超导电缆的发展(所有资料网上找到的,侵权删)
超导发展历程
超导发展历程超导发展历程始于1911年，当时荷兰物理学家海克·克朗伯士发现在低温下某些物质的电阻突然消失，这一现象被称为超导。
然而，在接下来的几十年中，超导研究进展缓慢，直到1957年，美国物理学家约瑟夫·巴丁和约瑟芬·巴丁成功实现了铌的超导，为超导研究注入了新的活力。
随着技术和理论的进一步进展，超导材料的研究逐渐深入。
1962年，美国物理学家约瑟夫·巴丁和理查德·费曼提出了巴丁-费曼理论，成功解释了超导现象的本质，并预言了一种新型超导材料——高温超导体。
然而，直到1986年，高温超导体才被发现，使得超导研究进入了快速发展阶段。
高温超导体的发现引起了全球科学界的巨大关注与研究热潮。
短短几年内，人们不断发现了具有更高临界温度的高温超导体，这使得超导技术渐渐走出实验室，应用于现实世界。
1996年，瑞士物理学家卡尔·奥斯廷和约瑟夫·努尼斯因在超导电缆领域的突破性工作而获得诺贝尔物理学奖。
随着超导技术的进一步发展，越来越多的应用领域开始探索超导的潜力。
超导磁体广泛应用于核磁共振成像、加速器和磁悬浮等领域。
超导电缆在能源传输方面具有巨大潜力，能够降低能源损耗并提高传输效率。
超导量子比特的研究为量子计算机技术的发展提供了新的思路。
当前，超导技术正面临着新的挑战和机遇。
科学家们正在不断寻找更高温度的超导体，以降低制冷成本并推动超导技术的普及应用。
同时，超导技术在电力、能源和通信等领域的应用潜力巨大，有望为人类社会带来革命性的变化。
在不远的将来，超导技术有望成为新能源、新材料和新型器件发展的重要推动力量。
超导材料与超导技术的发展
超导材料与超导技术的发展随着科学技术的不断发展，超导材料和超导技术逐渐成为了热门研究领域。
其应用领域广泛，包括电力输配电、医学成像和地球探测等。
在此文章中，我们将探讨超导材料和超导技术的发展历程以及未来发展趋势。
一、超导材料的发展超导现象最早在1911年被发现，当时法国物理学家Onnes发现通过冷却，汞的电阻下降到了零。
这被认为是科学史上的一次重大突破，奠定了超导研究的基础和重要性。
在此之后，研究者们努力寻找更多的超导材料，以推动超导技术的发展。
最早的超导材料是金属材料，如铜、铝、铅等。
但是，这些材料需要极低的温度才能表现出超导效应。
在20世纪中期，人们开始使用化合物和合金来寻找更好的超导材料，如CRTiS、Nb3Ge 等。
然而，这些材料都有其自身的限制。
化合物的价格昂贵，合金在处理和使用过程中容易出现裂纹。
直到1986年，一种新型超导材料HSiC1被发现，其临界温度可达到39K，极大地推动了超导研究进程。
目前，已经发现了很多高温超导材料，包括YBCO、BSCO、Tl-1223等。
这些材料的超导临界温度都能够达到80K以上。
二、超导技术的发展超导技术的应用非常广泛。
其中最重要的应用领域之一是电力输配电。
超导线圈作为大型电流的传输媒介，可以有效降低能量损失，提高电力输送效率。
目前，超导电缆在德国、日本、美国等地已经开始商业化运营。
在医学领域，MRI技术是一项非常重要的成果。
MRI通过核磁共振原理制成医学成像。
超导磁体是MRI的核心部分，能够提供强大的磁场，使得核磁共振现象大幅增强，从而使得成像更加准确。
此外，超导技术在地球探测、天文观测等领域也有广泛的应用。
例如，超导天线和超导应变计能够提高遥感卫星的精度和分辨率。
随着科技的进步，更多的领域将会采用超导技术。
例如，超导磁体和超导储能技术被广泛用于高能物理实验研究中。
三、未来展望未来，超导材料和超导技术的发展将更加快速和广泛。
在研究超导材料方面，目前的主要发展方向是提高超导临界温度、增加超导电流密度以及减小材料的超导转换损失。
高温超导电缆概念
高温超导电缆概念高温超导电缆是一种新型的电缆，它利用高温超导材料作为导电介质，具有传输电流大、电阻小、发热低、能耗低等优点。
以下是高温超导电缆的概念及特点的详细介绍：1.高温超导电缆的概念：高温超导电缆是一种使用高温超导材料作为导电介质的电缆。
这些材料通常在液氮温度（77K）以上表现出超导性质。
与传统电缆相比，高温超导电缆具有更高的导电性能和更低的能耗。
2.高温超导材料的种类：常见的高温超导材料包括YBCO (Yttrium Barium Copper Oxide)、BSCCO (Bismuth Strontium Calcium Copper Oxide)等。
这些材料在特定的高温条件下具有零电阻特性，使得电流可以在其中无阻碍地流动。
3.高温超导电缆的制造过程：制造高温超导电缆需要经历多个步骤，包括超导材料的合成、线材的拉制、电缆的组装等。
其中，超导材料的合成是关键步骤，需要精确控制各种原料的比例和反应条件。
4.高温超导电缆的优点：(1) 传输电流大：由于高温超导材料的电阻极低，因此高温超导电缆能够传输的电流比传统电缆大得多。
(2) 电阻小、发热低：其材料的电阻极低，电缆的发热量也较低，降低了电能损耗。
(3) 能耗低：与传统电缆相比，其能耗低得多，对于长时间运行的电力系统来说非常重要。
(4) 体积小、重量轻：这些材料的密度小，因此其体积和重量都比传统电缆小，使得安装和维护更为方便。
5.高温超导电缆的应用：主要应用于电力系统的输电和配电领域。
特别是在需要传输大电流的场合，如城市电网、大型工业企业等，其具有很大的优势。
此外，它还可用于电动汽车、高铁等领域。
6.高温超导电缆的发展前景：随着科技的进步，高温超导材料的技术也在持续发展。
目前已经可以实现其大规模生产，并且价格逐渐降低。
因此，它在未来的发展中具有广阔的应用前景。
超导研究发展的历程
超导研究发展的历程超导材料是一种能够在极低温下传导电流而无电阻的材料。
超导研究始于19世纪末，经过多年的研究与发展，已经取得了重大的突破和进展。
超导现象的发现可以追溯到1911年，当时荷兰的物理学家海克·卡姆林茨·俄宅和荷兰京斯德霍夫大学的学生海因·奥宅加上了一个重要的突破。
他们发现，在极低温下，汞的电阻消失了，这种现象被称为超导。
这一发现引起了科学界的极大关注，并在随后的几十年中成为了一项重要的研究课题。
随着对超导现象的深入研究，科学家们发现，只有在极低温下才能产生超导现象。
因此，寻找更适合进行超导研究的材料成为了研究的重点。
随着技术的进步，科学家们陆续发现了一系列新型的超导材料，从最早的金属材料到后来的合金、化合物材料。
在20世纪70年代，发现了第一种高温超导材料。
当时，约瑟夫逊、芬兰科学家奥斯卡尔·格尼伯尔实验室的研究小组在铜氧化钠中发现了高温超导现象。
这一突破的发现对超导研究产生了深远的影响，为此后的高温超导材料的研究提供了重要的指导。
随着高温超导材料的发现，超导研究进入了一个新的阶段。
科学家们开始探索更复杂的材料，以寻找更高温度下的超导现象。
他们提出了许多理论和模型，试图解释高温超导的机制，并设计出更适合应用的材料。
到了21世纪，超导研究取得了重大的突破。
在2001年，日本物理学家铃木庆一通过对铜氧化物的研究，发现了一种能够在液氮温度下实现超导的材料。
这一发现让科学家们对超导材料的研究产生了更大的兴趣和热情，并取得了更多的突破。
目前，超导研究已经成为一个跨学科的领域，涉及物理学、化学、材料科学等多个学科领域。
科学家们通过不断的实验和理论研究，发现了越来越多的高温超导材料，并且取得了不断突破的成果。
高温超导材料的研究不仅在科学理论上取得了巨大的进展，还在实际应用中取得了重要的成果，如超导磁体、超导电缆和超导电子器件等。
超导研究的发展历程不仅是科学进步的体现，也是人类不断探索未知领域的勇气和智慧的结晶。
超导材料的发展历程
超导材料的发展历程随着科技的不断进步，人类对于各种新材料的研究也越来越深入。
其中，超导材料是近年来备受研究者关注的一个领域，它的独特性能让人们对它产生了无限的好奇和期待。
本文将带您了解一下超导材料的发展历程，从最初的研究到现在的应用，让您对这个领域有更为全面的了解。
一、超导材料的起源超导材料的起源可以追溯到1911年，当时，荷兰物理学家海滕斯（Heike Kamerlingh Onnes）在实验中发现，他将已知的物质冷却至绝对零度（即-273℃）以下时，电阻消失了，即通电后没有电流通过。
这种奇特的现象引起了人们的强烈兴趣，开启了超导材料的研究之路。
海滕斯实验中用到的物质是汞（Hg），这也是目前最为常见的超导材料之一。
人们在此基础上进行了众多的研究，通过改变温度、压力、添加杂质等手段，发现了更多的超导材料。
二、超导材料的理论探索超导材料的物理机制和独特性能一直是科学家们的研究重点。
在理论探索方面，人们分别从磁场、电子等不同角度进行了深入研究。
其中，伦敦理论是超导材料的基础理论之一，由英国物理学家伦敦父子（Fritz London和Heinz London）提出。
该理论是通过能量守恒定律和量子力学的统计解释，解释了超导材料的电子行为，为材料科学的研究提供了理论依据。
此外，超导材料在磁场中的行为也受到科学家们的广泛关注。
磁通量量子化现象是超导材料中的一个重要现象，是超导现象中独特的量子效应。
首次被荷兰物理学家Keesom提出，后来通过进一步的实验研究得到了证实。
三、超导材料的分类和发展趋势超导材料在实际生产和应用中受到了许多限制，主要是由于其严格的制备条件和难以控制的降温过程。
但是，人们通过不断地研究和改进，发现了更多的超导材料和制备方法。
根据超导材料的电学特性和结构，可以将其分为多种类型，如一般超导体、高温超导体、笔直线超导体等。
其中，高温超导体的发现是进一步推动了超导材料研究的重要事件。
高温超导体是指在较高温度下具有超导性的材料。
超导体技术进展综述
超导体技术进展综述近年来，超导体技术取得了显著的进展，被广泛应用于能源传输、电子传输和磁共振成像等领域。
超导体的特殊性质使其在电阻、磁场和传输速度等方面具备优势，因此一直被科学家们探索和研究。
本文将对超导体技术的发展历程和最新进展进行综述。
首先，我们回顾一下超导体技术的起源和基本原理。
超导体是指在低温条件下，电阻消失并且能够完全追踪斯格米性质的材料。
超导体的原理可以通过两个重要的概念来解释：电子对和传导电子的库珀对。
在低温下，电子会以一对一对地形成库珀对，这些电子对之间不会发生碰撞，从而减少了电阻。
这一概念的提出为超导体技术的发展奠定了基础。
随着科技的进步，超导体技术不断取得突破。
首先，超导体在能源传输领域有着巨大的潜力。
由于超导体的低电阻特性，它可以有效地减少电能的损耗，并提高电能传输的效率。
超导体电缆已经被用于大规模的电力输电线路，比如中国的南光北输工程。
该工程采用了大规模的超导体电缆，将电能从西部的水力发电站输送到东部城市。
这一技术的应用使得电能传输的损耗大大减少，为能源的可持续发展做出了贡献。
其次，超导体在电子传输领域也取得了重要进展。
传统的电子器件在传输信号时会产生热耗散和信号衰减等问题，而超导体的零电阻特性可以有效地解决这些问题。
因此，超导体被广泛应用于高性能计算机、量子计算和通信系统等领域。
例如，IBM研究院已经成功地将超导体应用于量子计算机的传输线路，大大提高了量子计算的稳定性和可扩展性。
这一技术的突破为量子计算机的商业化应用提供了可能。
此外，超导体在磁共振成像领域也有着重要应用。
磁共振成像是一种非侵入性的医学成像技术，可以获得人体内部的高分辨率图像。
然而，磁共振成像需要强大的磁场来产生图像，而超导体的高磁场强度和低电阻特性使其成为理想的磁体材料。
现代的磁共振成像仪器都采用超导体磁体，可以提供更高的磁场强度和更精确的成像，从而提高了医学成像的质量和精度。
最近，超导体技术在新能源领域也取得了良好的进展。
高温超导电缆冷却系统现状与发展
高温超导电缆冷却系统现状与发展摘要：结合国内外高温超导电缆工程实例从制冷原理，系统形式等方面介绍了几种常用的高温超导电缆冷却系统;同时从适用条件、运行可靠性、经济性等方面对它们进行比较;分析国际上对高温电缆冷却系统的研究趋势，并对其研究发展提出建议。
关键词：高温超导电缆;冷却系统引言高温超导线材在液氮温区下，能进入超导状态，电流电阻率消失，几乎可实现无损失输电的特性，该类线材制成的电缆即高温超导电缆。
超导电缆较常规电缆优势明显，在相同截面下，其传送电力的能力比常规电缆高三到五倍，可以利用低电压实现大电流，故超导电缆的使用可以满足城市不断增长的电力需求并节省日益紧张的城市地下空间。
除此之外其还具有临界长度长，耐受短路电流大等优势。
高温超导电缆的导电层主要采用Bi2223，YBCO和MgB2等带材，这些材料在液氮范围内均能实现超导特性。
目前，美国、意大利、日本、韩国、法国、丹麦等工业发达国家的大公司都在积极研究开发超导电缆。
1低温系统可靠性设计超导电缆低温系统的硬件主要由制冷机、低温热交换器、循环系统、压力控制系统等部分组成。
液氮作为冷媒，在系统中循环流动，吸收系统回路中所消耗的热量(包括外部环境的漏热以及超导电缆内部所生成的热量)，并且将热量返回至制冷机，同时制冷机再将液氮冷却到初始温度。
高温超导电缆低温系统其主要的设计思路是通过对系统的关键设备冗余和采用合理控制的方式来提高系统的可靠性。
通过理论计算，得出宝钢高温超导电缆系统总体热负荷为2810W，其中超导电缆本体热负荷为2475W(包括超导电缆终端漏热、超导电缆本体恒温器漏热以及交流损耗)，低温系统自身漏热335W(包括冷箱、泵箱、液氮输液管道以及阀门等的漏热)。
通过8台G－M型制冷机或者抽空减压的方式来冷却冷箱内的液氮，过冷的液氮再通过低温换热器来冷却内部循环的液氮。
系统正常运行时，需6台制冷机开启，提供3000W的制冷量，剩余两台制冷机作为备用。
超导材料的发展现状与前景展望
超导材料的发展现状与前景展望超导材料是一类极具潜力的电子材料，其最大的特点是可以不受阻碍地传导电流，从而具备很高的电导率。
这种材料一直以来都备受科学家们的关注，因为其广泛的应用前景和独特的性质在现代科技领域中占有至关重要的地位。
在这篇文章中，我们将探讨超导材料的发展现状与前景展望，以期能够更好地了解这一领域的发展情况。
（一）超导材料的发展历程超导材料的发现可以追溯到1911年，当时荷兰物理学家海克·卡曼发现当他把汞冷却到4.2K（几乎是绝对零度）时，它的电阻会突然消失。
随后的几十年里，科学家们发现了更多这种奇特材料，如铝、锡和量子点等，但它们的使用范围很有限，因为它们需要极低的温度才能发挥超导效应。
直到1986年，材料科学家们才开发出了第一批高温超导材料，这为超导技术的广泛应用开辟了新的道路。
（二）超导材料的应用领域超导材料的发现和应用使得人类在许多领域实现了巨大的技术进步，其中最为突出的是在能源和交通领域。
在能源方面，超导材料被用于制造低温超导电缆，这些电缆可以将电流输送到远离发电站的地方，而且传输损失非常小。
这种技术被广泛用于制造输电线路和电网。
在交通方面，超导材料被用于制造磁悬浮列车，这种列车可以通过磁力悬浮在轨道上，速度非常快，而且没有摩擦力阻碍。
此外，超导材料还在医学、计算机、通讯等领域中得到广泛应用。
例如，在MRI扫描中，人们可以使用超导材料制造出更好的磁共振仪，以便更准确地检测人体内部的异常情况。
在计算机领域，人们可以利用超导材料制造更快、更可靠的电路芯片。
在通讯领域，超导材料可以被用于制造更好、更快的光纤电缆，以提高通讯速度和质量。
（三）超导材料的发展现状尽管超导材料的应用前景很广泛，但其本身的制造和使用仍然面临很多挑战。
首先，超导材料需要极低的温度才能发挥超导效应，而且通常需要使用液氮或液氦等物质来冷却，这会增加材料制备成本和使用难度。
其次，尽管高温超导材料已经开发，但其本身仍然存在很多问题，如电阻的波动、内部结构的不稳定性等。
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超导电缆的发展情况什么是超导电缆超导电缆是利用超导在其临界温度下成为超导态、电阻消失、损耗极微、电流密度高、能承载大电流的特点而设计制造的。
其传输容量远远超过充油电缆，亦大于低温电缆，可达10000MVA以上，是正在大力研究发展中的一种新型电缆。
由于超导体的临界温度一般在20K以下，故超导电缆一般在4.2K的液氦中运行。
超导电缆的结构有刚性和可挠性两种形式，缆芯分单芯和三芯。
设计时须充分考虑其组成材料的膨胀系数，以免电缆因热胀冷缩产生过大内应力而受损。
超导电缆是解决大容量、低损耗输电的一个重要途径，由于它的潜在优势如此诱人，所以各国科技工作者为此正在进行大量的研制工作。
发展过程中遇到的问题超导体发展过程中，材料是生产一切物资的根本, 新材料则是其他产业振兴与发展的前提。
因此, 解决能源问题势必要大力发展新材料事业。
在众多的新材料中, 高温超导材料是不可小觑的一种力量。
它以节能、环保、可替代多种材料而一枝独秀。
可喜的是, 中国是继美国、丹麦之后, 世界上第三个将超导电缆投入电网运行的国家。
目前, 我国电力、通信、国防、医疗等方面的发展关键技术问题众多, 急需利用超导技术解决。
同时我国工业发展对电能需求量日益增长。
而电力资源和负荷分布不均, 因此长距离、低损耗的输电技术十分迫切。
据韩教授统计, 假如能建立起一个全国性的电力网,由于无电阻,电力网中就无损耗,那么将节省10%左右因输送而造成的电力损耗。
另外, 电力工业发展的需求越来越大, 市场发展对供电质量和可靠性的要求越来越高, 常规电力技术已越来越不能满足需要, 因此发展超导材料势在必行。
超导材料有着广阔的应用前景, 但要用超导材料来改进现有的科技工程又决非易事。
科学家和工程师们所遇到的困难是如何使超导材料实用化, 即提高临界转变温度、临界电流密度和改良其加工性能, 制造出理想的超导材料。
目前面临的主要问题如下:1提高临界电流密度，目前, 高温超导材料的最突出的问题是在外加磁场下, 临界电流密度偏低。
超导薄膜,一般是在弱磁场中工作, J c 值(~l06A /era )基本可满足电子器件的要求。
但体材和线(带) 材的J c 值还远未达到实用化所要求的水平, 特别是在有外加磁场时, J c 急剧下降。
科学家对影响J c 的原因和解决办法进行了大量研究。
许多科学家都认为,影响J c 的主要原因是:(1)晶界间的弱连结; (2) 晶粒中的磁力线运动 .2弱连结，造成弱连结的原因及弱连结的性质尚不十分清楚。
一般认为是由于生成的晶体结构不佳、在晶界处存在位错、晶界处化学成份的改变及结晶的细微裂纹等原因使通道上的电流受阻。
解决的方法是使结晶沿a —b 导电层(CuO2层) 的方向择优生长, 采用长时问退火、熔融织构法或定向凝固法等制备大平行板式结晶。
这种排成直线的多晶消除了在电流方向上的弱连结,解决了各向异性的问题3磁力线运动，增强磁通钉扎力可解决磁力线运动问题。
一般来说, 有效的磁通钉扎需要有足够的钉扎中心, 其尺寸要与超导相干长度相匹配。
增强磁通钉扎力的方法有中子辐照、相分解、引入弥散相、化学掺杂等, 其作用都是引入钉扎中心。
实验证明, 中子或质子辐照后, J c 可提高几十倍到近百倍实际上, 很难把弱连接和磁通蠕动完垒割裂开来, 对于超导实用化来说, 都是迫切需要解决的问题。
4 制备长线材，在实际应用中, 超导线材占有很大比重, 困此, 制备性能满足要求的高温超导线(带) 材是重点研究课题之。
陶瓷超导物质的脆性是其固有的特性, 但也不是不可克服的。
现在常用办法是将高温超导粉末装入有廷性的金属套管中, 然后进行多道次拉拔。
一般可采用铜或银包套, 阻银包套为最佳。
因为高温超导化合物对氧含最十分敏感,在氧气氛下拉拔, 氧气要通过金属包套渗透到高温超导化合物内部。
银的透气性较好, 又有好的延展性, 所现在多使用银套管(或称银鞘珐) 为了增加韧性, 也可以往超导粉末中掺人一定量的金属粉末(如银粉) 。
有许多方法可制各线材, 如溶胶一凝胶法、纺丝法、芯线涤布法、真空镀膜法、溅射法、化学气相沉积法等等。
所有方法制得的线l 材长度都达不到实用化的水平。
随着长度的增加, 高温超导的J c 降低。
同时应该看到, 线材的长度不是孤立的问题,它与高温超导材料的合成、加工、连接等多种因素密切相关。
5经济效益，高温超导材料研究刚刚起步, 经济效益尚未提到议事日程, 而对于实用化来说,经济效益是必须考虑的问题近两年超导材料的制备成本已显著下降,例如, 钇系超导薄膜1989年的售价是1000~3000美元/片, 现在降到350美元/片; 铊系超导薄膜的价格从2950美元/cm 2下降到1000美元/cm2, 随之薄膜器件的价格也降低了。
总的看来, 高温超导材料仍处于实验室研究阶段, 生产技术很不成熟, 目前技术改进的着眼点是提高性能指标, 而对经济效益的追求是更远一些的目标。
超导电缆的发展过程高温超导电缆的发展历史20世纪初,荷兰低温物理学家卡麦林·昂尼斯(KamerlinghOnnes)发现了超导现象并发现了汞、铟、锡和铅等金属超导体,超导体在超导状态下可以无电阻地传输电流。
这一特性使人们在发现超导现象后立即想到利用超导体来制做传输电流的导线,这样可以避免由电阻产生的热损耗。
但是不久后人们就发现用这些金属超导体制做的导线只能在传输很小的电流时才具有零电阻特性,当电流增大时又恢复了一般导体的电阻特性,这导致了利用超导体制做导线无电阻地传输具有实用意义的电流的做法以失败而告终。
到了20世纪60年代,随着一些可以传输较大电流而仍能保持零电阻特性合金超导体的发现,人们利用超导体无电阻地传输电流的愿望才成为可能。
20世纪六七十年代,人们开始尝试利用铌合金导线制做超导电缆。
铌合金导线只有在温度低于-260℃时才处于超导状态,所以需要液氦作为冷却剂,液氦的价格很高,这就使该类超导电缆丧失了工业化应用的可行性。
20世纪80年代末,人们发现了超导转变温度在液氮气化温度(约-196℃)以上的铜基氧化物超导材料。
因铜基氧化物超导材料的超导转变温度大大高于以前发现的元素或合金超导材料的超导转变温度,所以人们习惯将其称为高温超导材料。
使用高温超导材料制做超导电缆,就可以在价格低廉的液氮冷却下无电阻地传送电能。
高温超导电缆的出现使超导技术在电力电缆方面的工业应用接近于现实。
目前市场上可以得到的用来制造高温超导电缆的材料主要是银包套的铋系高温超导材料它的超导临界转变温度在-165℃左右。
在处于液氮气化温度时,在每平方厘米的截面上可无电阻地通过8000～12000A的电流。
目前世界上最大的生产厂家是美国超导公司(AmericanSuperconductor)其生产能力和产品技术指标都处于领先地位。
我国的北京英纳超导技术有限公司的生产能力和产品技术指标也处于世界前列。
多芯带材的市场价格是150～200美元kA·m。
高温超导电缆的基本结构高温超导电缆的基本结构与常规电缆有很大差异,其从内到外依次为:1.内支撑管。
通常为罩有密致金属网的金属波纹管,以此做为超导带材排绕的基准支撑物,同时也用做液氮冷却循环管道;2.电缆导体。
由铋系高温超导带材绕制而成,一般为多层;3.热绝缘层。
通常由同轴双层金属波纹管套制,两层波纹管间抽真空并嵌有多层防辐射金属箔,其功能是使电缆超导导体与外部环境实现热绝缘,以保证超导导体安全运行的低温环境。
4.电绝缘层。
电绝缘层置于热绝缘层外面的,因其处于环境温度下,故习惯上被称为常温绝缘超导电缆(或热绝缘超导电缆),常温绝缘超导电缆的电绝缘层由常规电缆绝缘材料制作。
电绝缘层置于热绝缘层里面的,在电缆处于运行状态时处于低温环境,故被称为冷绝缘超导电缆,这类电缆的电绝缘层需要用适合于低温环境的电气绝缘材料制造。
5.电缆屏蔽层和护层。
电缆屏蔽层和护层的功能与常规电力电缆类似,即电磁屏蔽、短路保护及物理、化学、环境防护等。
常温绝缘超导电缆屏蔽层和护层的制作材料与常规电缆类似,冷绝缘超导电缆的屏蔽层可以用超导材料制作,护层与常规电缆相同。
除上述主要元件外,高温超导电缆的结构中还可能包括一些辅助元件,例如电缆导体层间绝缘膜、约束电缆各部分相对位置的包层和调距压条等。
高温超导电缆的运行条件与常规电缆有很大差异,与之配套的附件也与常规电缆的附件有很大区别。
高温超导电缆的附件由两部分组成,即制冷系统和电缆终端。
制冷系统。
超导电缆需要低温的工作环境(一般为液氮温区),所以必须配备相应的制冷系统。
制冷系统通常由制冷机组、液氮泵、绝热管道、水冷却装置和液氮储罐等部分组成。
电缆终端。
电缆终端是超导电缆和外部其他电气设备之间相互连接的端口,也是电缆冷却介质和制冷设备的连接端口。
除类似于常规电缆终端担负电气安全连通的作用之外,还要保证实现温度的过渡。
终端的结构和电缆的结构相配套,常温绝缘超导电缆与冷绝缘超导电缆的终端在结构上有很大区别。
常规电缆运行时的主要损耗是产生焦耳热所带来的能量损耗(=I2R)。
因超导电缆工作时导体的电阻为零,所以高温超导电缆在运行时基本没有焦耳热产生,这与常规电缆有很大差异,但交流输电时的磁滞损耗(简称交流损耗)及绝缘材料的介质损耗仍然存在。
在计算超导电缆的运行损耗时,还必须考虑为其配套的制冷系统所消耗的能量。
一般来讲,在液氮温区电缆产生1W的损耗需要消耗15W左右的制冷能量。
综合起来考虑,在传输相同容量的电能时,高温超导电缆的运行损耗约为常规电缆的50%～60%。
三、各国高温超导电缆项目的运行情况高温超导电缆技术的发展已有十余年的历史,参与高温超导电缆技术研究的国家主要有美国、日本、丹麦、德国、中国和韩国。
1992年在美国能源部的支持下,Pirelli公司北美分部开始对高温超导电缆技术进行研究和开发,从而使美国成为最早发展高温超导电缆技术的国家。
由于政府和大公司的高度重视与参与,凭借强大的人才、科技、资本和组织管理优势,使其高温超导电缆的研究开发工作一直走在世界前列。
1999年底,由Southwire公司牵头研制的30m、3相、12.5kV1250A冷绝缘高温超导电缆并网运行,标志着高温超导电缆技术趋于成熟。
到目前为止,这组电缆系统已连续运行了4年多,没有发生影响运行的技术问题。
2001年Pirelli公司北美分部制造了一组120m、3相、24kV2400A常温绝缘高温超导电缆,但在铺设安装时操作失误,使其中两根电缆的绝热部分遭到严重损坏,已无法并网运行,在超导电缆技术发展史上记上了一笔沉痛的教训。
早在20世纪90年代美国能源部就认为超导电力技术是21世纪电力工业惟一的高技术储备。
近来,美国能源部提出了2030美国国家电网的设想。