Kryogenes Hochspannungslabor des KIT-ITEP
Das Tieftemperatur-Hochspannungslabor wurde zur Unterstützung der Hochspannungsaktivitäten von supraleitenden Fusionsmagneten eingerichtet. Seit den 1990er Jahren wurden Hochspannungsaufgaben für die kryogene Energietechnik begonnen.
Eine Zusammenarbeit mit externen Partnern oder Prüfungen für die Industrie ist auf Anfrage möglich.
Inhaltsverzeichnis:
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Wichtigste Aktivitäten:
Grundlagenforschung (z. B. Durchschlag- oder Überschlagspannung von flüssigem Stickstoff für Spannungen > 200 kV)
Untersucht wurden dielektrische Eigenschaften von gasförmigen, flüssigen und festen Isolierstoffen. Gegenwärtig (2020) werden Überschläge an Feststoffisolatoren in flüssigem Stickstoff bei Gleichspannungsbelastung untersucht.
Jüngste Veröffentlichungen:
S. Fink and V. Zwecker, " DC breakdown tests with pressurized liquid nitrogen," 2020 IEEE International Conference on Dielectrics (ICD), Valencia, virtual conference, to be published. .
S. Fink, V. Zwecker, "15 min DC breakdown tests with liquid nitrogen," 20th International Conference on Dielectric Liquids (ICDL), Roma, Italy, 2019, pp. 1-4.
Entwicklung von Hochspannungskomponenten (z. B. Potentialtrenner)
Das Tieftemperatur-Hochspannungslabor hat eine lange Tradition in der Entwicklung und Herstellung einer geringen Stückzahl von Hochspannungskomponenten für supraleitende Fusionsmagnete (z. B. Euratom-LCT-Spule, Polo-Spule, ITER-TF-Modellspule). Auch für ITER wurden in Zusammenarbeit mit der Industrie Prototypen entwickelt, um einen Produktionsprozess zu gewährleisten, der für eine größere Stückzahl kompatibel ist.
In Zusammenarbeit mit der Industrie wurden auch kryogene Komponenten für die Energietechnik entwickelt (z. B. supraleitender Strombegrenzer).
Veröffentlichungen:
S. Fink, U. Fuhrmann, C. Lange, R. Mueller, V. Zwecker, "3D printed cryogenic high voltage devices," in IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 26, no. 3, pp. 1-4, April 2016
W. Fietz, S. Fink, U. Fuhrmann, R. Müller, E. Urbach, V. Zwecker, A. Brummer, R. Oberstarr, C. Wildner, F, Wimmer, K.Woelfl, "Pluggable 56 kV instrumentation feedthrough prototypes for ITER magnets," Trans. on Applied Superconductivity, vol.24, no.3, June 2014
W. Fietz, S. Fink, G. Kraft, H. Scheller, E. Urbach, V. Zwecker, "High voltage testing of ITER prototype axial breaks," Trans. on Applied Superconductivity, vol.23, no.3, pp.4200604-4200604, June 2013
Elektrostatische Feld-, FEM- und Netzwerkberechnungen (z. B. transientes elektrisches Verhalten von Fusionsmagneten)
Selbst einfache RLC-Schaltungen können (frequenzabhängig) höhere interne Spannungen als die äußere Klemmenspannung haben. Die frequenzabhängige interne Spannungsverteilung ist ein wichtiger Punkt bei der Konstruktion großer Hochspannungsapparate. Für supraleitende Magnete und Magnetsysteme wurde die Spannungsverteilung des Spulensystems und innerhalb verschiedener Magnete (ITER TF Modellspule, ITER CS Modellspule, ITER TF, ITER PF3, ITER PF4) mit einem Netzberechnungsprogramm (PSpice) im Frequenz- und Zeitbereich berechnet. Spulenparameter werden analytisch oder mittels 2D-FEM berechnet.
Die Berechnung elektrostatischer Felder kann in 2D (BEM und FEM) und 3D (FEM) durchgeführt werden.
Veröffentlichungen:
S. Fink, “Electrostatic field calculations for liquid nitrogen gaps assuming a decisive field factor,” Int. Journal of Applied Power Engineering (IJAPE), Vol.7, No.1, 2018, pp. 65~72
A. Winkler, W. Fietz, S. Fink, M. Noe, "Transient electrical voltages within ITER poloidal field coils," Trans. on Applied Superconductivity, vol.22, no.3, pp.9501304-9501304, June 2012
Hochspannungsprüfungen für andere Einrichtungen, insbesondere für großformatige Fusionsmagnete
Mobile Geräte ermöglichen die Durchführung von Hochspannungstests vor Ort. Insbesondere die Prüfung von supraleitenden großen Fusionsmagneten in einem speziellen Gebäude von KIT-ITEP (TOSKA) wurde unterstützt.
Veröffentlichungen:
S. Fink, A. Ulbricht, H. Fillunger, A. Bourquard, M. Prevot, "High voltage tests of the ITER toroidal field model coil insulation system," Trans. on Applied Superconductivity, vol.12, no.1, pp.554-557, Mar 2002
S. Fink, S.; W. Fietz, "Long-term high voltage tests of the conductor insulation of a superconducting magnet," Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP), pp.357-360, 16-19 Oct. 2005
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Ausrüstung:
Ausrüstung:
Im Tieftemperatur-Hochspannungslabor des KIT-ITEP stehen Geräte für Hochspannungsprüfungen mit Gleich-, Wechsel- und Blitzstoßspannung zur Verfügung. Es können Spannungs-, Strom-, Teilentladungs- und Schering-Brückenmessungen durchgeführt werden. Mehrere Kryostate für flüssiges Helium und flüssigen Stickstoff mit Durchmessern bis zu 650 mm und für verschiedene Drücke stehen zur Verfügung. Die Versorgung mit flüssigem Helium und flüssigem Stickstoff ist permanent zugänglich.
