Supraleitende Kabel zur Übertragung elektrischer Energie
Die Idee der verlustfreien Energieübertragung entstammt der Entdeckung der Supraleitung im 20. Jahrhundert. Supraleiter sind widerstandsfrei und können darüber hinaus mit Stromdichten belastet werden, die die maximale Stromdichte von herkömmlichen Metallleitern aus Kupfer oder Aluminium um ein Vielfaches übersteigen. Eine der vielversprechendsten Anwendungen supraleitender Materialien ist ihre Verwendung in Stromverteilungsnetzen, in denen die bestehenden Kupfer-Freileitungen durch Erdleitungen ersetzt werden sollen. Letztendliches Ziel des BIG-POWA-Projekts war es, die Grundlagen im Bereich der Forschungs- und Entwicklungsarbeit für die Herstellung von supraleitenden Kabeln zu schaffen, mit denen die Effizienz der elektrischen Energieübertragung gesteigert werden soll. Vor Beginn des BIG-POWA-Projekts gab es einige überwältigende Überlegungen für großtechnische industrielle Anwendungen hochtemperatursupraleitender Materialien. Das Problem der elektrischen Verluste, das auftritt, wenn Wechselstrom (AC) durch sie hindurch geleitet wird, war von vorrangiger Wichtigkeit, da die Höhe dieser Verluste über den gewünschten Werten lag. Im Verlauf des vierjährigen Projekts wurden verschiedene Verformungsverfahren zur Herstellung supraleitender Materialien mit geeigneteren Konfigurationen als die existierenden flachen Bänder für Kabel und Spulen entwickelt. Der erwartete Wert für die Wechselstromverluste musste bereits in der Entwicklungsphase abgeschätzt werden. Die Partner des BIG-POWA-Projekts verwendeten hierzu ein Experimentierverfahren unter Anwendung von Hallsensoren. Mithilfe von Hallsensoren wurde das Profil des Magnetfeldes auf der Oberfläche des zu untersuchenden hochtemperatursupraleitenden Bandes gemessen. Im Vergleich mit magneto-optischen Messungen lassen sich Hallsensoren leichter kalibrieren, auch wenn sie keine hochauflösende Abbildung der Messwerte liefern. Auf der anderen Seite ermöglichte ein Array aus sieben Sensoren, der mit einem Mehrkanal-Verstärker verbunden ist, welcher auf eine schnelle und synchrone Messdatenerfassung programmiert wurde, Messungen in Echtzeit. Das System ist schnell genug, um das Profil des Magnetfeldes auf der Oberfläche der Probe zu untersuchen, wobei die Frequenz des elektrischen Stroms, durch den das Feld erzeugt wird, 50\;Hz erreicht. Um eine Abbildung der Stromdichte zu erhalten, die dem gemessenen Profil des Feldes entspricht, wurde diese inverse Problemstellung unter Anwendung einiger Annahmen für die Verteilung der Stromdichte und das Amperesche Gesetz gelöst. Die durch dieses Experimentierverfahren erlangten Kenntnisse über die Stromverteilung tragen zum besseren Verständnis der Eigenschaften von Supraleitern bei und können zudem zur Qualitätssicherung herangezogen werden.
