Supraleiter begrenzt Kurzschlussströme

Supraleiter haben unterhalb der kritischen Temperatur und unterhalb des kritischen Stroms praktisch keinen elektrischen Widerstand. Sie arbeiten deshalb energiesparender als bisher eingesetzte Drosselspulen.

Trotz der für supraleitende Komponenten nötigen Kühlung kann die Technik etwa die Hälfte der mit Drosselspulen anfallenden Verluste einsparen. Siemens wird die neuen Kurzschluss-Strombegrenzer mit den Stadtwerken Augsburg testen. Bis Ende 2015 soll ein Prototyp gebaut und im Mittelspannungsnetz des Versorgungsunternehmens installiert werden.

Im Zuge der Energiewende speisen zunehmend Biogasanlagen sowie Solar- und Windparks direkt in das Mittelspannungsnetz ein. Im Falle eines Kurzschlusses können sehr hohe Ströme auftreten, so dass entsprechende Schutzvorrichtungen installiert werden müssen.

Die üblicherweise verwendeten Drosselspulen, die den Kurzschlussstrom über ihren elektrischen Widerstand senken, haben aber den Nachteil, dass sie auch im normalen Betrieb aufgrund ihres Widerstands Leistungsverluste verursachen. Pro Drosselspule fallen typischerweise 25 Kilowatt an.

Experten schätzen, dass weltweit bis zu 44.000 Drosseln installiert sind. Die globale Verlustleistung entspräche damit bis zu 1.100 Megawatt oder der Leistung eines großen Kraftwerks.

Supraleiter arbeiten bei minus 196 Grad verlustfrei

Supraleiter beheben dieses Manko, weil sie bei niedrigen Temperaturen und unterhalb des kritischen Stromwerts elektrischen Strom verlustfrei leiten und deshalb im Normalbetrieb für das Netz quasi „unsichtbar“ sind.

Die globale Siemens-Forschung Corporate Technology forscht seit mehr als 20 Jahren an Hochtemperatur-Supraleitern und besitzt mehrere Patente zur Technologie dieser resistiven supraleitenden Kurzschluss-Strombegrenzer.

Die Forscher setzen auf keramische Hochtemperatur-Supraleiter aus Yttrium-Barium-Kupferoxid, die mit flüssigem Stickstoff auf minus 196 Grad gekühlt werden. Im Fall eines Kurzschlusses steigt der Strom in der Leitung stark an, und beim kritischen Wert verliert das Material seine supraleitende Eigenschaft, zeigt einen normalleitenden Widerstand und begrenzt den Strom. Der Prototyp ist mit einer Drosselspule kombiniert, auf die der Kurzschlussstrom dann umgeleitet wird. Dadurch kann sich der Supraleiter sofort abkühlen und ist schnell wieder einsatzbereit.

In Augsburg wird der supraleitende Strombegrenzer zwischen dem Mittelspannungsnetz der Stadtwerke und dem Werk der Firma MTU onsite energy installiert. MTU stellt Blockheizkraftwerke her und speist den bei Tests erzeugten Strom ins öffentliche Netz ein.

Dabei werden gelegentlich Spitzenleistungen von 15 Megawatt erreicht. Etwa ein Jahr lang will Siemens die neue Technik zu Testzwecken überwachen, es ist aber geplant, den supraleitenden Kurzschluss-Strombegrenzer dauerhaft im Netz zu belassen. Das Kooperationsprojekt wird vom Bayerischen Wirtschaftsministerium gefördert. (2015.02.3)