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Unité de recherche
OFEN
Numéro de projet
SI/501543
Titre du projet
Comportement à la transition des rubans supraconducteurs utilisés dans les applications en puis-sance électrique : Une stratégie vers plus de résilience

Textes relatifs à ce projet

 AllemandFrançaisItalienAnglais
Mots-clé
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Rapport final
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Textes saisis


CatégorieTexte
Mots-clé
(Anglais)
Power superconducting device, coated conductors, quench, FEM modelling, ultra-fast current pulses
Description succincte
(Anglais)
Using less material reduces the cost of a superconducting device. This can only be done if the electro-thermal behavior of the tape is fully understood, so that the tape’s full potential can be safely used. The aim of this thesis is to provide such understanding, by means of a unique synergy between experimental characterization with ultra-fast current pulses and sophisticated 3-D numerical simulation techniques.
Description succincte
(Français)
Limiter la quantité de conducteur réduit le coût de l’appareillage de puissance, ce but ne peut être atteint que si le comportement électro-thermique du conducteur est parfaitement maîtrisé, de manière à ce que tout son potentiel soit utilisé dans des conditions parfaitement sûres. Le but de ce travail est d’accéder à cette maîtrise en utilisant une synergie unique entre une caractérisation utilisant des pulses de courant extrêmement rapides et une modélisation numérique 3D sophistiquée.
Publications / Résultats
(Allemand)
In den 1980er Jahren wurden Hochtemperatur-Supraleiter entdeckt. Seither diskutieren Fachleute, wie sich deren Eigenschaften in der Stromversorgung kommerziell nutzen lassen. Unterdessen zeichnen sich konkrete Anwendungsfelder ab, in denen widerstandslose Stromkabel und weitere supraleitende Netzkomponenten ihre Vorzüge ausspielen können. Eine Roadmap des internationalen Programms «Assessing the impacts of high-temperature superconductivity on the electric power sector» der Internationalen Energieagentur, an dem Schweizer Experten massgeblich mitgearbeitet haben, zeigt die kurz-, mittel- und langfristigen Einsatzgebiete der Technologie auf.
Documents annexés
Publications / Résultats
(Français)
Les supraconducteurs à haute température ont été découverts dans les années 1980. Depuis, des experts débattent sur l’utilisation commerciale de leurs caractéristiques dans l’alimentation électrique. Entre-temps, des champs d’application concrets se dessinent, dans lesquels les câbles électriques sans résistance et d’autres composants de réseau supraconducteurs peuvent faire valoir leurs avantages. Une feuille de route du programme international «Assessing the impacts of high-temperature superconductivity on the electric power sector» de l’Agence internationale de l’énergie, à laquelle des experts suisses ont largement contribué, présente les domaines d’application de cette technologie à court, moyen et long terme.
Documents annexés
Rapport final
(Anglais)

High-Temperature Superconductors (HTS) can be superconducting in liquid nitrogen (77 K), holding immense promises for our future. They can enable disruptive technologies such as nuclear fusion, lossless power transmission, cancer treatment devices, and technologies for future transportation. In the past years, the numerical models to describe the electrical resistivity of REBCO commercial tapes for devices working near and above the critical current, have been shown to be not accurate or very empirical. The resistivity in this regime in fact, is not very well known. The lack of this knowledge is a significant issue in developing quality simulation tools. The major challenge in retrieving such properties lies in the fact that when , heating effects and thermal instabilities can quickly destroy the conductor if nothing is done to protect it. Moreover, due to the current sharing between the layers, it is difficult to know the amount of current carried by the superconducting layer, and hence, its resistivity. The present work aims to understand better the overcritical current regime combining ultra-fast pulsed current measurements performed on HTS REBCO based coated conductors with Finite Element Modeling. The experimental activities were carried out mostly at EPFL and in part at PM and KIT. The modeling activities were carried out between EPFL and KIT. The major result is a resistivity relationship describing the overcritical current regime to be used in numerical simulations of REBCO tapes. The report illustrates a post-processing method based on the so-called Uniform Current (UC) model to estimate the REBCO material's resistivity in the overcritical from experimental measurements. Pulsed current measurements as short 15 ??s and with current magnitude up to  were performed in liquid nitrogen bath (77 K) on samples from various manufacturer, without damaging the tapes. We present the results obtained using a post-processing method based on regularization of data to treat the experimental measurements extracted in the overcritical current regime. The output of this technique is a look-up table that can be shared with interested partners and used in numerical modeling afterwards.

Finally, we present and experimental validation of the overcritical current model. The model is then used to show that for the case of a superconducting fault current limiter when the power-law model is used to model its electro-thermal response, the device quenches faster than with the overcritical model. In conclusion, this work can help optimize the use of superconducting material as well as the the amount of stabilizer. More interestingly, it opens the study of the overcritical current regime, a new exciting aspect of REBCO commercial tapes.

Documents annexés