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HTSL-Stromzuführungen für den Stellarator Wendelstein 7-X

HTSL-Current-Leads_Wendelstein_7-X

Der Erfolg der 70 kA HTSL-Stromzuführung für ITER hat das Planck-Max-Institut für Plasmaphysik (IPP), Teilinstitut Greifswald veranlasst, KIT mit der Entwicklung, Bau und Test der Stromzuführungen für Wendelstein 7-X (W7-X) zu beauftragen.
Insgesamt sind sieben Stromzuführungspaare für einen Maximalstrom von 18,2 kA notwendig, der Nominalstrom beträgt 14 kA.

Drei Hauptanforderungen wurden an den Design gestellt:

  • Überkopfbetrieb, d.h. das raumtemperaturseitige Ende der Stromzuführung befindet sich unten, was das potentielle Problem der freien Konvektion bedingt: Auch hier bringt der Einsatz von HTSL die Lösung, weil er eine höhere He-Eintrittstemperatur in den Wärmetauscher erlaubt (4 K -> 50 K).
  • Hohes Streufeld vom Magneten durch ortsnahe Position der SZF im Torus bedingt den Einsatz von übermäßig viel HTS Material, was die Stromzuführung teurer macht. Der Grund liegt in der starken Abhängigkeit des kritischen Stromes vom Magnetfeld bei höheren Temperaturen.
  • Paschenfestigkeit der Stromzuführung: Dies erfordert einen spezieller Design im Kontaktbereich zum supraleitenden Anschlusssystem.

 

HTSL-Modul Kupferwärmetauscher

Die Stromzuführungen wurden im KIT gefertigt und in einem speziellen Satellitenkryostaten an der TOSKA-Anlage getestet. Das HTSL-Material wurde von der Firma Brukler HTS beschafft, die auch aus den Einzelbändern Bandleiterstapel herstellte. In den Stromzuführungen wird ein sogenannter Mäanderflow-Wärmetauscher eingesetzt, der aus radial angeordneten Platten besteht, wobei der Heliumstrom durch abwechselnd angeordnete abgefräste Kreissegmente ermöglicht wird.

Insgesamt wurden ein Prototyptest und 8 Serientests (7 Serienpaare und 1 Test von reparierten SZF) durchgeführt. Ein Kalttest für die Serienstromzuführungen inklusive Kalt- und Warmfahren dauerte 2 Wochen. Die Werte aller 14 Serien-Stromzuführungen entsprechen den guten Werten der Prototypen.
Die Serienfertigung und die zugehörigen Serientests erstreckten sich über einen Zeitraum von zweieinhalb Jahren.
Das Projekt wurde im Juni 2013 mit der Abnahme der letzten Stromzuführungspaare durch IPP abgeschlossen.


                 

Current Lead Tabelle mit Tests