Richtig gewickelt gegen Kurzschlussschäden

Mit der Energiewende steigen nicht nur die Anforderungen an die Stromerzeugung, sondern auch an die Umspanntechnik und die Stromnetze selbst. Strom aus verschiedenen Quellen, in stark schwankenden Quantitäten, wird ins zentrale Stromnetz eingespeist, wodurch die Beanspruchung zunimmt und höhere Leistungsdichten erforderlich werden. Eingesetzte Transformatoren, auch Umspanner genannt, wandeln Strome und Spannungen um, koppeln verschiedene Netzzweige und bilden so einen wichtigen Teil der elektrischen Infrastruktur.

Stand der Technik

Konventionell werden Transformatoren mit Spulen aus Kupfer oder Aluminium verwendet, die im Betrieb mit Öl oder Luft gekühlt werden. Daraus ergeben sich sowohl hohe Materialaufwände für den Wicklungsaufbau, als auch erhöhte Gefahren im Brandfall. Neue Entwicklungen gehen deshalb zu supraleitenden Wickelmaterialien über, um kompaktere und effizientere Umspanner zu bauen. Supraleiter sind besonders stromtragfähig und zeigen bei Überströmen eine strombegrenzende Wirkung, welche durch einen rapiden Anstieg des elektrischen Widerstands hervorgerufen wird. Dieser Widerstandsanstieg begrenzt Kurzschlussströme.

Technologie

Für die Wicklungen in supraleitenden Transformatoren haben Forscher des Instituts für Technische Physik (ITEP) einen optimierten Aufbau erarbeitet. Der neuartige Wickelkörper besteht aus mehreren, gleichförmigen Einzelteilen, die durch Steckverbindungen eine belastbare Oberfläche um ein Stützrohr bilden. Diese Teile lassen sich kostengünstig in industriellen Standardverfahren, wie Spritzguss, herstellen. Die zusammengesetzte Oberfläche formt Nuten sowie längsverlaufende Wölbungen und Vertiefungen. Die Supraleiterbänder werden über die Wölbungen gewickelt, die Nuten gewährleisten eine definierte Positionierung. Die Spalten, die durch die Vertiefungen zwischen Supraleiter und Wickelkörper entstehen, ermöglichen einerseits die Kühlung rund um die Supraleiter mittels flüssigem Stickstoff, andererseits kann sich das Leitermaterial bei kurzschlussbedingten thermischen Veränderungen in den Vertiefungen ausdehnen.

Vorteile

Durch die integrierte Strombegrenzung und die unterstützende Wickelung werden Transformatoren und Netzkomponenten im Kurzschlussfall vor Überspannung und Beschädigungen bewahrt.

Optionen für Unternehmen

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