|
Prototyp supravodivého transformátoru |
|||
| Transformátory
s měděným vinutím a olejovým chlazením jsou těžké a ekologicky nebezpečné. Navíc,
olej je hořlavý. Transformátory s vinutím z vysokoteplotních supravodičů sice
potřebují chladící médium, kterým je obyčejně kapalný dusík, ale jsou při stejném
výkonu menší, lehčí a mají vyšší účinnost. Kapalný dusík má samozhášecí vlastnosti
a je ekologicky neškodný. Na návrhu supravodivého transformátoru, výrobě funkčního prototypu a jeho zkouškách se podílely: - Škoda Plzeň - Západočeska univerzita v Plzni, elektrotechnická fakulta, - Univerzita Karlova v Praze, matematicko-fyzikální fakulta, katedra vakuové techniky a elektroniky. Ve spolupráci s firmou Škoda Plzeň, FEL ZČU v Plzni a MFF UK v Praze byl navržen a zkonstruován dusíkem chlazený transformátor s vinutím ze BiSrCaCuO supravodiče. Takový transformátor, který neobsahuje žádné neekologické látky, jako je například transformátorový olej, je nehořlavý a má vyšší účinnost, by mohl nahradit trakční transformátory v příměstských vlacích. Výhodné vlastnosti transformátoru prokázala elektrická a kalorimetrická měření. Ta byla udělána i použitím původní velmi citlivé metody měření střídavých ztrát ve vodiči pomocí rychlosti poklesu hladiny chladícího media – kapalného dusíku [1]. |
|||
 |
Jednofázový transformátor byl navržen pro zdánlivý výkon 8 kVA s vinutím z BiSrCaCuO/Ag pásku s kritickým proudem 120 A při 77 K. Primár je pro maximální proud 35 A při napětí 230 V a síťovém kmitočtu 50 Hz. Transformační poměr je 4:1. Železné jádro transformátoru je v kapalném dusíku. Kryostat byl navržen tak, aby bylo možné čerpat dusíkové páry a snížit tak teplotu kapalného dusíku z 77 na 65 K. Tím se zvětší kritický proud supravodivého drátu. | ||
| Druhý prototyp transformátoru má železné jádro na "pokojové" teplotě. Tento transformátor byl navržen transformaci napětí 110 V. Supravodivé vinutí je uloženo v kryostatu s izolací z polyuretanové pěny na laminátové konstrukci plněné feromagnetickými částicemi, které umožňují optimalizaci magnetického pole. 1. Sonda pro měření parametrů zesilovačů v rozsahu teplot od pokojové. V klasických transformátorech s měděným vinutím je proudová hustota 5 až 7 A/mm2 a teplota vinutí 105 až 175°C. Celkové ztráty v těchto transformátorech jsou okolo 10% příkonu. Jako izolační medium se používá olej, který je hořlavý a neekologický. Naproti tomu v současných supravodivých transformátorech je proudová hustota (kritická) okolo 100 A/mm2, tj. dvacetkrát vyšší, při provozní teplotě -196°C (77 K). Výhledově se má tato hustota zvýšit na 250 A/mm2, tj. padesátinásobek proudové hustoty v mědi. Díky této vysoké proudové hustotě je celková váha a rozměry supravodivého transformátoru téměř poloviční ve srovnání s klasickým. Elektrické ztráty jsou jenom desetinou nebo dokonce dvacetinou ztrát v klasickém transformátoru. Celkové úspory elektrické energie a nižší investiční náklady hovoří jasně ve prospěch nových technologií – supravodivých transformátorů. Další výhody supravodivých transformátorů jsou: (i) Případné přetížení transformátoru neomezuje jeho životnost tepelným poškozením. (ii) Izolačním médiem je kapalný dusík, který narozdíl od oleje používaného v klasických transformátorech nepředstavuje nebezpečí ohně nebo možnosti poškození životního prostředí. (iii) Velmi malá vnitřní impedance bez ztráty zachování si vlastní ochrany proti zkratovým proudům. (iv) Lepší regulace napětí a kvalita sítě. Supravodivé transformátory dnes mají účinnost (včetně chlazení) až 99,1%. U těchto transformátorů je chladící lázeň kapalného dusíku podchlazena na 66 K. Výhodou podchlazení je vyšší kritický proud než při 77 K. Jednou z typických aplikací jsou 1 MVA trakční transformátory pro vozové jednotky příměstské dopravy. Převzato z přednášky při udělení Nobelovy ceny. | |||
Literatura:
|
|||