Abstract
Based on the design of the heat exchanger of the 23 kA current lead for the POLO model coil, a current lead whose conductor is made of phosphorous deoxidized copper has been optimized for an nominal current of 50 kA. The stand-by (zero current operation) losses have been calculated to be 52% of the nominal ones. The transient behaviour of the lead in case of a coolant loss at 50 kA has been investigated as well as its behaviour at 70 kA for a short time of 30 s. The conclusion is that for the 70 kA case the temperature at the bottom end of the heat exchanger stays below 6 K if the heat capacity of the helium flow has been taken into account. The loss of helium mass flow and a consecutive dump of the coil with a time constant of 3 s results in a fast rise of the cold end temperature either by using the heat capacity of the stagnant helium or not. These results led to the decision to study the behaviour of a current lead with a smaller conductor cross section as well as the effect of a longer part of the heat exchanger
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Friesinger, G, Heller, R, Katheder, H, and Zahn, G.
Numerical study for a 50 kA current lead for the NET model coil test in TOSKA-upgrade.
Germany: N. p.,
1991.
Web.
Friesinger, G, Heller, R, Katheder, H, & Zahn, G.
Numerical study for a 50 kA current lead for the NET model coil test in TOSKA-upgrade.
Germany.
Friesinger, G, Heller, R, Katheder, H, and Zahn, G.
1991.
"Numerical study for a 50 kA current lead for the NET model coil test in TOSKA-upgrade."
Germany.
@misc{etde_10129187,
title = {Numerical study for a 50 kA current lead for the NET model coil test in TOSKA-upgrade}
author = {Friesinger, G, Heller, R, Katheder, H, and Zahn, G}
abstractNote = {Based on the design of the heat exchanger of the 23 kA current lead for the POLO model coil, a current lead whose conductor is made of phosphorous deoxidized copper has been optimized for an nominal current of 50 kA. The stand-by (zero current operation) losses have been calculated to be 52% of the nominal ones. The transient behaviour of the lead in case of a coolant loss at 50 kA has been investigated as well as its behaviour at 70 kA for a short time of 30 s. The conclusion is that for the 70 kA case the temperature at the bottom end of the heat exchanger stays below 6 K if the heat capacity of the helium flow has been taken into account. The loss of helium mass flow and a consecutive dump of the coil with a time constant of 3 s results in a fast rise of the cold end temperature either by using the heat capacity of the stagnant helium or not. These results led to the decision to study the behaviour of a current lead with a smaller conductor cross section as well as the effect of a longer part of the heat exchanger equipped with Nb{sub 3}Sn superconductor. This piece looks like a special superconducting connector bar. The results for the current lead with twice the current density and half the length are that the mass flow rate at nominal current increases by two to three percents whereas the one at zero current decreases only by six percents. If adding the conducting part equipped with superconductors, the stand-by mass flow rate decreases to 27% of the nominal flow rate. In addition, the loss of helium mass flow leads to no increase of the bottom end temperature. (orig.). [Deutsch] Basierend auf dem Waermetauscherkonzept fuer die 23 kA Stromzufuehrung fuer die POLO Modellspule wurde eine Stromzufuehrung fuer einen Nominalstrom von 50 kA optimiert, die aus SF-Kupfer besteht. Die Leerlaufverluste (ohne Strom) berechneten sich zu 52% bezogen auf die Verluste bei 50 kA. Das transiente Verhalten im Falle eines Kuehlmittelverlustes sowohl bei 50 kA als auch das Verhalten bei 70 kA fuer eine Dauer von 30 s wurden untersucht. Es zeigt sich fuer den 70 kA Ueberlastfall, dass die Temperatur am unteren Ende unter 6 K bleibt, wenn man die Waermekapazitaet des stagnierenden Heliums beruecksichtigt. Im Fall des Kuehlmittelverlusts und einer sich anschliessenden Schnellentladung der Spule mit einer Entladezeitkonstanten von 3 s ergibt sich ein schneller Temperaturanstieg am unteren Ende des Waermetauschers. Diese Ergebnisse fuehrten zur Entscheidung, eine Stromzufuehrung mit halbem Kupferquerschnitt zu untersuchen. Es zeigt sich aber, dass der Massenstrom im Leerlauffall nur marginal reduziert wird (6%), waehrend der beim Nominalstrom unwesentlich hoeher ist. Erst wenn man den Kupferleiter verlaengert und Nb{sub 3}Sn Supraleiter parallel anordnet, verringert sich der Massenstrom im Leerlauffall auf 27% des Nominalwertes. Hinzu kommt, dass der Kuehlmittelverlust nicht zu einem Anstieg der Temperatur am unteren Ende fuehrt. (orig.).}
place = {Germany}
year = {1991}
month = {Oct}
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title = {Numerical study for a 50 kA current lead for the NET model coil test in TOSKA-upgrade}
author = {Friesinger, G, Heller, R, Katheder, H, and Zahn, G}
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