Supraleittechnik ist ein Gebiet der Elektrotechnik, das sich mit der Anwendung von Supraleitern beschäftigt.
Verwendung
Bisher werden Supraleiter vor allem zur Erzeugung hoher konstanter Magnetfelder erzeugt. Die Supraleitung ermöglicht es die von einem hohen Strom durchflossenen Feldspulen kurz zu schließen, woraufhin der Stromfluss über Jahre hinaus konstant bleibt. Bei dem dauerhaften Betrieb werden die elektrischen Anschlüsse, nach dem Laden der Spulen, mechanisch entfernt, und der Behälter der Spule verschlossen. Die Isolierung kann seht gut sein. Im allgemeinen verzichtet man deshalb auf Kühlaggregate. So ist alles, was zum Erhalten des Feldes erforderlich ist, ein 3 Monatliches Nachfüllen der Kühlflüssigkeiten Helium und Stickstoff.
Die größte Stöhrung ist das sogenannte quenschen (en: quenching=abschrecken). Dabei bricht lokal die Supraleitung zusammen. Da diese Stelle nun normalleitend ist, wirkt sie als elektrischer Widerstand. Sie heizt sich sehr schnell auf, wodurch sich der normalleitende Bereich und der Widerstand erhöht. So wird innerhalb kurzer Zeit die Spule entladen. Da die im magnetfeld gespeicherte Energie recht groß ist, kann dieser Vorgang bei fehlenden Sicherheitsschaltungen zur Zerstöhrung der Spule führen.
In folgenden Aggregaten werden solche Spulen verwendet.
- Der magnetische Einschluss bei der Kernfusion.
- Das Grundmagnetfeld Kernspintomographie bzw. Magnetresonanztomographie
- Das Magnetfeld zum Ablenken und Fokussieren der Teilchenstrahlen in Teilchenbeschleunigern.
- Als Festmagnetfeld des Stators von Elektromotoren.
Eigenschaften
Bei einem Supraleiter entfällt der ohmsche Widerstand, so sollten Transport und Verwendung von elektrischem Strom ohne Verluste möglich sein. Den geringeren Energieverlust erkauft man durch einen höheren technologischen Aufwand beim Betrieb der Supraleitenden Aggregate.
Das naheigenste Problem ist dabei die erforderliche Kühlung. Da Supraleiter unterhalb der Sprungtemperatur betrieben werden müssen ist hier immer eine Kühlung erforderlich. Kompakte Aggregate sind einfacher zu kühlen. Dabei ist der Kontakt zwischen klassischen und Supraleitern ein weiteres Problem.
Bei einer bestimmten magnetischen Feldstärke bricht die Supraleitung zusammen. Da ein fließender Strom ein Magnetfeld erzeugt, wird so auch die Belastbarkeit der Supraleiter begrenzt. Zusätzlich reagieren Supraleiter empfindlich auf Veränderungen des Strom. Mit zunehmender Frequenz sinkt so die kritische Feldstärke.
Bei einer langen Energieübertragungsleitung mit einem Supraleiter entfällt die Dämpfung von Resonanzen. Sie zeigt ähnliche Eigenschaften wie man sie von einer HF Antennenleitung her kennt (diese hat eine geringe wenn auch nicht verschwindende Dämpfung). Wenn die Impedanzen an den Enden der Leitung nicht angepasst sind, treten auf der Leitung Strom und Spannungs Knoten und Spitzen auf. Wobei die Stromspitzen auf die Stromtragfähigkeit der Leitungen und die Spannungsspitzen auf die Isolation Auswirkungen hat.
Da unter Verwendung hoher Spannungen auch auf klassischen Leitungen elektrische Energie effizient übertragen werden kann, sind Supraleiter hier kaum konkurrenzfähig. Die Leitungen werden sich vor allem bei langem Überlandtransport des Stroms einsetzen lassen.
Zukunftsaussichten
Annähernd verlustfreier Elektromotor, verlustarme Stromleitungen, verlustarme Transformatoren (ohne Berücksichtigung der zur Kühlung benötigten Energie)
Die Hochtemperatur-Supraleittechnik (HTS) wird derzeit in mehreren Modellelektromotoren erprobt. Der Läufer mit Supraleiterspulen wird dabei in ein Motorgehäuse mit einer Luftspalt-Ständerwicklung montiert. Der Rotor wird in einem geschlossenen Kreislauf mit Neon gekühlt. Bei Versuchen im motorischen und generatorischen Betrieb erfüllten die Demonstratoren die Erwartungen durch geringere Verluste und kleinere Bauvolumina.
In Tokio werden derzeit normale Stromkabel gegen HTS-Kabel mit Stickstoffkühlung ausgetauscht.