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Supraleitende Hochstromschienen

Hochstromschienen werden in der Industrie zur Versorgung von Prozessen eingesetzt, die sehr große Ströme über 10 kA erfordern. Die Übertragungsstrecken, die mit Hochstromschienen überbrückt werden, variieren zwischen einigen Metern und wenigen Kilometern.

Zu den Merkmalen konventioneller Hochstromschienen aus Kupfer und Aluminium zählen ein hoher Material- und Installationsaufwand, sowie relativ hohe Betriebskosten aufgrund elektrischer Verluste. Konventionelle Systeme benötigen außerdem viel Platz und sind durch hohe externe Magnetfelder und eine starke Wärmeentwicklung gekennzeichnet, die an manchen Installationsorten schwierig zu beherrschen sind. Zudem unterliegen sie anspruchsvollen Arbeitssicherheits- und Anlagenschutzstandards.

Supraleiterbasierte Hochstromschienen verringern die Übertragungsverluste bei der Versorgung stromintensiver Prozesse signifikant: Trotz des Energieaufwands für die Kühlung der Supraleiter auf Betriebstemperaturen im Bereich von -200°C sind die Verluste bei Strömen oberhalb von 10 kA typischerweise ab einer Länge von 30 Metern geringer als bei konventionellen Stromschienen.

Supraleitende Stromschienen sind aufgrund ihrer extremen Stromtragfähigkeit zudem äußerst kompakt: Der Raumbedarf einer einpoligen, supraleitenden Stromschiene mit der Kapazität von 20kA ist um 90% geringer als der einer konventionellen Installation. Bei einer zweipoligen 200kA-Supraleiterstromschiene liegt die Raumeinsparung bei über 95%. Dies gilt, obwohl die Supraleiterschienen von einem Kryostaten für die Aufnahme der Kühlflüssigkeit umgeben sind. Durch die geringeren Baumaße und die damit verbundene einfachere Installation sinkt bereits heute die Gesamtinvestition für die Installation supraleitender Hochstromschienen in bestimmten Fällen unter das Kostenniveau einer konventionellen Lösung.

Zu den weiteren Vorteilen supraleitender Hochstromschienen zählen ihr sehr geringes externes Magnetfeld und die nicht vorhandene Wärmeemissionen im Betrieb. Von supraleitenden Installationen geht daher auch kein Brandrisiko aus; zugleich ergeben sich Verbesserungen im Bereich der Arbeitssicherheit: Ein Berührungsschutz oder ein besonderer Sicherheitsabstand wird durch die Kapselung der supraleitende Stromschiene in einem Kryostaten verzichtbar.

Zu den Anwendungsfeldern supraleitender DC-Stromschienensystem gehören Chlorelektrolysen, Kupfer- und Zinkelektrolysen, die Aluminiumverhüttung sowie Graphitisierungsanlagen und weitere stromintensive Industrieprozesse. Ein weiterer Verwendungsbereich ist die Versorgung von Datenverarbeitungszentren, die konventionell über verlustintensive Niederspannungssysteme erfolgt. Auch Anwendungen bei der Netzanbindung von Wind- und Solarparks sind vorteilhaft.

Durch den modularen Aufbau der Stromschienentrasse können verschiedene Funktionselemente miteinander kombiniert und so auf die Installationsbedingungen angepasst werden. Beispielsweise sind bei einer Stromschienentrasse keine großen Biegeradien wie bei einer Kabeltrasse einzuhalten. Richtungsänderungen werden über Bogenelemente mit sehr geringem Raumbedarf realisiert. Die Stromschienentrasse passt sich auch einem sehr begrenzten Raumangebot an.