25.06.2026 – Das Gemeinschaftsprojekt „CURL380“ forscht an der Technologie für supraleitende Strombegrenzer, um die Leitungsinfrastruktur bei Kurzschlüssen im Höchstspannungsnetz zuverlässig zu schützen.
Immer mehr dezentrale Erzeuger speisen ihren Strom in das rund 37.000 Kilometer lange deutsche Höchstspannungsnetz ein – was im Fehlerfall zu Kurzschlussströmen führen kann, die konventionelle Sicherungsmaßnahmen zunehmend an ihre Belastungsgrenzen bringen und im schlimmsten Fall massive Rückwirkungen auf das gesamte Stromnetz ausüben.
An dieser Stelle setzt das Forschungsvorhaben „CURL380 – Schlüsseltechnologie für supraleitende Strombegrenzer für die Anwendung in Höchstspannungsnetzen von 380 kV“ an, indem es den Einsatz von supraleitenden Strombegrenzern erforscht, wie Prof. Dr. Christof Humpert vom Institut für Elektrische Energietechnik der TH Köln erklärt: „Als Alternative bietet sich der Einsatz supraleitender Materialien an, die mit ihren spezifischen Fähigkeiten Fehlerströme sicher reduzieren können – daher der Name Strombegrenzer“.
Symbolbild: Rifqi / stock.adobe.com (KI-generiert)
Materialeigenschaften versus komplexe Elektronik
Das Herzstück der neuen Technologie bilden sogenannte Hochtemperatur-Supraleiter (HTS), die in Spulen von mehreren Kilometern Länge in flüssigem Stickstoff betrieben werden. Überschreitet die Stromdichte im Fehlerfall einen kritischen Wert, verliert das Material schlagartig seine supraleitende Eigenschaft – ein physikalischer Vorgang, der als „Quench“ bezeichnet wird. Das Bauteil wird normalleitend, baut einen hohen Widerstand auf und reduziert den Kurzschlussstrom um einen gewünschten Betrag. Hierbei basiert die Sicherung nicht auf aufwändiger Elektronik, sondern auf den Eigenschaften des Materials. Nach dem Fehler kühlt der Supraleiter ab, regeneriert sich und soll ohne Materialverschleiß wieder einsatzbereit sein.
Neue Bauteile
Strombegrenzer, die auf dieser Methode basieren, könnten in große Schaltanlagen oder Umspannwerke integriert werden. Ein neuralgischer Punkt sind dabei die Durchführungen, durch die die unter Hochspannung stehenden Leitungen in den stark gekühlten Innenraum des Begrenzers gelangen. Hier setzt ein Teilvorhaben der TH Köln an. Zunächst werden verschiedene Epoxidharz-Materialien mit Blick auf ihre Spannungsfestigkeit sowie die mechanischen Eigenschaften bei sehr geringen Temperaturen untersucht. Zudem werden mehrere Hochspannungsdurchführungen mit unterschiedlich dimensionierten Isolierstrecken aufgebaut, um die Skalierbarkeit der Konstruktion mit steigender Spannungsbelastung zu analysieren. „Die Herausforderung liegt darin, dass diese Bauteile trotz der extremen Temperaturunterschiede zwischen dem Außenraum und dem flüssigen Stickstoff dauerhaft die enormen Spannungen isolieren müssen“, so Humpert weiter.
Im Rahmen des Projekts führt das Forschungsteam zudem Simulationen zur räumlichen Spannungsverteilung durch und untersucht, wie sich Überspannungsimpulse – etwa durch Blitzeinschläge oder Schaltvorgänge im Netz – innerhalb der supraleitenden Spulen ausbreiten. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Isolierung zwischen den aufgewickelten Hochtemperatursupraleitern.
Testkryostat für praxisnahe Forschung
Um die theoretischen Modelle zu validieren, baut das Team an der TH Köln einen Testkryostat auf, der bei vier Metern Höhe und einem Durchmesser von etwa zwei Metern rund 10.000 Liter Flüssigstickstoff enthalten wird. Darin führt das Konsortium die abschließende Prüfung der kryogenen 380 kV Hochspannungsdurchführung durch. „Zudem untersuchen wir die Spannungsfestigkeit von Flüssigstickstoff bei großen Abständen bis circa 70 Zentimeter, um den sicheren Betrieb eines Strombegrenzers im Höchstspannungsnetz zu gewährleisten. Diese Experimente wurden bisher noch nie durchgeführt“, erklärt Humpert.
Über das Projekt
Das Verbundprojekt „CURL380 – Schlüsseltechnologie für supraleitende Strombegrenzer für die Anwendung in Höchstspannungsnetzen von 380 kV“ wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie bis März 2028 mit rund 2,8 Millionen Euro gefördert. Neben der TH Köln sind beteiligt: das Karlsruher Institut für Technologie (Gesamtprojektleitung, Modulentwicklung), die HSP Hochspannungsgeräte GmbH (Durchführung), Siemens Energy (Gesamtsystem) und die Übertragungsnetzbetreiber 50Hertz Transmission GmbH, Amprion GmbH, Tennet TSO GmbH und TransnetBW GmbH (Anwendungsuntersuchung, d. h. die Übertragungsnetzbetreiber zeigen den technischen Bedarf auf und bewerten die Einsatzmöglichkeiten eines künftigen Produktes zur Kurzschlussstrombegrenzung aus dem Forschungsvorhaben). (cp)