Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 6/2017 vyšlo
tiskem 7. 6. 2017. V elektronické verzi na webu od 26. 6. 2017. 

Zdůrazněné téma: Točivé el. stroje; Pohony a výkonová elektronika; Měniče frekvence; Elektromobilita

Hlavní článek
Použití programovatelných logických obvodů v elektrických pohonech
Stejnosměrné elektrické stroje s permanentními magnety

Aktuality

Startuje hlasování veřejnosti o vítězích 9. ročníku ekologické soutěže E.ON Energy Globe V Praze byly 20. 6. 2017 slavnostně představeny nominované projekty 9. ročníku prestižní…

Nejnovější monopost týmu ČVUT eForce FEE Prague Formula se představil na Václavském náměstí Dne 16. června se v dolní části Václavského náměstí prezentoval tým Fakulty…

IQRF Summit 2017 svědkem reálných IoT aplikací Akce zaměřená na reálná řešení v oblasti chytrých měst, budov, domácností, transportu,…

Konference Internet a Technologie 17 Sdružení CZ.NIC, správce české národní domény, si Vás dovoluje pozvat na již tradiční…

Alza.cz se chystá revolučně ovlivnit prodej elektromobilů Jako první e-shop je totiž zalistuje do své stálé nabídky. První upoutávkou na tento…

Projekt studentů FEL ČVUT v Praze míří na celosvětové finále Microsoft Imagine Studentský startup XGLU, zabývající se vývojem bezbateriového glukometru, vybojoval…

Více aktualit

Supravodivost (1)

číslo 12/2005

Supravodivost (1)

prof. Václav Černý

1. Úvod

Až do roku 1980 byly známy pouze materiály, které pro supravodivý provoz vyžadovaly velmi nízké teploty a musely být chlazeny tekutým heliem nebo dusíkem. Teplota kapalného helia je 4,1 K a označuje se LHe (Liquid Helium). Teplota kapalného dusíku je 77 K a označuje se LN2 (Liquid Nitrogen). Teplota, při které k supravodivému jevu u jednotlivých materiálů dochází, se označuje jako kritická teplota TC. Při této teplotě klesá elektrický odpor (rezistance) materiálu téměř na nulu. Při překročení hodnoty kritické magnetické indukce BC nebo při překročení určité hodnoty kritické hustoty proudu JC supravodič přechází do normálního rezistivního režimu. Tyto tři parametry, vyznačené na příslušných osách, vymezují tzv. kritický povrch, oddělující supravodivou oblast S s kritickými parametry TC, BC a JC od oblasti normální N (obr. 1). V tab. 1 jsou uvedeny kritické hodnoty TC některých materiálů.

Tab. 1. Kritické hodnoty některých supravodivých materiálů

Materiál

Al

Hg

Sn

Tc

Nb

V

NbTi

Nb3Sn

YBa2Cu3O7

Ba2YCu4O8

Tc (K)

1,17

4,15

3,72

7,8

9,3

5,4

10,6

18

90

100

Obr. 1. Kritický povrch oddělující supravodivou oblast S s krit. parametry TC, BC, JC od oblasti normální N
Obr. 5. Supravodivý lanovaný vodič SSC GEC ALSTHOM
Obr. 6. Supravodivý kabel Nb3Sn firmy GEC ALSTHOM

Obr. 1. Obr. 5. Obr. 6.

Důležitým mezníkem se stal objev tzv. vysokoteplotních supravodičů. V roce 1986 objevili J. G. Bendorz a K. A. Müller ze švýcarských laboratoří IBM keramickou sloučeninu LaBa2Cu3O7, která vykazovala supravodivost při teplotě 30 K. Ve stejném roce další badatelé M. K. Wu a C. W. Chu objevili sloučeninu YBa2Cu3O7, která do supravodivého stavu přecházela při teplotě 93 K, tedy při teplotě vyšší než bod varu dusíku (77,3 K při tlaku 0,1013 MPa). Tím se stalo chlazení podstatně spolehlivější, účinnější a především levnější. Dusík je zatím k dispozici v neomezeném množství, životnímu prostředí neškodí, jeho zkapalňování je levné a jako chladicí médium i hasicí prostředek je pro energetiku velmi vhodný.

Obr. 2.

Obr. 2. Krystalická struktura sloučeniny Ba2YCu4O8 (černé kuličky představují molekuly kyslíku)

Pro aplikace v praxi v energetice bylo vyvinuto a ověřeno několik supravodivých materiálů. Jsou to např. sloučeniny bismut-stroncium-vápník-oxid mědi (BSCCO) a sloučeniny ytrium-barium-oxid mědi (YBCO – např. sloučenina Ba2YCu4O8, jejíž kritická teplota TC = 100 K). Krystalická struktura sloučeniny Ba2YCu4O8 je na obr. 2.

Supravodivý vodič ze stříbrného pásku (obr. 3), který má uvnitř ve třech vrstvách uložena jádra bismutového typu 2223BPSCCO, vykazuje supravodivost při 110 K. Tento materiál má dobrou zpracovatelnost při velkých délkách, což je podmínkou jeho využití u vinutí a kabelů.

Důležitým parametrem je dovolená proudová hustota, která je u současných materiálů v rozmezí 10 až 40 kA/cm2 při teplotě 77 K. Cílové hodnoty byly stanoveny především s ohledem na hospodárnost v rozmezí 60 až 100 kA/cm2 při délkách několika stovek metrů.

Obr. 3.
Obr. 4.

Obr. 3. Průřez devatenáctivláknového pásku Bi-2223 potaženého stříbrem
Obr. 4. Supravodivý lanovavý vodič NbTi firmy GEC ALSTHOM

2. Supravodivé kabely

Při srovnání s komerčními měděnými kabely je možné supravodivými kabely přenášet až pětkrát větší výkon s podstatně menšími elektrickými ztrátami. Je tak možné snížit napětí sítě ze 440 na 110 kV a přenášet i při tomto sníženém napětí výkon až 1 000 MV·A. Nicméně v důsledku přídavných nákladů na chlazení supravodivých kabelů je přenos rentabilní jen při plném zatížení, protože chlazení musí běžet stále na plný výkon, přestože je přenášený výkon menší. Na obr. 4 je supravodivý lanovaný vodič NbTi firmy GEC ALSTHOM, který je tvořen čtyřiceti prameny o průměru 0,84 mm, jednotlivé vláknové vodiče mají průměr 5 µm. Na obr. 5 je supravodivý lanovaný vodič SSC GEC ALSTHOM, jehož vnější průměr je 0,648 mm, průměr vláken 6 µm, kritický proud IC > 286 A, kritická indukce BC = 5,6 T, kritická teplota TC = 4,2 K. Na obr. 6 je supravodivý kabel Nb3Sn firmy GEC ALSTHOM v měděné matrici, jehož vnější průměr je 0,765 mm ±5 µm, kritická proudová hustota JC = 635 ±10 % A·mm–2, BC = 12 T, TC = 4,2 K, ztráty v supravodivé části činí 440 mJ·cm–3.

(pokračování)