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Supraleitende Fehlerstrombegrenzer

Mit dem steigenden Strombedarf gehen eine fortschreitende Netzvermaschung und der Ausbau der dezentralen Stromerzeugung einher. Vor diesem Hintergrund steigen die Kurzschlussströme in den Stromnetzen stetig an. Bei Störfällen sind die netztechnischen Systeme dadurch immer höheren Belastungen ausgesetzt. Strombegrenzer auf Supraleiterbasis bieten Schutz vor zu hohen Kurzschlussströmen, die Schäden an Transformatoren, Leistungsschaltern und anderen Netzkomponenten verursachen.

Nach Expertenschätzungen können netztechnische Anlagen, die durch supraleitende Fehlerstrom-begrenzer geschützt sind, in der Regel deutlich höher ausgelastet werden, da Betriebsmittel nicht mehr wie bisher so stark überdimensioniert werden müssen. Durch supraleitende Strombegrenzer können Netze gekoppelt werden, die heute getrennt betrieben werden müssen. Dadurch lassen sich Betriebsmittel einsparen, da eine Redundanz von Transformatoren, Generatoren etc. schon durch die Kopplung gegeben ist. Supraleitende Strombegrenzer bieten die Chance, Investitionen in den Aus- oder Neubau von Schaltanlagen zu vermeiden oder zumindest erheblich zeitlich zu strecken. Zugleich kann durch den Einsatz supraleitender Strombegrenzer der Netzausbau wesentlich kostengünstiger realisiert werden. Darüber hinaus erleichtern sie die Integration erneuerbarer Energiequellen in bestehende Netze und erhöhen die Versorgungssicherheit.

Hersteller bieten zwei Typen von supraleiterbasierten Fehlerstrombegrenzern an:

  • Resistive Fehlerstrombegrenzer nutzen eine physikalische Besonderheit supraleitender Materialien: Sie übertragen Ströme bis zu einer bestimmten Stärke praktisch verlustfrei, entwickeln aber schlagartig einen hohen Widerstand, wenn der Maximalwert überschritten wird und begrenzen so den Stromfluss. Resistive Strombegrenzer haben durch ihr einfaches Funktionsprinzip und ihren kompakten Aufbau mittlerweile die Schwelle zum Standardprodukt in der Netztechnik überschritten.
  • Induktive Fehlerstrombegrenzer funktionieren nach dem Prinzip einer Drosselspule, deren Eisenkern „an- und ausgeschaltet wird“: Eine in ein Wechselstromnetz geschaltete Spule mit einem Eisenkern entwickelt durch elektromagnetische Induktion einen hohen Widerstand. In induktiven Strombegrenzern befindet sich der Eisenkern nicht nur in der Netzspule sondern wird zusätzlich durch eine supraleitende Spule geführt: Die Supraleiterspule wird so ausgelegt, dass sie den Eisenkern im normalen Netzbetrieb magnetisch sättigt und damit neutralisiert. Diese Sättigung kann aber bei einem Ansteigen des Stroms in der Netzspule nicht aufrechterhalten werden, so dass der entstehende Widerstand den Strom drosselt. Damit schaltet sich in dieser Anordnung die Drosselwirkung des Begrenzers abhängig von der Netzlast automatisch ein und wieder aus.

Seit 10 Jahren haben Einsätze im Verteilnetz und in der Kraftwerkseigenversorgung die Praxistauglichkeit supraleitender Strombegrenzer umfassend belegt. Installationen wurden bisher in England, Deutschland und Spanien vorgenommen. Darüber hinaus gibt es Demonstrationsprojekte in Korea, China und den USA.