Verlustarme HTS - Roebelkabel für die Energietechnik - Technische ...

Verlustarme HTS - Roebelkabel 

für die Energietechnik 

4. Braunschweiger Supraleitungsseminar 12.-13. Mai 

2009 

Wilfried Goldacker 

Forschungszentrum Karlsruhe – Institute of Technical Physics 

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1 

76344 Karlsruhe , Germany 

Faktum 

2G – Coated Conductor (YBCO-Bänder) sind heute die erste Wahl 

bei Hochtemperatursupraleitern für technische Anwendungen. 

Entscheidender und unabdingbarer Schritt für die Anwendung und 

Markteindringung der Coated Conductor in der Energietechnik ist 

jedoch die Reduktion der Wechselstromverluste in wickelbaren 

flachen Leitern durch entsprechende Modifikation der CC ! 

1 Wilfried Goldacker, Institut fuer Technische Physik, BSS 12.-13.5.2009 

KIT – die Kooperation von 

Forschungszentrum Karlsruhe GmbH 

und Universität Karlsruhe (TH)

• Das Problem Wechselstromleiter mit minimierten Verlusten 

• Klassische Lösung für Kupferleiter: Roebelstab 

• Retrospektive : erste Anwendung mit NbTi-LTS-Leitern 

(EURATOM-Magnet für Large-Coil-Task LCT) 

• Roebel – Leiter aus 2G Hochtemperatursupraleiter (RACC) 

• RACC-Leiter: Herstellungsverfahren, Stand der 

Entwicklungen 

• Verschiedenen Entwicklungslinien und Aussichten 


Strategien 

• AC - Leiter mit < 1 kA können fortentwickelte Bandleiter sein 

• AC – Leiter 1 – 5 kA (Energietechnik) erfordern 

Verseilung/Kabel 

• AC – Leiter >> 10 kA (Fusion, Generatoren) neue komplexe 

Kabel 

Inhalt 




Zentrales Problem in der Hochstrom - Energietechnik 

Zentrales Problem in der Hochstrom - Energietechnik 

• Sehr hohe Wechselströme in geeigneten, verlustarmen Leitern 

• Skineffekt, d.h. Stromverdrängung u. Wirbelstromverluste 

Beispiel 

Skintiefen in Cu 

50 Hz 9.4 mm, 

1 kHz 2.1 mm 

Eigenschaften geeigneter Leiter ? 

• Unterteilung in einzelne Leiter: Bündelleiter 

• Vertwistung der Leiter: reduzierte effektive Looplänge 





Ludwig Roebel 

Patent 1914 

Verlustarmer 

Kupferleiter für 

Anwendung in 

sehr großen 

Generatoren 

BBC 

Mannheim 

(jetzt Alstom) 

Die Innovation: der Roebelstab für 

große Generatoren 

Der Roebelstab segmentiert den 

Leiter in Einzelstäbe, 

Einzelstäbe sind gegeneinander 

isoliert 

Hohes Aspektverhältnis: schmaler 

& hoher Leiter 

Heute Standardtechnik (Länge 

typ. 5-10 m) für leistungsstarke 

Motoren/Generatoren i.w. für 

Statorwicklungen bei rotierenden 

Maschinen 

Courtesy: Fa. Krempel 





Die Innovation im 

Generatorbau bei 

Brown Boveri & Cie. 

Der 

Technologiesprung 

Elektrizitätswerk Mannheim 

1899 Leistung 5250 PS 

1 PS = 0.7 kW 

40 kPS = 28.4 MW 

Roebel - Stäbe 





Roebelstäbe sind industrielle Bauteile 

Erstes Beispiel Fa. Asta 

Anzahl der Einzelleiter: 

Einzelleiterbreite b1: 

Einzelleiterdicke s1: 

Max. b1 : s1 

Verhältnis: 

Max Bündelbreite: 

Max Bündelhöhe: 

Max Stablänge: 

Roebelfaktor: 

kann von der max. Bündelhöhe und von dem Einzelleiterisolationszuwachs berechnet 

werden 

3.50 - 12.50 mm 

1.30 - 3.20 mm 

>=2.5 : 1 3 

Niedrigere Roebelfaktoren auf Anfrage, abhängig von Roebelstab Design 

Roebelstäbe 

Schon 1977 entwickelte ASTA eine Methode des Mechanisierens der Herstellung der Roebel Stäbe, die der Herstellung von Drilleiter 

ähnlich ist. 

Eine spezielle Art der Lack-Glasseidenisolierung hat die ökonomische Produktion aller Standardgrößen ermöglicht; die zusätzliche 

Isolation, die bisher an den Kröpfstellen erforderlich war, konnte in den meisten Fällen fallengelassen werden. 

Während herkömmliche Roebelstäbe normalerweise eine gerade Anzahl von Einzelleiter besitzen, kann die mechanisch vormontierte Art 

von einer ungeraden Anzahlen, mit dem zusätzlichen Nutzen der Erhöhung des Kupferquerschnitts durch einen Einzelleiter innerhalb der 

gleichen Stapelgröße, gebildet werden. 

Maschinell hergestellte Roebelstäbe kombinieren die Vorteile von Einsparungen in den Kosten und in der Zeit, von besserem Füllfaktor und 

von hoher dielektrischer Festigkeit. Weitere ausführliche Informationen sind auf Anfrage vorhanden. 





Industrieller 

Roebelstab für 

Generatoren 

Courtesy of 

Woods Group 

See 

http://portal.woodgroup.co 

m 





Hohe Betriebsströme in elektrischen Maschinen : 2 

ITER: Beispiele TF – Magnete: 68 kA/5K; CERN-LHC: 13 kA 

DEMO: geplant > 30 kA HTS/50 K 

Iguacu Falls Brazil 

Water Power Dam Itaipu Brazil (14 GW) 

z.B. Generator (Siemens): 737 MVA 

Strom: 23.6 kA (Wicklungstemp. 

Wechselstromverluste im Supraleiter : Beiträge / Parameter 

Theoretischer Formalismus für strips z.B. CC : (E. H. Brandt and M. Indenbom, Phys. Rev. B 48, 

12893, 1993) 

Beschränkung von L durch 

Transposition der Strompfade 

L 

Verlustmechanismen bei Wechselströmen (Wechselfeld) im Leiter, Länge L : 

1. Hystereseverluste (Ummagnetisierung) Q H ~ B f W I c g(B 0 /J c ) 

Reduktion der effektiven Leiterbreite W z.B. Filament / Strandstruktur ! 

2. Kopplungverluste (Matrixverbindung der Filamente) : Q K ~ (Bf) 2 L 2 /ρ 

kurze eff. Leiterlänge L durch z.B. Transponierte Strompfade , Twist + 

kleines ρ 

3. Wirbelstromverluste in der Matrix: reduzierter Matrixwiderstand ρ 





Massnahmen am Leiterdesign 

• Schmale Strompfade 

• Transposition der Strompfade 

• Schwache Stromkopplung der Strands 





ROEBEL-Kabel in der Supraleitung : 

NbTi – Fusion- LCT EURATOM 

Magnet und NET Experimentalkabel 

(1980 – 1985) 

• 24 NbTi-Strands mit 30 mm 

Twistlänge 

• 774 Filamente, 78% Cu 

• Kabel Transposition 350 mm 

• Kabelstrom 13 kA ( 1.8 K, 9 T) 

40 mm width 

LCT NbTi 

Roebelstab 

LCT (links) mit 

ITER 

Modelspule im 

Paket 

(Hintergrundfeld 

der LCT-Spule) 





Erste Anwendung für HTS: BSCCO(2223) - Kabel 

von Siemens für Trafo (2003-2006) 

Transpositionslänge typ. 3 m + 

Beschränkung: In- plane- Biegung 

Hohe Eigenfeldreduktion des Stroms 

Courtesy of 

Siemens AG 





Realisierung für den 

Coated Conductor ! 

Wie ? 

Ziel : 3D transponierte 

Strompfade 

• Mehrschicht - CC mit komplexer Stromführung: ungelöst 

! 

• CC - Verseilung ( 4 - 12 x 0.1 mm typ. Querschnitt ) 

zum Flachkabel mit hohem Füllgrad praktisch unmöglich ! 

Entscheidender innovativer Schritt 

Coated conductor kann man in Formen schneiden ! 

z.B. Meanderform des Roebelstrands 





Strand – Herstellung und ROEBEL-Verseilung 

• mechanisches Präzisionsstanzen ! 

• Stanzgerät optimiert für CC 

• Scharfe gratfreie Schnittkanten 

Qualität besser als Laserschneiden ! 

• Kein Anschmelzen des CC 

• Genauigkeit der Strandbreite: besser 1.3 % 

• Sequentielles Verseilen nötig ! 

Kabel No.1 aus THEVA DyBCO-CC 





2G ROEBEL Assembled Coated Conductor: RACC Kabel 

W.Goldacker et al. “High current DyBCO-Roebel assembled coated conductor” , “Beaking news talk” ICMC Conference, 

Keystone Co , Aug.29th.-Sept.2nd. 2005 

W Goldacker, et al., “ High current DyBCO-ROEBEL Assembled Coated Conductor (RACC)”, EUCAS'05: 11–15 Sept 

2005, Vienna, Austria, publ. in Journal of Physics, Conference Series 46 (2006) p. 901 

Verseilen erfordert 

Vertwisten und 

Biegen 

Biegbarkeit der CC ist 

entscheidend 

Coated Conductor 

sind gut geeignet 

durch hohe 

mechanische 

Festigkeit 

Flaches Kabeldesign 

unterstützt 

Anwendung in 

Wicklungen 

Transposition ist 

flexibel gegeben 





Grundleiter = Industrieleiter von 

SuperPower und THEVA 

MOCVD-SuperPower 

Coated Conductor 

12 mm Breite 

0.095 mm Dicke 

20m Cu 

2 m Ag 

1 m HTS 

~ 30 nm LMO 

~ 30 nm Homo-epi MgO 

~ 10 nm IBAD MgO 

50m Hastelloy substrate 

20m Cu 

THEVA – CC : 

picture courtesy of 

SuperPower Inc. 

TCE von DyBCO auf 90 μm Hastelloy mit ISD MgO Puffer 

1-2 μm Ag Deckschicht, kein Kupfer, 10 mm CC Breite x 0.9 mm Dicke 





Mechanische Qualifikation von CC und Strand 

Axiale Dehnung (FBI) 

Biegebelastung 

Option B = 0 – 15 T bei 4.2 

K 

Torsions 

Biegung 

Dazu FEM 

Modellierung 

erfolgreich 





Mechanische Performance des SuperPower CC 

I c 

/I c,max 

1 ,0 

0 ,9 

0 ,8 

0 ,7 

0 ,6 

0 ,5 

0 ,4 

0 ,3 

0 ,2 

0 ,1 

A M S C YB C O 

S u pe rp ow e r YB C O 

95 % 

0 ,0 

0 ,0 0 ,2 0 ,4 0 ,6 0 ,8 1,0 1,2 

app lied 

[% ] 

Ergebnisse 

Axiale Dehnung 

0.8 – 0.9 % 

Biegebelastung 

(Radius) 

11-12 mm 

I c 

(r) / I c 

(r=) 

1,0 

0,9 

0,8 

0,7 

0,6 

0,5 

0,4 

0,3 

0,2 

0,1 

0,0 

YBaCuO Superpower 

SP-ITP-060406 

Sample 1 in nat. bending direction 

Sample 1 against nat. bending direction 

Sample 2 in nat. bending direction 

Sample 3 against nat. bending direction 

T=77K, self field 

1 10 100 

Bending radius (cm) 

YB C O tap e @ 77 K 

I c,m ax 

[A ] 

7 0 

6 0 

5 0 

4 0 

3 0 

2 0 

1 0 

0 

m ax im u m c ritical cu rren t 

c ritica l s tre ss 

c ritica l s tra in 

AMSC YBCO 

Superpower YBCO 

Y B C O ta p e su pp lier 

c 

[M P a] 

8 00 

6 00 

4 00 

2 00 

c 

[% ] 

0 ,7 

0 ,6 

0 ,5 

0 ,4 

0 ,3 

0 ,2 

0 ,1 

0 ,0 

Twistbiegen 

Hastelloy ist 

noch hart durch 

die Verformung 

und niedrige 

Prozeßtemp. 

normalized transport I c 

to 100% 

130 

120 

110 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

Torsion applied on SuperPower MOCVD-CC 

Ic-values normalized to 100% at zero degree 

0,0 33,3 66,7 100,0 133,3 166,7 

Torsion angle in degree / cm 

2.05 mm 

4.00 mm 

7.20 mm 

10.00 mm 

12.00 mm 





Beispiel: Strands für Kabel No.2 aus SuperPower 

CC 

16 strands gestanzt 

L= 45 cm, w = 5 mm, L p : 19 cm 

Kritischer Strom I 

av 

c = 91.7 A 

St.Abw.: 1.6 % !!! 

= 183.4 A/cm-w. 

orig. CC = 189.2 A/cm-w. 

bedeutet 3 % Stromverlust ! 

Keine Ausfälle !! 

Verseiltes 

Kabel 

12 mm 

cm-w. = cm-Breite des CC 





Performance RACC Kabel No.2 (SuperPower-CC) 

300 

250 

Tape 12 mm width 

I Tape 

c 

* 5/12 

Roebel strand 5 mm width 

• Strandherstellung ist 

sehr zuverlässig ! 

200 

• Excellente 2D 

Bandhomogenität ! 

I c 

(A) 

150 

100 

50 

• 3 % Stromverlust bei 

Strandherstellung ist 

exzellent und 

qualifiziert den 

Stanzprozeß 

0 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 

Tape Position (m) 





DC - Transportstrom von RACC – Kabel No.2 (77 K) 

40 

30 

original data 

original data minus linear part 

E/E c 

=(I/I c 

) n with E c 

=10µV/cm, I c 

=1111A, n=28 

Kritischer Strom 

(transport) 

I c = 1020 A (1 μV/cm) 

E [µV/cm] 

20 

I c = 1111 A (10 μV/cm) 

Erwartungswert: 1473 A 

10 

0 

Rechnerisch 

subtrahiert 

I c 

(E c 

=1µV/cm)=1020A 

0 200 400 600 800 1000 1200 

I c 

[A] 

30.5 % Eigenfeldreduktion 

Der Graph zeigt 

Stromumverteilungseffekte 

Resistiver Anteil stammt 

von Stromeinkopplung und 

-umverteilung 





Modellierung der 

Stromdegradierung durch das 

Eigenfeld Reinhard Heller ITP 

Modellierung auf Basis Biot-Savart-Gesetz 

• CC-Stromanisotropie im Feld 

verursacht komplexes 

Eigenfeldverhalten 

Linker Strandstapel 

I c 

(A) 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

1400 

1200 

0 

-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 

- 

loadline 

max(B perp 

) - 

loadline 

(°) 

YBCO Super Power - ITP-060406 

= angle betw. B 

and Tape Surface 

B= 50 mT 

B=200 mT 

T=77K 

 

B perp 

B para 

Modelliertes Eigenfeld (Biot-Savart- 

Law) mit bis zu 120 mT (links) 

Ladungslinie für gemitteltes B perp . 

erklärt Eigenfeldeffekt quantitativ 

1040 A Transportstrom im Modell 

1020 A gemessener Strom! 

Critical current [A] 

1000 

800 

600 

400 

200 

Roebel_CC Data 

0 

0 100 200 300 400 500 

Applied magnetic field [mT] 





Hall probe scanning bestätigt Eigenfeldanalyse 

(Beispiel THEVA-RACC-Kabel) qualitativ 

Gute Korrelation mit dem Modell 

R. Fuger et.al presented and published at EUCAS2007 





Erste AC Verlustmessungen an RACC-Leitern 

EUCAS-2007 (Procc. J. Physics: Conf. Series 97 (2008) 012147) 

6 

AC Verluste : Verlustfunktion Γ 

Standard Magnetisierungsverfahren mit Erregungs- und 

Detektionsspule ( absolute Q from calorimetric calibration ) 

77K 

Geringes Anwachsen der Verluste mit 

der Frequenz: 

* Beitrag der Kopplungsverluste ist 

klein. 

= µ 0 

Q/(2 B 0 

2 

) 

1 

B _|_ 

sample: SP Theva 

10Hz 

20Hz 

50Hz 

100Hz 

200Hz 

* Hauptkomponente sind 

Hystereseverluste 

(at field amplitudes > 10 mT) 

Hysterese Verluste einer HTS-Dünnschicht: 

(E. H. Brandt and M. Indenbom, Phys. Rev. B 48, 

12893, 1993) 

50 Hz 

low I c 

sample 

0.3 

1 10 100 

(mT) 

B 0 

max = 0.292 d/h, (width / thickness) 

(hängt nur von Geometrie ab I c ) 





Ziele, Ergebnisse und Strategien der 

kürzlichen und aktuellen Fortentwicklung 

• Demonstration einer deutlichen Stromerhöhung 

• Reduktion der Hystereseverluste (Strompfadbreite) 

• Schmale Roebelkabel für Wicklungen 

• Kabel mit Filamentstruktur im Strand 

• Optimierung der Strandkopplung 





Upgrade auf höheren Strom durch neues Kabeldesign 

12 mm Kabel Upgrade: 

• Stromerhöhung 

• unveränderte Tranpositionslänge 

von ca. 19 cm 

Alt Kabel No.2 

Aspektverh. 

13.3 

Neues Design 

3-fache Strands = Stapel 

aus 3 Roebelstrands 

15 Stapel mit 3 CC 

verseilt 

Strandbreite 5 mm 

Neu Kabel No.4 

Aspektverh. 5.2 





Daten für SuperPower Strands zu Kabel No.4 

Neue Performance (58% 

Stromverbesserung) 

CC batch A CC batch B 

CC batch C 

Length 

20 m 

20 m 

10 m 

Width 

12 mm 

12 mm 

12 mm 

Thickness 

0.088 mm 

0.091 mm 

0.093 mm 

Ic ( 77 K , s.f. ) average ( 1 µV/cm criterion 

) 

391 A ± 0.8% 

333 A ± 4.5% 

346 A 

Ic strand (calculated as 5/12 of CC) 

162.9 A 

138.7 A 

144.2 A 

No. of ROEBEL tapes 

18 

18 

9 

No. of ROEBEL strands (3 tapes) 

6 

6 

3 

• 15 ROEBEL Strands (je 3 CC) wurden im Schema A+B+C verseilt 

• Berechneter Transportstrom: 6727 A (Eigenfeldeffekt unbeachtet) 

• Verhalten der Stromumverteilung bei Leiterinhomogenitäten ist 

hier 

eine wichtige technische Frage ! 





Verseiltes ROEBEL – Kabel No.4 mit 1.1 m Länge 

Supercond. Sci. Technol. 22 

(2009) 034003 

Transpositionslänge 19 cm 

Strandenden verlötet 

Splicing zur Illustration 

erzeugt 





DC Ströme an drei Strands je Twistlänge gemessen 

Ein strand pro CC Batch 

vermessen 

3 bis 4 Verseillängen 

simultan vermessen 

Kontaktwiderstand am 

Kabelende vermessen 

Cu – Kabel ca. 800 mm 2 , YBCO ca. 0.5 mm 2 

Schutzwiderstand: 

paralleler Cu Shunt 25 

mm 2 

Strandkontatierung.JPG 





DC Transportstrom von RACC No.4 bei 77 K/Eigenf. 

Ströme sind an 3 selktierten Strands gemessen 

I c = 2628 A 

(5 µV/cm Kriteriun) 

Kalkul. 6727 A 

I c = 2500 A 

(3 µV/cm Kriterium) 

I c = 2290 A 


Bewegungen im 

Kabel 

Stromdichte: 

J c = 9.52 kAcm -2 


Komplexe Situation 

der Stromverteilung 

Geringe Kopplung 





DC Strom von RACC – 4 bei 77 K s.f. Nach 

einem Temperaturzyklus RT-77K (2-tes Kühlen) 

Stromumverteilun 

g moderat 

geändert 

Argument für 

moderate 

Strandkopplung 





Strom in verschiedenen Transpositionsabschnitten 

und Gesamtstrom in Strand 1 

Jede Sektion 

zeigt 

unterschiedliche 

s Verhalten 

Komplexe Stromaufteilung 

Moderate Strandkopplung 

ist im 

technischen 

Leiter für stabilen 

Betrieb 

erforderlich 





Performance der Stromeinspeisung 

Einspeisungslänge: 100 mm = ca ½ Transpositionslänge 

Verschiedene 

Kontaktwiderstände 

an den Enden 

Kontakt E 

Strand 7–15 oben 

Kontakt K 

Strand 2-9 oben 

(= bester Leiter) 

Besser: Kontakt auf 

ganzer Transp.länge 





Prinzip: Stromeinspeisung in CC-Stapeln 

• Cu Stabilisierung ist innen abgestanzt 

• Pufferschichten isolieren, seitliche Stromeinspeisung ! 

• Zwischenraum der Stapel ist mit Lot gefüllt 

Kupferblock 

Stromfluss: 

Gelötet wurde ½ 

Transpositionsl. 

= zu kurz ! 

Puffer sind isolierend !!! 

Cu 

Ag 

YBCO 

Buffer 

Hastelloy 





Eigenfeldabschätzung für RACC-Kabel No.4 

Modellierungsannahme: 

Ein 7 Strand und ein 8 

Strand Stapel, vereinfacht 

zu 21 und 24 CC- 

Schichten 

Überstiege im 

Zwischenstapelbereich 

wurden vernachlässigt 

Der höchste Eigenfeldwert 

280 mT liegt jetzt im Stapel 

Für Ladelinienbetrachtung 

wurde B perp . und max B perp 

als Näherung betrachtet 





Ladelinien für die verschiedenen Annahmen 

Stromdegradation durch Eigenfeld: 60 

% 

Das einfache Modell 

beschreibt auch hier 

den Eigenfeldeffekt 

recht gut ! 

Das Realverhalten 

liegt zwischen den 

Näherungen für das 

Eigenfeld 

Für Wicklungspakete 

werden deutliche 

Änderungen, insb. 

homogeneres Eig.- 

Feld und höhere 

Ströme erwartet 





Fortentwicklung: Schmale Roebelkabel (4 mm) 

und verschiedene Filamentkopplungsverfahren 

Die augenblickliche CC – Performance läßt Strompfade herunter bis zu 

ca. 0.3 - 0.5 mm Breite sinnvoll erscheinen (> 10 YBCO Körner) 

Beschränkung Korngrenzenstatistik, -winkel, Defekte etc. 

2 mm 

Stahl 

Dummy 

4 mm 

450 

Amp. 

12 mm 

Standard 

- breite 





Strandkopplung mit Leitsilber 

ISS-2007, EUCAS-2007 (Procc. J. Physics: Conf. Series 97 (2008) 012147) 

Interstrand Kopplung durch Leitsilber realisiert 

• Interstrandverbindung durch Vollimprägnierung 

• 2-komp. Ag- Epoxy ergibt Kopplungsw. 1.26 μΩm bei 77 K (Cu: 

0.017) 

• Widerstand zwischen Nachbarstrands: ca. 6.8 μΩ at 77 K/ Meter- 

Kabel 

• Im Vergleich dazu wurde identisches Kabel mit reinem Harz im 

gleichen Verfahren verklebt, dh. Kopplung nur durch Strandberührung 





AC Verluste in verschieden breiten Roebelkabeln 

C. Schmidt et al. ISS-2008 , Physica C to be published 

4 mm breit 

17 strands 

4mm – Kabel 

Kabel 1: Leitsilber-Impräg. 

Kabel 2: Harz-Impräg. 

Ergebnisse: 

i.w. Hystereseverluste 

Kopplungsverluste 

vernachlässigbar 

Trend zu kleineren 

Hytereseverlusten durch 

reduzierte Kabelbreite 

und reduziertem 

Aspektver-hältnis 

bestätigt 

Leitsilber verdoppelt in 

etwa Kopplungsverluste 





Aktuelle 4mm RACC – Kabel (Superpower-CC) 

• Kabel mit 4 mm Breite mit 1 - fach, 3 - fach, 5 - fach Strands 

50 strands 

Samples 

Roebel 

strands 

width 

(mm) 

thickness 

(mm) 

twist pitch 

(mm) 

Current 

A (77K) 

Roebel 

14 

4.3 

0.9 

109 

460 

Roebel 

3 x 13 

4.3 

2.3 

109 

1120 

Roebel 

5 x 10 

4.4 

3.4 

109 

1320 

AC – Messungen in Arbeit in Zusammenarbeit mit IEE Bratislava 

Magnetische AC Messungen und AC Transportverlustmessungen 





Quo vadis: Fortentwicklung der CC – 

Roebelkabel am Karlsruhe Institut of Technology 

KIT 

• Stromerhöhung: 5 kA-, 5 – 10 kA, > 20 kA-Klasse 

• Moderate Strandkopplung (Stromumverteilung) 

• Modellierung/Messung der AC - Verluste 

• zusätzliche mechanische Verstärkung 

• optimierte thermische Stabilisierung 

• Strands mit Filamenten (Verlustreduktion) 

• Quadratische Kabelquerschnitte angestrebt 

• Stromeinkopplung verlustarm auslegen 

• Größere Längen RTR (Stanzen in Arbeit) 

• Komplexere Spezialkabel (Fusionsmagnete) 





Extrapolated number of tapes [-] 

Anwendung im DEMO Fusionsreaktor 2025 bei 50 - 60 K 

?!? 

Annahme: RACC-Design und CC Stromverdopplung erfolgt 

Kabel (12 x 20 mm) = 200 Strands (B = 4 T = ITER Wert) 

400 

300 

200 

100 

0 

30 K (65 kA) 

50 K (30 kA) 

65 K (11 kA) 

77 K (1 kA) 

500 A/cm-w. 

conductor 

performance 

assumed 

Magnetic field perpendicular to ab-plane [T] 

1 2 3 4 5 6 

Neue Konzepte sind 

attraktiver, sinnvoller 

Rutherford Kabel mit 

ROEBEL-Strands (4 mm) 

C.Schmidt et al. ISS2008 / Physica C 





FAZIT 

• Erfolgreiche Einführung des Hochstrom-AC-ROEBEL-Kabels aus CC 

• Einziges wickelbare AC - Flachkabeldesign bisher 

• Stromtragfähigkeit für energietechnische Anwendungen: 1 – 5 kA 

• Entsprechende Entwicklungen jetzt in Japan, Korea und Neuseeland 

• Aufbau eine Kabelfertigung bei IRL (NZ) (Industr. Research Lab.) 

• Industrie – CC sehr tauglich, Verfügbarkeit + Preis noch problematisch 

! 

Die Fortentwicklung der CC durch bessere 

Flußverankerung, reduzierter 

Stromanisotropie und Feldabhängigkeit lässt 

eine drastische Erhöhung der Kabelströme 

erwarten ! 





Danksagung 

Mitarbeiter: A.Drechslér, A.Kudymow, S.I.Schlachter, 

B.Ringsdorf, A.Kling, C.Schmidt, S.Terzieva, A.Jung 

THEVA: W.Prusseit u. Mitarbeiter 

Superpower: V.Selvamanikam 

Fusionsprogramm des FZK: teilweise Förderung 

Marie-Curie-EU-Projekt NESPA 

Gefördert durch BMWi: Projekt Highway (seit 1/09) 

F.Kzchn. 0327489B

Verlustarme HTS - Roebelkabel für die Energietechnik - Technische ...

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