Dreidimensionale Modellierung des Auslösevorgangs und der Quenchausbreitung von Hochtemperatur-Supraleiter-Strombegrenzern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Manfred Lindmayer
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2006
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5380994

Strombegrenzer mit Hochtemperatur-Supraleitern eröffnen künftig interessante Einsparungs-Möglichkeiten in Energienetzen. Beim Überschreiten des kritischen Stromes setzt Normalleitung ein, wobei der Kurzschlußstrom deutlisch unterhalb des prospektiven Stromes begrenzt wird. Über die physikalische Natur der Auslösung und damit auch ihre mathematische Beschreibung - spontane Widerstandserhöhung beim Überschreiten einer Grenzstromstärke oder thermische Aufheizung - bestehen noch erhebliche Unklarheiten. Besonders kritisch beim Auslösen ist weiterhin ein möglichst gleichmäßiges Ansprechen des Strombegrenzer-Leiters über sein gesamtes Volumen. Da dieses wegen unvermeintlicher Inhomogenitäten jedoch stete lokal begrenzt beginnt, kommt einer raschen Ausbreitung der normalleitenden Zonen auf den gesamten Supraleiter große Bedeutung zu, sowohl in Leiter-Längsrichtung als auch quer dazu auf Nachbarstrombahnen.Um diese Vorgänge rechnerisch zu untersuchen, soll ein 3D-Rechenmodell für das gekoppelte Stromfluß-/ thermische Verhalten entwickelt werden. Damit sollen systematische Simulationen unter Berücksichtigung unterschiedlicher Supraleiterdaten und ihrer Streuungen, verschiedener Substratmaterialien und zusätzlicher Shundschichten durchgeführt werden.Einerseits werden wichtige Erkenntnisse zum Auslösemechanismus, andererseits Aussagen zur optimalen Dimensionierung von HTSL-Strombegrenzungen erwartet. Im Vordergrund stehen Dünnschichten, jedoch soll das Verfahren auch die Berechnung von Massivmaterialien ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen