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超導電纜的組成、分類和特點

文章出處：責任編輯：發(fā)布時間：2020-10-21 13:38:45 點擊數(shù)：- 【大 中 小】

超導電纜是指利用超導體制成的一類電纜。超導電纜具有大容量、低損耗、節(jié)約能源和環(huán)保等優(yōu)勢，在電力工業(yè)已應(yīng)用廣泛。利用超導在其臨界溫度下成為超導態(tài)、電阻消失、損耗極微、電流密度高、能承載大電流的特點而設(shè)計制造的。其傳輸容量遠遠超過充油電纜，亦大于低溫電纜，可達10000MVA以上，是正在大力研究發(fā)展中的一種新型電纜。由于超導體的臨界溫度一般在20K以下，故超導電纜一般在4.2K的液氦中運行。
超導電纜的結(jié)構(gòu)有剛性和可撓性兩種形式，纜芯分單芯和三芯。設(shè)計時須充分考慮其組成材料的膨脹系數(shù)，以免電纜因熱脹冷縮產(chǎn)生過大內(nèi)應(yīng)力而受損。
超導電纜是解決大容量、低損耗輸電的一個重要途徑，由于它的潛在優(yōu)勢如此誘人，所以各國科技工作者為此正在進行大量的研制工作。
組成：
超導電纜主要由電纜本體、終端以及低溫制冷裝置組成。
超導電纜本體包括電纜芯、電絕緣和低溫容器，電纜芯是由超導體組成，它裝在維持電纜芯所需低溫的低溫容器管中，低溫容器管兩端與終端相連。電纜芯的超導帶在終端通過電流引線與外部電源或負載相聯(lián)接。對高溫超導電纜，電纜芯是由繞在骨架上的多層高溫超導帶材組成，超導帶層間纏繞絕緣帶，以降低電纜因電磁耦合引起的交流損耗。電纜的低溫容器管采用具有高真空和超級絕熱的雙不銹鋼波紋管結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)保證了高溫超導電纜的柔性和保持夾層高真空度。對低溫絕緣電纜，電絕緣包在導體層外側(cè)，與導體層同處低溫環(huán)境中。對常溫絕緣電纜，電絕緣處在低溫容器外側(cè)，在絕緣層外再加電纜保護層。
終端是超導電纜與外部電氣部件連接的端口，同時也是電纜低溫部分與外部室溫的過渡段，因此終端要求有很好的熱絕緣，以保證超導電纜整體熱損耗最小。同時，低溫冷卻裝置還要通過終端冷卻超導電纜芯的超導帶材，保證超導體能在設(shè)計的運行溫度下運行。另外，由于超導電纜導體層將通過電流引線與外部高電壓母線連接，因此要求終端有相應(yīng)的電絕緣水平。
分類：
1、超導電纜按采用超導材料不同分低溫超導電纜和高溫超導電纜。
低溫超導電纜的導電層是采用低溫超導線材，通常是NbTi/Cu或NbsSn/Cu復合超導線制成。由于NbTi的臨界溫度是9.5 K，的臨界溫度是18.1 K，因此低溫超導電纜都必需在液氦溫區(qū)下運行。
高溫超導電纜的導電層主要采用Bi2223帶材，它的臨界溫度約為110 K，因此可以在液氮溫區(qū)下運行，其低溫結(jié)構(gòu)相對低溫超導電纜要簡單。
2 、超導電纜按其輸送電能形式不同有直流超導電纜和交流超導電纜。
直流超導電纜由于超導材料處在超導態(tài)時幾乎沒有電阻，輸電時只有電流引線和低溫制冷裝置有電能損耗。
交流超導輸電電纜由于超導體在通電運行時會產(chǎn)生交流損耗以及絕緣層介質(zhì)損耗等，因此其熱損耗要比直流電纜大。
3、按絕緣方式不同，超導電纜還可分為常溫絕緣超導電纜和低溫絕緣超導電纜。
常溫絕緣超導電纜的電絕緣層是處在電纜低溫容器外的常溫區(qū)，它可以采用常規(guī)電纜的電絕緣材料和技術(shù)，
低溫絕緣超導電纜的電絕緣層是直接纏包在導體上，并與導體一起處在低溫區(qū)，這樣電纜尺寸將更緊湊。為了防止電纜載流時產(chǎn)生磁場對周圍環(huán)境的影響，通常在絕緣層外還加有屏蔽層。
特點：
與常規(guī)電纜相比，超導電纜具有明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)如下幾點：
1、超導電纜采用在液氮汽化溫度（約-196℃）下無電阻傳輸大電流，導體損耗不足常規(guī)電纜的十分之一，加上制冷的能量損耗，其運行總損耗也僅為常規(guī)電纜的50%～60%，因此損耗低、節(jié)省能源。
2、同樣截面超導電纜的電流輸送能力是常規(guī)電纜的3～5倍，所以使用超導電纜可以節(jié)約輸電系統(tǒng)的占地面積和空間，節(jié)省大量寶貴的土地資源。
3、具有同樣傳輸能力的超導電纜所使用的金屬和絕緣材料較少。
4、充油常規(guī)電纜存在漏油污染環(huán)境的危險，而超導電纜沒有造成環(huán)境污染的可能性。
5、超導電纜具有低噪聲的特性。
超導輸電技術(shù)在原理上是最理想的一種輸電技術(shù)，但由于其建造價格昂貴，且技術(shù)尚未成熟，它的廣泛應(yīng)用還需要較長的時間。

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