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Kryogenes Hochspannungslabor

 

Informationen:Stefan Fink

 

Bei Schnellabschaltungen großer Magnetsysteme kommt es aufgrund der hohen gespeicherten Energien zu hohen Spannungen. Typischerweise treten beim Auskoppeln der gespeicherten Energie elektrische Spannungen von 3 kV bis 20 kV auf, die im Falle von supraleitenden Magneten auch kryogene Komponenten betreffen. Supraleitende Magnete müssen deshalb hochspannungsfest gebaut werden und entsprechende Testverfahren sind für Bau und kryogenen Betrieb zu entwickeln.

Im Falle der supraleitenden POLO-Modellspule wurden Betriebsspannungen von 23 kV sicher beherrscht und es konnten alle Prinzipien der schnellen Leistungsentladung demonstriert werden.

Planung, Auslegung und Test von Magneten und Magnetkomponenten bestimmen die Arbeitsschwerpunkte des Kryogenen Hochspannungslabors im Bereich Fusion.

 

 
Blick in die geschirmte Experimentierkabine 1 des Kryogenen Hochspannungslabors bei einem DC Test einer kryogenen Hochspannungsdurchführung

Blick in die Experimentierkabine 2 des Kryogenen Hochspannungslabors bei einem Blitzstoßspannungstest einer Kugel – Platte - Anordnung in Flüssigstickstoff

Im Bereich der Supraleitung in der Energietechnik liegt z. Zt. der Schwerpunkt auf der experimentellen Grundlagenforschung im Bereich flüssigstickstoffisolierter Betriebsmittel und bei der Prüfung von Prototypen oder Elementen hochtemperatursupraleitender Betriebsmittel (Kabelkurzproben, Strombegrenzerelemente) bei Wechselspannungen bis 200 kV und Blitzstoßspannungen bis 360 kV.Details zu Arbeitsschwerpunkten, Testmöglichkeiten und Zusammenarbeiten:

 

Arbeitsschwerpunkte:

  • Hochspannungsprüfungen (DC, AC, Teilentladungsmessung, Schering-Brücken-Messungen)
  • Entwicklung und Prüfung von kryogenen und Raumtemperatur-Hochspannungskomponenten für supraleitende Spulen: Durchführungen, Potentialtrenner, Instrumentierungskabel usw.
  • Entwicklung und Prüfung konventioneller Hochspannungskomponenten für die TOSKA-Anlage
  • Materialprüfungen
  • Isolationsdiagnostik an großen supraleitenden Magneten bei tiefen Temperaturen und Raumtemperatur
  • Prüfung der elektrischen Isolation von HTSL- Energieübertragungskabeln bei 77 K
  • Prüfungen für supraleitende Strombegrenzer bei 77 K
  • Elektrostatische Feldberechnungen für kryogene Betriebsmittel
  • FEM- und Netzwerkberechnungen für das transiente elektrische Verhalten supraleitender Großmagnete


Testmöglichkeiten:

Experimentierkabine 1: voll geschirmt, Maße (in m): (L x B x H) 5,1*4,7*4,8

Experimentierkabine 2: Faradaykäfig, Maße (in m): (L x B x H) 7,7*6,1*5,5

Stationäre Prüfeinrichtungen:

  • Wechselspannung: 200 kV; 10 kVA
  • Gleichspannung: 115 kV
  • Blitzstoßspannung: max. 360 kV
  • Schaltstoßspannung: 100 kV; 0,25 kJ
  • Scheringbrücke: 100 kV (höhere Spannungen auf Anfrage)
  • TE-Meßausrüstung: 100 kV (höhere Spannungen auf Anfrage)
  • TE-Grundstörpegel: < 5 pC bei 100 kV


Mobile Prüfeinrichtungen:

  • Isolationsprüfgerät: 70 kV, 1,5 mA
  • Wechselspannung: 10 kV, 16 kVA
  • TE-Diagnostik

Helium-Badkryostat: Temperatur: ab -269°C, Durchmesser: 400 mm; Inhalt: 200 l

Stickstoff-Badkryostat: Temperatur ab -196°C, Durchmesser: 500 mm, Inhalt: 280 l

Größere Kryostate auf Anfrage

Turbo-Molekularpumpe mit Saugvermögen: 330 l / s