6ELEKTRO 7/2012Duchovní otec supravodivostiHeike Kamerlingh Onnes (*21. září 1853, Groningen †21. února 1926, Leiden) byl nizozemský fyzik, jehož talent na řešení vědeckých problémů byl zřejmý již od roku 1871, kdy ve svých osmnácti letech získal zlatou medaili v soutěži sponzorované Přírodovědeckou fakultou univerzity v Utrech-tu a rok nato stříbrnou medaili v podobné soutěži na univerzi-tě v Groeningenu. K jeho nej-významnějším objevům patří kryogenní efekt z roku 1911, který v souvislosti s chováním perzistentních (stálých) proudů pozoroval u některých čistých kovů (rtuť, cín a olovo). Tomuto jevu dal název supravodivost.Onnes ve své doktorské práci doká-zal teoreticky i experimentálně, že zná-mý Foucaultův experiment s kyvadlem Heike Kamerlingh Onnes (vle-vo) a L. D. van der Waals u zkapalňovače helialze použít i ke stano-vení rotačního mo-mentu Země. V roce 1881 publikoval člá-nek Allgemeene the-orie der vloeistoffen (Obecná teorie ka-palin), kde tuto teo-rii spojil s kinetickou teorií kapalin využi-tím van der Waalsova zákona korespondují-cích stavů z pohledu mechaniky. Tuto práci lze považovat za začá-tek jeho celoživotního zkoumání vlastnos-tí hmoty za nízkých teplot. Jeho snahy o dosažení co nejniž-ší teploty vyvrcholily v roce 1908 zka-palněním helia. Za výzkum v oblasti níz-kých teplot dostal v roce 1913 Nobelovu cenu za fyziku.Supravodiče versus municipální energetikaI. Supravodivé kabelyStárnoucí a kapacitně nedostatečná ener-getická síť je odborníky považována za jednu z největších překážek restrukturalizace trhu s energií v Evropě. Energetika čelí nejrůzněj-ším tlakům, jako jsou např. trvalý růst zátěže, neplánované přírůstky nových výrobních ka-pacit, rostoucí požadavky na větší spolehlivost, cenová nestabilita v důsledku nových konku-renčních tlaků a legislativních překážek pro situování nových zařízení, především zaříze-ní na hladině zvlášť vysokého napětí. Projek-ty na rozšiřování konvenčních sítí se potýkají s nelehkými problémy, přestože je očividné, že reforma průmyslu nemůže být úspěšná bez in-vestic do modernizace sítí a bez nové přenoso-vé a distribuční kapacity. Nové techniky, kte-ré mohou zvýšit přenosovou kapacitu a flexi-bilitu těchto životně důležitých sítí, stále více přitahují pozornost odborníků. Jednou z vel-mi slibných technik, které by pomohly vyřešit současné i budoucí problémy energetiky, před-stavuje vysokoteplotní supravodič HTS (High Temperature Superconductor). Vysokoteplotní supravodivé kabely používají pásky nebo vodiče vyrobené ze supra-vodivých materiálů jako vodivé prvky. Kera-mické materiály Bi2Sr2Ca2Cu3O10 (BSCCO) s kritickou teplotou 110 K a YBa2Cu3O7 (YBCO) s kritickou teplotou 92 K jsou v sou-časné době komerčně dostupné supravodiče používané ve vysokoteplotních supravodi-vých kabelech. V roce 2001 byl objeven di-borid hořčíku MgB2 – supravodivý materiál s kritickou teplotou 39 K, který je rovněž nyní komerčně dostupný a pro svůj dobrý poměr výkonu k ceně je velmi zajímavý pro aplika-ce s velkými proudy.Architektura vysokoteplotních supravodivých kabelůV supravodivých silových kabelech (obr. 1) jsou vrstvy vysokoteplotních supra-vodivých pásků, které přenášejí výkon, sla-něny okolo duté šablony. Vysokoteplotní supravodivé pásky jsou obklopeny vyso-konapěťovým izolačním materiálem – dielektrikem. 1. silový vysokonapěťový kabel pro stří-davý proudU konstrukce vysokonapěťových kabe-lů na střídavý proud (HVAC kabely) je pře-nášen výkon vnitřními vrstvami vysokotep-lotních supravodi-vých pásků, zatímco vnější vrstvy jsou uzemněny. Ve vněj-ších vrstvách mají proudy stejnou ve-likost, ale jsou in-dukovány v opač-né fázi k vnitřním vrstvám. Tyto indukované proudy zcela eli-minují magnetická pole vnitřních vrstev. Toto představuje jednu z klíčových výhod tzv. studené konstrukce dielektrika. Sku-tečnost, že elektromagnetické pole je obsa-ženo uvnitř supravodivého stínění, přispívá rovněž k významnému snížení induktance kabelu a představuje další důležitou výho-du tohoto kabelu. 2. koncentrický vysokonapěťový kabel pro střídavý proudPro vysokonapěťové aplikace umožňují supravodivé koncentrické kabely maximálně kompaktní konstrukci s nejlepším možným využitím vysokoteplotních supravodivých pásků. Všechny tři fáze a stínění, které jsou vůči sobě odděleny dielektrikem, jsou slaně-ny okolo duté šablony. Tato šablona může být využita jako zpětný kanál pro kapalný dusík. Kompaktní vysokoteplotní supravodivé kabe-ly s koncentrickou konstrukcí jsou schopny přenášet velké objemy výkonu v hustě zalid-něných aglomeracích. Použití napěťové hla-diny vn umožňuje vybudovat takovou síťo-vou architekturu, u které není problém umístit elektrické transformační stanice mimo měst-ské aglomerace. Koncentrické supravodivé kabely nevytváří díky své speciální konstruk-ci žádná vnější magnetická pole. 3. energetické vysokonapěťové kabely pro stejnosměrný proudKonstrukce silových supravodivých vy-sokonapěťových kabelů pro stejnosměrný proud (HVDC kabely) je velmi podobná konstrukci vysokonapěťových kabelů na stří-davý proud. Vnitřní vysokoteplotní supra-vodivé vrstvy jsou odděleny dielektrikem od stínění, které je složené pouze z mědě-ných vodičů. Dvoupólové supravodivé vyso-konapěťové kabely pro stejnosměrný proud umožňují při napěťové hladině až ± 320 kV a přenosovém výkonu 4,5 GW přenášet ob-rovské množství elektrické energie. Navíc zde není omezena délka použitého kabelu v důsledku nabíjecích proudů. Ing. Josef Košťál, redakce ElektroV roce 1911 Dánský fyzik Heike Kamerlingh Onnes (1853–1926) objevil, že elektrický od-por rtuti ochlazené kapalným héliem na teplotu 4,15 K nebo nižší je téměř nulový. Tento efekt, který pozoroval také u jiných kovů, nazval supravodivost.V roce 1986 Johannes Georg Bednorz a Karl Alexander Müller objevili první keramický supravodič (La1,85Ba0,15CuO4) s kritickou teplotou 35 K. Rok nato (1987) byly objeveny další keramické supravodivé materiály, které lze ochlazovat levnějším a běžně dostupným kapalným dusíkem namísto drahého kapalného hélia.