Ziel der Entwicklung
Durch die Entwicklung des intelligenten Systems zur Vorhersage und Vermeidung sowie Detektion von Quenches in Supraleitern (intelligentes Quench-Detektions-System - iQDS) soll die Entstehung eines Quench und der damit verbundenen Degradation der Supraleiter verhindert werden. Dabei soll keine Notabschaltung der Supraleiter-Komponenten entstehen, sondern eine kontrollierte Reduzierung der Leistung des Systems, damit kein Ausfall des Systems entsteht. Dies soll erreicht werden durch eine beidseitige Interaktion zwischen Ansteuerelektronik des Supraleiters und iQDS, wobei eine Detektion von Temperatur-, Magnetfeld-, und Stromverteilung im Supraleiter stattfindet.
Vorteile und Lösungen
Zu Beginn des Projektes war geplant, zur Ermittlung die Temperaturverteilung am Supraleiter mittels Glasfaser und Spektrometer zu bestimmen. Nach Prüfung der Praxistauglichkeit wurde entschieden, für die verteilte Temperaturmessung eine Eigenentwicklung auf Basis einer Vielzahl handelsüblicher Temperatursensoren durchzuführen, was mit dem Projektträger abgestimmt wurde. Entwicklungsergebnis ist ein kalter Multiplexer, der im tiefkalten Medium installiert werden kann, um so die Signale über ein Minimum an Kabeln aus dem System zu führen, sowie verschiedene Module zum Auslesen der Signale, wobei auch hier verschiedene Varianten entwickelt und getestet wurden. Um die elektromagnetischen Störanfälligkeit zu minimieren, werden die Multiplexer direkt auf das Potential der Supraleiter montiert. Durch diese Entwicklung befähigt, werden auch unter Tieftemperaturbedingen insgesamt 64 Temperatur- und Magnetfeldsensoren ausgelesen, um einen aussagefähigen Datensatz des Supraleiters im Betrieb zu erhalten.
Ein Modell, welches direkt für einen Industrieeinsatz im Rahmen des Projektes entwickelt wurde besitzt die Möglichkeit, Spannungsabfälle in Nanovoltbereich und Temperatur am Supraleiter zu messen. Durch die Prüfung der Spannungsabfälle über verschiedene Abschnitte wird ein lokales Monitoring am HTSL möglich. Zur Auswertung wurde ein Programm entwickelt, welches die Erfassung der verschiedenen Betriebsparameter vornimmt und überwacht. Für die Elektronik des iQDS wird eine Potentialtrennung auf der digitalen Seite durchgeführt, was in einem kompakten Systemdesign resultiert. Die gefertigte Elektronik besitzt insgesamt 36 Potenzialeingänge, mit der alle Kombinationen zwischen den Potentialen des Supraleiters gemessen werden können.
Zielgruppe und Zielmarkt
Aus unserer Sicht ist der erlangte Wissensvorsprung auf dem Gebiet der Quench-Detektion ein wichtiger Faktor, um langfristig weltweite Ausschreibungen und Anfragen bedienen, bearbeiten und umsetzen zu können.
Die Ergebnisse zeigen, dass das am ILK Dresden entwickelte iQDS in industriellen Anwendungen am Supraleiter eingesetzt werden kann und im Hinblick auf Installationsaufwand und Baugröße einen großen Vorteil gegenüber vergleichbaren Systemen für Quench-Detektion bietet. Insbesondere die Entwicklung des kalten Multiplexers, als Schnittstelle zur Messdatenerfassung und Weiterleitung, reduziert den Aufwand zur Verkabelung deutlich, was bei der Vielzahl von notwendigen Messstellen einen enormen Vorteil bietet. Durch das kompakte Design gestaltet sich auch der apparative Aufwand moderat, was im Hinblick auf verfügbare Systeme bzgl. Vermarktung als sehr positiv zu bewerten ist. Darüber hinaus wurde Wert darauf gelegt, günstige auf dem Massenmarkt verfügbare Komponenten zu verbauen, um den Herstellungspreis zu minimieren.
Die aus dem Projekt gewonnenen Erkenntnisse wurden und werden bei einer Vielzahl von anderen Projekten am ILK Dresden eingesetzt, bei denen elektronische Komponenten zur Temperatur- und Druckerfassung benötigt werden. Darüber hinaus wurden Steuerungen mit Überwachungsfunktion entwickelt, die ebenfalls aus dem Know-how dieses Projektes generiert wurden. Das entwickelte System hat starke Alleinstellungsmerkmale im Hinblick auf Funktionalität und Kompaktheit. Durch den Einbau in einem Prototyp in der Industrie wird zeitnah auch die Funktionalität unter rauen Bedingungen bestätigt werden.
Für die Verwertung dieses Projektes kommt vor allem die Überwachung und der Schutz von Hochtemperatursupraleitern für Energieanwendungen (vor allem bei Hochleistungsanwendungen wie innerhalb Energieversorgungsnetzen, für drehmomentstarke Elektromotoren, für Generatoren, für Transformatoren) in Frage. Doch genauso gut kann es in Supraleiter-Anwendungen in der Medizintechnik, insbesondere bei der bildgebenden Diagnostik (MRT) oder HTSL-Anwendungen in Luft- und Raumfahrt, bei welchen die Ausfallsicherheit unbedingt zu gewährleisten ist, verwendet werden.