Supraleitender Strombegrenzer / 13.02.2012

Entwicklung eines supraleitenden YBCO-Tape-Strombegrenzers

Nexans-Strombegrenzer, effektiv durch Supraleiter ©Nexans SuperConductors GmbH

 

Verbundprojekt: Entwicklung eines neuartigen supraleitenden YBCO-Tape-Strombegrenzers (ENSYSTROB)

Im Rahmen des Projektes ENSYSTROB entwickelten Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gemeinsam mit der Nexans SuperConductors GmbH einen Strombegrenzer mit Supraleitern der zweiten Generation. Dabei verwenden sie Metallbänder, die mit einer wenige Mikrometer dünnen Schicht extrem leistungsfähigen supraleitenden Materials (Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid, YBCO genannt) beschichtet sind. Das neue Leitermaterial ist erst seit kurzem in der notwendigen Qualität und Menge verfügbar. Gegenüber dem Vorgänger aus massiver Keramik erlaubt es einen kompakteren Aufbau, zeigt eine schnellere Rückkühlung aufgrund einer geringeren Wärmekapazität und eine verbesserte mechanische Stabilität. Von besonderer Relevanz sind aber die Wechselstromverluste. Die Verluste betragen zwar nur weniger als 1 Promille der abgesicherten Leistung, sind aber ein dominierender Teil in der gesamten Wärmebilanz und spielen damit als Abwärme eine erhebliche Rolle bei der Kühlung. Die neuen supraleitenden Bänder haben nun im Vergleich zur Keramik je nach Strom um etwa den Faktor zehn bis zwanzig niedrigere Wechselstromverluste. Der verringerte Kühlaufwand schlägt sich direkt in den Betriebskosten nieder. Die Forscher versprechen sich langfristig auch Vorteile bei den Investitionskosten. Momentan sind SSB Systeme mit dem neuen Material noch deutlich teurer, aber die Bandleiter haben noch ein deutlich höheres Kostensenkungspotenzial als die Leiter auf Basis der massiven Keramik.

Ein supraleitender Strombegrenzer der neuen Generation schützt im sächsischen Braunkohlenkraftwerk Boxberg die Eigenstromversorgung vor Schäden durch Kurzschlüsse und Spannungsspitzen. Es ersetzt ein System der ersten Generation. Dadurch können Hersteller und Betreiber die beiden Systeme unter technischen und wirtschaftlichen Aspekten vergleichen. Eine besondere Herausforderung war in beiden Fällen der vom Betreiber geforderte ungewöhnlich hohe so genannte Folgestrom im Begrenzungsfall von 6.500 bis 7.000 A. Dieses Ziel musste aus Sicherheitsgründen ohne äußere Parallelbeschaltung erreicht werden. Der daraufhin für beide Leiterarten unabhängig voneinander entwickelte interne Shunt erhöhte die jeweiligen Anforderungen an die Komponenten und das Kühlkonzept erheblich.

Projektbericht

Entwicklung eines supraleitenden Strombegrenzers

Abschlussbericht ist erhältlich als externer Download von der TIB Hannover.

Projektbeteiligte:

Sondervermögen Großforschung beim Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Nexans SuperConductors GmbH

Laufzeit:

2009 -2011

Förderkennzeichen:

03KP102A, B

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.