Tarkastaja: Yliassistentti Aki Korpela Julkaistu 5. lokakuuta 2007
|
|
- Marja Pääkkönen
- 8 vuotta sitten
- Katselukertoja:
Transkriptio
1 1 MIKKO SÖYRINKI HENRIETTA ALHO LAURA OKSANEN JAAKKO MURTOMÄKI SMG-4050 ENERGIAN VARASTOINTI JA UUDET ENERGIALÄHTEET SUPRAJOHTAVAT TEHONSIIRTOKAAPELIT Seminaarityö Tarkastaja: Yliassistentti Aki Korpela Julkaistu 5. lokakuuta 2007
2 2 Sisällys Johdanto SUPRAJOHTAVUUS Teoria Historia SUPRAJOHDEMATERIAALIT Korkean lämpötilan suprajohteet SUPRAJOHDEKAAPELIN RAKENNE RTD-kaapeli CD-kaapeli Jäähdytys VERTAILUA PERINTEISIIN KAAPELEIHIN Teho ja häviöt Ongelmia Kustannukset Ympäristönäkökulma YHTEENVETO LÄHTEET...15
3 3 Johdanto Tässä työssä tutkitaan lähdemateriaalin perusteella suprajohtavien tehonsiirtokaapeleiden toimintaa ja ominaisuuksia. Suprajohtavien kaapeleiden valmistus on ollut teknisesti mahdollista jo kymmenien vuosien ajan. Erilaiset käytännön ongelmat ja pienistä valmistusmääristä johtuva korkea hinta haittaavat kuitenkin edelleen sen käyttöönottoa laajassa mittakaavassa. Keskeinen osa-alue on suprajohdemateriaalien kehitys. Kehitystyön seurauksena materiaalit saadaan suprajohtavaan tilaan yhä korkeammassa lämpötilassa. Jäähdytysjärjestelmät ovat merkittävä kustannuserä suprajohtavien tehonsiirtokaapeleiden valmistuksessa, jolloin jäähdytystarpeen väheneminen mahdollistaa teknisesti kevyempien ja monipuolisempien kaapeleiden valmistamisen, sekä säästöjä kustannuksissa. Eri käyttötarkoituksiin pyritään löytämään mahdollisimman hyvin sopivat kaapeliratkaisut. Esimerkiksi kolmivaihekaapeleille on vaiheiden sijoitteluun useita ratkaisuja. Johtimia ympäröivän jäähdytysaineen on myös päästävä virtaamaan, mikä asettaa omat vaatimuksensa kaapelisuunnittelulle. Kaiken kaikkiaan tehonsiirron näkökulmasta suprajohteiden ja kaapelitekniikoiden kehitystyöllä pyritään saavuttamaan pienempi häviöisempiä, kevyempiä, vähemmän tilaa kuluttavia ja kustannustehokkaampia kaapelointiratkaisuja.
4 4 1. SUPRAJOHTAVUUS Suprajohtavuus on tila, joka ilmenee tietyillä materiaaleilla kun niiden lämpötila laskee alle kriittisen pisteen. Tällöin niiden käyttäytymisessä tapahtuu kaksi asiaa. Sähköinen resistanssi laskee nopeasti nollaan ja materiaalista tulee täydellisen diamagneettista eli se ei päästä sisäänsä lainkaan magneettikenttää. Suprajohteen diamagneettisuutta kutsutaan myös Meissnerin ilmiöksi. [2] Suprajohtavia materiaaleja käyttäen voidaan sähköisen vastuksen puuttumisen ansiosta valmistaa tehonsiirtokaapeleita, joiden siirtokapasiteetti on kaapelin kokoon nähden huomattavan suuri. Magneettisten ominaisuuksiensa puolesta suprajohteita käyttämällä saadaan aikaiseksi huomattavan voimakkaita magneettikenttiä. Nykyään suprajohteita käytetäänkin useammin magneettien aikaansaamiseksi kuin tehonsiirron välineenä. Suprajohtavuuden säilyttäminen sovelluksissa ei ole kuitenkaan aina yksinkertaista. Suprajohtavuuteen nimittäin vaikuttavat lämpötilan lisäksi myös virrantiheys ja ulkoisen magneettikentän voimakkuus. Mikään näistä suureista ei saa ylittää rajaarvoaan mikäli suprajohtavuus halutaan säilyttää. Lämpötilan ja magneettikentän kriittiset arvot riippuvat vain käytettävästä materiaalista, mutta kriittinen virrantiheys muuttuu vallitsevan lämpötilan ja magneettikentän voimakkuuden funktiona. Tehonsiirtokaapeleilla kriittisin suure on normaalisti virrantiheys, joka rajoittaa ensimmäisenä siirrettävää tehoa. [4] Rajoitukset voidaan esittää kolmiulotteisena pintana, jossa pinnan sisäpuoli on suprajohtavaa aluetta ja ulkopuoli normaalijohtavaa. Matalan lämpötilan suprajohteille rajat ovat jyrkkiä, kun ne vastaavasti korkeammissa lämpötiloissa vaativat suuremman vyöhykkeen tilan muuttumiseen.
5 5 Kuva 1: Suprajohtavuutta rajoittavat tekijät 1.1. Teoria Ensimmäinen suprajohtavuuden toimintaa selittävä teoria oli ns. BCS. Nimi tulee kolmen keksijän nimien alkukirjaimista. Matemaattisesti tarkasteltuna tämä teoria on erittäin monimutkainen, joten tässä on tarkasteltuna vain toimintaperiaate pääpiirteittäin. Teorian mukaan johdemateriaalissa kulkevat elektronit vetävät positiivisia ioneja puoleensa muodostaen vääristymiä. [2] Kuva 2: Cooperin elektroniparin muodostuminen ja toiminta Kuva 3. Vääristymä vetää puoleensa ohikulkevia elektroneja varauksellaan, jolloin niistä muodostuu elektronipareja, joita kutsutaan Cooperin pareiksi. Virta kulkee suprajohteessa huomattavasti tavallista johdinta paremmin, koska sen kuljettajina toimivat elektroniparit yksittäisten valenssielektronien sijaan. Nämä Cooperin parit pystyvät muodostumaan vain matalissa lämpötiloissa, koska yhdistävä voima on niin pieni, että suuremmilla lämpötiloilla lämpövärähtely estää parien syntymisen.
6 Kaapelisovelluksissa käytetyt korkean lämpötilan suprajohteet toimivat kuitenkin yhtälailla, joten niiden toiminnalle on oltava erilainen selitys. Korkean lämpötilan suprajohteet on yleensä valmistettu yhdisteistä, joissa käytetty metalli on osittain yhdistyneenä happeen. Kun yhdisteen pitoisuudet valitaan sopivasti, saadaan aikaiseksi positiivisia ioneja. Ionit ovat elektronien kannalta aukkoja, joita pitkin ne pääsevät kulkemaan. Materiaali voidaan seostaa joko p- tai n-tyyppiseksi samaan tapaan kuin puolijohteilla. Vierekkäiset samanvarauksiset ionit eivät kuitenkaan yksinään tarjoa erityisiä johtavuusominaisuuksia. Kun materiaaliin nyt johdetaan virtaa niin etenevät elektronit työntävät elektroneja pois radaltaan seuraavalle ionille ja näin saavutetaan erinomainen virranjohtavuus. Tämän tyyppinen johtavuus voidaan saavuttaa aikaisempaa selvästi korkeammassa lämpötilassa ja siis myös tietyntyyppisille materiaaleille, jotka eivät huoneenlämmössä edes juuri johda sähköä. Korkean lämpötilan suprajohteiden toimintamekanismeja ei kuitenkaan täysin tarkasti tunneta. [2] Historia Ensimmäisenä suprajohtavuuden sai aikaiseksi Hollantilainen fyysikko Heike Onnes vuonna Jo tätä aikaisemmin oli huomattu kappaleiden resistanssin laskevan lämpötilan laskiessa, kriittistä lämpötilaa ei kuitenkaan oltu vielä alitettu. Ensimmäiset suprajohdemateriaalit olivat niin sanottuja matalan lämpötilan suprajohteita. Ne vaativat noin 4 K tai alle lämpötilan saavuttaakseen suprajohtavan tilan. Tällaisia lämpötiloja saatiin aikaan käyttämällä jäähdyttämiseen nestemäistä heliumia. Matalan lämpötilan suprajohteet ovat yleensä materiaaliltaan metalliseoksia. Seuraava merkittävä askel otettiin 1933, kun Walter Meissner huomasi suprajohteiden hylkivän magneettikenttää. Ilmiötä kutsutaankin usein Meissnerin ilmiöksi keksijänsä mukaan. Seuraavina vuosikymmeninä tehtiin paljon tutkimusta korkeamman lämpötilan suprajohdemateriaalien kehittämiseksi. Ponnistelujen jälkeen tavoitteessa onnistuttiin vuonna 1986, jolloin keraamisia materiaaleja käyttämällä saavutettiin siihen asti korkeimman lämpötilan suprajohtavuus noin 30K:ssä. Materiaali oli keraaminen ja tähän käyttötarkoitukseen erikoinen, koska se ei huoneenlämmössä johtanut sähköä juuri lainkaan. Tästä tutkimus kehittyi nopeasti ja jo parin vuoden sisällä saatiin aikaan materiaali, joka oli suprajohtava lähes 80K:n lämpötilassa. Nyt jäähdytykseen pystyttiin käyttämään nestemäistä typpeä, joka on huomattavasti heliumia halvempaa ja helpommin käsiteltävää. [1] Korkean lämpötilan suprajohteet mahdollistavat käytön myös tehonsiirtokaapeleissa, joten niiden myötä sai alkunsa myös kaapeleiden kehitys. Nykyään kaapeleita on testikäytössä verkkoon liitettynä useita eri puolella maailmaa.[3] Suprajohtavuus on saavutettu laboratorio-olosuhteissa enimmillään 138K:n lämpötilassa, kehityksen jatkuessa edelleen. [1]
7 7 2. SUPRAJOHDEMATERIAALIT Tähän päivään mennessä suprajohtavia materiaaleja ja materiaaliyhdisteitä on keksitty liki , suurinta osaa materiaaleista ei kuitenkaan voida hyödyntää niiden teknisten ominaisuuksien vuoksi. Suprajohteet jaetaan tavallisesti matalan lämpötilan johteisiin (LTS) ja korkean lämpötilan johteisiin (HTS). Suprajohtimien yksi pääsovelluskohde on tällä hetkellä voimakkaat sähkömagneetit. Näihin käytettäviä kaupallisia materiaaliyhdisteitä ovat NbTi ja NbSn, jotka ovat LTSjohteita. Voimansiirtokaapelit ovat kuitenkin yksi tulevaisuuden HTS-sovellutuksista. [5] 2.1. Korkean lämpötilan suprajohteet HTS-materiaalit ovat keraamisia yhdisteitä toisin kuin LTS-materiaalit, jotka ovat metalliseoksia. Lisäksi niiden hilarakenne on levymäinen. Hauraista keraamisista materiaaleista ei pystytä valmistamaan taipuisaa johdinta, niinpä se valmistetaankin nauhamaiseksi ja sijoitetaan matriisimetallin sisään. Matriisimetallin tehtävä on kuljettaa pois lämpöä jota saattaa syntyä häiriötilanteissa sekä toimia virralle kiertotienä. Rakeinen kiderakenne voi muodostaa ns. blokkeja. Blokin sisällä rakeet muodostavat virralle hyvän kulkureitin, mutta blokista toiseen virran kulku on heikompaa. Keraaminen kiderakenne on myös hyvin anisotrooppinen, minkä vuoksi johteen sähkömagneettiset ominaisuudet riippuvat suunnasta. Magneettikentän tulisi olla suprajohdenauhan perustason suuntainen. ([5],[6],[8]) HTS-johteilla on korkea kriittinen lämpötila T, K, mikä mahdollistaa laitteen korkean toimintalämpötilan ja näin jäähdytyksen nestetypellä (77K). Lämpöeristyksen vaatimuksia voidaan vähentää nestetyppijäähdytyksessä. HTS-materiaalien etuja LTSmateriaaleihin nähden on huomattavasti suurempi stabiilisuus, mikä johtuu paitsi korkeammasta toimintalämpötilasta, myös suuremmasta lämpökapasiteetista sekä suuremmasta marginaalista toimintalämpötilan ja kriittisen lämpötilan välillä. HTSjohtimissa normaalialueen etenemiseen vaadittava energia on huomattavasti suurempi kuin perinteisillä LTS-johtimilla. [5] (Bi,Pb)SrCaCuO (lyhenne Bi-2223 tai BSCCO2223) on tällä hetkellä parhaiten kaapelikäyttöön soveltuva HTS-yhdiste. Bi-2223/Ag materiaalia myydään esikaupallisessa mielessä, varsinaisena kaupallisena tuotteena sitä hyödynnetään vain suprajohdemagneetin virransyötössä käytettävien virtajohtimien yhteydessä. Yhdisteen kriittinen lämpötila T on 110K. Bi-2223 valmistetaan nauhamaiseksi johteeksi hopeatai hopeaseosmatriisin sisään (Kuva 1). Bi-2223 nauha valmistetaan niin sanotulla Power In Tube-menetelmällä. Keraaminen jauhe pakataan hopea putkeen, jonka jälkeen se vedetään halkaisijaltaan <1mm johtimeksi, valssataan ja lämpökäsitellään korkean virran tiheyden saavuttamiseksi. Nykyisin valmistettujen nauhojen pituus on enintään 1km ja kuljetettava virrantiheys >10 ka/cm. ([4], [6])
8 8 Kuva 4: Kuva 1. Bi-2223/Ag nauhan periaatteellinen poikkileikkaus. Mainitut mitat ovat suuntaa antavia. BiSrCaCuO (lyhenne Bi-2212 tai BSCCO2212) on pystytty kaupallistamaan. Yhdisteestä pystytään valmistamaan sulavalumenetelmällä paksuja tuubeja ja tankoja, jotka soveltuvat hyvin suurvirran siirtoon, kun siirrettävä matka on lyhyt (<1m). Parhaimmillaan on pystytty siirtämään yli 10kA:n virtaa 77K:n lämpötilassa. Yhdisteen kriittinen lämpötila T on 85K. YBaCuO (lyhenne YBCO tai Y-123) on tutkituin HTS-yhdiste, jolla voidaan saavuttaa erittäin korkeita virrantiheyden arvoja 77K:n lämpötilassa. Yhdisteestä on kuitenkin pystytty valmistamaan vain ohutkalvotekniikalla yksikiteisiä substraatteja, mikä on rajannut sen käytön muutamaan neliösenttimetriin. Tästä johtuen yhdistettä käytetään pelkästään elektroniikassa. [4]
9 9 3. SUPRAJOHDEKAAPELIN RAKENNE Suprajohdekaapeleita on kahta eri mallia: RTD (Room Temperature Dielectric) ja CD (Cryogen Dielectric). Kummallakin on etunsa ja haittansa. [3] 3.1. RTD-kaapeli RTD-suprajohdekaapeli koostuu kehyksestä, suprajohdenauhasta, lämmöneristeestä, sähköisestä eristeestä, kuoresta ja jäähdytysjärjestelmästä. Kehyksen sisällä virtaava nestetyppi jäähdyttää ulkokuorelle kierrettyä suprajohdenauhaa, joka on spiraalimaisen muotoinen. Kehys tulee olla mekaanisesti vakaa, joustava, mahdollisimman ohut ja hyvä lämmönjohde ja lämpölaajenemisominaisuuksiltaan suprajohdenauhaa vastaava. Lämmöneristys saadaan aikaan kahden sisäkkäisen teräsputken välisellä tyhjiöllä. Tyhjiössä on useita supereristekalvoja, jotka on lämpöeristetty toisistaan polyesteriverkolla. Rakenteen ansiosta lämpövuodot jäävät hyvin alhaiseksi. Kuva 5: RTD-kaapelin rakenne. Sähköinen eristys voidaan toteuttaa polyeteenillä kuten perinteisissäkin kaapeleissa, jos eristys tapahtuu ympäristön lämpötilassa. Läpilyöntivaara minimoituu, jos eristeen sähkökenttä on homogeeninen. Tämä toteutetaan eristeen molemminpuolisilla metallikuorilla, joista ulompi on maadoitin.maadoitus eristetään PVC-kuorella armeerauksesta, joka on ympäristöolosuhteita vastaan suojaava metallipinnoitus. [5] RTD-kaapelien heikkoutena mainittakoon, että siirrettävä virta jää pienemmäksi kuin CD-kaapeleilla eikä useita vaihekaapeleita voida sijoittaa toistensa lähelle, sillä kaapelit aiheuttavat magneettikentän ympärilleen.
10 3.2. CD-kaapeli CD-kaapelissa suprajohdinta ympäröi sähköinen eristys, ja tämä on eristetty ympäristöstään magneettisesti suprajohtavalla pinnalla. Suprajohtavan pinnan päällä on vielä lämpöeristys. Magneettisen eristyksen vuoksi voidaan useita vaiheita sijoittaa lähekkäin saman kaapelin sisälle. Kolmivaihejohtimessa kaapelit voivat sijaita saman lämpöeristyksen sisällä mahdollisimman lähellä toisiaan. Vaiheet voidaan sijoittaa myös koaksiaalisesti toistensa sisälle, jolloin kaapelissa on vain yksi jäähdytysputki. Sähköisen eristeen täytyy kestää täysi vaiheiden välinen jännite, mikä rajoittaa virran määrää. Etuna voidaan todeta rakenteen optimaalisuus tarvittavan suprajohteen pieni määrä huomioiden. [3] 10 Kuva 6: CD-kaapeli, jossa vaihejohtimet lämpöeristyksen sisällä. Kuva 7: CD-kaapeli, jossa vaiheet sijoitettuna koaksiaalisesti Jäähdytys Suprajohtavat materiaalit täytyy jäähdyttää kriittiseen lämpötilaan, jotta ne voisivat toimia. Kriittinen lämpötila riippuu materiaalista. HTS-materiaalit (High-Temperature Superconductors) jäähdytetään toimiakseen suprajohtavassa tilassa tuntuvasti huoneenlämpötilaa alemmaksi, noin kahteensataan Kelvin-asteeseen. HTS-materiaali, riippuen käytetystä kaapelista, täytyy jäähdyttää 80 K:n lämpötilaan tai alle toimiakseen tyydyttävästi. Johtavuus paranee suprajohtavilla kaapeleilla lämpötilan laskiessa. 2kA:n kaapelin johtavuus paranee 5% yhtä Kelviniä kohden. Johteen jäähdyttäminen typen jäätymispisteen (63.3K) yläpuolelle on kannattavaa, jolloin nestetyppeä (LN2) voidaan kierrättää jäähdytysnesteenä. Tätä alemmissa lämpötiloissa voidaan käyttää jäähdytysaineena ainoastaan kalliita kaasuja, neonia ja heliumia, joten se ei ole taloudellisesti järkevää. [3] Jäähdytysjärjestelmään kuuluu nestetyppivarastoja, nesteyttimiä ja pumppuja. Nesteytinasemat sijaitsevat 5-10km välein. RTD-kaapelin sähköinen eriste on nestetypen lämpötilassa ja lämpöeriste on sähköisen eristeen ympärillä. Kaapelissa voidaan käyttää tavanomaisia eristemateriaaleja, jotka eivät toimi CD-kaapelin 77K lämpötilassa. RTD-kaapeli pystytään pienemmän massansa ansiosta jäähdyttämään
11 nopeammin. Kaapelissa vain lämpövuodot ja AC-häviöt joudutaan korvaamaan jäähdytyksellä. Vaiheen virta saa olla enintään 2-3 ka, sillä tätä suuremmilla virroilla eristeen metallikuoriin indusoituneet virrat nostavat kaapelin pintalämpötilan liian korkeaksi. Perinteisillä kaapeleilla virta rajoittuu 1,3 ka:in. CD-kaapelilla päästään helposti 8 ka:n virtoihin. [5] 11
12 12 4. VERTAILUA PERINTEISIIN KAAPELEIHIN 4.1. Teho ja häviöt Suprajohdekaapelilla pystytään siirtämään 2 6 kertainen teho verrattuna perinteiseen kaapeliin. Kokonaishäviöt mitattuna W/m vähenevät yli 60 % ja loisteho on pienempi. Esimerkiksi vaihtojännitteellä HTS-kaapelien avulla 200 MV tehon siirtämiseksi tarvitaan vain 20 kv jännitteinen kaapeli, kun perinteisellä kaapelilla jännitteen tulisi olla 90/150 kv. Tasavirralla suprajohdekaapelilla päästään vielä parempiin tuloksiin, kun 2000 MW:n siirtämiseksi riittää 50 kv jännite, kun normaalilla kaapelilla käytetään nykyään 500 kv jännitettä. Voimansiirtokapasiteetti voidaan RTD-kaapelilla, jonka eriste on huoneen lämpötilassa, kaksinkertaistaa ja kylmäeristeisellä CD-kaapelilla jopa kuusinkertaistaa. Tosin CD-kaapeliin tarvittavat vaiheita suojaavat suprajohdenauhat tekevät CDkaapelista 2-3 kertaa RTD-kaapelia kalliimman. [6] Suprajohdekaapeleissa häviöt koostuvat AC-häviöistä, lämpövuodosta eristeen läpi (vain RTD:llä), jäähdytysaineen virtauksen häviöistä ja liitoskohdissa syntyvissä häviöistä. Näiden kaikkien yhteisvaikutus on kuitenkin 25 % perinteisen kaapelin häviöistä. ([6]; [5] ) 4.2. Ongelmia Suprajohdekaapeleihin liittyvä teknologia on melko hankalaa ja kallista ja usein sen onkin vaikea kilpailla luotettaviksi miellettyjen konventionaalisten menetelmien kanssa, joita on kehitetty jo yli sadan vuoden ajan ja joilla on päästy hyvin optimoituihin kustannuksiin. Suprajohdetekniikkaan suhtaudutaankin hieman skeptisesti ja sähköyhtiöissä ja teollisuudessa ollaan varovaisia uuden teknologian käyttöön oton kanssa, kunnes se on todettu täysin luotettavaksi ja huomattavasti paremmaksi ja edullisemmaksi kuin perinteiset menetelmät. [4] Toistaiseksi HTS-johtimista on onnistuttu rakentamaan muutamien satojen metrien mittaisia kaapeleita, joten kokonaan suprajohteista siirtoverkkoa ei tulla näkemään vielä muutamaan vuoteen. AC-häviöt aiheuttavat aina lämpötilan nousua. Jos muutos normaalitilaan tapahtuu silloin, kun johteessa kulkee suuri virta, voi seurauksena olla raju lämpötilan kohoaminen, joka saattaa sulattaa johteen. Jotta suprajohdemateriaalista voidaan valmistaa kaapeli, on materiaalin oltava taipuisaa, lujaa ja yhtenäistä johdinta. Juuri sopivien valmistusmenetelmien
13 kehittäminen onkin yksi suurimmista haasteista uusien keraamisten suprajohteiden hyödyntämisessä. On myös hankalaa valmistaa koko kaapelin käyttöiän eli vuotta kestävä eriste. Eristeen ei kuitenkaan tarvitse olla niin pitävä kuin LTS:sovelluksissa, joissa käytetään nesteheliumia HTS:n nestetypen sijasta. Näin voidaan lieventää eristykselle annettavia tiukkoja vaatimuksia Kustannukset Suprajohdekaapelit voitaisiin sijoittaa jo olemassa oleviin kaapelikanaviin vanhojen, perinteisten kaapelien tilalle. Näin saataisiin moninkertaistettua siirtokapasiteetti ilman huomattavia investointeja uusiin tunneleihin. Samalla siirtohäviöt pienenisivät merkittävästi.[6] Koska kriittinen virrantiheys suprajohdekaapeleissa on huomattavasti suurempi kuin perinteisesti käytetyissä kaapeleissa, voidaan suprajohdekaapelit rakentaa kompakteiksi. Tämä tarkoittaa säästöjä materiaaleissa ja tilassa. Kun myös jäähdytettävä massa pienenee, säästetään myös jäähdytyskustannuksissa. Kuitenkin karkeasti ottaen suprajohdekaapelit maksavat 3 8 kertaa enemmän kuin vastaavat ilmajohdot. Hinnat tulevat laskemaan materiaalien ja valmistustekniikoiden kehittyessä. Tällä hetkellä suprajohdekaapeleiden hintaa on vaikea arvioida, kun niitä ei vielä valmisteta massatuotantona. Nyt hinnat on asetettu melko pienien määrien perusteella. Lisäksi valmistusmenetelmiäkin on useita, joten hintojen yhteensovittaminen vertailukelpoisiksi on hankalaa. [4] 4.4. Ympäristönäkökulma Kun samoja tehomääriä voidaan siirtää pienemmillä kaapeleilla, säästetään myös tilaa. Kaupungeissa suprajohdekaapelit olisivat käteviä: Esimerkiksi Japanissa tilaa on säästettävä lähes kustannuksista riippumatta. Tämä onkin johtanut Japanissa suprajohdetekniikan innokkaaseen kehittämiseen. Myös luonnonkauniilla alueilla maisemia pilaavat avojohdot ja pylväsrakennelmat voitaisiin korvata suprajohdekaapeleilla. ([7], [6]) Lisäksi suprajohdekaapelien pintalämpötila vastaa ympäristön lämpötilaa, kun taas perinteisten kaapelien pintalämpötila voi olla jopa 90 C. Suprajohdekaapelien käyttö siis vähentää myös ympäristön lämpökuormaa. Perinteisissä kaapeleissa käytetystä öljyeristyksestä päästäisiin myös, kun siirryttäisiin suprajohdekaapeleihin. Öljyeristeisiin suurjännitekaapeleihin liittyy aina öljyvuodon riski, jolla voi olla hyvin ikävät seuraukset merenalaisen kaapelin ollessa kyseessä. [7]
14 14 5. YHTEENVETO Suprajohtavia voimansiirtokaapeleita ei vielä valmisteta kaupallisesti, mutta ne voivat tulevaisuudessa olla tärkeä HTS:n käyttösovellus. Työtä kuitenkin vielä riittää, jotta AChäviöt saadaan pienemmiksi ja kriittinen virrantiheys suuremmaksi. Suprajohdekaapeleita kuitenkin tarvitaan lähitulevaisuudessa, sillä nykyistä siirtokapasiteettia tulisi rajusti kasvattaa, kun väestö keskittyy edelleen kaupunkeihin asumaan. Lisäksi jos EU:n suunnittelema vapauttaa Euroopan sähköverkko vapaalle kilpailulle toteutuu, nykyinen siirtoverkon kapasiteetti ei riitä suuriin energian siirtoihin, kun sähköä halutaankin ostaa toiselta puolelta Eurooppaa. [6] Tarvitaan suuremman energiansiirtokyvyn omaavia kaapeleita. Kun suprajohdesovellusten hintakin laskee jatkuvasti uusien valmistusmenetelmien kehittämisen myötä, suprajohdekaapelit eivät välttämättä ole enää niin kaukana tulevaisuudessa. Silti niiden kaupallisen läpilyönnin ajankohtaa on vielä vaikea ennustaa.
15 15 6. LÄHTEET 6.1 WWW [1] [2] [3] [7] WTEC, Power Applications of Superconductivity in Japan and Germany, Superconducting Power Transmission Cables Overview, [WWW] [8] Maaranen.pdf 6.2 Kirjallisuus [4] Mikkonen, Risto, SMG-4050 Energian varastointi ja uudet energialähteet, luentomoniste, TTY [5] Mikkonen, Risto, SMG-4250 Suprajohtavuus sähköverkossa, luentomoniste, TTY [6] Mikkonen, Risto, Suprajohtavuuden hyödyntäminen sähköenergiaverkossa, Raportti 1-01, TTY 6. Kuvalähteet Kuvat 2 ja 3: Kuva 4: [8] Kuvat 5-7:
Suprajohteet. 19. syyskuuta Syventävien opintojen seminaari Suprajohteet. Juho Arjoranta
Suprajohteet Syventävien opintojen seminaari juho.arjoranta@helsinki. 19. syyskuuta 2013 Sisällysluettelo 1 2 3 4 5 1911 H. K. Onnes havaitsi suprajohtavuuden Kuva: Elohopean resistiivisyys sen kriittisen
LisätiedotNb 3 Sn (niobitina): - LTS-materiaali - suprajohtavat Nb 3 Sn-säikeet upotettuina pronssimatriisiin - keskellä diffuusiosuoja ja stabiloiva kupari
SMG-4250 Suprajohtavuus sähköverkossa Laskuharjoitukset: Suprajohdemagneetin suunnittelu Harjoitus 1(5): Johdinmateriaalit Ehdotukset harjoitustehtävien ratkaisuiksi 1. NbTi (niobititaani): - LTS-materiaali
LisätiedotPassiiviset piirikomponentit. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen
DEE-11000 Piirianalyysi Passiiviset piirikomponentit 1 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen Passiiviset piirikomponentit - vastus Resistanssi on sähkövastuksen ominaisuus. Vastuksen yli vaikuttava jännite
LisätiedotLuento 2. SMG-2100 Sähkötekniikka Risto Mikkonen
SMG-2100 Sähkötekniikka Luento 2 1 Sähköenergia ja -teho Hetkellinen teho p( t) u( t) i( t) Teho = työ aikayksikköä kohti; [p] = J/s =VC/s = VA = W (watti) Energian kulutus aikavälillä [0 T] W T 0 p( t)
LisätiedotLuento 2. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen
DEE-11000 Piirianalyysi Luento 2 1 Luento 1 - Recap Opintojakson rakenne ja tavoitteet Sähkötekniikan historiaa Sähköiset perussuureet Passiiviset piirikomponentit 2 Luento 2 - sisältö Passiiviset piirikomponentit
LisätiedotSuprajohtava generaattorikisko Olkiluodon ydinvoimalaan
Suprajohtava generaattorikisko Olkiluodon ydinvoimalaan p. 1/15 Suprajohtava generaattorikisko Olkiluodon ydinvoimalaan Lauri Rostila lauri.rostila@tut.fi TTY/Sähkömagnetiikka Suprajohtava generaattorikisko
Lisätiedot1.1 Magneettinen vuorovaikutus
1.1 Magneettinen vuorovaikutus Magneettien välillä on niiden asennosta riippuen veto-, hylkimis- ja vääntövaikutuksia. Magneettinen vuorovaikutus on etävuorovaikutus Magneeti pohjoiseen kääntyvää päätä
LisätiedotElektroniikka. Tampereen musiikkiakatemia Elektroniikka Klas Granqvist
Elektroniikka Tampereen musiikkiakatemia Elektroniikka Klas Granqvist Kurssin sisältö Sähköopin perusteet Elektroniikan perusteet Sähköturvallisuus ja lainsäädäntö Elektroniikka musiikkiteknologiassa Suoritustapa
LisätiedotMagneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän
3. MAGNEETTIKENTTÄ Magneettikenttä Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän Havaittuja magneettisia perusilmiöitä: Riippumatta magneetin muodosta, sillä on aina
LisätiedotDEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET
DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET Kurssin esittely Sähkömagneettiset ilmiöt varaus sähkökenttä magneettikenttä sähkömagneettinen induktio virta potentiaali ja jännite sähkömagneettinen energia teho Määritellään
LisätiedotLuento 2. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen
DEE-11000 Piirianalyysi Luento 2 1 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen Passiiviset piirikomponentit - vastus Vastus on komponentti, jossa sähköenergiaa muuttuu lämpöenergiaksi (esim. sähkökiuas, silitysrauta,
LisätiedotMagneettikentät. Haarto & Karhunen. www.turkuamk.fi
Magneettikentät Haarto & Karhunen Magneettikenttä Sähkövaraus aiheuttaa ympärilleen sähkökentän Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen myös magneettikentän Magneettikenttä aiheuttaa voiman liikkuvaan
LisätiedotSähköstatiikka ja magnetismi
Sähköstatiikka ja magnetismi Johdatus magnetismiin Antti Haarto 19.11.2012 Magneettikenttä Sähkövaraus aiheuttaa ympärilleen sähkökentän Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen myös magneettikentän
LisätiedotKapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen
Kapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen EMC - Kaapelointi ja kytkeytyminen Kaapelointi merkittävä EMC-ominaisuuksien kannalta yleensä pituudeltaan suurin elektroniikan osa > toimii helposti antennina
LisätiedotPUOLIJOHTEISTA. Yleistä
39 PUOLIJOHTEISTA Yleistä Pyrittäessä löytämään syy kiinteiden aineiden erilaiseen sähkön johtavuuteen joudutaan perehtymään aineen kidehilassa olevien atomien elektronisiin energiatiloihin. Seuraavassa
LisätiedotSMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos
SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas jari.kangas@tut.fi Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos Sähkömagnetiikka 2009 1 1 Maxwellin & Kirchhoffin laeista Piirimallin
Lisätiedotkipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki.
Sähkö 25 Esineet saavat sähkövarauksen hankauksessa kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki. Hankauksessa esineet voivat varautua sähköisesti. Varaukset syntyvät, koska hankauksessa kappaleesta siirtyy
LisätiedotSMG-4250 Suprajohtavuus sähköverkossa
SMG-450 Suprajohtavuus sähköverkossa Laskuharjoitukset: Suprajohdemagneetin suunnittelu Harjoitus 3(5): Kryostaatti Ehdotukset harjoitustehtävien ratkaisuiksi 1. Yleisesti ottaen lämpö siirtyy kolmella
LisätiedotCoulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q
Coulombin laki Kahden pistemäisen varatun hiukkasen välinen sähköinen voima F on suoraan verrannollinen varausten Q 1 ja Q 2 tuloon ja kääntäen verrannollinen etäisyyden r neliöön F = k Q 1Q 2 r 2, k =
LisätiedotDEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET
DEE-0: SÄHKÖTEKNIIKAN PEUSTEET Passiiviset piirikomponentit vastus kondensaattori käämi Tarkoitus on yrittää ymmärtää passiivisten piirikomponenttien toiminnan taustalle olevat luonnonilmiöt. isäksi johdetaan
LisätiedotSÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:
FY6 SÄHKÖ Tavoitteet Kurssin tavoitteena on, että opiskelija ymmärtää sähköön liittyviä peruskäsitteitä, tutustuu mittaustekniikkaan osaa tehdä sähköopin perusmittauksia sekä rakentaa ja tutkia yksinkertaisia
LisätiedotFYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ
FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ Työssä perehdytään johteissa ja tässä tapauksessa erityisesti puolijohteissa esiintyvään Hallin ilmiöön, sekä määritetään sitä karakterisoivat Hallin vakio, varaustiheys
LisätiedotSMG-1100: PIIRIANALYYSI I
SMG-00: PIIIANAYYSI I Passiiviset piirikomponentit vastus kondensaattori käämi Kirja: luku. (vastus), luku 6. (käämi), luku 6. (kondensaattori) uentomoniste: luvut 3., 3. ja 3.3 VASTUS ja ESISTANSSI (Ohm,
LisätiedotHarjoitustehtäviä kokeeseen: Sähköoppi ja magnetismi
Harjoitustehtäviä kokeeseen: Sähköoppi ja magnetismi 3. Selitä: a. Suljettu virtapiiri Suljettu virtapiiri on sähkövirran reitti, jonka muodostavat johdot, paristot ja komponentit. Suljetussa virtapiirissä
LisätiedotOikeanlaisten virtapihtien valinta Aloita vastaamalla seuraaviin kysymyksiin löytääksesi oikeantyyppiset virtapihdit haluamaasi käyttökohteeseen.
Oikeanlaisten virtapihtien valinta Aloita vastaamalla seuraaviin kysymyksiin löytääksesi oikeantyyppiset virtapihdit haluamaasi käyttökohteeseen. 1. Tuletko mittaamaan AC tai DC -virtaa? (DC -pihdit luokitellaan
LisätiedotSMG-1100: PIIRIANALYYSI I
SMG-1100: PIIRIANALYYSI I Keskinäisinduktanssi induktiivisesti kytkeytyneet komponentit muuntajan toimintaperiaate T-sijaiskytkentä kytketyn piirin energia KESKINÄISINDUKTANSSI M Faraday: magneettikentän
LisätiedotPIENTAAJUISET SÄHKÖ- JA MAGNEETTIKENTÄT HARJOITUSTEHTÄVÄ 1. Pallomaisen solun relaksaatiotaajuus 1 + 1
Aalto-yliopisto HARJOITUSTEHTÄVIEN Sähkötekniikan korkeakoulu RATKAISUT Sähkömagneettisten kenttien ja optisen säteilyn biologiset 8.1.016 vaikutukset ja mittaukset ELEC-E770 Lauri Puranen Säteilyturvakeskus
LisätiedotSuprajohtava generaattori tuulivoimalassa
1 Suprajohtava generaattori tuulivoimalassa, Seminaaripäivä, Pori 2 Tuulivoiman kehitysnäkymät Tuuliturbiinien koot kasvavat. Vuoden 2005 puolivälissä suurin turbiinihalkaisija oli 126 m ja voimalan teho
LisätiedotKuva 8.1 Suoran virrallisen johtimen magneettikenttä (A on tarkastelupiste). /1/
8 SÄHKÖMAGNETISMI 8.1 Yleistä Magneettisuus on eräs luonnon ilmiö, joka on tunnettu jo kauan, ja varmasti jokaisella on omia kokemuksia magneeteista ja magneettisuudesta. Uudempi havainto (1820, Christian
Lisätiedot20 kv Keskijänniteavojohdon kapasiteetti määräytyy pitkien etäisyyksien takia tavallisimmin jännitteenaleneman mukaan:
SÄHKÖENERGIATEKNIIKKA Harjoitus - Luento 2 H1 Kolmivaiheteho Kuinka suuri teho voidaan siirtää kolmivaihejärjestelmässä eri jännitetasoilla, kun tehokerroin on 0,9 ja virta 100 A. Tarkasteltavat jännitetasot
LisätiedotJännite, virran voimakkuus ja teho
Jukka Kinkamo, OH2JIN oh2jin@oh3ac.fi +358 44 965 2689 Jännite, virran voimakkuus ja teho Jännite eli potentiaaliero mitataan impedanssin yli esiintyvän jännitehäviön avulla. Koska käytännön radioamatöörin
LisätiedotJäähdytysjärjestelmän tehtävä on poistaa lämpöä jäähdytyskohteista.
Taloudellista ja vihreää energiaa Scancool-teollisuuslämpöpumput Teollisuuslämpöpumpulla 80 % säästöt energiakustannuksista! Scancoolin teollisuuslämpöpumppu ottaa tehokkaasti talteen teollisissa prosesseissa
LisätiedotSMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA
SMG-: SÄHKÖTEKNIIKKA Passiiviset piirikomponentit vastus kondensaattori käämi Tarkoitus on yrittää ymmärtää passiivisten piirikomponenttien toiminnan taustalle olevat luonnonilmiöt. isäksi johdetaan näiden
LisätiedotFysikaaliset ominaisuudet
Fysikaaliset ominaisuudet Ominaisuuksien alkuperä Mistä materiaalien ominaisuudet syntyvät? Minkälainen on materiaalin rakenne? Onko rakenteellisesti samankaltaisilla materiaaleilla samankaltaiset ominaisuudet?
LisätiedotTransistori. Vesi sisään. Jäähdytyslevy. Vesi ulos
Nesteiden lämmönjohtavuus on yleensä huomattavasti suurempi kuin kaasuilla, joten myös niiden lämmönsiirtokertoimet sekä lämmönsiirtotehokkuus ovat kaasujen vastaavia arvoja suurempia Pakotettu konvektio:
LisätiedotLuento 8. Lämpökapasiteettimallit Dulong-Petit -laki Einsteinin hilalämpömalli Debyen ääniaaltomalli. Sähkönjohtavuus Druden malli
Luento 8 Lämpökapasiteettimallit Dulong-Petit -laki Einsteinin hilalämpömalli Debyen ääniaaltomalli Sähkönjohtavuus Druden malli Klassiset C V -mallit Termodynamiikka kun Ei ennustetta arvosta! Klassinen
Lisätiedotvetyteknologia Muut kennotyypit 1 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen
DEE-5400 Polttokennot ja vetyteknologia Muut kennotyypit 1 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen Alkaalipolttokennot Anodi: Katodi: H 4OH 4 H O 4e O e H O 4OH 4 Avaruussovellutukset, ajoneuvokäytöt
LisätiedotLuku 27. Tavoiteet Määrittää magneettikentän aiheuttama voima o varattuun hiukkaseen o virtajohtimeen o virtasilmukkaan
Luku 27 Magnetismi Mikä aiheuttaa magneettikentän? Magneettivuon tiheys Virtajohtimeen ja varattuun hiukkaseen vaikuttava voima magneettikentässä Magneettinen dipoli Hallin ilmiö Luku 27 Tavoiteet Määrittää
LisätiedotPHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2016
PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2016 Prof. Filip Tuomisto Fuusion perusteet, torstai 10.3.2016 Päivän aiheet Fuusioreaktio(t) Fuusion vaatimat olosuhteet Miten fuusiota voidaan
LisätiedotSiirtyisikö sähkö vielä luotettavammin maan alla? Käyttövarmuuspäivä 2.12.2010 Johtaja Jussi Jyrinsalo Fingrid Oyj
Siirtyisikö sähkö vielä luotettavammin maan alla? Käyttövarmuuspäivä Johtaja Fingrid Oyj 2 Taustaa myrskyjen haitat synnyttäneet vaateita kaapeloimisesta kantaverkossa kaapeleita ei käytetä poikkeuksena
Lisätiedotsähköverkossa Suprajohtavan käämin suunnitteluperiaatteita eri käämigeometriat (Cont,) 1 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
DEE-54010 Suprajohtavuus sähköverkossa Suprajohtavan käämin suunnitteluperiaatteita eri käämigeometriat (Cont,) 1 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen Solenoidimagneetti, B 0 H z (0,0) a N I ( ln
LisätiedotElektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus
Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus Antti Karjalainen, PRK 14.11.2013 Komponenttien esittelytaktiikka Toiminta, (Teoria), Käyttö jännite, virta, teho, taajuus, impedanssi ja näiden yksiköt:
LisätiedotMääritelmä, metallisidos, metallihila:
ALKUAINEET KEMIAA KAIK- KIALLA, KE1 Metalleilla on tyypillisesti 1-3 valenssielektronia. Yksittäisten metalliatomien sitoutuessa toisiinsa jokaisen atomin valenssielektronit tulevat yhteiseen käyttöön
LisätiedotTN T 3 / / SÄH Ä KÖAS A IOI O TA T Vi taniemen koulu
TN 3 / SÄHKÖASIOITA Viitaniemen koulu SÄHKÖSTÄ YLEISESTI SÄHKÖ YMPÄRISTÖSSÄ = monen erilaisen ilmiön yhteinen nimi = nykyihminen tulee harvoin toimeen ilman sähköä SÄHKÖN MUODOT SÄHKÖN MUODOT pistorasioista
LisätiedotPotentiaali ja sähkökenttä: pistevaraus. kun asetetaan V( ) = 0
Potentiaali ja sähkökenttä: pistevaraus kun asetetaan V( ) = 0 Potentiaali ja sähkökenttä: tasaisesti varautut levyt Tiedämme edeltä: sähkökenttä E on vakio A B Huomaa yksiköt: Potentiaalin muutos pituusyksikköä
LisätiedotMagnetismi Mitä tiedämme magnetismista?
Magnetismi Mitä tiedämme magnetismista? 1. Magneettista monopolia ei ole. 2. Sähkövirta aiheuttaa magneettikentän. 3. Magneettikenttä kohdistaa voiman johtimeen, jossa kulkee sähkövirta. Magnetismi Miten
LisätiedotTASASUUNTAUS JA PUOLIJOHTEET
TASASUUNTAUS JA PUOLIJOHTEET (YO-K06+13, YO-K09+13, YO-K05-11,..) Tasasuuntaus Vaihtovirran suunta muuttuu jaksollisesti. Tasasuuntaus muuttaa sähkövirran kulkemaan yhteen suuntaan. Tasasuuntaus toteutetaan
LisätiedotMagnetismi Mitä tiedämme magnetismista?
Magnetismi Mitä tiedämme magnetismista? 1. Magneettista monopolia ei ole. 2. Sähkövirta aiheuttaa magneettikentän. 3. Magneettikenttä kohdistaa voiman johtimeen, jossa kulkee sähkövirta. Magnetismi Miten
LisätiedotFysiikka 7. Sähkömagnetismi
Fysiikka 7 Sähkömagnetismi Magneetti Aineen magneettiset ominaisuudet ovat seurausta atomiydintä kiertävistä elektroneista (ytimen kiertäminen ja spin). Magneettinen vuorovaikutus Etävuorovaikutus Magneetilla
LisätiedotDEE Suprajohtavuus
DEE-54011 Suprajohtavuus Stabiilisuus 1 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen Perspetive Doesti fuse burns around 10 A/ Superondutor an arry losslessly 1000 A/ at 4. K. What would happen if superonduting
LisätiedotPerusvuorovaikutukset. Tapio Hansson
Perusvuorovaikutukset Tapio Hansson Perusvuorovaikutukset Vuorovaikutukset on perinteisesti jaettu neljään: Gravitaatio Sähkömagneettinen vuorovaikutus Heikko vuorovaikutus Vahva vuorovaikutus Sähköheikkoteoria
LisätiedotSMG-4450 Aurinkosähkö
SMG-4450 Aurinkosähkö Kolmannen luennon aihepiirit Aurinkokennon ja diodin toiminnallinen ero: Puolijohdeaurinkokenno ja diodi ovat molemmat pn-liitoksia. Mietitään aluksi, mikä on toiminnallinen ero näiden
LisätiedotMaxwell ja hänen yhtälönsä mitä seurasi?
Maxwell ja hänen yhtälönsä mitä seurasi? Oleteaan tyhjiö: ei virtoja ei varauksia Muutos magneettikentässä saisi aikaan sähkökentän. Muutos vuorostaan sähkökentässä saisi aikaan magneettikentän....ja niinhän
LisätiedotMUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA
MUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA KEMIAA KAIK- KIALLA, KE1 Ulkoelektronit ja oktettisääntö Alkuaineen korkeimmalla energiatasolla olevia elektroneja sanotaan ulkoelektroneiksi eli valenssielektroneiksi.
Lisätiedotvetyteknologia Polttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE-54020 Risto Mikkonen
DEE-5400 olttokennot ja vetyteknologia olttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE-5400 Risto Mikkonen 1.1.014 g:n määrittäminen olttokennon toiminta perustuu Gibbsin vapaan energian muutokseen. ( G = TS) Ideaalitapauksessa
LisätiedotHÄIRIÖSUOJAUS KAKSISUUNTAINEN PROSESSI SISÄISET JA ULKOISET HÄIRIÖT
LUENTO 4 HÄIRIÖSUOJAUS KAKSISUUNTAINEN PROSESSI SISÄISET JA ULKOISET HÄIRIÖT HAVAINTOJA ELÄVÄSTÄ ELÄMÄSTÄ HYVÄ HÄIRIÖSUOJAUS ON HARVOIN HALPA JÄRJESTELMÄSSÄ ON PAREMPI ESTÄÄ HÄIRIÖIDEN SYNTYMINEN KUIN
LisätiedotJakso 8. Ampèren laki. B-kentän kenttäviivojen piirtäminen
Jakso 8. Ampèren laki Esimerkki 8.: Johda pitkän suoran virtajohtimen (virta ) aiheuttaman magneettikentän lauseke johtimen ulkopuolella etäisyydellä r johtimesta. Ratkaisu: Käytetään Ampèren lakia C 0
LisätiedotKuva 6.6 esittää moniliitosaurinkokennojen toimintaperiaatteen. Päällimmäisen
6.2 MONILIITOSAURINKOKENNO Aurinkokennojen hyötysuhteen kasvattaminen on teknisesti haastava tehtävä. Oman lisähaasteensa tuovat taloudelliset reunaehdot, sillä tekninen kehitys ei saisi merkittävästi
Lisätiedot4 Suomen sähköjärjestelmä
4 Suomen sähköjärjestelmä Suomen sähköjärjestelmä koostuu voimalaitoksista, siirto- ja jakeluverkoista sekä sähkön kulutuslaitteista. Suomen sähköjärjestelmä on osa yhteispohjoismaista Nordel-järjestelmää,
LisätiedotSähkönjakelutekniikka osa 1. Pekka Rantala
Sähkönjakelutekniikka osa 1 Pekka Rantala 27.8.2015 Opintojakson sisältö 1. Johdanto Suomen sähkönjakelun rakenne Kantaverkko, suurjännite Jakeluverkot, keskijännite Pienjänniteverkot Suurjänniteverkon
LisätiedotMagneettinen energia
Luku 11 Magneettinen energia 11.1 Kelojen varastoima energia Sähköstatiikan yhteydessä havaittiin, että kondensaattori kykenee varastoimaan sähköstaattista energiaa. astaavalla tavalla kela, jossa kulkee
LisätiedotDEE-11110 Sähkötekniikan perusteet
DEE-11110 Sähkötekniikan perusteet Antti Stenvall Peruskäsitteet Luennon keskeinen termistö ja tavoitteet sähkövaraus teho ja energia potentiaali ja jännite sähkövirta Tarkoitus on määritellä sähkötekniikan
LisätiedotKryogeniikka ja lämmönsiirto. DEE-54030 Kryogeniikka Risto Mikkonen
DEE-54030 Kyogeniikka Kyogeniikka ja lämmönsiito 1 DEE-54030 Kyogeniikka Risto Mikkonen 5.5.015 Lämmönsiion mekanismit '' q x ( ) x q '' h( s ) q '' 4 4 ( s su ) DEE-54030 Kyogeniikka Risto Mikkonen 5.5.015
LisätiedotSähköstatiikka ja magnetismi Coulombin laki ja sähkökenttä
Sähköstatiikka ja magnetismi Coulombin laki ja sähkökenttä Antti Haarto.5.13 Sähkövaraus Aine koostuu Varauksettomista neutroneista Positiivisista protoneista Negatiivisista elektroneista Elektronien siirtyessä
LisätiedotAiheena tänään. Virtasilmukka magneettikentässä Sähkömagneettinen induktio. Vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate Itseinduktio
Sähkömagnetismi 2 Aiheena tänään Virtasilmukka magneettikentässä Sähkömagneettinen induktio Vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate Itseinduktio Käämiin vaikuttava momentti Magneettikentässä olevaan
Lisätiedot1. Tasavirta. Virtapiirin komponenttien piirrosmerkit. Virtapiiriä havainnollistetaan kytkentäkaaviolla
Fy3: Sähkö 1. Tasavirta Virtapiirin komponenttien piirrosmerkit Virtapiiriä havainnollistetaan kytkentäkaaviolla Sähkövirta I Sähkövirran suunta on valittu jännitelähteen plusnavasta miinusnapaan (elektronit
LisätiedotVastusupokasuuneissa irrallinen upokas on sijoitettu ylhäältä avonaiseen uunipesään, jonka seinämillä ovat sähkövastukset.
9. Vastusupokasuunit Raimo Keskinen Pekka Niemi - Tampereen ammattiopisto Vastusupokasuuneissa irrallinen upokas on sijoitettu ylhäältä avonaiseen uunipesään, jonka seinämillä ovat sähkövastukset. Upokas
LisätiedotSMG-4150 Uusiutuvien energiamuotojen työkurssi. 5 op
SMG-4150 Uusiutuvien energiamuotojen työkurssi 5 op SMG-4150 Uusiutuvien energiamuotojen työkurssi Idea: Mittaillaan asioita, joita tarkastellaan teoreettisesti Vaihtoehtoisen sähköenergiateknologian syventävissä
LisätiedotSähkömagneettinen induktio
Sähkömagneettinen induktio Vuonna 1831 Michael Faraday huomasi jotakin, joka muuttaisi maailmaa: sähkömagneettisen induktion. ( Magneto-electricity ) M. Faraday (1791-1867) M.Faraday: Experimental researches
LisätiedotDEE Suprajohtavuus Harjoitus 1(6): suprajohtavuuden teoriaa Ratkaisuehdotukset. Resistiivisyyden katoaminen
DEE-54011 Suprajohtavuus Harjoitus 1(6): suprajohtavuuden teoriaa Ratkaisuehdotukset Resistiivisyyden katoaminen Suprajohtavuusilmiön havaitsemisen jälkeen alettiin rakentaa suprajohtavuuden teoriaa. Toisin
Lisätiedot1. Malmista metalliksi
1. Malmista metalliksi Metallit esiintyvät maaperässä yhdisteinä, mineraaleina Malmiksi sanotaan kiviainesta, joka sisältää jotakin hyödyllistä metallia niin paljon, että sen erottaminen on taloudellisesti
LisätiedotRATKAISUT: 19. Magneettikenttä
Physica 9 1. painos 1(6) : 19.1 a) Magneettivuo määritellään kaavalla Φ =, jossa on magneettikenttää vastaan kohtisuorassa olevan pinnan pinta-ala ja on magneettikentän magneettivuon tiheys, joka läpäisee
LisätiedotJännitteensäädön ja loistehon hallinnan kokonaiskuva. Sami Repo Sähköenergiatekniikka TTY
Jännitteensäädön ja loistehon hallinnan kokonaiskuva Sami Repo Sähköenergiatekniikka TTY Agenda Taustaa Tutkimuskysymykset ja tavoitteet Simuloitava malli Skenaarioiden tarkastelu Tekniset tulokset Taloudelliset
LisätiedotMagneettikenttä ja sähkökenttä
Magneettikenttä ja sähkökenttä Gaussin laki sähkökentälle suljettu pinta Ampèren laki suljettu käyrä Coulombin laki Biot-Savartin laki Biot-Savartin laki: Onko virtajohdin entisensä? on aina kuvan tasoon
LisätiedotMIIKA KILGAST MAGNESIUMDIBORIDIN POTENTIAALI MAGNEETTIKUVAUSLAITTEISTOISSA. Diplomityö
MIIKA KILGAST MAGNESIUMDIBORIDIN POTENTIAALI MAGNEETTIKUVAUSLAITTEISTOISSA Diplomityö Tarkastaja: lehtori Risto Mikkonen Tarkastaja ja aihe hyväksytty Tieto- ja sähkötekniikan tiedekuntaneuvoston kokouksessa
LisätiedotRATKAISUT: 18. Sähkökenttä
Physica 9 1. painos 1(7) : 18.1. a) Sähkökenttä on alue, jonka jokaisessa kohdassa varattuun hiukkaseen vaikuttaa sähköinen voia. b) Potentiaali on sähkökenttää kuvaava suure, joka on ääritelty niin, että
LisätiedotFysiikka 1. Coulombin laki ja sähkökenttä. Antti Haarto
ysiikka 1 Coulombin laki ja sähkökenttä Antti Haarto 7.1.1 Sähkövaraus Aine koostuu Varauksettomista neutroneista Positiivisista protoneista Negatiivisista elektroneista Elektronien siirtyessä voi syntyä
LisätiedotELEKTROMAGNEETTISET VOIMAT SAMANSUUNTAISISSA VIRTA- JOHDOISSA
VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA Jussi Sievänen, n86640 Tuomas Yli-Rahnasto, n85769 Markku Taikina-aho, n85766 SATE.2010 Dynaaminen Kenttäteoria ELEKTROMAGNEETTISET VOIMAT SAMANSUUNTAISISSA
LisätiedotKaksi yleismittaria, tehomittari, mittausalusta 5, muistiinpanot ja oppikirjat. P = U x I
Pynnönen 1/3 SÄHKÖTEKNIIKKA Kurssi: Harjoitustyö : Tehon mittaaminen Pvm : Opiskelija: Tark. Arvio: Tavoite: Välineet: Harjoitustyön tehtyäsi osaat mitata ja arvioida vastukseen jäävän tehohäviön sähköisessä
LisätiedotFutura kuivaimen edut takaavat patentoidut tekniset ratkaisut
Kuivain Futura Kuivain Futura Eurooppalainen patentti EP nro. 1029211 19 patenttia todistavat laitteen teknisten ratkaisujen omaperäisyyden pistettä ja teknisten ratkaisujen Futura, kansainväliset innovatiivisuuspalkinnot
LisätiedotOffshore puistojen sähkönsiirto
Offshore puistojen sähkönsiirto Johdanto Puistojen rakentamiseen merelle useita syitä: Parempi tuotannon odotus Poissa näkyvistä Rannikolla hyviä sijoituspaikkoja ei välttämättä saatavilla Tästä seuraa
LisätiedotAurinkolämpö. Tässä on tarkoitus kertoa aurinkolämmön asentamisesta ja aurinkolämmön talteen ottamiseen tarvittavista osista ja niiden toiminnasta.
Aurinkolämpö Tässä on tarkoitus kertoa aurinkolämmön asentamisesta ja aurinkolämmön talteen ottamiseen tarvittavista osista ja niiden toiminnasta. Keräimien sijoittaminen ja asennus Kaikista aurinkoisin
LisätiedotDEE Aurinkosähkön perusteet
DEE-53010 Aurinkosähkön perusteet Viidennen luennon aihepiirit Olosuhteiden vaikutus aurinkokennon toimintaan: Mietitään kennon sisäisten tapahtumien avulla, miksi ja miten lämpötilan ja säteilyintensiteetin
LisätiedotPYP I / TEEMA 4 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS
1 PYP I / TEEMA 4 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS Aki Sorsa 2 SISÄLTÖ YLEISTÄ Mitattavuus ja mittaus käsitteinä Mittauksen vaiheet Mittaustarkkuudesta SUUREIDEN MITTAUSMENETELMIÄ Mittalaitteen osat Lämpötilan
LisätiedotDEE Aurinkosähkön perusteet
DEE-53010 Aurinkosähkön perusteet Neljännen luennon aihepiirit Aurinkokennon virta-jännite-käyrän muodostuminen Edellisellä luennolla tarkasteltiin aurinkokennon toimintaperiaatetta kennon sisäisten tapahtumisen
Lisätiedotjärjestelmät Diskreettiaikaiset järjestelmät aikatason analyysi DEE Lineaariset järjestelmät Risto Mikkonen
DEE- Lineaariset järjestelmät Disreettiaiaiset järjestelmät aiatason analsi DEE- Lineaariset järjestelmät Risto Mionen Disreettiaiaiset järjestelmät 7 3 5 Lineaaristen, vaioertoimisten differenssihtälöiden
LisätiedotTONA. Taloudellinen ja ekologinen keraaminen savupiippujärjestelmä CERAMIC GUARANTEE
TONA Taloudellinen ja ekologinen keraaminen savupiippujärjestelmä CERAMIC GUARANTEE TONA Johtava eurooppalainen keraamisten savupiippujen toimittaja TONA aloitti keraamisten tuotteiden valmistuksen vuonna
LisätiedotTUTKIMUS IKI-KIUKAAN ENERGIASÄÄSTÖISTÄ YHTEISKÄYTTÖSAUNOISSA
TUTKIMUS IKI-KIUKAAN ENERGIASÄÄSTÖISTÄ YHTEISKÄYTTÖSAUNOISSA IKI-Kiuas Oy teetti tämän tutkimuksen saatuaan taloyhtiöiltä positiivista palautetta kiukaistaan. Asiakkaat havaitsivat sähkölaskujensa pienentyneen,
Lisätiedotsähköverkossa Yksikön toiminta, suprajohtavat materiaalit Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
DEE-54010 Suprajohtavuus sähköverkossa Yksikön toiminta, suprajohtavat materiaalit 1 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen The Role of Superconductivity for Power Sector 2 Suprajohtavuus sähköverkossa
LisätiedotValomylly. (tunnetaan myös Crookesin radiometrinä) Pieni välipala nykyisin lähinnä leluksi jääneen laitteen historiasta.
Valomylly (tunnetaan myös Crookesin radiometrinä) Mikko Marsch Pieni välipala nykyisin lähinnä leluksi jääneen laitteen historiasta Valomylly (tunnetaan myös Crookesin radiometrinä) Pieni välipala nykyisin
LisätiedotSähkövirran määrittelylausekkeesta
VRTAPRLASKUT kysyttyjä suureita ovat mm. virrat, potentiaalit, jännitteet, resistanssit, energian- ja tehonkulutus virtapiirin teho lasketaan Joulen laista: P = R 2 sovelletaan Kirchhoffin sääntöjä tuntemattomien
LisätiedotHALLIN ILMIÖ 1. TUTKITTAVAN ILMIÖN TEORIAA
1 ALLIN ILMIÖ MOTIVOINTI allin ilmiötyössä tarkastellaan johteen varauksenkuljettajiin liittyviä suureita Työssä nähdään kuinka all-kiteeseen generoituu all-jännite allin ilmiön tutkimiseen soveltuvalla
LisätiedotHYDRAULIIKAN PERUSTEET JA PUMPUN SUORITUSKYKY PUMPUN SUORITUSKYVYN HEIKKENEMISEEN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT
HYDRAULIIKAN PERUSTEET JA PUMPUN SUORITUSKYKY PUMPUN SUORITUSKYVYN HEIKKENEMISEEN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT Hyötysuhteen heikkenemiseen vaikuttavat tekijät Pumpun hyötysuhde voi heiketä näistä syistä: Kavitaatio
Lisätiedotd) Jos edellä oleva pari vie 10 V:n signaalia 12 bitin siirtojärjestelmässä, niin aiheutuuko edellä olevissa tapauksissa virheitä?
-08.300 Elektroniikan häiriökysymykset Kevät 006 askari 3. Kierrettyyn pariin kytkeytyvä häiriöjännite uojaamaton yksivaihejohdin, virta I, kulkee yhdensuuntaisesti etäisyydellä r instrumentointikaapelin
LisätiedotStanislav Rusak CASIMIRIN ILMIÖ
Stanislav Rusak 6.4.2009 CASIMIRIN ILMIÖ Johdanto Mistä on kyse? Mistä johtuu? Miten havaitaan? Sovelluksia Casimirin ilmiö Yksinkertaisimmillaan: Kahden tyhjiössä lähekkäin sijaitsevan metallilevyn välille
LisätiedotVyöteoria. Orbitaalivyöt
Vyöteoria Elektronirakenne ja sähkönjohtokyky: Metallit σ = 10 4-10 6 ohm -1 cm -1 (sähkönjohteet) Epämetallit σ < 10-15 ohm -1 cm -1 (eristeet) Puolimetallit σ = 10-5 -10 3 ohm -1 cm -1 σ = neµ elektronien
LisätiedotPinnoitteen vaikutus jäähdytystehoon
Pinnoitteen vaikutus jäähdytystehoon Jesse Viitanen Esko Lätti 11I100A 16.4.2013 2 SISÄLLYS 1TEHTÄVÄN MÄÄRITTELY... 3 2TEORIA... 3 2.1Jäähdytysteho... 3 2.2Pinnoite... 4 2.3Jäähdytin... 5 3MITTAUSMENETELMÄT...
LisätiedotDEE-11110 Sähkötekniikan perusteet
DEE-11110 Sähkötekniikan perusteet Antti Stenvall Passiiviset piirikomponentit Luennon keskeinen termistö ja tavoitteet vastus käämi kondensaattori puolijohdekomponentit Tarkoitus on esitellä piiriteorian
LisätiedotYleistä sähkömagnetismista SÄHKÖMAGNETISMI KÄSITEKARTTANA: Varaus. Coulombin voima Gaussin laki. Dipoli. Sähkökenttä. Poissonin yhtälö.
Yleistä sähkömagnetismista IÄLTÖ: ähkömagnetismi käsitekarttana ähkömagnetismin kaavakokoelma ähkö- ja magneettikentistä Maxwellin yhtälöistä ÄHKÖMAGNETIMI KÄITEKARTTANA: Kapasitanssi Kondensaattori Varaus
Lisätiedot