Szupravezetk mszaki alkalmazsai Balzs Zoltn Fiskolai adjunktus BMF
Szupravezetők műszaki alkalmazásai Balázs Zoltán Főiskolai adjunktus BMF. Mikroelektronika Intézet
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Néhány szupravezető anyag kritikus hőmérséklete 1 -es típusú szupravezetők TC n Szén* 15 K n Ólom 7, 2 K n Lantán 4, 9 K n Higany 4, 15 K n Alumínium 1, 175 K n Cink 0, 85 K n Uránium 0, 2 K n Platina 0, 0019 K elemek
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Néhány szupravezető anyag kritikus hőmérséklete 2 -es típusú szupravezetők 1. csoport/ elemek TC n Nióbium 9, 25 K n Technécium 7, 8 K n Vanádium 5, 4 K
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Néhány szupravezető anyag kritikus hőmérséklete 2 -es típusú szupravezetők TC n Nb 3 Ge 23, 2 K n Nb 3 Si 19 K n Nb 3 Sn 18, 1 K n Nb 3 Al 18 K n V 3 Si 17, 1 K n Ta 3 Pb 17 K n V 3 Ga 16, 8 K 2. csoport
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Néhány szupravezető anyag kritikus hőmérséklete 2 -es típusú szupravezetők 3. csoport/kerámiák TC n Hg 0, 8 Tl 0, 2 Ba 2 Cu 3 O 8, 33 138 K n Hg. Ba 2 Cu 3 O 8 133 K n Hg. Ba 2 Ca 3 Cu 4 O 10 125 K n Tl 2 Ba 2 Cu 3 O 10 127 K n Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 110 K n YBa 2 Cu 3 O 7 93 K n Y 2 Ba 4 Cu 7 O 15 93 K
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Nagyteljesítményű szupravezető vezetékek és kábelek. Történeti visszatekintés: - 1992. elkészült az első 500 A-es 1 m hosszúságú HTS kábel (HTS - high-temperature superconductivity) - 1994. elkészült az első 4200 A-es 1 m hosszúságú kábel - 1998. megkötik az első szerződést kábel telepítésre - 2000. febr. 18. Üzembe helyezik az első 3 fázisú 12, 5 k. V-os 1250 A-es távvezetéket 30 m-es hosszon.
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Nagyteljesítményű szupravezető vezetékek és kábelek. n Szupravezető kábelek alkalmazásának lehetséges előnyei: - az energia átvitel során az elektromos veszteségek nullára csökkennek. - az egyéb veszteségek nagyon kicsik. - a régi, már kiépített kábelcsatornák alkalmasak a HTS kábelek befogadására, nem szükséges új szolgalmi jogok megszerzése. - az ugyanolyan méretű hagyományos kábelhez képest három-ötszörös teljesítmény átvitelére képes. - helyettesíti a felszíni szabadvezetékes hálózatot, ha azt környezetvédelmi vagy egyéb okok miatt tilos kiépíteni. - növeli a közüzemi hálózatok rugalmasságát. - hosszútávon csökkenti az elektromos energia árát.
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Nagyteljesítményű szupravezető vezetékek és kábelek. o A HTS vezetékek tipikus szerkezeti felépítése: - sokrostú (sokszálú) összetett szerkezet, a jelenleg általánosan gyártott vezetékszerkezet. - vastagfilm szerkezet, előreláthatóan a jövő vezetékszerkezete
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Nagyteljesítményű szupravezető vezetékek és kábelek o Sokrostú (sokszálú) összetett vezetékszerkezet gyártása: OPIT – Oxid Powder In Tube- gyártási technológia lépései: - oxidokat tartalmazó alapanyagok keverése - nagyon finom porrá (púder) őrlése - az előkészített alapanyag por ezüstcsőbe töltése /felső ábra/ - a púderrel töltött ezüstcső extrudá lása /alsó ábra/
A szupravezetők műszaki alkalmazásai o Sokrostú (sokszálú) összetett vezetékszerkezet gyártása: - Meghatározott számú egyerű vezeték összefogása egy csomagba - A vezetékcsomag ezüstcsőbe helyezése /bal oldali ábra/ - egyszeri vagy többszöri extrudálással a kívánt keresztmetszet kialakítása /jobb oldali ábra/
A szupravezetők műszaki alkalmazásai o Sokrostú (sokszálú) összetett vezetékszerkezet gyártása: - hengerléssel négyszög keresztmetszetű vezeték szalag létrehozása /felső ábra/ - Hőkezelés 800 – 900 °C-on. Ezen a hőmérsékleten alakul át az alapanyag szupravezető kerámiává. /alsó ábra/ Az „MP” (metal powder) gyártási technológia esetén az alapanyagpor csak a fémeket tartalmazza. A kerámiához szükséges oxigént a hőkezelés alatt diffúzióval viszik be.
A szupravezetők műszaki alkalmazásai o Vastagfilm szerkezetű HTS /YBCO bevonatú/ vezeték gyártása: - Extrudálással és henger léssel kialakítják a vezeték hordozó szalagját - A fenti műveletek során átalakult kristályszerke zetet hőkezeléssel újra kristályosítják a kívánt szerkezetre. /felső ábra/ - Oxidréteget hoznak létre a flexibilis hordozórétegen /alsó ábra/
A szupravezetők műszaki alkalmazásai o Vastagfilm szerkezetű HTS vezeték gyártása: - a szupravezető alapanyag felvitele a hordozóra /felső ábra/ - Hőkezeléssel a kívánt kristályszerkezet kiala kítása valamint az oxi dációs folyamat végig vitele. /alsó ábra/
A szupravezetők műszaki alkalmazásai o Vastagfilm szerkezetű HTS vezeték gyártása: - A szupravezető szalag méretre darabolása. Az YBCO technológiával gyártott szupravezető vezetékek jelenleg csak laboratóriumi felhasználásra készülnek. Ezen vezetékek igen nagy áramok átvitelére alkalmasak, de a jelenlegi technikával csak rövid vezetékdarabok gyárthatók.
A szupravezetők műszaki alkalmazásai A magas hőmérsékletű szupravezető kábel belső kialakítása:
A szupravezetők műszaki alkalmazásai n A HTS kábelek két lehetséges kialakítási módja: - Meleg dielektrikumú kábel /baloldali ábra/ - Nagyon alacsony hőmérsékletű (folyékony nitrogén) dielektrikumú kábel /jobboldali ábra/
A szupravezetők műszaki alkalmazásai 3 fázisú, nagy teljesítményű szupravezető közüzemű hálózat kiépítése. 2000 februárjában üzembe helyezték az első 30 m hosszú, 3 fázisú, 12, 5 k. V feszültségű, 1250 A-es, a fenti vázlat szerint készült hálózatot. A hálózat azóta több mint 6000 órát üzemelt 100%-os terhelés mellett meghibásodás nélkül.
A szupravezetők műszaki alkalmazásai A 2000 - ben üzembe helyezett 3 fázisú, nagy teljesítményű szupravezető közüzemű hálózat fényképe.
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Szupravezető gépek (szinkrongenerátor/-motor)
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Szupravezető gépek (generátor/motor) A fenti kép az 1000 LE (750 k. W) szinkrongép fényképe. 1999 -ben készült el. 2001 -ben megvalósult az első 5000 LE (3, 8 MW) gép
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Szupravezető gépek (generátor/motor) A mellékelt ábrák a hagyományos villamos gép /felső kép/ valamint a szupravezető elv felhasználásával készült azonos teljesítményű gép /alsó kép/ méretviszonyait mutatják meg. A szupravezető gép tömege azonos teljesítmény mellett harmada – ötöde a hagyományosénak. A veszteségek felére csökkenek. Működési hőmérséklet (25 – 40)K Mágneses indukció: 4 T
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Lendkerekes energia tároló rendszer - A HTS gép motor üzemben mechanikai energiát tárol a forgó lendkerékben. - A HTS gép generátor üzemben a mechanikai energiát visszaalakítja elektromos energiává. - A lendkerék vákuumban, a HTS tartó erős mágneses terén lebegve, óránként kevesebb mint 0, 1%-os energia veszteséggel forog. - Jelenleg a legnagyobb egység 10 k. Wh tárolására képes. Ford. száma: 41000/min.
A szupravezetők műszaki alkalmazásai 2 k. Wh-ás lendkerekes energia tároló rendszer fényképe. /bemutató egység/
A szupravezetők műszaki alkalmazásai HTS hibaáram korlátozó A hibaáram korlátozó a közüzemi hálózatok zavar esetén fellépő nagy – a névleges áram 10 – 20 szorosát elérő– áramát korlátozza egy soros induktivitás behelyezésével. A HTS hibaáram korlátozó tiszta, ellenállás nélküli induktív tekercs, hatásos veszteségek nélkül. A képen látható egység egy fázisú, 15 k. V-os hibaáram korlátozó.
A szupravezetők műszaki alkalmazásai HTS hibaáram korlátozó Háromfázisú, 20 k. V-os, 2000 A-es névleges áramú egység. A berendezés 9000 A-es hibaáramot képes kezelni. Egy tekercsének átmérője 1 m, magassága 075 m, névleges mágneses indukciója 0, 3 T, maximális indukciója 1, 3 T.
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Lineáris indukciós motor - működési alapelv
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Lineáris indukciós motor - Kísérleti eszköz fényképe
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Lineáris indukciós motor - Kísérleti eszköz fényképe
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Lineáris indukciós motor - Kísérleti eszköz fényképe
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Lineáris indukciós motor - Kísérleti eszköz fényképe
A szupravezetők műszaki alkalmazásai Lineáris indukciós motor - Kísérleti eszköz fényképe
- Slides: 31
