Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 2/2017 vyšlo
tiskem 17. 2. 2017. V elektronické verzi na webu od 10. 3. 2017. 

Téma: Elektrické přístroje – spínací, jisticí, ochranné a signalizační; Přístroje pro inteligentní sítě

Hlavní článek
Atypický návrh výkonového stejnosměrného zdroje se středofrekvenčním transformátorovým filtrem rušivého napětí

Aktuality

Veletrh Věda Výzkum Inovace 2017 zahájí místopředseda vlády Pavel Bělobrádek Letošní ročník Veletrhu Věda Výzkum Inovace zahájí na brněnském výstavišti 28. února 2017…

Chytré lampy PRE potvrdily zhoršenou smogovou situaci v Praze Chytré lampy PRE potvrdily v rámci svého pilotního provozu, že v Holešovicích a…

Jak se bydlí v pasivních domech, řeknou jejich majitelé na veletrhu FOR PASIV Další ročník veletrhu FOR PASIV, který je zaměřený na projektování a výstavbu…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze představí zájemcům o studium moderní techniku i její historii Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá v pátek 20. ledna od 8.30 hodin první…

Loňská výroba Temelína by stačila k pokrytí téměř roční spotřeby českých domácností Přesně 12,1 terawatthodin elektřiny (TWh) loni vyrobila Jaderná elektrárna Temelín. Je to…

Osmý ročník Robosoutěže Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze ovládli studenti Gymnázia Zlín V pátek 16. prosince se v Zengerově posluchárně Fakulty elektrotechnické ČVUT na Karlově…

Více aktualit

Supravodivost (2)

číslo 1/2006

Supravodivost (2)

prof. Václav Černý

O supravodivém přenosu se uvažuje i na krátké vzdálenosti, a to pro úsporu místa. Například Tokio má astronomicky vysokou hustotu spotřeby energie na čtvereční kilometr a rok – asi 90 GW·h/(km2·a). Při této hustotě výkonu jsou neúměrně vysoké tepelné ztráty běžných zemních kabelů.

Obr. 7.

Obr. 7. Model supravodivého rotoru firmy GEC Alsthom, navržený pro turbogenerátor 1 200 MW, 3 000 min–1

První projekt supravodivého městského rozvodu byl realizován v roce 2001 v Detroitu v USA. Tři olejové kabely byly na úseku asi 100 m nahrazeny jedním supravodivým kabelem. Cílem tohoto projektu však nejsou energetické úspory – má pouze studijní význam. Ověřuje se mj. i vliv náhlých zkratů (při nich prudce vzroste hustota proudu J) na stabilitu přenosu.

3. Supravodivé transformátory

Supravodivé transformátory jsou na rozdíl od kabelů kompaktní a lze je uzavřít do kryostatu (zařízení, v němž se udržuje nízká konstantní teplota).

V laboratořích Marcoussis (Grenoble, Francie) byl sestaven model jednofázového transformátoru 220 kV·A, 50 Hz. Ve srovnání s běžným transformátorem byla jeho hmotnost asi poloviční a účinnost o něco vyšší.

Tab. 2. Základní parametry ultralehkého synchronního supravodivého stroje

Parametr

Hodnota

jmenovitý výkon

20 MW

počet pólů

4

otáčky

6 000 min–1

frekvence

200 Hz

napětí

29,6 kV

synchronní reaktance

56 %

přechodová reaktance

26 %

ekvivalentní účiník

0,86

účinnost

0,93

hmotnost rotoru

395 kg

hmotnost statoru

395 kg

vnější průměr statoru

0,6 m

vnější průměr rotoru

0,458 m

Supravodiče pro střídavé proudy vykazují určitou zbytkovou rezistanci, a proto ve vinutí vznikají ztráty. Další nepříznivou skutečností je, že při velmi nízkých teplotách klesá i rezistance transformátorových plechů, a tím rostou ztráty vířivými proudy v jádrech transformátorů. Podobně jako u kabelů musí chladicí zařízení pracovat na plný výkon i při chodu naprázdno. Účinnost běžných velkých transformátorů je až 99,7 %, takže supravodivé transformátory v tomto ohledu dosud nemají žádné přednosti.

4. Supravodivé točivé stroje

Použití supravodičů u elektrických strojů bylo od začátku omezeno na části, kterými protéká pouze stejnosměrný proud. Na vývoji supravodičů vhodných i pro střídavé stroje asi od roku 1970 pracovali odborníci v mnoha výzkumných centrech v USA, SSSR, Číně, Francii a Německu.

Pro speciální letecké a kosmické účely v USA v roce 1979 zkonstruovali ultralehký synchronní supravodivý stroj, který při výkonu 20 MW měl hmotnost pouze 800 kg a zaujímal objem zhruba 1 m3 (základní parametry jsou uvedeny v tab. 2).

V roce 1991 byly v časopise IEEE Trans. on Magnetics zveřejněny informace o testování pokusného supravodivého synchronního stroje v laboratořích Alsthom a Mercoussis. Tento stroj měl jmenovitý výkon 18,5 kV·A, jmenovité otáčky 3 000 min–1, napětí 220/380 V a elektrickou účinnost 0,97. Rotor a stator byly chlazeny dvěma nezávislými heliovými obvody, které byly potrubím propojeny se zkapalňovací centrálou laboratoře.

Turboalternátory se supravodivým stejnosměrným budicím vinutím jsou prozatím nejrozšířenější stroje, u kterých se supravodivost úspěšně uplatňuje. Jejich použití je výhodné pro výkony nad 1 000 MW, kdy je vyšší účinnost a příznivější poměr ceny k výkonu.

Obr. 8.

Obr. 8. Laboratorní pracoviště se zkoušeným supravodivým strojem Siemens 400 kW

Na obr. 7 je model supravodivého rotoru navržený pro turbogenerátor 1 200 MW, 3 000 min–1. Průměr rotoru je 1 m, celková délka 13 m, celková hmotnost 15 t, budicí proud 5 kA. Ve srovnání s konvenčním rotorem je výkon na jednotku objemu dvojnásobný a ztráty poloviční.

Supravodivý synchronní stroj o výkonu 400 kW (obr. 8), u kterého byly použity vysokoteplotní supravodiče, testuje od roku 2001 firma Siemens v laboratořích v Erlangenu.

Použité vysokoteplotní vláknové keramické supravodiče o tloušťce několika mikronů vykazují supravodivost již při teplotě kapalného vzduchu (teplota varu 80,16 K, kritická teplota 126,16 K). Vlákna jsou uložena ve stříbrné matrici a chlazena na teplotu 33 K. Pro chlazení se používá neon. Chladicí kompresorový agregát je prostorově menší než např. běžná pračka. Do rotoru se kapalný neon přivádí dutou hřídelí. Proudová hustota v supravodivém vinutí je 75 A·mm–2 (u běžného měděného vodiče je proudová hustota 4 až 8 A·mm–2). Ve srovnání s běžnými motory stejné velikosti má tento supravodivý motor dvojnásobný výkon a poloviční ztráty. Poslední úpravy umožnily provozovat tento stroj s běžnými měniči frekvence.

Supravodivé stroje se zvláště uplatní v místech s omezeným prostorem (např. na lodích nebo ropných těžebních věžích na volném moři). Tyto stroje mohou také bez převodů pracovat s vysokootáčkovými plynovými turbínami nebo s pomaloběžnými větrnými motory.

(pokračování)