalb der in 4(a) gezeigten Supraleiterdrähte 131, d. h. an einer Außenseite der Substratschicht 1311 und an der Silber(Ag)-Schicht 1316 vorgesehen sein.

Der Grund, warum die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 jeweils an den beiden Seiten der Supraleiterdrähte 131 vorgesehen ist, liegt darin, dass die physikalische Steifigkeit mehr verstärkt werden, die Abweichung der physikalischen Eigenschaften je nach der Biegerichtung mehr minimiert werden und die Kapazität der elektrisch leitenden Schicht als Rückleiter auch mehr vergrößert werden kann, als bei dem Fall, dass eine elektrisch leitende Schicht nur an einer Seite vorgesehen ist, wie oben erwähnt.

Ferner sind die Supraleiterdrähte 131, die jeweils die supraleitende Leiterschicht oder die supraleitende Schirmschicht aufbauen, derart ausgebildet, dass ihre Stromführungsfunktion nach der Auslegungskapazität unter einer solchen Voraussetzung implementiert ist, dass die Supraleitungsbedingung aufrechterhalten wird, wobei der elektrische Strom, der durch die Supraleiterdrähte 131 fließt, jedoch dann durch den vorstehenden Formkörper geführt wird, wenn die Supraleitungsbedingung aufgrund der Problem des Systems, etc. zerstört wird, und wobei der Durchmesser des Formkörpers oder die Anzahl der Leiterlitzen, etc. entsprechend der Kapazität zum Durchschalten des elektrischen Fehlerstroms bestimmt werden kann.

Da der Durchmesser des Formkörpers 110 endgültig entscheidend den Durchmesser des gesamten supraleitenden Kabels bestimmt, muss der Durchmess des Formkörpers jedoch zur Vorbereitung auf die Durchschaltung des elektrischen Fehlerstroms reduziert werden, so dass auch der Durchmesser oder das Gewicht des gesamten supraleitenden Kabels reduziert werden kann.

Wie in 4 dargestellt, ist die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 aus einem Metallmaterial, z. B. aus einem Messingmaterial daher jeweils oberhalb und unterhalb der Supraleiterdrähte 131 vorgesehen, so dass die Steifigkeit der Supraleiterdrähte 131 verstärkt werden und dabei gleichzeitig die elektrisch leitende Schicht als Rückleiter verwendet werden kann, was folglich zur Minimierung des Durchmesser des Formkörpers, etc. führen kann.

Dabei kann die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 aus einem Metallmaterial in einer Form der metallischen Dünnfilmlage ausgestaltet sein, noch genauer aus einem Messingmaterial bestehen.

Das Messing stellt eine Legierung dar, die durch das Hinzufügen eines Zinks ins Kupfer gemacht wird. Dabei kann die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 aus dem Metallmaterial, d. h. Messingmaterial, in der Form der metallischen Dünnfilmlage des Messings, etc. angefügt werden, wobei die Messing-Dünnfilmlage eine Dicke von 0,1 mm bis 0,2 mm aufweisen kann. Wenn es angenommen würde, dass eine Dicke einer elektrisch leitenden Schicht me aus einem Metallmaterial, die an einer Seite der Supraleiterdrähte 131 in der Form des Messingbands angefügt wird, 0,15 mm beträgt, dann kann eine Dicke der jeweiligen Supraleiterdrähte 131 ca. 0,4 mm betragen.

Exerimentell hat es sich gezeigt, dass, wenn die Dicke der elektrisch leitenden Schicht aus dem Metallmaterial weniger als 0,1 mm ist, dann es schwer ist, die Steifigkeit der Supraleiterdrähte ausreichend zu verstärken, während, wenn die Dicke mehr als 0,2 mm ist, dann die Probleme entstehen, dass die elektrisch leitende Schicht aus dem Metallmaterial beim Biegen aus den Supraleiterdrähten abgetrennt wird und die Dicke der jeweiligen Supraleiterdrähte 131 übermäßig dicker gemacht wird.

Beträgt die Dicke der jeweiligen, üblichen Supraleiterdrähte 131 ca. 0,1 mm, dann kann sie durch das Anfügen der elektrisch leitenden Schicht aus dem Metallmaterial in der messingbandförmigen Form mit einer Dicke von 0,15 mm an den beiden Seiten der Supraleiterdrähte um vierfach vergrößert werden und somit 0,4 mm betragen. Jedoch ist die gesamte Dicke weniger als 1 mm und somit ausreichend klein, so dass sich sie auf die gesamte Dicke des supraleitenden Kabels vernachlässigbar auswirkt. Trotzdem wird die Steifigkeit der Supraleiterdrähte 131 verstärkt und auch als Rückleiter des elektrischen Fehlerstroms verwendet, was folglich zur Reduzierung des Durchmessers oder Gewichts des Formkörpers führen kann.

Mit anderen Worten, wird die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 aus dem Messingmaterial als metallische Dünnfilmlage jeweils oberhalb und unterhalb der Supraleiterdrähte 131 vorgesehen, so dass die Steifigkeit der Supraleiterdrähte 131 verstärkt und dabei gleichzeigit der Durchmesser oder das Gewicht des Formkörpers reduziert werden kann, was bedeutet, dass, wenn die elektrisch leitende Schicht mit einem vorbestimmten Dichke jeweils an der Außenseite der metallischen Substratschicht und an der Außenseite der Silber(Ag)-Schicht vorgesehen ist, dann der Durchmesser oder das Gewicht des Formkörper relativ mehr reduziert werden kann, als bei dem Fall, dass die elektrisch leitende Schicht nicht an den Supraleiterdrähten 131 vorgesehen ist.

Falls die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2, die in der Form des metallischen Dünnfilms aus dem Messingmaterial ausgestaltet ist, jeweils an den supraleiterdrähten 131 angefügt ist, beträgt der elektrisch Fehlerstrom, die durch die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2, die an den gesamten Supraleiterdrähten 131 vorgesehen ist, fließen kann, größer als 1,5%, wobei der Durchmesser (die Querschnittsfläche) oder das Gewicht des Formkörpers beim Berücksichtigen der Fraktionsrate und des Skineffekts, etc. des Formkörpers im Vergleich zum Formkörper mit einer gleichen Struktur um 10% bis 40% reduziert werden kann, wie oben erwähnt.

Auf diese Weise muss die angebrachte, elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 elektrisch mit den Supraleiterdrähten 131 verbunden werden, damit beim Entstehen eines elektrischen Fehlerstroms in einem Zustand, bei dem die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 mittels der Lötung, etc. jeweils an den beiden Seiten der Supraleiterdrähte 131 angebracht ist, der elektrische Strom, der durch die supraleitende Schicht der Abscheidungsschicht 1315 fließt, nun durch die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 fließen kann.

Diesbezüglich ist in 4 das Verfahren nicht dargestellt, mittels welches die Supraleiterdrähte 131 und die elektrisch leitenden Schichten me1 und me2, die an den beiden Seiten angebracht sind, zur Durchschaltung des elektrischen Fehlerstroms jeweils parallel zueinander geschaltet werden, und die Supraleiterdrähte 131 und die elektrisch leitenden Schichten me1 und me2, die an den beiden Seiten angebracht sind, jeweils elektrisch miteinander verbunden werden. Jedoch kann auch ein anderes Verfahren dabei verwendet werden, mittels welches die lateral Seite der jeweiligen Supraleiterdrähte 131 mittels eines metall-basierenden Lötmetall gelötet wird, oder die Supraleiterdrähte 131 mit einer Metall mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit, z. B. Kupfer (Cu) plattiert werden.

Mittels der beiden oben genannten Verfahren kann die Vergrößerung der Dicke oder des Volumens der Supraleiterdrähte 131, an denen die elektrisch leitenden Schichten me1 und me2 angebrachten sind, minimiert werden, und können somit die elektrisch leitenden Schichten me1 und me2 und die Supraleiterdrähte 131 elektrisch miteinander Verbunden werden.

Werden die metallische Substratschicht 1311, die die solchen Supraleiterdrähte 131 aufbaut, die Abscheidungsschichten 1312 bis 1315 mit der supraleitenden Schicht, und die Silber(Ag)-Schicht 1316 ferner mittels der Kupferplattierung oder der seitlichen Lötung jeweils elektrisch parallel zueinander geschaltet, dann werden die supraleitende Schicht 1315, die metallische Substratschicht 1311, die Silber(Ag)-Schicht 1316 und die jeweiligen elektrisch leitenden Schichten me1 und me2 eletrisch miteinander verbunden, wobei der elektrisch Fehlerstrom neben der elektrisch leitenden Schichten me1 und me2 bis auf die metallische Substratschicht 1311 und die Silber(Ag)-Schicht 1316 verteilt werden kann.

Auch falls die elektrisch leitenden Schichten an den Supraleiterdrähten der ersten Generation vorgesehen sind, kann auch das Basismaterial aus dem Silber (Ag) zusammen mit der Silberlage der Supraleiterdrähte der zweiten Generation als Rückleiter verwendet werden, auf den der elektrische Fehlerstrom verteilt wird, wie oben erwähnt.

Obwohl die Verteilung des elektrischen Fehlerstroms durch die elektrisch leitenden Schichten me1 und me2 mehr als 1,5% ist und die meisten des Fehlerstroms durch den Formkörper verteilt wird, können sie für den elektrischen Fehlerstrom durch die metallische Substratschicht 1311 und die Silber(Ag)-Schiche 1316 verwendet werden.

Zudem können die elektrisch leitenden Schichten me1 und me2 als metallische Dünnfilmlage mittels der Lötung an den Supraleiterdrähten 131 angebracht werden. Dabei besteht der Lötmetall zur Lötung der elektrisch leitenden Schichten me1 und me2 an den beiden Seiten der Supraleiterdrähte 131 aus Zinn (Sn), Blei (Pb) und Silber (Ag), wobei sein Schmelzpunkt weniger als 200°C sein kann. Wenn neben der solchen Lötmaterialien jedoch die metallische Substratschicht 1311 oder die Silber(Ag)-Schicht 1316, die die elektrisch leitenden Schichten me1 und me2 und die Supraleiterdrähte 131 aufbaut, elektrisch leitfähig angebracht werden kann, dann können auch verschiedene Löt- oder Anbringungsverfahren angewandt werden.

4 zeigt die Supraleiterdrähte 131', bei denen ein supraleitendes Material eines ReBCO-Systems verwendet ist. Dabei wird es auf die Wiederholung der gleichen Ausführungen wie bei den Ausführungen gemäß 4(a) verzichtet.

Dabei kann der Werkstoff der metallischen Substratschicht 1311', die die in 4(b) dargestellten Supraleiterdrähte aufbaut, eine Nickel-Wolfram(Ni-W)-Legierung sein, wobei die metallische Substratschicht 1311' ebenfalls in der Form einer metallischen Dünnfilmlage ausgestaltet sein kann.

Oberhalb der metallischen Substratschicht 1311', die aus einem Nickel-Wolfram(Ni-W)-Legierungsmaterial besteht, kann eine Abscheidungsschicht 1312' bis 1317' vorgesehen sein, die zumindest sechslagige Pufferschichten 1312', 1313', 1314', 1315' und 1316' und eine supraleitende Schicht 1317' eines ReBCO-Systems aufweist, wobei an einer Außenseite der Abscheidungsschicht 1312' bis 1317' eine Silber(Ag)-lage als Silber(Ag)-Schicht vorgesehen sein kann.

Dabei kann jede Ummantelungslage, die die Pufferschichten 1312', 1313', 1314', 1315' und 1316' aufbaut, aus Al2O3-, Y2O3-, IBAD-MGo-, EPI-MGo- und LaMoO3-Lage bestehen.

Auch die in 4(b) gezeigten Supraleiterdrähte 131' können ebenso wie bei dem in 4(a) dargestellten supraleitenden Ausführungsbeispiel dadurch zur Verstärkung der physiklaischen Festigkeit und zur Verteilung des elektrischen Fehlersstroms verwendet werden, dass die jeweiligen elektrisch leitenden Schichten me1 und me2 jeweils an den Außenseiten der metallischen Substratschicht 1311' und der Silber(Ag)-Schicht 1318' vorgesehen sind.

Auf diese Weise kann der Durchmesser des Formkörpers, der eine Rolle als Rückleiter des elektrischen Fehlerstroms übernehmen kann, mittels des Verfahrens reduziert werden, mittels welches an den beiden Seiten der Supraleiterdrähte 131' jeweils eine elektrisch leitende Schicht, die aus einer metallischen Dünnfilmlage aus einem Material, wie z. B. Messing, etc. besteht, vorgesehen und als Mittel zur Durchschaltung des elektrischen Fehlerstroms verwendet wird.

Natürlich bestehen auch die metallische Substratschicht und die Silber(Ag)-Schicht, die die in 4 gezeigten Supraleiterdrähte 131' aufbauen, aus einem Metall und so weisen eine Bypass-Funktion des elektrischen Fehlerstroms auf, wobei jedoch die Querschnittsflächen der metallischen Substratschicht und der Silber(Ag)-Schicht bezüglich der Dicke der herkömmlichen Supraleiterdrähte nicht groß waren und so die Bypass-Kapazität des elektrischen Fehlerstroms geringfügig war.

Wie vorstehend beschrieben, weisen die elektrisch leitenden Schichten me aus einem Metallmaterial jedoch jeweils eine Dicke von 0,15 mm auf, weshalb sich die Strombelastbarkeit durch diese Schichten auf den Durchmesser des Formkörpers zum Übernehmen der Rolle als Rückweg des elektrischen Fehlerstroms auswirken kann.

Beim Dimensionieren des Durchmessers des Formkörpers kann dieser Durchmesser daher so eingestellt werden, dass er zusammen mit der elektrisch leitenden Schichten me aus einem Metallmaterial der die supraleitende Leiterschicht aufbauenden Supraleiterdrähte 131' unter Berücksichtigung der Strombelastbarkeit des elektrischen Fehlerstroms durch die metallische Substratschicht und die Silber(Ag)-Schicht noch mehr als bisher reduziert werden kann. Dabei kann mittels eines Verfahren zur thermischen Analysierung anhand der Durchschaltung des elektrischen Fehlerstroms durch die die metallische Substratschicht und die Silber(Ag)-Schicht, eine maximal zulässige Strommenge ausgewertet werden, und somit auch der Durchmesser des Formkörpers entsprechend verkleinert dimensioniert werden.

5 zeigt ein anderes Beispiel für das supraleitende Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung, während 6 eine Schnittdarstellung des supraleitenden Kabels gemäß 5 zeigt, wobei dieses Kabel in einer horizontalen Richt verlegt ist.

Dabei wird es auf die Wiederholung der gleichen Ausführungen wie bei den Ausführungen gemäß 1 bis 4 verzichtet. Bei den 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen ist ein dreiphaisges supraleitendes Kabel dargestellt, bei dem die Anzahl des im supraleitenden Kabel vorgesehenen Kerns 100 3 beträgt.

Dabei kann das dreiphasige supraleitende Kabel eine solche Struktur aufweisen, dass jeder Kern 100 selbstständig keinen Kühlteil 200 aufweist, sondern drei Kerne 100 an ihren Außenseiten den Kühlteil 200 miteinander teilen können, wobei auch der Vakuumteil 500 an der Außenseite des Kühlteils 200 mit den Kernen geteilt werden kann.

Auch das in 5 und 6 gezeigte, supraleitende Kabel kann durch das Anfügen einer elektrisch leitenden Schicht in der Form einer metallischen Dünnfilmlage an den Supraleiterdrähten gemäß der vorliegenden Erfindung die physikalische Steifigkeit der Supraleiterdrähte verstärken, wobei mittels des supraleitenden Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung auch der Verteilungspfad des elektrischen Fehlerstroms durch die elektrisch leitende Schicht in der Form der metallischen Dünnfilmlage veilfältig variiert werden kann, so dass der Durchmesser (die Querschnittsfläche) bzw. das Gewicht des Formkörpers, der jeden Kern aufbaut, ebenfalls reduziert werden kann.

Wie oben beschrieben wurde die Beschreibung in Bezug auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung. Allerdings wird ein Fachmann die Erfindung vielfältig modifizieren und verändern, ohne den Gedanken und den Umfang der Erfindung zu verlassen, die in den nachfolgend erläuterten Patentansprüchen beschrieben ist. Weisen die variierten Ausführungsbeispiele daher grundsätzlich die Bestandteile der erfindungsgemäßen Patentansprüche auf, dann sollten sie auch als in dem technischen Rahmen der Erfindung eingeschlossen angesehen werden.