Reportér 2010/4 - AŽD Praha, sro

TECHNICKÝ ZPRAVODA Jv hodnotách více než půl miliónu nabíjecícha vybíjecích cyklů. Protože je energetickáhustota superkapacitorů oproti bateriímvýrazně nižší (jednotky Wh/kg), jsou vhodnépro krátkodobé uložení energie. V tabulce 1 jeuvedeno porovnání vlastností vybranýchzásobníků elektrické energie.Superkapacitory se vyznačují velmi nízkýmvnitřním odporem několika mΩ. Jejich kapacitaje, kdeε r………. dielektrická konstanta materiálu,ε 0………. dielektrická konstanta vakua,A……….. plocha elektrod,D……….. vzdálenost elektrod.Maximální výkon je dán vztahem, kdeOlověnýakumulátorU k.......... napětí na superkapacitoru,R k........... vnitřní odpor superkapacitoru.S ohledem na velmi nízký vnitřní odpor mohoubýt ukládány a odebírány velké výkony.Pro maximální akumulovanou energii platíznámý vztah1 2E = . CU k, kde2C............ kapacita supercapacitoru.SuperkapacitorElektrolytickýkondenzátornabíjecí doba 1 až 6 h 0,3 až 30 s 10 -3 až 10 -6 svybíjecí doba 0,3 až 3 h 0,3 až 30 s 10 -3 až 10 -6 senergetická hustota[Wh/kg]10 až 100 1 až 10 < 0,1výkonová hustota[W/kg]< 1 000 < 10 000 < 100 000počet cyklů 1 000 > 500 000 > 500 000účinnost 0,7 až 0,85 0,85 až 0,98 > 0,95Tabulka 1 Porovnání vlastností olověného akumulátoru, superkapacitorua elektrolytického kondenzátoruC = ε rε 0AD2UkP =4 . Rkkondenzátorů se použitelná doba pohybujev rozmezí sekund až několika minut.Pro spínací dobu 6 s až 12 s se v železničnízabezpečovací technice nabízí možnost použítsuperkapacitory pro napájení pohonuzávor.Další výhodou těchto kondenzátorů jsoujejich relativně nízké ztráty samovybíjeníma vysoká účinnost okolo 98 %. Vysoká jerovněž životnost při bezúdržbovém provozu,která je delší než 10 let.Životnost superkapacitoru ovlivňuje teplotaa provozní napětí. Tak např. udávaná životnost10 let platí pro teplotu 25 °C a projmenovité napětí. Při vyšších hodnotáchteploty a napětí životnost výrazně klesá.Provozní napětí se s ohledem na používanoutechnologii a dosažení co nejdelšíživotnosti pohybuje v současné doběv rozmezí 2,5 V až 2,7 V. Pro dosažení potřebnéhonapětí je nutno zapojovat článkydo série.Příklad modulárního uspořádání 16 superkapacitorůpro dosažení jmenovitéhonapětí 42 V, při celkové kapacitě 75 F, jeuveden na obr. 3. Rozměry modulu jsou25 cm x 25 cm x 8 cm.Nová koncepce napájení přejezdů DBPodstatou nové koncepce napájení přejezdůje využití dvouvrstvých kondenzátorů, kteréumožňuje decentralizované napájení krátkodobénárazové zátěže pohonu závor.Při tzv. řetězovém napájení, např. dvou přejezdů,dovolí použití této techniky soustředitnapájecí zařízení do jednoho (centrálního) přejezdovéhodomku. Odpovídající moduly kondenzátorůse umístí do skříně v bezprostředníblízkosti druhého přejezdu, kam je přivedenoi napětí z baterie.Napájecí kabelová vedení z centrální baterievyžadují menší průřezy vodičů než v dosavadnímsystému. V závislosti na hustotě vlakůna konkrétní trati musí být dodrženy potřebnédoby pro nárazové nabití superkondenzátorů.Všechny prvky obou přejezdů (výstražníky, počítačenáprav a pohony závor) jsou zapojenydo diagnostické jednotky, která umožňuje dálkovévyhodnocení stavu přejezdů. Napájenízbývajících prvků přejezdových zařízení je zajištěnopřímo z baterie.S ohledem na nízkou spotřebu prvků přejezdovýchzařízení je možno použít kabelů o průřezu1,5 mm 2 .Na obr. 4 je zakresleno schéma nové koncepcenapájení dvou přejezdových zařízení.Výhoda tohoto řešení se projeví zvláštěv případech, kde není k dispozici veřejná napájecísíť. Použití nové koncepce napájení je všakúčelné jen tehdy, jsou-li náklady na jeho realizacivýrazně nižší než na vybudování druhéhopřejezdového domku.ZávěrVlastnosti superkapacitorů, zejména jejichvysoká účinnost (až 98 %), vysoký měrný výkonve srovnání s akumulátory (jednotky kW/kg), nízký vnitřní odpor (jednotky mΩ), vysokýpočet pracovních cyklů (až 1 milión) a vysokárychlost nabíjení i vybíjení (řádově sekundy)nabízejí široké využití jako krátkodobé zdrojeelektrické energie.V důsledku nízké časové konstantyτ = R k. Cje energie nepoměrně nižší.Na obr. 2 je porovnání měrné energiea měrného výkonu u různých zdrojů elektrickéenergie (pomocí tzv. Ragone-diagramu).Z diagramu je patrné, že superkapacitoryvyplňují mezeru mezi elektrolytickýmikondenzátory a bateriemi. Diagramkromě toho umožňuje podle časových rozmezíposoudit, který zdroj je pro danépoužití nejvhodnější. U dvouvrstvýchObr. 2 Porovnání měrné energie (Wh/kg) a měrného výkonu u různých zdrojů elektrické energieREPORTÉR AŽD PRAHA • 4/2010 | 45 |