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DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE

Einführungsbeitrag

Im Jahre 1986 wurde das Phänomen der Supraleitung weit oberhalb der Temperaturen der metallischen Supraleiter in einigen Materialien vom Perovskit-Typ entdeckt, welche Kupferoxide enthalten. 1987 wurde festgestellt, daß Y-Ba-Cu-O (YBCO) eine kritische Temperatur (Tc) von 93 K besitzt. Es dauerte aber noch ein Vierteljahrhundert, bis die RE-Ba-Cu-O- (REBCO, RE = rare earth = Seltene Erden) Supraleiter kommerziell erhältlich wurden. Im Jahre 2013 begann die VAMAS- (The Versailles Project on Advanced Materials and Standards) Gruppe TWA 16 „Technical Working Area 16 - Superconducting Materials“, an Methoden zur Messung des kritischen Stromes in REBCO Supraleitern zu arbeiten. 2014 wurde ein internationaler round robin test (RRT) bezüglich eines Verfahrens zur Messung des kritischen Stromes von REBCO Supraleitern unter der Leitung von TWA 16 durchgeführt. Es nahmen daran 10 Institutionen, Universitäten und Industrien aus fünf Ländern teil. Diese Vorarbeit von VAMAS zur Standardisierung eines solchen Verfahrens wurde als Grundlage für die IEC Norm für ein Prüfverfahren für den kritischen DC Strom von REBCO Kompositsupraleitern verwendet, wie es in diesem Dokument beschrieben ist. Das in dieser internationalen Norm beschriebene Prüfverfahren wurde erarbeitet, um eine geeignete technische Grundlage für Ingenieure zu schaffen, die auf dem Gebiet der Supraleitertechnologie arbeiten. Der kritische Strom von Kompositsupraleitern hängt von vielen Variablen ab. Diese Variablen müssen sowohl bei der Prüfung als auch bei der Anwendung dieser Materialien berücksichtigt werden. Umgebungsbedingungen für die Prüfung wie das magnetische Feld, die Temperatur und die relative Orientierung der Probe zum Magnetfeld werden durch die jeweilige Anwendung festgelegt. Die Konfiguration der Prüfung kann durch den jeweiligen Leiter innerhalb bestimmter Toleranzen vorgegeben sein. Das spezifische Kriterium für den kritischen Strom kann durch die jeweilige Anwendung vorgegeben sein. Es kann zweckmäßig sein, mehrere Proben zu messen, wenn Unregelmäßigkeiten bei der Prüfung auftreten. Dieser Teil der internationalen Normenreihe IEC 61788 beschreibt ein Prüfverfahren für die Bestimmung des kritischen DC-Stroms von kurzen und geraden RE- (Rare Earth/seltene Erden) Ba-Cu-O (REBCO) -Supraleitern, die die Form eines flachen Bandes haben. Die Probekörper, die durch dieses Prüfverfahren abgedeckt werden, sollten kürzer als 300 mm sein und einen rechteckigen Querschnitt mit einer Fläche von 0,2 mm2 bis 4,0 mm2 aufweisen. Dies entspricht solchen Bändern, die in der Breite von 1,0 mm bis 12,0 mm und in der Dicke von 0,05 mm bis 0,4 mm variieren. Der kritische Strom eines Kompositsupraleiters muss aus einer Spannungs (U) – Strom (I) - Kennlinie bestimmt werden, die in einem Flüssigstickstoffbad unter konstantem Druck gemessen wurde. Zum Erhalt der U-I-Kennlinie wird ein Gleichstrom an die Supraleiterprobe angelegt und die entlang der Probe generierte Spannung gemessen. Der Strom wird von Null aus erhöht und die entstehende U-I-Kennlinie aufgenommen. Der kritische Strom muss als jener Strom bestimmt werden, bei dem ein bestimmter Wert der elektrischen Feldstärke (elektrisches Feldkriterium, Ec) zwischen den Spannungskontakten auftritt. Dieses Verfahren ist für die Anwendung mit Supraleitern vorgesehen, die einen kritischen Strom kleiner als 300 A und n-Werte größer als 5 unter Standardtestbedingungen aufweisen. Der Probekörper befindet sich während der Prüfung eingetaucht in ein Flüssigstickstoffbad bei fehlendem externem Magnetfeld. Abweichungen von diesem Prüfverfahren, die für Stückprüfungen erlaubt sind, und andere spezielle Einschränkungen werden in dieser Norm angegeben. Es ist vorgesehen, diese internationale Norm IEC 61788-26 „Superconductivity – Part 26: Critical current measurement – DC critical current of RE-Ba-Cu-O composite superconductors“ nach der Ratifizierung als europäische Norm EN 61788-26, als DIN EN IEC 61788-26 (VDE 0390-26) „Supraleitfähigkeit – Teil 26: Messung des kritischen Stroms – Kritischer DC-Strom von RE-Ba-Cu-O - Kompositsupraleitern“ unverändert in das deutsche Normenwerk zu übernehmen.