Kühlung von Fehlerstrombegrenzern

Die Kühlung eines FCL kann durch Eintauchen in eine siedende Flüssigkeit (z. B. Stickstoff, Neon) erfolgen, da die Bildung von Blasen um das FCL kein Problem darstellt. Daher kann ein Schwerkraftzufuhrsystem in Betracht gezogen werden.

Das FCL befindet sich in einem Bad (Kryostat) mit einer Flüssigkeit, die sich im Gleichgewicht befindet (Sättigungstemperatur). Die Wärmeproduktion des FCL wie die Wechselstromverluste und die thermische Belastung des Kryostats bringen die Flüssigkeit zum Sieden. Das verdampfte Gas steigt zum oberen Ende des Kryostaten auf, wo der Kryogenerator angeschlossen ist. Das verdampfte Gas wird zum Kühlkopf zurückgeführt, wo es wieder verflüssigt und durch die Schwerkraft in das Kryostatenbad zurückgeführt wird. Dieser Aufbau ist unten abgebildet:

Schematischer Aufbau, der typischerweise für supraleitende Fehlerstrombegrenzer verwendet wird.

Die am häufigsten verwendete kryogene Flüssigkeit ist flüssiger Stickstoff mit einer Siedetemperatur von 77 K bei 0 bar und einer Gefriertemperatur von 63 K. Da der Supraleiter bei niedrigeren Temperaturen besser funktioniert, werden die Systeme oft unter Atmosphärendruck betrieben, um die Siedetemperatur zu senken (LN2 siedet bei 0,17 bar bei 65 K). Andere kryogene Flüssigkeiten wie Neon (Siedetemperatur 27 K, Argon 87 K) können ebenfalls verwendet werden.

Zur Bewältigung einer variablen Wärmelast aufgrund unterschiedlicher Betriebsbedingungen sind die Wiederverflüssigungssysteme mit einer Leistungsregelung ausgestattet. Basierend auf dem Druck des Stickstoffbades werden die Kryogeneratoren ihre Kälteleistung, um diesen Druck und damit die Flüssigkeitstemperatur konstant zu halten.

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