Ledová ochrana proti zkratům

Masivní ztráty na úkor stability

Ke vzniku zkratového proudu dochází v okamžicích, kdy velikost proudu v síti výrazně překročí hodnotu, na kterou je vedení koncipováno (tzv. jmenovitý proud). Takové zvýšení proudu je poměrně rychlé (řádově do několika stovek milisekund), způsobuje však výrazné tepelné i mechanické namáhání všech prvků v síti, což významně negativně ovlivňuje jejich životnost.

Klasický způsob mírnění účinků zkratového proudu spočívá v instalaci dalších síťových prvků, například tlumivek či transformátorů s vysokou reaktancí. Toto řešení má však řadu nevýhod. Jednou z nich je například relativně dlouhá reakční doba na vzniklý zkrat. Podstatně závažnější jsou poměrně velké ztráty, které na těchto součástkách vznikají, jelikož z tohoto pohledu působí v podstatě jako další spotřebiče. Celosvětově je takovýchto omezovačů zkratových proudů v provozu odhadem kolem 44.000, což v součtu představuje ztrátový výkon 1100 MW (pro srovnání jde přibližně o stejný výkon, jako má jeden reaktor elektrárny Temelín).

Čím chladnější, tím lepší

Ideální omezovač zkratových proudů by měl výše zmíněné neduhy co nejvíce eliminovat – tedy nezanášet do sítě žádné nadbytečné ztráty a reagovat na vznik zkratu okamžitě. Takových vlastností pravděpodobně nikdy žádné zařízení nedosáhne, ale s využitím supravodivosti lze zkratové proudy krotit podstatně efektivněji, což umožňuje alespoň částečné přiblížení k ideálu. Supravodiče jsou obecně materiály, jejichž vnitřní struktura klade pohybujícímu se proudu elektronů jen minimální, až téměř nulový odpor. Zpravidla je toho dosahováno prostým ochlazením vodivého materiálu, čímž dojde k omezení tepelného pohybu částic materiálu, a tím pádem i ke snazšímu pohybu elektronů (tedy i ke snížení odporu). Háček spočívá v tom, že teplota, na kterou je třeba materiál ochladit, aby začal mít supravodivé vlastnosti, dosahuje extrémně nízkých hodnot. Vidina téměř nulového odporu je však pro použití v omezovačích zkratového proudu velmi lákavá. Tuto technologii proto vědci zkoumají již několik desetiletí a konstruktéři společnosti Siemens nejsou v tomto ohledu nijak pozadu.

Propojení technologií

Smysl supravodivého omezovače zkratových proudů spočívá v tom, že materiál je supravodivý jen pro proud do určité kritické hodnoty. V normálním stavu tak nevnáší do sítě prakticky žádný zbytečný odpor. V okamžiku výskytu zkratu, kdy hodnota proudu překročí určitou kritickou hodnotu, materiál přestane být supravodivý a začne se chovat jako rezistor, který začíná klást proudu odpor. Prototyp vyvíjený inženýry společnosti Siemens je navíc doplněn o sériově zapojený prvek s vysokou reaktancí, do nějž je zkratový proud následně přesměrován. Díky tomu může být supravodivý prvek znovu rychle zchlazen a je tak během okamžiku připraven čelit dalšímu zkratu. Ačkoliv je omezovač nutno chladit na teplotu kapalného dusíku (-196 °C), jeho vysoká efektivita kompenzuje náklady na chlazení. Ve srovnání s klasickými omezovači jsou totiž jeho ztráty jen zhruba poloviční.

Obrázky - popisek:

Supravodivý omezovač zkratového proudu vyvíjený konstruktéry společnosti Siemens bude testován po dobu jednoho roku, kdy bude čelit nárazově výkonům až 15 MW. Na snímku je jedna z fází konstrukce zařízení, výroba supravodivých cívek.

Supravodivost patří mezi nejintenzivněji zkoumané jevy současné fyziky a uplatňuje se v technologiích, které ještě před pouhými pár lety působily jako sci-fi. Kromě výše zmíněných omezovačů jde například o technologii levitujících vlaků (zkráceně maglevy), magnetickou rezonanci či vybavení urychlovače LHC v CERNu.

Připojte se k nám na Facebooku: www.facebook.com/SiemensCZ 

Ve výzkumných laboratořích společnosti Siemens celosvětově pracuje 28.800 zaměstnanců, kteří pracují na nových řešeních pro oblast energetiky, průmyslu a zdravotnictví. Celkové investice v obchodním roce 2014 v této oblasti dosáhly 4,1 miliardy eur. Výsledkem je 8600 nových vynálezů (tedy 39 každý pracovní den). Více informací o výzkumu a vývoji naleznete na http://www.siemens.cz/inovace.

Siemens Česká republika

Siemens patří mezi největší elektrotechnické firmy v České republice.  Již 125 let je Siemens nedílnou součástí českého průmyslu a zárukou moderních a inovativních technologií. S počtem 9,2 tisíce zaměstnanců se řadí mezi největší zaměstnavatele v Česku. Své technologie, produkty a služby dodává zákazníkům ze soukromého i státního sektoru v oblasti energetiky, zdravotnictví, průmyslové a veřejné infrastruktury a informačních technologií. Skupina podniků Siemens v České republice vykázala v obchodním roce 2014 obrat 34,9 miliard Kč. Více informací naleznete na http://www.siemens.cz.

Koncern Siemens AG

Skupina Siemens Česká republika je součástí globálního elektrotechnického koncernu Siemens AG, který je přes 165 let synonymem pro špičkové technologie, inovace, kvalitu, spolehlivost a celosvětového působení. Společnost působí ve více jak 200 zemích a své aktivity rozvíjí zejména v oblastech elektrifikace, automatizace a digitalizace.  Siemens AG patří k největším poskytovatelům technologií šetrných k životnímu prostředí. Siemens je jedničkou na trhu v instalaci offshore větrných elektráren, patří mezi hlavní dodavatele pro paroplynové zdroje a technologie pro přenos energie, je průkopníkem v oblasti řešení pro veřejnou infrastrukturu, průmyslovou automatizací a softwarová řešení.  Společnost je také předním dodavatelem zdravotnických zobrazovacích zařízení a technologií pro laboratorní diagnostiku. Ve finančním roce 2014, který skončil 30. září 2014, dosáhl Siemens obratu 71,9 miliard EUR s čistým ziskem 5,5 miliard EUR a zaměstnával 357 tisíc zaměstnanců po celém světě. Více informací naleznete na http://www.siemens.com.

Partneři rubriky Rozvody energií:

Autor

• (red)