Nexans koordiniert BMBF-Verbundprojekt für supraleitende Strombegrenzer der 110-kV-Ebene - Netzbetreiber wollen Prototypen testen

HTS (high temperature superconductors) will enable utilities to achieve optimum cost efficiency and network reliability for their high voltage grids

Hannover/Hürth, 16. November 2005 – Unter der Federführung der Nexans SuperCon-ductors GmbH (NSC), Hürth, arbeitet ein Konsortium seit September dieses Jahres an der Entwicklung eines supraleitenden Kurzschlussstrombegrenzers für das 110-kV-Netz. Neben dem Forschungszentrum Karlsruhe und der Universität Hannover bringen sich auch EnBW Energie Baden-Württemberg AG sowie RWE Energy als Projektpartner ein. Zunächst soll ein einphasiges Modul für Labortests entstehen, im Anschluss baut Nexans je einen dreiphasigen Prototyp für die EnBW Energie Baden-Württemberg AG und RWE Energy zur Erprobung im Netz. Das Verbundprojekt wird vom BMBF mit ca. 1,8 Mio € aus Mitteln zur Förderung der Supraleitungstechnologie unterstützt.

Neue Möglichkeiten zur Netzoptimierung

Kurzschlussstrombegrenzer auf Basis von Hochtemperatur-Supraleitern (HTS) schaffen neue Chancen, die Netzinfrastruktur zu optimieren. Ihre Eignung haben HTS-Strombegrenzer im Laufe des Projekts CURL 10 bewiesen, bei dem ein Demonstrator mit Komponenten von Nexans im 10-kV-Netz der RWE Energy getestet wurde.

Den Kern des 110-kV-HTS-Strombegrenzers bilden supraleitende Komponenten aus BSCCO 2212, die (wie in CURL 10) von NSC entwickelt und gefertigt werden. Das Material wird bei Temperaturen unter -180 °C (seiner „kritischen Temperatur“) supra-leitend und verhält sich wie ein verlustfreier elektrischer Leiter. Erwärmt sich das kera-mische Metalloxid aber über die kritische Temperatur oder wird die Stromdichte zu hoch, verliert es seine Supraleitfähigkeit. Das gleiche passiert, wenn der Supraleiter einem hohen elektromagnetischen Feld ausgesetzt wird. Diesen Effekt nutzt der Strom-begrenzer, um unzulässig hohe Ströme selbsttätig auf einen bestimmten Wert zu redu-zieren. Das System ist eigensicher; wenige Sekunden nach dem Netzfehler stellt es den supraleitenden Zustand wieder her und ist startklar für den nächsten Einsatz.

Das Prinzip des Strombegrenzers

Für den 110-kV-Strombegrenzer hat Nexans das in CURL 10 erprobte Konzept weiter-entwickelt und führt die so genannte Magnetfeldtriggerung ein. „Hierbei wird der Sup-raleiter in eine Spule eingebracht und mit ihr parallel geschaltet“, erklärt Dr. Joachim Bock, Geschäftsführer von NSC. „Sobald die Stromdichte an einer Stelle des Supralei-ters den kritischen Wert überschreitet und dieser lokal seinen supraleitenden Zustand verlässt, fließt ein Strom durch die parallel geschaltete Spule. Dieser Strom verursacht ein Magnetfeld, das den Supraleiter unmittelbar auf ganzer Länge in den nicht supra-leitenden Zustand zwingt und so die Strombegrenzung verbessert und beschleunigt.“ Von dem Konzept verspricht sich Dr. Bock den ökonomischen Durchbruch für supralei-tende Strombegrenzer, denn „damit können wir den Einsatz des Materials minimieren und dabei den Aufwand für die Kühlung reduzieren“.

NSC ist im Rahmen des neuen Projektes nicht nur zuständig für die Entwicklung und Fertigung der Supraleiter, sondern integriert auch den Kryostaten und die Stromzufüh-rung; die kältetechnische Auslegung wird von den Nexans-Kollegen in Hannover durchgeführt. Das Institut für Technische Physik des Forschungszentrums Karlsruhe entwickelt die Hochspannungstechnik und führt spezielle Tests an Komponenten durch. Im Fokus steht dabei unter anderem die elektrische Isolation in flüssigem Stickstoff, denn die Isolierstoffe dürfen im Laufe der Betriebszeit von bis zu 30 Jahren nicht nen-nenswert altern. Des Weiteren sind die Universität Hannover (Simulationen) und die FH Mannheim (wissenschaftliche Beratung) an dem Projekt beteiligt.

Attraktive Anwendung: die Kupplung von Netzgruppen

„CURL 10 wurde ebenfalls mit Mitteln des BMBF unterstützt und zählt sicherlich zu den erfolgreichsten Projekten aus dem Bereich Hochtem-peratursupraleitung in Deutschland. An dem Folgeprojekt, dem Kurzschlussstrom-begrenzer für 110 kV, haben die Stromversorger ein besonderes Interesse“, so Dr. Joachim Fröhlingsdorf vom VDI Technologiezentrum, das Projektträger für das BMBF ist. „Wir erwarten von dem supraleitenden Strombegrenzer eine bessere Netzstruktur und die Einsparung von Netzkomponenten“, begründet Prof. Claus Neumann das In-teresse. Als Leiter des operativen Assetmanagements der RWE Transportnetz Strom GmbH kennt er die attraktivste Anwendung genau: die Kupplung von 110-kV-Netzgruppen. Das 110-kV-Netz wird heute in galvanisch getrennte Netzgruppen unterteilt, um zu hohe Kurzschlussströme zu vermeiden. Diese Netzgruppen werden über Transformatoren aus dem 220-kV- oder 380-kV-Netz gespeist. Die Zahl dieser Transformatoren wird so gewählt, dass bei Ausfall eines Transformators noch ausrei-chend Redundanz besteht. Durch den Einbau supraleitender Kurzschlussstrombegren-zer könnten Netzgruppen gekuppelt werden und somit Transformatoren entfallen. Das birgt Einsparpotenziale. Dr. Wolfram Münch, Forschungsleiter bei EnBW: „Wir verfol-gen die Supraleitertechnologie schon lange Zeit und halten den Strombegrenzer für die interessanteste Anwendung. Deshalb beteiligen wir uns an dem Projekt.“

Supraleiter können weitere Einsatzgebiete erobern

„Der Kurzschlussstrombegrenzer ist die Schlüsselanwendung, um Supraleiter aus der Nische zu holen“, so Dr. Bock. Viel versprechende Einsatzgebiete für Supraleiter in der Energietechnik sind auch Kabel für hohe Leistungen bei niedriger Spannung und Schwungmassenspeicher mit supraleitender Lagerung.

Zusätzliche Dokumente

Ihr Kontakt

Joachim Bock Nexans SuperConductors
Telefon 02233 48 6658
Fax 02233 48 6847
joachim.bock@nexans.com

Über Nexans

Nexans ist weltweit führender Hersteller der Kabelindustrie. Der Konzern bietet ein umfassendes Produktportfolio modernster Kupfer- und LWL-Kabel für die Märkte der Bereiche Infrastruktur, Industrie und Bauwesen. Kabel- und Systemlösungen von Nexans kommen in allen Bereichen des Lebens zum Einsatz: Telekommunikations-, Daten- und Energiekabelnetze in der Luft- und Raumfahrttechnik, in der Automobilindustrie, bei der Bahn und im Bauwesen bis hin zu Anwendungen der petrochemischen Industrie und der Medizintechnik. Mit Herstellungsbetrieben in 29 Ländern und Büros und Vertretungen weltweit erwirtschaftete Nexans mit 20.000 Mitarbeitern im Jahr 2004 Umsätze in Höhe von 4,8 Mrd. Euro. An den Standorten Hürth und Hannover entwickelt und fertigt Nexans supraleitende Materialien, technische Komponenten und Systeme. Dazu gehören Komponenten für Strombegrenzer zur Verhinderung von hohen Kurzschlussströmen, supraleitende Kabel, die eine mehrfach höhere Stromdichte ermöglichen als konventionelle Werkstoffe, sowie starre und flexible Kryostate, die für supraleitende Systeme unerlässlich sind. Nexans ist ein an der Pariser Börse notiertes Unternehmen. Weitere Informationen erhalten Sie unter www.nexans.com