Three-dimensional modeling of tripping and quench propagation of high temperature superconductor current limiters

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Manfred Lindmayer
• Subject Area: Electrical Energy Systems, Power Management, Power Electronics, Electrical Machines and Drives
• Term: from 2002 to 2006
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 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 Programme: Research Grants