Leden 2007. Téma: Elektrotechnologie; Materiály a komponenty pro elektrotechniku Hybridní automobil Toyota Prius. Aktuální informace z legislativy. Jak utrhnout lokomotivě pastorek. Správná volba napětí žárovky.
Možnosti využití supravodivosti energetice elektrotechnice
Vysokoteplotní supravodiče (HTS) lze využít energetických zařízeních. Další využití rozměrově hmotnostně méně náročného supravodivého zařízení např. týče materiálu 2223, jsou dosud dosažené délky vodičů proudové hustoty (při provozní teplotě okolo 100 kA/cm2. Generátor tak získá příznivější parametry podélné příčné indukčnosti. Zvyšuje tak přípustný přenášený výkon. Střední vrstva přikládá izolantu, přiloží-li němu elektrické napětí. nost), jež lze výhodou využít energetických sítích. Lze nich řídit průtok proudu podobně jako tranzistoru. Vyloučí tudíž nepříjemnosti elektrickým polem okolo kabelu. Tento materiál tedy perspektivní pro přípravu supravodivých kabelů délce pro výrobu transformátorů. Podobně jako kabelů musí běžet chladicí zařízení plný výkon při chodu naprázdno. letech minulého století, jsou bázi soustav yttrium, barium, měď, kyslík (Y-Ba-Cu-O) nebo bázi lanthan, baryum, měď, kyslík (La-Ba-Cu-O), popř. Další aplikací Josephsonova součástka složená tří supravodivých vrstev.
ELEKTRO 1/2007
27
. Supravodivé kabely lze vyrobit koaxiálním provedení, což dovoluje upravit (snížit) jejich indukčnost volbou vhodných rozměrů izolace. Proto reálná možnost vyrábět např. Objev uvedených keramických supravodičů byl významný také tím, srovnání materiály pracujícími při teplotě tekutého helia (Tk 4,25 jsou náklady jejich chlazení pouze Nové keramické supravodiče jsou významné další zásadní vlastností ztrácejí supravodivé vlastnosti při překročení kritic2)
riálů mimořádné zmenšení ztrát. Další nepříznivou skutečností je, při velmi nízkých teplotách klesá rezistance transformátorových plechů, takže rostou ztráty vířivými proudy jádrech transformátorů. Možnosti použití zkratového omezovače proudu Příklad použití Blokové schéma Použitelnost sítích Použitelnost sítích středního napětí vysokého napětí spojovací spínač ano ano
výstupní spínač
ano
ne
přívodní spínač
ano
ano
Generátory transformátory
Generátory supravodivým vinutím lze vyrábět rotorem bez železa bezdrážkovým statorem (vinutí vzduchovou mezerou). intenzita okolního magnetického pole. Snížení indukčnosti vedení omezuje napěťový pokles vlnový odpor, naopak roste kapacita. 2223. Dosavadní rozměrný, těžký drahý staniční transformátor lze nahradit supravodivým transformátorem přímo pohonném vozidle. Například hodnota hodnoty magnetické indukce Bk, popř. Podstatou tzv. bázi bismutu (Bi). Jeho intenzita však závisí vnějších veličinách, jako např.
generátorový spínač
ano
ne
spínač vlastní spotřeby generátoru blokový spínač generátoru
ano
ne
ne
ano
kritické indukce materiálu YBCO 123 materiálu 2223 pouze těchto oxidických materiálech, které pracují při teplotě tekutého dusíku (Tk 77,35 K), elektrický proud protéká bez spádu napětí udržuje supravodivém obvodu téměř libovolně dlouhou dobu jeho intenzita nezmenšuje, jeho energie nepřeměňuje Jouleovo teplo. vinutí supravodivých transformátorů ceněna zejména přenosová výkonová kapacita další provozní vlastnosti (rozměry, účin-
Josephsonův jev (Brian David Josephson, britský fyzik) objev kvantového jevu rozhraní dvou supravodičů; roce 1973 získal Nobelovu cenu teoreticky předpověděné fyzikální vlastnosti proudu. také kritické proudové hustoty jk. Zatím největším problémem však tyto látky „uchladit“ pro dráty pásky velkých délek; ale lze poslední době řešit. vinutí elektrických strojů synchronních generátorů, magnetických akumulátorů, omezovačů proudu apod. umožňovalo přenos výkonu 650 MV·A vzdálenost několika set kilometrů. Supravodiče pro střídavé proudy ale dosud mají zbytkovou rezistanci, takže vinutí vznikají vždy určité ztráty. Větší rozsah přípustného jalového výkonu významný pro spolupráci generátoru ostatními supravodivými zařízeními. Ekonomický přínos supravodivých zařízení vznikne především tam, kde jde eliminaci ztrát, tedy zejména při dlouhodobém odběru proudu sítě. Generátory supravodivým vinutím možné vyrábět pro napětí 110 kV, díky čemuž možné napojit supravodivý kabel 110 bez použití blokového transformátoru. Technické označení těchto nových materiálů YBCO 123, BSCO 2212 nebo krátce 2212, popř. Účinnost běžných velkých transformátorů 99,7 takže supravodivé transformátory kromě rozměrů dosud nemají žádné přednosti. Nejvýznačnější vlastností supravodivých mate-
Tab. Josephsonův kontakt dvě supravodivé vrstvy oddělené velmi tenkou izolační vrstvou. železnici. Takový generátor ohledem kolísání napětí výkonu stabilnější, méně náchylný „kývání“ samobuzení oproti „konvenčnímu“ generátoru výhodnější vlastnosti hlediska jalového magnetizačního kapacitního výkonu. Kvantověfyzikální efekt umožňuje elektronům projít izolátorem, jde tedy průtok proudu. Takovouto součástku lze nejen zapínat vypínat, ale také měnit její elektrické vlastnosti závislosti velikosti napětí.
Přenosové trasy
Mimořádné zmenšení ztrát umožňuje výstavbu přenosových energetických tras větším proudem při nižším napětí (na úroveň středních napětí), tedy přenos vyšších výkonů. Teploty, při nichž skokem mění fyzikální vlastnosti těchto supravodičů, leží 2212 (–181 °C), 2223 110 (–163 °C).téma
Nové keramické supravodiče
Keramické oxidové supravodiče, objevené 80. Nicméně skupina vědců společnosti Lucent Technologies již vyvinula způsob zhotovování řiditelných supravodivých součástek. Zatím však vysoké pořizovací náklady zůstávají nadále problémem. Supravodivý stav rovněž poruší působením silných magnetických polí intenzivních elektrických proudů bez změny teploty rezistivita materiálu obnoví znovu začne platit Ohmův zákon
