Neustále rostoucí počet elektráren využívajících obnovitelné zdroje znamená pozitivní trend pro životní prostředí. Na druhou stranu však větší množství elektráren, poskytujících oproti těm konvenčním až o několik řádů nižší výkon, klade značné nároky na rozvodné sítě. Kvůli decentralizaci zdrojů a jejich nestabilnímu výkonu musí síť čelit podstatně větším výkyvům, než v případě produkce elektřiny několika velkými elektrárnami, jež mají jasně definovaný výstup. K nejzávažnějším poruchám, které jsou s nestabilitou v síti spojeny, pak patří tzv. zkratové proudy.
Ztrátové a ještě pomalé?
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 bude poměrně rychlé, řádově do několika stovek milisekund, způsobuje však výrazné tepelné i mechanické namáhání všech prvků v síti, což významně negativně ovlivňuje jejich životnost.
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
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. Mnohem závažnější ale budou docela 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 1 100 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, takže vědci tuto technologii zkoumají již několik desetiletí.
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.
Propojení technologií
Smysl supravodivého omezovače zkratových proudů spočívá v tom, že materiál bude 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 zhruba jen poloviční.
Zdroj: Siemens
Komentáře
smysl tohoto článku?
Nějak nechápu smysl tohoto článku. V prvním odstavci autor píše o výkyvech v energetické síti. Nezmiňuje se o jaké výkyvy se jedná? Jestli jsou to výkyvy toku činného, jalového výkonu popř. napětí a na jaké napěťové hladině se to má kývat. Předpokládám,že když dochází k výkyvům výše uvedených veličin, tak jen v určitém rozmezí dovolených provozních stavů elektrické sítě.
Ve druhém odstavci už autor píše už o něčem jiném o zkratovém ději v el. síti. Proč takový skok jinam? Osoba znalá problematiky si pomyslí,že to je článek asi nekonzistentního obsahu.
Domnívám se,že obsah věty: "....Klasický způsob mírnění účinků zkratového proudu spočívá v instalaci dalších síťových prvků, například tlumivek či transformátorů s vysokou reaktancí..." nepopisuje situaci v české el. síti.
V české el. síti se zkratové proudy sice omezují v některých případech, ale povětšinou je el. zařízení dimenzováno na to, aby vydrželo jak jednofázové, tak i třífázové zkraty s ohledem na možné oteplení vyhřátí vodičů a jejich spojů a také na dynamické síly působící na el. zařízení v době zkratu. Pokud toto el. zařízení je odpojeno od zdroje napájení v dostatečně krátkém čase pomocí různých ochranných přístrojů už na moderní bázi (elektronické ochrany), pak toto el. zařízení může sloužit v provozu desítky let bez větších dalších drahých modernizačních akcí.