Key words
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TP0081;F-Elektrizitätstechnologien & -anwendung
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Short description
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Entwicklung von Hochtemperatur-Supraleiterkabel für die Energietechnik "SULEIKA"
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Publications / Results
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Related documents
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Final report
(German)
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Ein bezüglich der Reduktion der Übertragungsverluste optimiertes, 5 m langes, einphasiges, supraleitendes Prototypkabel wurde gebaut und getestet. Designstudien haben gezeigt, dass die bezüglich der Investitionskosten und der Verluste optimale Betriebstemperatur für ein aus Bi-2223 Bändern hergestelltes supraleitendes Kabel mit warmem Dielektrikum in der Nähe von 60 K liegt. Aufgrund dieses Ergebnisses, erscheint eine Kühlung mit Neongas vorteilhaft zu sein. Das Kabel besteht aus 2 Lagen von Bi-2223 Bändern, die mit entgegengesetztem Schraubensinn auf ein flexibles, gewelltes Stahlrohr mit 53 mm Durchmesser aufgewickelt sind, wobei die beiden Lagen durch eine Glasbandage voneinander getrennt sind. Für das Kabel wurden kommerziell erhältliche Bi-2223 Bänder mit dispersions-gehärtetem Silber als Matrix verwendet. Um einen genügend kleinen Wärmeeinfall sicherzustellen, wurde Vakuum in Verbindung mit Superisolation als thermische Isolation benutzt. Das Verhalten des Prototypkabels, welches auf einen Betriebsstrom von 1.77 kA Effektivwert bei 60 K ausgelegt ist, wurde sowohl bei Betrieb mit Gleich- als auch Wechselstrom in einer eigens für diesen Zweck gebauten Testanlage untersucht. Variable Betriebstemperaturen wurden durch einen Joule-Thomson Kühlkreislauf ermöglicht, bei dem das Neongas mit flüssigem Stickstoff vorgekühlt wurde. Die für beide Lagen separat gemessenen Strom-SpannungsCharakteristiken zeigen, dass der kritische Strom der Bi-2223 Bänder bei der Kabelherstellung nicht wesentlich reduziert wird. Der Betrieb des Kabels bei Temperaturen von weniger als 77 K erlaubt es, deutlich höhere kritische Ströme zu erreichen und als Konsequenz hiervon auch die 50 Hz Wechselstromverluste im Supraleiter zu reduzieren. Zum Beispiel ist der kritische Strom des Kabels bei 52 K bereits mehr als dreimal so hoch wie bei 77 K, wobei eine gleich starke Abnahme der Wechselstromverluste resultiert. Bei den nominellen Betriebsbedingungen wurden Wechselstromverluste von 0.31 W/m gemessen. Dieser Wert ist etwa 40 % niedriger als die mit dem Monoblockmodell berechneten Verluste.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
EPFL-CRPP
Brugg Kabel AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Related documents
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Final report
(English)
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A 5 m long, single-phase HTS prototype cable for power transmission has been designed, manufactured and tested. Investment cost and loss optimization studies, have led to optimum operating temperatures around 60 K for Bi-2223 based cables, suggesting that neon gas cooling may be suitable. The cable consists of two oppositely wound helical layers on a 53-mm-diameter corrugated steel pipe with glass fiber tape separating the layers. Bi-2223 commercial tapes with high strength silver alloy matrix were employed. Evacuated superinsulant was used as thermal insulation in order to ensure a sufficiently low heat leak. The performances of the prototype cable, designed to carry 1770 Arms at 60 K, have been evaluated with both DC and AC currents in a test set-up designed and built for this purpose. Cooling at variable temperature is provided by a neon refrigeration system based on LN2 pre-cooled Joule-Thomson cycle. The DC voltage-current characteristics, measured for each layer, indicate that the cable manufacturing doesn't significantly affect the critical current. Due to operation below 77 K, the critical current of the cable increases, causing a significant reduction of the 50 Hz AC losses. For example, at 52 K the cable critical current is more than 3 times the value at 77 K, yielding to a decrease of AC losses by the same factor. At the cable operating conditions, the AC losses are 0.31 W/m, about 40% below the theoretically predicted loss value.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
EPFL-CRPP
Brugg Kabel AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
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Final report
(French)
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Une solution pour réduire les pertes dans les lignes de transport d'énergie est l'utilisation de supraconducteurs à haute température. Dans ce but, un prototype de câble monophasé de 5 mètres de longueur destiné au transport d'énergie a été conçu, fabriqué et testé. Des études concernant les coûts d'investissement et l'optimisation des pertes ont montré que l'emploi d'un câble basé sur le matériau Bi-2223 utilisé autour de 60ºK et refroidi au gaz néon était adéquat. Le câble concerné est composé de deux couches de bandes enroulées hélicoïdalement en sens opposé autour d'un tube d'acier ondulé de 53 mm de diamètre, les deux couches étant séparées par une bande de fibre de verre. Un conducteur Bi-2223 commercial, disponible en bandes et utilisant comme matrice un alliage d'argent à haute résistance mécanique, a été employé. De manière à assurer de faibles pertes thermiques, l'isolation thermique choisie est un superisolant évacué. Les performances du câble prototype conçu pour conduire 1770 ARMS à 60ºK ont été mesurées en courant continu et alternatif sur une plate-forme de test spécialement construite dans ce but. Le refroidissement à température variable est assuré par un système basé sur un cycle Joule-Thomson avec circuit de pré-refroidissement LN2. Les caractéristiques DC tension-courant mesurées pour chaque couche, ont indiqué que le processus de fabrication du câble n'affectait pas significativement la valeur du courant critique. En utilisant le câble en dessous de 77K, le courant critique augmente, ce qui implique une réduction des pertes AC à 50 Hz. A titre d'exemple, à 52ºK, le courant critique est plus de 3 fois supérieur à celui correspondant à 77ºK, ce qui correspond à une décroissance proportionnelle des pertes AC. Aux conditions d'utilisation prévues du câble, les pertes AC s'élèvent à 0.31 W/m, à savoir environ 40 % en dessous des valeurs théoriques prévues.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
EPFL-CRPP
Brugg Kabel AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
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