Schlüsseltechnologie für Supraleitende Strombegrenzer für die Anwendung in Höchstspannungsnetzen von 380 kV, Teilvorhaben: Entwicklung einer 380 kV Durchführung für kryogene Temperaturen

Description: Die Durchführung ist für das Gesamtvorhaben ein essenzieller Bestandteil. Sie wird benötigt, um beim resistiven supraleitenden Strombegrenzer (eng. super conducting fault current limiter, kurz: SFCL) das elektrische Potential sicher durch die geerdete Kryostathülle zu den Hochtemperatur-Supraleiter-Elementen (kurz: HTS-Elemente) zu leiten. Dabei ist in erster Linie die dielektrische Auslegung entscheidend. Üblicher Anwendungsfall einer Durchführung ist die Leitung der Hochspannung durch eine geerdete Wand oder ein Gehäuse von einer Isolierstoffumgebung in eine andere (z.B. Luft/Öl, Luft/Gas). Im vorliegenden Fall besteht die Isolierstoffumgebung jedoch aus tiefkaltem Stickstoff, der sowohl als Flüssigkeit als auch als Gas vorliegen kann. Die dielektrischen Eigenschaften von flüssigem Stickstoff sind nur teilweise bekannt. Die technische Auslegung einer 380 kV-Durchführung für den Einsatz im flüssigen Stickstoff gilt somit als technisches Neuland. Ebenfalls wichtig ist die Betrachtung des thermomechanischen Verhaltens. Während sich die eine Seite der Durchführung in flüssigem Stickstoff befindet, ragt die andere Seite aus dem Kryostaten heraus und erfährt somit Umgebungstemperatur. Über die gesamte axiale Länge der Durchführung besteht also ein Temperaturunterschied von etwa 200 K wodurch sich im Isoliermaterial thermische Spannungen aufbauen. Hinzu kommt aufgrund der Anforderung eines Nennstromes von 5 kA und einer dadurch erhöhten Leitertemperatur ein Temperaturgradient in radialer Richtung. Insbesondere der initiale Füllvorgang des Kryostaten mit flüssigem Stickstoff stellt dabei eine thermodynamische Belastung dar. Da die Durchführung und ihr Flansch Teil der Kryostat-Hülle sind, müssen entsprechende Anforderungen an die Dichtigkeit und die Druckbeständigkeit berücksichtigt werden. Ziel des Vorhabens ist es also eine Durchführung zu entwickeln, herzustellen und einer Typprüfung zu unterziehen, die für den Einsatz im SFCL unter kryogenen Bedingungen geeignet ist.

SupportProgram

Tags: Höchstspannungsnetz ? Stickstoff ? Temperaturverteilung ? Temperaturentwicklung ?

Region: Nordrhein-Westfalen

Bounding boxes: 6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°

License: Creative Commons Namensnennung-keine Bearbeitung-Nichtkommerziell 4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Finanzielle Förderung)
• HSP Hochspannungsgeräte GmbH (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2025-04-01 - 2028-03-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Sub-project: Development of a 380 kV bushing for cryogenic temperatures
  Description: The feedthrough is an essential component of the overall project. It is required in order to conduct the electrical potential safely through the earthed cryostat shell to the high-temperature superconductor elements (HTS elements for short) in the resistive superconducting fault current limiter (SFCL for short). The dielectric design is primarily decisive here. The usual application of a bushing is the conduction of high voltage through an earthed wall or housing from one insulating material environment to another (e.g. air/oil, air/gas). In the present case, however, the insulating material environment consists of cryogenic nitrogen, which can be present both as a liquid and as a gas. The dielectric properties of liquid nitrogen are only partially known. The technical design of a 380 kV bushing for use in liquid nitrogen is therefore uncharted technical territory. It is also important to consider the thermomechanical behavior. While one side of the bushing is in liquid nitrogen, the other side protrudes out of the cryostat and thus experiences ambient temperature. There is therefore a temperature difference of around 200 K over the entire axial length of the bushing, causing thermal stresses to build up in the insulating material. In addition, there is a temperature gradient in the radial direction due to the requirement for a rated current of 5 kA and the resulting increased conductor temperature. In particular, the initial filling process of the cryostat with liquid nitrogen represents a thermodynamic load. As the feedthrough and its flange are part of the cryostat shell, corresponding requirements for tightness and pressure resistance must be taken into account. The aim of the project is therefore to develop, manufacture and type-test a feedthrough that is suitable for use in the SFCL under cryogenic conditions. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1139923

Status

Aktiv

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