Title:
Supraleitender Draht
Kind Code:
T5


Abstract:

Die vorliegende Erfindung betrifft einen supraleitender Draht, dessen elektrischen und physikalischen Eigenschaften verbessert werden.




Inventors:
Na, Jin-Bae (Seoul, KR)
Kim, Young-Woong (Gyeonggi-do, Suwon-si, KR)
Choi, Chang-Youl (Gyeonggi-do, Ansan-si, KR)
Ryu, Cheol Hwi (Gyeonggi-do, Gimpo-si, KR)
Lee, Seok-Ju (Gyeonggi-do, Suwon-si, KR)
Application Number:
DE112016003022T
Publication Date:
03/15/2018
Filing Date:
06/23/2016
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. Supraleitender Draht, welcher eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm besitzt, und unter der Verwendung eines supraleitenden Materials, wie YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellenstrom (DC Ic) des supraleitenden Drahtes im Eigenfeld bei Temperatur von 77 K unter Luftdruck von 1 bar 150 A bis 500 A beträgt.

2. Supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem der supraleitende Draht mittels zwei Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 35 mm sukzessive richtungswechselnd gebogen wurde, sein Schwellenstrom beim Anlegen einer Biegebelastung 95 Prozent oder mehr des Schwellenstroms im Eigenfeld beträgt.

3. Supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem der supraleitende Draht mittels vier Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 50 mm sukzessive richtungswechselnd gebogen wurde, sein Schwellenstrom beim Anlegen einer doppelten Biegebelastung 95 Prozent oder mehr des Schwellenstroms im Eigenfeld beträgt.

4. Supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er derart ausgebildet ist, dass sein Anspannungs-Schwellenstrom beim Anlegen einer Längsspannkraft von 250 MPa oder einer ihn um 0,2% ausstreckenden Längsspannkraft an ihn 95 Prozent oder mehr des Schwellenstroms im Eigenfeld beträgt.

5. Supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er derart ausgebildet ist, dass sein Verdrehungs-Schwellenstrom in einem Zustand, bei dem er im Abstand von 200 mm in eine Längsrichtung verdreht ist, 95 Prozent oder mehr des Schwellenstroms im Eigenfeld beträgt.

6. Supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellenstrom des supraleitenden Drahtes beim Anlegen einer Last von 3 kg bis 8 kg an diesen supraleitenden Draht in eine Längsrichtung dessen in einem Zustand, bei dem dieser supraleitende Draht auf einem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, 95 Prozent oder mehr des Schwellenstroms im Eigenfeld beträgt.

7. Supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er derart ausgebildet ist, dass mehrere Drähte mit einer Einheit von 200 m bis 400 m aneinander gefügt werden, wobei ein elektrischer Widerstand einer Fügestelle 200 nΩ oder weniger ist.

8. Supraleitender Draht nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fügewiderstand der Fügestelle derart ausgewählt wird, dass dieser Fügewiderstand pro Fügestelle, an der die Last von 3 kg bis 8 kg in eine Längsrichtung in einem Zustand angelegt wird, bei dem der supraleitende Draht auf einem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, 240 nΩ oder weniger ist, oder gegenüber einem Fügewiderstand eines normalen Zustandes um 20 Prozent oder weniger erhöht wird.

9. Supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er derart ausgebildet ist, dass sein Schwellenstrom in einem Zustand, bei dem er in einem Flüssigstickstoff beim Luftdruck von 30 atm für 16 Stunden eingetaucht ist, 95 Prozent oder mehr des Schwellenstroms im Eigenfeld beträgt.

10. Supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufblasung des supraleitenden Drahtes in einem Zustand, bei dem dieser in einem Flüssigstickstoff, bei dem ein Innendruck vom ca. 30 atm aufrechterhalten ist, für 16 Stunden eingetaucht ist, nicht visuell beobachtet wird.

11. Supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gradient einer elektrischen Spannung gegenüber einem elektrischen Strom, der gleich ist wie oder größer ist als der Schwellenstrom im Eigenfeld, 25 bis 30 beträgt.

12. Supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechselstromverlust des supraleitenden Drahtes 0,4 W/kA·m oder weniger ist.

13. Supraleitender Draht, welcher eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm besitzt, und unter der Verwendung eines supraleitenden Materials, wie YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Schwellenstrom (DC Ic) im Eigenfeld bei Temperatur von 77 K unter Luftdruck von 1 bar 150 A bis 500 A beträgt;
dass ein Schwellenstrom in den folgenden Fällen 90 prozent oder mehr des Schwellenstroms (DC Ic) im Eigenfeld in zufriedenstellender Weise erreicht: nämlich in dem Fall bei dem eine Biegebelastung nach dem sukzessive richtungswechselnden Biegen des obigen supraleitenden Drahtes mittels zwei Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 35 mm angelegt wird, oder bei dem eine doppelte Biegebelastung nach dem sukzessive richtungswechselnden Biegen des obigen supraleitenden Drahtes mittels vier Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 50 mm angelegt wird, oder bei dem eine Längsspannkraft von 250 MPa oder eine den Draht um 0,2% ausstreckende Längsspannkraft an den obigen supraleitenden Draht angelegt wird, oder bei dem der obige supraleitende Draht im Abstand von 200 mm in eine Längsrichtung verdreht wird, oder bei dem eine Last von 3 kg bis 8 kg in einem Zustand, in dem dieser supraleitende Draht auf einem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, an den obigen supraleitenden Draht in eine Längsrichtung dessen angelegt wird, oder bei einem Zustand, in dem der obige supraleitende Draht in einem Flüssigstickstoff, bei dem ein Innendruck vom ca. 30 atm aufrechterhalten ist, für 16 Stunden eingetaucht ist;
dass der supraleitende Draht derart ausgebildet ist, dass mehrere Drähte mit einer Einheit von 200 m bis 400 m aneinander gefügt werden, wobei ein elektrischer Widerstand einer Fügestelle 200 nΩ oder weniger ist, und wobei der Fügewiderstand der Fügestelle derart ausgewählt wird, dass dieser Fügewiderstand pro Fügestelle, an der die Last von 3 kg bis 8 kg in eine Längsrichtung in einem Zustand angelegt wird, bei dem der obige supraleitende Draht auf dem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, 240 nΩ oder weniger ist, oder gegenüber einem Fügewiderstand eines normalen Zustandes um 20 Prozent oder weniger erhöht wird;
dass ein Gradient einer elektrischen Spannung gegenüber einem elektrischen Strom, der gleich ist wie oder größer ist als der Schwellenstrom im Eigenfeld, 25 bis 30 beträgt; und
dass ein Wechselstromverlust des supraleitenden Drahtes 0,4 W/kA·m oder weniger ist.

14. Supraleitender Draht, welcher eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm besitzt, und unter der Verwendung eines supraleitenden Materials, wie YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufblasung des obigen supraleitenden Drahtes in einem Zustand, bei dem dieser in einem Flüssigstickstoff, bei dem ein Innendruck vom ca. 30 atm aufrechterhalten ist, für 16 Stunden eingetaucht ist, nicht visuell beobachtet wird.

15. Supraleitender Draht, welcher eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm besitzt, und unter der Verwendung eines supraleitenden Materials, wie YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Schwellenstrom (DC Ic) im Eigenfeld bei Temperatur von 77 K unter Luftdruck von 1 bar 150 A bis 500 A beträgt;
dass ein Schwellenstrom in den folgenden Fällen 90 prozent oder mehr des Schwellenstroms (DC Ic) im Eigenfeld in zufriedenstellender Weise erreicht: nämlich in dem Fall bei dem eine Biegebelastung nach dem sukzessive richtungswechselnden Biegen des obigen supraleitenden Drahtes mittels zwei Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 35 mm angelegt wird, oder bei dem eine doppelte Biegebelastung nach dem sukzessive richtungswechselnden Biegen des obigen supraleitenden Drahtes mittels vier Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 50 mm angelegt wird, oder bei dem eine Längsspannkraft von 250 MPa oder eine den Draht um 0,2% ausstreckende Längsspannkraft an den obigen supraleitenden Draht angelegt wird, oder bei dem der obige supraleitende Draht im Abstand von 200 mm in eine Längsrichtung verdreht wird, oder bei dem eine Last von 3 kg bis 8 kg in einem Zustand, in dem dieser supraleitende Draht auf einem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, an den obigen supraleitenden Draht in eine Längsrichtung dessen angelegt wird, oder bei einem Zustand, in dem der obige supraleitende Draht in einem Flüssigstickstoff, bei dem ein Innendruck vom ca. 30 atm aufrechterhalten ist, für 16 Stunden eingetaucht ist;
dass der supraleitende Draht derart ausgebildet ist, dass mehrere Drähte mit einer Einheit von 200 m bis 400 m aneinander gefügt werden, wobei ein elektrischer Widerstand einer Fügestelle 200 nΩ oder weniger ist, und wobei der Fügewiderstand der Fügestelle derart ausgewählt wird, dass dieser Fügewiderstand pro Fügestelle, an der die Last von 3 kg bis 8 kg in eine Längsrichtung in einem Zustand angelegt wird, bei dem der obige supraleitende Draht auf dem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, 240 nΩ oder weniger ist, oder gegenüber einem Fügewiderstand eines normalen Zustandes um 20 Prozent oder weniger erhöht wird;
dass ein Gradient einer elektrischen Spannung gegenüber einem elektrischen Strom, der gleich ist wie oder größer ist als der Schwellenstrom im Eigenfeld, 25 bis 30 beträgt;
dass ein Wechselstromverlust des obigen supraleitenden Drahtes 0,4 W/kA·m oder weniger ist; und
dass die Aufblasung des obigen supraleitenden Drahtes in einem Zustand, bei dem dieser in einem Flüssigstickstoff, bei dem ein Innendruck vom ca. 30 atm aufrechterhalten ist, für 16 Stunden eingetaucht ist, nicht optisch beobachtet wird.

Description:
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen supraleitenden Draht. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen supraleitenden Draht, auch als Supraleiterdraht bezeichnet, dessen elektrischen und physikalischen Eigenschaften verbessert werden.

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 Supraleiterdrähte 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 dieses 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 könnten dauerhafte Verspannungen oder Verdrehungen ausgeübt werden, wodurch resultierende Stresse die Probleme, wie, z. B. die Unterbrechung oder dergleichen der nur die Dicke von ca. 0,1 mm aufweisenden Supraleiterdrähte verursachen könnten. Insbesondere weil der Kostenanteil der Supraleiterdrähte von den Bestandteilen des gesamten Kabels am größten ist, ist eine Dauerhaltbarkeit oder eine physikalische Zuverlässigkeit der Supraleiterdrähte erforderlich.

Ferner dürfen die Supraleiterdrähte in den Situationen, bei denen die physikalischen Stresse, wie Verspannungen oder Verdrehungen, etc., ausgeübt sind, nur einfach nicht zerstört oder verformt werden, wobei auch ihre stabilen, elektrischen Eigenschaften darüber hinaus gewährleiset werden müssen.

Offenbarung der ErfindungTechnische Aufgabe

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen supraleitenden Draht, dessen elektrischen und physikalischen Eigenschaften verbessert werden, bereitzustellen.

Technische Lösung der Aufgabe

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein supraleitender Draht vorgeschlagen, welcher eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm besitzt, und unter der Verwendung eines supraleitenden Materials, wie YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) hergestellt wird, wobei sein Schwellenstrom (DC Ic) im Eigenfeld bei Temperatur von 77 K unter Luftdruck von 1 bar 150 A bis 500 A betragen kann.

Hierbei kann es vorgesehen sein, dass, nachdem der obige supraleitende Draht mittels zwei Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 35 mm sukzessive richtungswechselnd gebogen wurde, sein Schwellenstrom beim Anlegen einer Biegebelastung 95 Prozent oder mehr des vorstehenden Schwellenstroms betragen kann.

Ferner kann es vorgesehen sein, dass der obige supraleitende Draht derart ausgebildet ist, dass, nachdem er mittels vier Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 50 mm sukzessive richtungswechselnd gebogen wurde, sein Schwellenstrom beim Anlegen einer doppelten Biegebelastung auch 95 Prozent oder mehr des vorstehenden Schwellenstroms betragen kann.

Und kann es vorgesehen sein, dass der obige supraleitende Draht derart ausgebildet ist, dass sein Anspannungs-Schwellenstrom beim Anlegen einer Längsspannkraft von 250 MPa oder einer ihn um 0,2 ausstreckenden Längsspannkraft an ihn auch 95 Prozent oder mehr des vorstehenden Schwellenstroms betragen kann.

Außerdem kann es vorgesehen sein, dass der obige supraleitende Draht derart ausgebildet ist, dass sein Verdrehungs-Schwellenstrom in einem Zustand, bei dem er im Abstand von 200 mm in eine Längsrichtung verdreht ist, auch 95 Prozent oder mehr des vorstehenden Schwellenstroms betragen kann.

Ferner kann es auch vorgesehen sein, dass ein Schwellenstrom des obigen supraleitenden Drahtes beim Anlegen einer Last von 3 kg bis 8 kg an diesen supraleitenden Draht in eine Längsrichtung dessen in einem Zustand, bei dem dieser supraleitende Draht auf einem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, 95 Prozent oder mehr des vorstehenden Schwellenstroms betragen kann.

Ferner kann es vorgesehen sein, dass der obige supraleitende Draht derart ausgebildet ist, dass mehrere Drähte mit einer Einheit von 200 m bis 400 m aneinander gefügt werden, wobei ein elektrischer Widerstand einer Fügestelle 200 nΩ oder weniger sein kann.

Hierbei kann es vorgesehen sein, dass ein Fügewiderstand der Fügestelle derart ausgewählt wird, dass dieser Fügewiderstand pro Fügestelle, an der die Last von 3 kg bis 8 kg in eine Längsrichtung in einem Zustand angelegt wird, bei dem der obige supraleitende Draht auf einem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, 240 nΩ oder weniger ist, oder gegenüber einem Fügewiderstand eines normalen Zustandes um 20 Prozent oder weniger erhöht wird.

Hierbei kann es vorgesehen sein, dass der obige supraleitende Draht derart ausgebildet ist, dass sein Schwellenstrom in einem Zustand, bei dem er in einem Flüssigstickstoff beim Luftdruck von 30 atm für 16 Stunden eingetaucht ist, auch 95 Prozent oder mehr des vorstehenden Schwellenstroms betragen kann.

Ferner kann es vorgesehen sein, dass ein Gradient einer elektrischen Spannung gegenüber einem elektrischen Strom, der gleich ist wie oder größer ist als der vorstehende Schwellenstrom, 25 bis 30 beträgt.

Ferner kann es vorgesehen sein, dass ein Wechselstromverlust des obigen supraleitenden Drahtes 0,4 W/kA·m oder weniger ist.

Zur Lösung der oben gestellten Aufgabe kann die vorliegenden Erfindung einen supraleitenden Draht bereitstellen, welcher eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm besitzt, und unter der Verwendung eines supraleitenden Materials, wie YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellenstrom (DC Ic) im Eigenfeld bei Temperatur von 77 K unter Luftdruck von 1 bar 150 A bis 500 A beträgt; dass ein Schwellenstrom in den folgenden Fällen 90 prozent oder mehr des vorstehenden Schwellenstroms (DC Ic) in zufriedenstellender Weise erreicht: nämlich in dem Fall bei dem eine Biegebelastung nach dem sukzessive richtungswechselnden Biegen des obigen supraleitenden Drahtes mittels zwei Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 35 mm angelegt wird, oder bei dem eine doppelte Biegebelastung nach dem sukzessive richtungswechselnden Biegen des obigen supraleitenden Drahtes mittels vier Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 50 mm angelegt wird, oder bei dem eine Längsspannkraft von 250 MPa oder eine den Draht um 0,2% ausstreckende Längsspannkraft an den obigen supraleitenden Draht angelegt wird, oder bei dem der obige supraleitende Draht im Abstand von 200 mm in eine Längsrichtung verdreht wird, oder bei dem eine Last von 3 kg bis 8 kg in einem Zustand, in dem dieser supraleitende Draht auf einem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, an den obigen supraleitenden Draht in eine Längsrichtung dessen angelegt wird, oder bei einem Zustand, in dem der obige supraleitende Draht in einem Flüssigstickstoff, bei dem ein Innendruck vom ca. 30 atm aufrechterhalten ist, für 16 Stunden eingetaucht ist; dass der obige supraleitende Draht derart ausgebildet ist, dass mehrere Drähte mit einer Einheit von 200 m bis 400 m aneinander gefügt werden, wobei ein elektrischer Widerstand einer Fügestelle 200 nΩ oder weniger ist, und wobei der Fügewiderstand der Fügestelle derart ausgewählt wird, dass dieser Fügewiderstand pro Fügestelle, an der die Last von 3 kg bis 8 kg in eine Längsrichtung in einem Zustand angelegt wird, bei dem der obige supraleitende Draht auf dem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, 240 nΩ oder weniger ist, oder gegenüber einem Fügewiderstand eines normalen Zustandes um 20 Prozent oder weniger erhöht wird; dass ein Gradient einer elektrischen Spannung gegenüber einem elektrischen Strom, der gleich ist wie oder größer ist als der vorstehende Schwellenstrom, 25 bis 30 beträgt; und dass ein Wechselstromverlust des obigen supraleitenden Drahtes 0,4 W/kA·m oder weniger ist.

Zur Lösung der oben gestellten Aufgabe kann die vorliegenden Erfindung ferner einen supraleitenden Draht bereitstellen, welcher eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm besitzt, und unter der Verwendung eines supraleitenden Materials, wie YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufblasung des obigen supraleitenden Drahtes in einem Zustand, bei dem dieser in einem Flüssigstickstoff, bei dem ein Innendruck vom ca. 30 atm aufrechterhalten ist, für 16 Stunden eingetaucht ist, nicht visuell beobachtet wird.

Zur Lösung der oben gestellten Aufgabe kann die vorliegenden Erfindung darüber hinaus einen supraleitenden Draht bereitstellen, welcher eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm besitzt, und unter der Verwendung eines supraleitenden Materials, wie YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellenstrom (DC Ic) im Eigenfeld bei Temperatur von 77 K unter Luftdruck von 1 bar 150 A bis 500 A beträgt; dass ein Schwellenstrom in den folgenden Fällen 90 prozent oder mehr des vorstehenden Schwellenstroms (DC Ic) in zufriedenstellender Weise erreicht: nämlich in dem Fall bei dem eine Biegebelastung nach dem sukzessive richtungswechselnden Biegen des obigen supraleitenden Drahtes mittels zwei Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 35 mm angelegt wird, oder bei dem eine doppelte Biegebelastung nach dem sukzessive richtungswechselnden Biegen des obigen supraleitenden Drahtes mittels vier Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 50 mm angelegt wird, oder bei dem eine Längsspannkraft von 250 MPa oder eine den Draht um 0,2 ausstreckende Längsspannkraft an den obigen supraleitenden Draht angelegt wird, oder bei dem der obige supraleitende Draht im Abstand von 200 mm in eine Längsrichtung verdreht wird, oder bei dem eine Last von 3 kg bis 8 kg in einem Zustand, in dem dieser supraleitende Draht auf einem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, an den obigen supraleitenden Draht in eine Längsrichtung dessen angelegt wird, oder bei einem Zustand, in dem der obige supraleitende Draht in einem Flüssigstickstoff, bei dem ein Innendruck vom ca. 30 atm aufrechterhalten ist, für 16 Stunden eingetaucht ist; dass der obige supraleitende Draht derart ausgebildet ist, dass mehrere Drähte mit einer Einheit von 200 m bis 400 m aneinander gefügt werden, wobei ein elektrischer Widerstand einer Fügestelle 200 nΩ oder weniger ist, und wobei der Fügewiderstand der Fügestelle derart ausgewählt wird, dass dieser Fügewiderstand pro Fügestelle, an der die Last von 3 kg bis 8 kg in eine Längsrichtung in einem Zustand angelegt wird, bei dem der obige supraleitende Draht auf dem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, 240 nΩ oder weniger ist, oder gegenüber einem Fügewiderstand eines normalen Zustandes um 20 Prozent oder weniger erhöht wird; dass ein Gradient einer elektrischen Spannung gegenüber einem elektrischen Strom, der gleich ist wie oder größer ist als der vorstehende Schwellenstrom, 25 bis 30 beträgt; dass ein Wechselstromverlust des obigen supraleitenden Drahtes 0,4 W/kA·m oder weniger ist; und dass die Aufblasung des obigen supraleitenden Drahtes in einem Zustand, bei dem dieser in einem Flüssigstickstoff, bei dem ein Innendruck vom ca. 30 atm aufrechterhalten ist, für 16 Stunden eingetaucht ist, nicht visuell beobachtet wird.

Günstiger Effekt der Erfindung

Bei einem supraleitenden Draht gemäß der vorliegenden Erfindung können die physikalischen Eigenschaften des supraleitenden Drahtes derart verstärkt werden, dass er die körperlichen Belastungen, wie Spannkraft und Verdrehung etc., die während des Herstellungs- und des Verlegungsvorgangs an den supraleitenden Draht angelegt werden könnten, ertragen kann.

Bei einem supraleitenden Draht gemäß der vorliegenden Erfindung kann die physikalische Festigkeit des supraleitenden Drahtes verstärkt werden, so dass die Zerstörung, etc. des supraleitenden Drahtes verhindert werden kann sowie gleichzeitig sowohl die physikalische Festigkeit gegenüber der körperlichen Belastung als auch die elektrischen Eigenschaften zusammen gewährleistet werden können.

Mittels eines supraleitenden Drahtes gemäß der vorliegenden Erfindung kann die physikalische Festigkeit des supraleitenden Drahtes während des Herstellungs-, des Verlegungs- und des Anwendungsvorgangs des supraleitenden Kabels verbessert werden und gleichzeitig die elektrischen Eigenschaften gewährleistet werden, so dass die Herstellungskosten aufgrund der Ausschaltung, etc. des Supraleitenden Drahtes erheblich erspart werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

1 einen stufenweise abisolierten Zustand eines supraleitenden Drahtes gemäß der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Darstellung;

2 eine Schnittdarstellung eines supraleitenden Kabels aus 1;

3 ein Beispiel für einen supraleitenden Draht, der auf ein supraleitendes Kabel angewandt werden kann;

4 die Schnittdarstellungen von einigen Beispielen für einen supraleitenden Draht, der auf den supraleitenden Draht gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann;

5 eine Prüfeinrichtung zur Biegeprüfung des supraleitenden Drahtes gemäß der vorliegenden Erfindung;

6 ein Diagramm einer Spannung abhängig von einem am supraleitenden Draht anliegenden Strom; und

7 eine Prüfeinrichtung zur Prüfung einer Hermetizität des supraleitenden Drahtes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung

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

1 zeigt einen stufenweise abisolierten Zustand eines supraleitenden Drahtes gemäß der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Darstellung, wobei 2 eine Schnittdarstellung eines supraleitenden Kabels aus 1 zeigt.

Nachfolgend wird eine Grundstruktur eines supraleitenden Kabels erläutert, auf dem ein supraleitender Draht (auch als Supraleiterdraht bezeichnet) gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt ist.

Das supraleitende, in 1 gezeigte 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 nebeneinander 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 nebeneinander 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 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 500 vorgesehen ist; und einen Außenmantel 700, der an einer Außenseite des äußeren Metallrohrs 600 vorgesehen ist und somit 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, langen Supraleiterdrähte anzubringen, sowie gleichzeitig auch als Rahmen zum Ausgestalten einer Gestalt zum Anbringen der solchen Supraleiterdrähte dienen, wobei er daürber hinaus zum Pfad werden kann, durch den ein elektrischer Fehlerstrom fließt. Ferner kann der Formkörper 110 eine Form aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass mehrere Kupfer(Cu)-Leiterlitzen 111 mit einem kreisförmigen Querschnitt auch kreisförmig zusammengedrückt sind.

Noch genauer gesagt, ist der Formkörper 110 grundsätzlich rundzylindrisch ausgebildet und dient als Rahmen, der derart ausgebildet ist, dass flache, lange Supraleiterdrähte auf diesen Rahmen aufgesetzt werden können. Dabei der Durchmesser des Formkörpers 110 unter Berücksichtigung der Breite der Supraleiterdrähte derart dimensioniert, dass diese Supraleiterdrähte nicht voneinander abgesplittert und beim Aufsetzen derselben aufeinander auf dem Formkörper 110 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 Roll als Rückleiter beim Entstehen des elektrischen Fehlerstroms im Stromnetz kann durch den aus den Leiterlitzen 111 bestehenden Formkörper übernommen werden, wobei sie jedoch daneben 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 be hoher elektrischer Spannung die Kupferlitzen kreisförmig zusammengedrückt und somit in einer verseilten Form ausgebildet werden können.

Wie nachfolgend beschrieben, ist der supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Erfindung an seinen beiden Oberflächen mit der elektrisch leitenden Schicht aus einem bei Normaltemperatur eine elektrische Leitfähigkeit besitzenden Metall versehen, damit seine mechanische Steifigkeit verstärkt werden kann. Diese elektrisch leitende Schicht kann durch das Verstärken der mechanischen Steifigkeit den supraleitenden Draht an der Unterbrechung, etc. aufgrund der Verdrehungsspannung beim Winden des supraleitenden Drahtes hindern.

Da diese elektrisch leitende Schicht die mechanische Steifigkeit des supraleitenden Drahtes verstärken und gleichzeitig zusammen 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, auf dem der supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt ist, 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 den Formkörper 110 aufbauenden Leiterlitzen 111 mit einem kreisförmigen Querschnitt in eienr kreisförmig zusammengedrückten und verseilten Form ausgebildet sind, kann die Oberfläche des Formkörpers 110 notwendigerweise nur uneben sein. Damit sich die unebene Oberfläche des Formkörprs 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 diese 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 geglätteten 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 nebeneinander aneinander grenzend einen Umfang der Glättungsschicht 120 umwickeln können.

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

Beim in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist es gezeigt, dass eine supraleitende Leiterschicht aus gesamt zwei Schichten 130a und 130b vorgesehen ist.

Falls die supraleitende Leiterschicht mehrschichtig vorgesehen ist, kann ein Isolierband 140 zwischen den supraleitenden Leiterschichten 130a und 130b vorgesehen sein. Der Grund, warum das Isolierband 140 zwischen den supraleitenden Leiterschichten 130a und 130b angeordnet ist, besteht darin, um einen Richtungscharakter eines Stroms durch die supraleitenden, jede Schicht aufbauenden Leiterschichten 130a und 130b ansteuern zu können, da, wenn kein Isolierband 140 vorgesehen ist, dann ein Stromdurchfluss verstreut wird und somit der Strom nicht in eine beabsichtigte Richtung fließen kann. Aber kann das Isolierband 140 im Wesentlichen es bewirken, dass die Stromführungsrichtungen der mehrschichtig gestapelten, supraleitenden Leiterschichten miteinander übereinstimmen können.

Ist das Isolierband 140 dabei hilfsweise vorgesehen, dann kann auch der Skineffekt der jede supraleitende Leiterschicht aufbauenden Supraleiterdrähte zusätzlich verhindert werden.

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 sein können.

Weiterhin können die jeweiligen Supraleiterdrähte, die jede supraleitende Leiterschicht 130a bzw. 130b aufbauen, parallel zu den jeweiligen Litzen, die den Formkörper 110 aufbauen, geschaltet sein. Der Grund dafür besteht darin, 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.

Außerdem 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 halbeleitende Schicht 170.

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

Daneben kann eine Isolierschicht 160 an der Außenseite der inneren halbleitenden Schicht 150 angeordnet sein. Diese Isolierschicht 160 kann zur Erhöhung einer Isolationsfestigkeit des supraleitenden Kabels vorgesehen sein. Im Allgemeinen wird ein vernetztes Polyethylen (VPE) (english: 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 haupsächlich ein Kraftpapier oder Polypropylen-Lamellenapper (englisch: 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, wobei auch die äußere halbleitende Schicht 170 derart vorgesehen sein kann, 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 nebeneinander 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 Ummangelung 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 hinaus kann ein Kühlteil 200 an einer Außenseite des Kerns 100 angebracht sein. Dieser Kühlteil 200 kann zur Kühlung der Supraleiterdrähte des Kerns 100 vorgesehen 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 flüssiges Kältemittel (d. h. Flüssigstickstoff) den Kühlungskreislauf in einem gekühlten Zustand, bei dem es eine Temperatur von –200°C aufweist, 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 dient das innere Metallrohr 300 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 Ausgangsleistung auch in der Situation, bei der diese mechanische Spannung ausgeübt wird, aufrechterhalten 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 niedrigen Wärmeleitvermögen ausgebildet ist, an einer Metallschicht mit hohem Reflexionsvermögen mehrschichtig gewunden ist. Die Wärmedämmschicht bildet eine Mehrschichtisolierung (englisch: 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 Konduktion leicht erfolgen kann, kann der Wärmedämmteil 400 hauptsächlich den Wärmeaustausch oder die Wärmeeindringung durch die Konduktion minimieren, wobei auch aufgrund des Materials der Metallschicht mit hohem Reflexionsvermögen ein Effket zur Verhinderung des Wärmeaustauschs oder der Wärmeeindringung durch die Radiation erreicht werden kann.

Und kann sich die Anzahl der Schichten des Wärmedämmteils 400 dabei zur Minimierung der Wärmeeindringung einstellen. Besteht es hierbei aus vielen Schichten, dann wird ein Effket 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 einer normalen Temperatur 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 Abstandshalter 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 spiral- oder kreisförmig umwickelnd gewunden werden kann.

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

Ferner kann der Werkstoff der Abstandhalter 560 ein Harz, z. B. Polyethylen (PE) sein.

Ferner kann der Abstandhalter 560 je nach Bedarf aus einem Fluoroharz (z. B. Polytetrafluorethylen (englisch: PTFE, Poly Tetra Fluoro Ethylene; Teflon (Marke)) bestehen, oder seine Rückoberfläche, die aus einem üblichen Harz (z. B. Polyethylen) besteht, mit dem Fluoroharz (z. B. Polytetrafluorethylen) beschichtet werden.

Dabei kann das Polytetrafluorethylen als Art vom Fluoroharz aufgrund einer starken chemischen Kombination zwischen einem Fluor und einem Kohlenstoff eine sehr stabile Verbindung ausbilden, so dass es die guten Eigenschaften, wie z. B. fast vollkommene chemische Inaktivität, Wärmebeständigkeit, Nicht-Haftfestigkeit, gute Isoliersicherheit, niedrigen Reibungsbeiwert oder dergleichen besitzt.

Weiterhin weist das Polytetrafluorethylen 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 verschiedenen Formen, wie z. B. Kreisform, Dreieck, Viereck, Stern, etc. ausgebildet sein.

Dabei kann auch ein äußeres Metallrohr 600 an einer Außenseite des mit den Abstandhaltern 560 versehenen Vakuumteils 500 angebracht sein. Dabeil 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 einen Supraleiterdraht, der auf ein supraleitendes Kabel angewandt werden kann. Noch genauer zeigt 3(a) eine Schnittdarstellung des bestehenden Supraleiterdrahtes 131 ohne eine elektrisch leitende Schicht, während 3(b) den Supraleiterdraht 131 zeigt, an dem eine elektrisch leitende Schicht aus einem bei Normaltemperatur eine elektrische Leitfähigkeit besitzenden Metall angefügt ist.

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

Da der Supraleiterdraht gemäß der vorliegenden Erfindung an seinen beiden Oberflächen mit der elektrisch leitenden Schicht me1 bzw. me2 aus einem bei Normaltemperatur eine elektrische Leitfähigkeit besitzenden Metall versehen ist und somit einen Effekt zur Verstärkung einer mechanischen Steifigkeit des Supraleiterdrahtes selbst anbietet, 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 kann der Durchmesser des Formkörpers im Vergleich zum supraleitenden Kabel, auf das der Supraleiterdraht ohne die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 angewandt 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.

Diesbezüglich weist der in 3(a) gezeigte herkömmliche Supraleiterdraht eine Breite von x (mm) und eine Dicke von y (mm) auf, während der in 3(b) gezeigte, supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Erfindung derart ausgebildet ist, dass an den beiden Oberflächen des herkömmlichen Supraleiterdrahtes jeweils ein Metallwerkstoff vorgesehen und danach auch jeweils eine elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 mit einer Breite von x (mm) und Dicke von y (mm) bis 2y (mm) zusätzlich aufgebracht wird.

Daher kann der supraleitende Draht 131 gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgelegt sein, dass an dem bestehenden Supraleiterdraht 131' eine elektrisch leitende Schicht mit einer Dicke von y (mm) bis 2y (mm) aufgebracht wird, so dass eine gesamte Dicke 3y (mm) bis 5y (mm) betragen kann.

Als ein im nachfolgend erwähnten Versuch verwendeter Supraleiterdraht wurde ein supraleitender Draht verwendet, der eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm aufweist, d. h. mit y = 0,1.

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

Wenn die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 mittels der Lötung jeweils 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 des 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 eine 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 Skineffektes, etc. noch größer wird, als bei dem Fall, bei dem die elektrisch leitende Schicht mit einer Dicke von 2y (mm) bis 4y (mm) nur an einer Oberfläche der jeweiligen bestehenden Supraleiterdrähte angefügt wird.

Falls die elektrisch leitende Schicht jeweils an den beiden Oberflächen des Supraleiterdrahtes angefügt ist, kann das Trennungsphänomen der elektrisch leitenden Schicht beim Biegen des Supraleiterdrahtes minimiert und somit die Steifigkeit besser verstärkt werden, als bei dem Fall, bei dem die elektrisch leitende Schicht nur an einer Oberfläche des bestehenden Supraleiterdrahtes angefügt ist, wobei es auch beim Verwenden der elektrisch leitenden Schicht als Rückleiter vermutlich günstig sein kann, jeweils an den beiden Oberflächen des Supraleiterdrahtes die elektrisch leitende Schicht anzufügen und auch das Durchmesser des Formkörpers zu verkleinern.

Beträgt die Dicke der jeweiligen bestehenden Supraleiterdrähte hierbei ca. 0,1 mm, während die Dicke der jeweiligen elektrisch leitenden Schichten ca. 0,1 bis 0,2 mm beträgt, dann kann die Dicke des supraleitenden Drahtes gemäß der vorliegenden Erfindung 0,3 bis 0,5 mm betragen, so dass man so ansehen könnte, dass die Dicke der jeweiligen supraleitenden Drähte gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu der der jeweiligen bestehenden Supraleiterdrähte im großen Maßstab vergrößert würde. Jedoch stell auch die Dicke der jeweiligen verbesserten Supraleiterdrähte nur ein Niveau vom Dünnfilm dar und somit ist ihr 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.

Dadurch kann erfindungsgemäß der supraleitende Draht bereitgestellt werden, welcher eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm besitzt, und unter der Verwendung eines supraleitenden Materials, wie YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) hergestellt wird, sowie bei welchem ein Schwellenstrom (DC Ic) im Eigenfeld bei Temperatur von 77 K unter Luftdruck von 1 bar 150 A bis 500 A betragen kann.

4 zeigt jeweils einen Aufbau der supraleitenden Drähte gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Schnittdarstellung.

Noch genauer gesagt, zeigt 4(a) eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels für einen Supraleiterdraht, der auf ein supraleitendes Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann, während 4(b) eine Schnittdarstellung eines anderen Ausführungsbeispiels für den supraleitenden Draht zeigt.

Aus Gründen der besseren Ausführungen wird der supraleitende Draht 131, der supraleitende Leiterschicht aufbaut, nachfolgend als Beispiel erläutert.

Dabei kann der supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Erfindung denjenigen der ersten oder der zweiten Generation darstellen.

Diesbezüglich wird der Fall, bei dem 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, bei dem ein supraleitendes Phänomen bei der im Vergleich zu der absoluten 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 hier 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 des Supraleiterdrahtes 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 zwischen 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 der Normaltemperatur besteht.

Allerdings stellen die in 4 gezeigten, supraleitenden Drähte gemäß der vorliegenden Erfindung diejenigen der zweiten Generation dar, wobei für diese, die Supraleiterdrähte, bei denen eine metallische Substratschicht aus einem Hastelloy, Nicke-Wolfram(Ni-W)-Legierungsmaterial benutzt ist, verwendet werden können. Im Wesentlichen zeigt 4 insbesondere ein Beispiel, bei dem zwei Arten von Supraleiterdrähten angewandt sind.

Dadurch kann der supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen werden, welcher eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm besitzt, und unter der Verwendung eines supraleitenden Materials, wie YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) hergestellt wird, sowie bei welchem ein Schwellenstrom (DC Ic) im Eigenfeld bei Temperatur von 77 K unter Luftdruck von 1 bar 150 A bis 500 A betragen kann, wobei unter dem Eigenfeld eine elektromagnetische Umgebung verstanden wird, die durch einen elektrischen, durch den Draht selbst fließenden Strom erzeugt wird.

Dabei kann der Schwellenstrom mittels eines kontinuierlichen Messverfahrens im Abstand von ca. 0,5 m bis 1 m an einem zu messenden, supraleitenden Draht gemessen werden. Unter dem Schwellenstrom wird hierbei ein maximaler Strom (vor dem Kurzschluss, wie Auslöschung, etc.) verstanden, der durch das Anlegen einer dauerhaften Gleichspannung (DC) fließen kann.

Diesbezüglich zeigt 4(a) einen supraleitenden Draht 131, bei dem ein supraleitendes Material eines YBCO-Systems verwendet ist, während 4(b) eine Schnittdarstellung eines supraleitenden Drahtes 131 zeigt, bei dem ein supraleitendes Material eines ReBCO-Systems verwendet ist.

Ferner kann der Werkstoff einer metallischen Substratschicht 1311, die den in 4(a) gezeigten, supraleitenden Draht 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 aufgebracht 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 aufbaut, 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 supraleitenden Drähte, etc. als Silber(Ag)-Schicht 1316 aufgebracht sein kann.

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

Der Grund, warum die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 jeweils an den beiden Seiten des supraleitenden Drahtes 131 vorgesehen ist, besteht darin, um die physikalische Steifigkeit stärker verstärken, die Abweichung der physikalischen Eigenschaften je nach der Biegerichtung mehr minimieren, und die Kapazität der elektrisch leitenden Schicht als Rückleiter mehr vergrößern zu können, als bei dem Fall, bei dem eine elektrisch leitende Schicht nur an einer Seite vorgesehen ist, wie oben erwähnt.

Ferner ist der supraleitende Draht 131, der jeweils eine supraleitende Leiterschicht oder eine supraleitende Schirmshicht aufbuat, derart ausgebildet, dass seine Stromführungsfunktion gemäß der Auslegungskapazität unter einer solchen Voraussetzung implementiert ist, dass die Supraleitungsbedingung aufrechterhalten wird, wobei der elektrische Strom, der durch den supraleitenden Draht 131 fließt, jedoch dann durch den obe beschriebenen Formkörper geführt wird, wenn die Supraleitungsbedingung aufgrund der Problem des Systems, etc. zerstört wird, und wobei der Durchmesser der 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 Durchmesser 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 des supraleitenden Drahtes 131 vorgesehen, so dass die Steifigkeit des supraleitenden Drahtes 131 verstärkt werden und dabei gleichzeitig die elektrisch leitende Schicht als Rückleiter verwendet werden kann, was folglich zur Minimierung des Durchmessers, etc. des Formkörpers 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.

Mit dem Messing wird eine Legierung gemeint, die durch das Hinzufügen eines Zinks ins Kupfer erzeugt wird, wobei eine solche elektrisch leitende Schicht durch eine Kupferlegierung mit guter elektrische Leitfähigkeit außer dem Messing ersetzt werden kann.

Daher ist es vorteilhaft, dass eine elektrisch leitende Schicht aus dem Messing als Konzept, das eine Kupferlegierung außer dem Messing umfasst, zu verstehen sein sollte.

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 diese Messing-Dünnfilmlage eine Dicke 0,1 mm bis 0,2 mm aufweisen kann. Wenn es hierbei angenommen würde, dass eine Dicke einer elektrisch leitenden Schicht me aus einem Metallmaterial, die an einer Seite des supraleitenden Drahtes 131 in der Form des Messingbands angefügt wird, 0,125 mm beträgt, dann kann eine Dicke des gesamten, supraleitenden Drahtes 131 ca. 0,4 mm betragen.

Allerdings hat es sich gezeigt, dass, wenn die Dicke der an zumindest einer Seite des supraleitenden Drahtes 131 aufgebrachten, elektrisch leitenden Schicht aus dem Metallmaterial 0,1 mm oder kleiner ist, dann es schwer sein könnte, die Steifigkeit des supraleitenden Drahtes ausreichend zu verstärken, während, wenn die Dicke 0,2 mm oder größer ist, dann die Problem entstehen könnten, dass die elektrisch leitende Schicht aus dem Metallmaterial beim Biegen aus dem supraleitenden Draht abgetrennt wird und die Dicke des gesamten supraleitenden Drahtes 131 übermäßig dicker wird.

Beispielsweise kann es bei einem Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, dass, wenn die Dicke des supraleitenden Drahtes 131 ca. 0,1 mm beträgt, dann sie durch das Anfügen der elektrisch leitenden Schicht aus dem Metallmaterial in der messingbandförmigen Form mit der Dicke von 0,125 mm beispielweise an den beiden Seiten des supraleitenden Drahtes 0,35 mm betragen kann, d. h. um drei- bis vierfach vergrößert werden kann, wobei jedoch die gesamte Dicke weniger als 1 mm und somit ausreichend klein ist, so dass sich sie auf die gesamte Dicke des supraleitenden Kabels vernachlässigbar auswirkt. Trotzdem wird die Steifigkeit des supraleitenden Drahtes 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 des supraleitenden Drahtes 131 vorgesehen, so dass die Steifigkeit des supraleitenden Drahtes 131 verstärkt und dabei gleichzeitig der Durchmesser oder das Gewicht des Formkörpers reduziert werden kann, was bedeutet, dass, wenn die elektrisch leitende Schicht mit einem vorbestimmten Dicke jeweils an der Außenseite der metallischen Substratschicht und an der Außenseite der Silber(Ag)-Schicht vorgesehen ist, dann der Durchmesser oder das Gewicht des Formkörpers relativ mehr reduziert werden kann, als bei dem Fall, bei dem die elektrisch leitende Schicht nicht am supraleitenden Draht 131 vorgesehen ist.

Auf diese Weise muss die angebrachte, elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 elektrisch mit dem supraleitenden Draht 131 verbunden werden, damit beim Entstehen eines elektrischen Fehlerstroms in einem Zustand, bei dem die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 mittels Löttung, etc. jeweils an den beiden seiten des supraleitenden Drahtes 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 Verfharen im Wesentlichen daher nicht dargestellt, mittels welches der supraleitende Draht 131 und die elektrisch leitenden Schichten me1 und me2, die an den beiden Seiten des supraleitenden Drahtes 131 angebracht sind, zur Durchschaltung des elektrischen Fehlerstroms jeweils parallel zueinander geschaltet werden, und mittels welches der supraleitende Draht 131 und die elektrisch leitenden Schichten me1 und me2, die an den beiden Seiten des supraleitenden Drahtes 131 angebracht sind, jeweils elektrisch miteinander verbunden werden. Jedoch kann auch ein anderes Verfahren dabei verwendet werden, mittels welches die laterale Seite des supraleitenden Drahtes 131 mit einem metall-basierenden Lötmetall gelötet wird, oder mittels welches der supraleitende Draht 131 mit einer Metall mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit, z. B. Kupfer(Cu) plattiert wird.

Mittels der beiden oben genannten Verfahren kann die Vergrößerung der Dicke oder des Volumens des supraleitenden Drahtes 131, an dem die elektrisch leitenden Schichten me1 und me2 angebrachten sind, minimiert werden, und können somit die elektrisch leitednen Schichten me1 und me2 und der supraleitende Draht 131 elektrisch miteinander verbunden werden.

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

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

4(b) zeigt einen Supraleiterdraht 131', bei dem 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.

Hierbei kann der Werkstoff der metallischen Substratschicht 1311', die den in 4(b) dargestellten, supraleitenden Draht 131' 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 1318' aufgebracht 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 der in 4(b) gezeigte, supraleitende Draht 131' kann, ebenso wie bei dem in 4(a) dargestellten supraleitenden Ausführungsbeispiel, dadurch zur Verstärkung der physikalischen Festigkeit und zur Verteilung des elektrischen Fehlerstroms 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 des supraleitenden Drahtes 131' jeweils eine elektrisch leitende Schicht, die aus einer metallischen Dünnfilmlage aus einem Material, wie z. B. Messing, etc. bestehet, aufgebaut und als Mittel zur Durchschaltung des elektrischen Fehlerstroms verwendet wird.

Natürlich bestehen auch die metallische Substratschicht und die Silber(Ag)-Schicht, die den in 4 gezeigten supraleitenden Draht 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 oben beschrieben, weisen die elektrisch leitenden Schichten me aus einem Metallmaterial jedoch jeweils eine Dice von ca. 0,125 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 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 eine Prüfeinrichtung zur Beigeprüfung eines supraleitenden Drahtes gemäß der vorliegenden Erfindung. Konkret zeigt 5(a) ene Einrichtung zur Messung eines Schwellenstroms beim Anlegen einer Biegebelastung, während 5(b) eine Einrichtung zur Messung eines Schwellenstroms beim Anlegen eines doppelten Biegebelastung zeigt.

Der Schwellenstrom beim Anlegen eines Biegebelastung wird durch das Biegen des supraleitenden Drahtes 131 in der entgegengesetzten Richtung über zwei Rollen gemessen, während der Schwellenstrom beim Anlegen eines doppelten Biegebelastung auch durch das Biegen des supraleitenden Drahtes 131 in der entgegengesetzten Richtung über vier Rollen gemessen.

Wenn der supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgebildet war, dass er eine Dicke von 3y bis 5y aufweist, wie in 3(b), in der die Dicke des supraleitenden Drahtes 131, an dem die elektrisch leitenden Schichten me1 und me2 aus einem Messingmaterial angefügt sind, dargestellt ist, dann hat es sich gezeigt, dass eine Zugfestigkeit des supraleitenden Drahtes, an dem die elektrisch leitenden Schichten als metallische Dünnfilmlage mit der bei Normaltemperatur eine elektrische Leitfähigkeit angefügt sind, 200 Mpa bis 800 Mpa bezüglich einer 95-prozentigen Stromdämpfung (englisch: IC relentation) betragen kann und somit eine ausreichende Steifigkeit beim Winden des supraleitenden Drahtes auf das surpraleitende Kabel erhalten werden kann.

Dabei stellt der Maßstab von der 95-prozentigen Stromdämpfung (IC relentation) ein Prüfverfahren dar, mittels welches durch das allmähliche Vergrößern einer Spannkraft an beiden Enden des supraleitenden Drahtes die Spannkraft gemessen wird, bis die 95-prozentige Strommenge der Ausgangsleistungsfähigkeit erhalten werden kann. Dies bedeutet daher dass auch beim Ausüben der Spannkraft von 200 Mpa (Megapascal) bis 800 Mpa an dem supraleitenden Draht zumindest 95-prozentige Strombelastbarkeit erhalten werden kann. Auf anderer Seite bedeuten diese Bedingungen, dass die Prüfungen mittels des in 5 dargestellten Prüfverfahrens, etc. bestanden werden können. D. h. stellt das Verfahren, das nachfolgend beschrieben wird, dasjenige dar, welches dazu dienen kann, es zu überprüfen, ob ein Schwellenstrom das 95 Prozent eines normalen Schwellenstrom eines supraleitenden Drahtes erfüllen kann, nachdem die physikalischen oder elektrischen Eigenschaften auf den Belastungsbedingungen voraus eingestellt wurden.

Wie in 5(a) dargestellt, erfüllt der Schwellenstrom beim Anlegen einer Biegebelastung nach dem sukzessive richtungswechselnden Biegen des mit den erfindungsgemäßen metallischen Schichtlagen versehenen, supraleitenden Drahtes mittels zwei Rollen r1 und r2 mit jeweils einem Durchmesser von 35 mm die Bedingungen, die über das 95 Prozent des Schwellenstroms des supraleitenden Drahtes ohne Biegebelastung hinausgehen.

Wie in 5(b) dargestellt, erfüllt auch der Schwellenstrom beim Anlegen einer doppelten Biegebelastung nach dem sukzessive richtungswechselnden Biegen des mit den erfindungsgemäßen metallischen Schichtlagen versehenen, supraleitenden Drahtes mittels vier Rollen r1, r2, r3 und r4 mit jeweils einem Durchmesser von 50 mm die Bedingungen, die über das 95 Prozent des Schwellenstroms des supraleitenden Drahtes ohne Biegebelastung hinausgehen.

Wie oben beschrieben, ist der supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Erfindung mit den metallischen Schichtlagen versehen, so dass er während des Herstellungs- und des Verlegungsvorgangs eine genügende physikalische Festigkeit erhalten und somit neben der Biegebelastung auch beim Anlegen einer Zugspannung und Torsionsbeanspruchung die Bedingungen erfüllen kann, die über das 95 Prozent des Schwellenstroms des supraleitenden Drahtes ohne Zugspannung und Torsionsbeanspruchung hinausgehen.

Konkret kann der supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Erfindung derart ausgebildet sein, dass sein Anspannungs-Schwellenstrom beim Anlegen einer Längsspannkraft von 250 MPa oder einer ihn um 0,2% ausstreckenden Längsspannkraft an ihn auch 95 Prozent oder mehr des vorstehenden normalen Schwellenstroms beträgt, und dass sein Verdrehungs-Schwellenstrom in einem Zustand, bei dem er im Abstand von 200 mm in eine Längsrichtung verdreht ist, auch 95 Prozent oder mehr des vorstehenden normalen Schwellenstroms beträgt.

Ferner ist es vorteilhaft, dass in Bezug auf die Torsionsbeanspruchung auch der Verdrehungs-Schwellenstrom des supraleitenden Drahtes gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Zustand, bei dem dieser im Abstand von 200 mm in eine Längsrichtung verdreht ist, 95 Prozent oder mehr des Schwellenstroms eines Supraleiterdrahtes ohne Verdrehung beträgt.

Ferner ist es vorteilhaft, dass die supraleitenden Drähte 131 in der Regel innerhalb des Abstands von 1 Kilometer dreimal oder weniger aneinander gefügt werden, um einen Übergangswiderstand zu reduzieren. Dadurch werden die Supraleiterdrähte mit einer Einheit von 200 m bis 400 m aneinander gefügt, wobei ein elektrischer Widerstand einer Fügestelle 200 nΩ oder weniger (z. B. 100 nΩ bis 200 nΩ) sein kann.

Außerdem ist es vorteilhaft, dass ein Wechselstromverlust des supraleitenden Drahtes gemäß der vorliegenden Erfindung 0,4 W/kA·m oder weniger ist. Dabei bedeutet dieser Wechselstromverlust, dass der Verlut, der beim Durchschalten eines Wechselstrom von 1 kA durch den einzelnen supraleitenden Draht mit einer Länge von 1 m entsteht, 0,4 W oder weniger sein muss. Dies schreibt nicht einen Bereich des Wechselstroms eines supraleitenden Kabels, sondern eines einzelnen supraleitenden Drahtes vor.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, dass auch beim gleichzeitigen Anlegen der Spannkraft und Verdrehung die Bedingungen des Schwellenstroms und des Widerstands in der Fügestelle anhand der gleichen Kriterien erfüllt werden müssen.

In diesem Zusammenhang dürfen die Supraleiterdrähte gemäß der vorliegenden Erfindung entlang die Längsrichtung eines Kabels in die Längsrichtung aneinander gefügt werden, wobei der Übergangswiderstand pro Fügestelle 200 nΩ oder weniger sein kann. Aber ist es dabei vorausgesetzt, dass dieser Übergangswiderstand in einem Zustand gemessen wird, bei dem der supraleitende Draht nicht mit der mechanischen Spannung belastet wird, wobei es auch vorteilhaft ist, dass der Widerstand pro Fügestelle des Supraleiterdrahtes auch in einem Zustand nicht um 20% oder mehr erhöht wird, bei dem die Supraleiterdrähte mit der Spannkraft belastet und auf dem Formkörper, etc. des supraleitenden Kabels gewunden sind.

Folglich ist es vorteilhaft, dass der Übergangswiderstand auch beim Anlegen einer Last von 3 kg bis 8 kg, d. h. einer Spannkraft, an diesen supraleitenden Draht in eine Längsrichtung dessen in einem Zustand, bei dem dieser supraleitende Draht auf einem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, mit 240 nΩ oder weniger gemessen oder nur um 20% oder weniger eines normalen Übergangswiderstands erhöht wird.

Nur wenn die elektrischen Eigenschaften, bei denen der Schwellenstrom des Supraleiterdrahtes gegenüber den obigen physikalischen Belastungen ca. 95% oder mehr des Schwellenstroms des Supraleiterdrahtes ohne Belastungen betragen muss, erfüllt werden können, dann können die Dauerhaltbarkeit und die elektrische Leitfähigkeit der Supraleiterdrähte während des Herstellungs- und des Verlegungsvorgangs des supraleitenden Kabels gewährleistet werden.

6 zeigt ein Diagramm einer Spannung abhängig von einem am supraleitenden Draht anliegenden Strom.

Unter dem Schwellenstrom wird hierbei ein maximaler Strom (vor dem Kurzschluss, wie Auslöschung, etc.) verstanden, der durch das Anlegen einer dauerhaften Gleichspannung (DC) fließen kann. Wenn der Strom über den Schwellenstrom durchgeschaltet wird, dann wird der Widerstand daher plätzlich erhöht und auch die Spannung plötzlich erhöht. Daher ist es nicht vorteilhaft, dass die Erhöhungsrate der Spannung in übertriebenem Maße zu groß ist.

Als Supraleiterdraht der zweiten Generation gemäß der vorliegenden Erfindung ist der supraleitende Draht bevorzugt, der derart ausgebildet ist, dass ein Gradient einer elektrischen Spannung gegenüber einem elektrischen Strom, der gleich ist wie oder größer ist als der vorstehende, normale Schwellenstrom, einen Bereich von 25 bis 30 erfüllt. Dabei kann dieser Gradient (n) mittels des Verfahrens zur Messung des Schwellenstroms natürlich gemessen werden.

7 zeigt eine Prüfeinrichtung zur Prüfung einer Hermetizität eines supraleitenden Drahtes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Unter der Hermetizität des Supraleiterdrahtes wird es verstanden, dass dieser Supraleiterdraht in einem Zustand, bei dem er in einem Flüssigstickstoff mit hohem Druck eingetaucht ist, nicht aufgeblasen und seine Ursprungsform aufrechterhalten wird sowie der vorbestimmte Bereich des Schwellenstroms sichergestellt wird.

Hierbei kann ein Prüfverfahren verwendet werden, mittels welches eine visuelle Inspektion und eine Messung eines Schwellenstroms durchgeführt werden, nachdem ein Metallrohr (s), in dem der supraleitende Draht 131 eingesetzt ist, mit dem Flüssigstickstoff (L) gefüllt wurde und dann der Zustand, bei dem der Druck mittels eines gasförmigen Stickstoffs von außen in die Innenseite des Metallrohrs (s) derart angelegt ist, dass der Innendruck des Metallrohrs (s) ca. 30 atm betragen kann, für 16 Stunden aufrechterhalten wurde, wie in 7 dargestellt.

Wird der Supraleiterdraht unter diesen Prüfbedingungen in der visuellen Inspektion nicht aufgeblasen und sein Schwellenstrom im Bereich von ca. 95 Prozent eines üblichen Schwellenstroms erhalten wird, dann kann man so erkennen, dass die Hermetizität des Supraleiterdrahtes erfüllt wird.

Wie oben beschrieben wurde die vorliegende Beschreibung in Bezug auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. 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 wird. Weisen die variierten Ausführungsbeispiele daher grundsätzlich die Bestandteile der erfindungsgemäßen Patentansprüche auf, dann sollten sie auch als in dem technischen Rahmen der Erfidnung eingeschlossen angesehen werden.