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Dr. Michael Wolf
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Dr. Michael Wolf
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HTS CroCo - Winkelverbinder

Abb. 1: Untersuchte Winkel-Verbinder für HTS CroCos
Abb. 1: Untersuchte Winkel-Verbinder für HTS CroCos
Abb. 2: Winkelverbinder Typ IV mit zusätzlichen REBCO Bändern (grün) und HTS CroCo Enden (rechts & links)
Abb. 2: Winkelverbinder Typ IV mit zusätzlichen REBCO Bändern (grün) und HTS CroCo Enden (rechts & links)
Abb. 3: im Experiment realisierte Verbinder-Widerstände bei T = 77 K
Abb. 3: im Experiment realisierte Verbinder-Widerstände bei T = 77 K

Die starre Verlötung der HTS Bänder im HTS CroCo erlaubt keine Biegung mit kleinen Biegeradien, wie sie z.B. in Kabelschächten vorhanden sind. Um die Anwendbarkeit des Leiterkonzeptes auch in räumlich engen Situationen, z.B. bei der Anwendung in großen Rechenzentren, sicherzustellen, wurde ein einfach anzuwendendes Verbindungskonzept erarbeitet, das niederohmige Verbinder zweier HTS CroCos ermöglicht.

HTS CroCo Verbinderkonzepte

Es wurden vier verschiedene Winkelverbinder-Typen mit Biegeradien unter 50 mm und Kontaktlängen von 50 bzw. 60 mm untersucht. Eine Übersicht ist in Abbildung 1 zu sehen. Verbinder I besteht aus einem einfachen Kupfer-Winkel und dient als Referenzprobe. In den anderen Verbinder-Typen wurden auf unterschiedliche Weise zusätzliche Supraleiter-Bänder angeordnet, um den Widerstand des Verbindungselementes zu reduzieren. Dabei wird ausgenutzt, dass die Supraleiter-Bänder, solange sie noch nicht fest miteinander verlötet sind, senkrecht zur Band-Fläche ohne Schädigung mit kleinen Radien gebogen werden können.
In Verbinder  II und III wurden die zusätzlichen Supraleiter in Nuten auf der Außenseite des Verbinders angebracht, wohingegen bei Verbinder IV die Supraleiter auf der Innenseite des Verbinders angeordnet sind.
Das Verlöten der HTS CroCo Enden ohne komplizierte Bearbeitung der Kabelenden erfolgt, die Enden werden einfach wie sie sind in die vorgesehenen Aufnahmen der Verbinder gelötet. Damit ist eine einfache Anwendbarkeit gewährleistet.

Abbildung 2 zeigt nun den Verbinder IV im Detail, wobei die zusätzlichen Supraleiter-Bänder in grün und die HTS CroCo Enden rechts und links dargestellt sind.

Experimentelle Tests der Verbinder

Die Verbinderkonzepte wurden durch Messungen des Verbinder-Widerstandes im Flüssigstickstoffbad (T = 77 K) untersucht. Dabei wurde aus den experimentell ermittelten Strom-Spannungs-Kennlinien der lineare Anteil bestimmt, der dem Verbinder zuzuschreiben ist.
Abbildung 3 zeigt die ermittelten Verbinder-Widerstände.
Es zeigt sich, dass das Einbringen zusätzlicher supraleitender Elemente den Verbinderwiderstand in der Tat deutlich reduziert. Insbesondere für den Verbinder IV, bei dem die Zusatz-Supraleiter auf der Innenseite des Verbindungselementes (und damit in direktem Kontakt mit den HTS CroCo Enden) zu einer Reduktion des Verbinder-Widerstandes um über 90 % führt.
Die besten ermittelten Widerständen von knapp 40 nOhm bedeuten bei der maximalen Stromtragfähigkeit eines HTS CroCos von ca. 3 kA einen Joule’schen Wärmeeintrag von ca. 0.36 W, was nur einen geringen Beitrag verglichen mit anderen Verlustquellen wie z. B. Kryostatverlusten darstellt.
Dies bedeutet, dass HTS CroCos für industrielle Hochstrom-DC Anwendungen auch dort eingesetzt werden können, wo enge Biegeradien gefordert sind, die durch ein Biegen der HTS CroCos selbst nicht erreicht werden können.

 

Weitere Informationen dazu finden Sie in folgender Publikation:
Michael J. Wolf, Walter H. Fietz, and Alan Preuss, “Investigation of HTS CrossConductor Joints, Connectors and Terminations”, IEEE Trans. Appl. Supercond.

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