低温绝缘(CD)高温超导电缆屏蔽层电流对超导
3 电力电缆的类型-电力电缆施工技术
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35kV 以上的高压电力电缆目前主要产品是110 、220 、 330 、400 、500kV 电压级的自容式充油电缆， 这些电缆除具有优良的绝缘性能外，还能承受很高的工作电 场强度，具有很低的介质损耗、良好的散热性、可靠的护层 防护以及配套的接头附件等。 充油电缆根据充油通道不同分为自容式充油电缆和钢管充油 电缆两种． 按内部油压大小的不同，充油电缆可分为高油压、中油压和 低油压三种，其工作油压分别为1 -1.5Mpa、0 . 4 - 0 . 8MPa , 0 . 02 – 0.3MPa 。 充油电缆不同于其他电缆，它是利用压力箱向电缆绝缘内部 补充绝缘油的办法，消除因温度变化而在纸绝缘层中形成的 气隙，以提高电缆的工作电场强度的一种电缆。 自容式充油电缆一般简称为充油电缆。它分单芯和三芯（两 种。单芯电缆的电压等级为60 一750kV 。三芯电缆的电压 18 等级为35-132kV 。
管道充气电缆，又称压缩气体绝缘电缆。 它的结构是在内外两个圆管道之间充以一定 压力（一般是0.2∽0.5MPA）的SF6气体， 所充气体是绝缘层的一部分。 内圆管（铝管或铜管)为导电线芯，由固体绝 缘垫片，每隔一定距离支撑在外圆管
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管道充气电缆结构原理
管道充气电缆结构原理 (a)刚性型;（b）挠性型 1－线芯;2－屏蔽;3－外护层
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2.超导电缆
三芯软导体交流超导电缆结构 1-相导体（镀铌铜带）；2-侵渍绝缘（聚乙稀带液氦）； 3-电缆屏蔽（镀铌铜带）；4-绝缘分隔片；5-抽真空管接 头；6-热绝缘；7-钢外壳；8-悬吊钢丝绳；9-内壳（不变 钢）；10-热屏蔽（铝-不变钢）
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实用型髙温超导电缆单根的内 部结构
超导体在电力输送中的应用
超导体在电力输送中的应用随着现代社会的不断发展和对节能环保的要求不断提高，电力输送技术也在逐渐升级和改进。
在这一背景下，超导体作为一种新兴材料被广泛应用于电力输送领域，具有广阔的发展前景和巨大的潜力。
一、超导体的概念和特性超导体是指在低温下表现出电阻为零的材料。
它的特点是在电流流过的状态下，不会产生任何能量损失，表现出极高的导电性能。
这种特性使超导体在电力输送中得到了广泛的应用和研究。
二、超导体的应用场景1. 高温超导体在输电线路中的应用高温超导体由于其较高的临界温度，可以在常温靠近零下的温度下实现电流的零能耗输送。
与传统的铜导线相比，高温超导体可以更高效地传输电能，减少传输中的能量损失，提高能源利用效率。
因此，在长距离的电力输送线路中，采用高温超导体可以节省大量的能源和降低环境污染，进一步推动绿色能源的发展和利用。
2. 超导输电线缆在城市中的应用超导输电线缆是将超导体材料和绝缘材料结合而成的电缆，具有极高的导电性能和超低的能量损耗。
相比传统的输电线缆，超导输电线缆具有更小的体积和更高的传输效率。
这种结构可以降低城市中电缆敷设的难度和成本，并减少对城市景观的破坏。
在未来，超导输电线缆有望成为城市电力供应的新选择。
三、超导体在电力输送中的挑战1. 温度控制难题目前，大部分超导体仍需要在极低的温度下才能发挥出超导的特性，这对于实际应用来说是一个挑战。
需要开发一种新型的高温超导体材料，以便在更接近常温的条件下实现超导。
这将极大地促进超导体在电力输送中的应用。
2. 成本和制造技术超导体的制造成本和特殊要求对于大规模应用来说仍然是一个问题。
开发更加经济高效的超导体材料制造技术，降低超导体的成本和能源消耗，是超导体在电力输送中广泛应用的关键。
四、展望和发展前景随着科技的进步和对绿色能源的需求增加，超导体在电力输送中的应用前景广阔。
未来，超导体的研究和开发将更加注重高温超导体的制造技术和应用场景的拓展。
预计在不久的将来，超导体将成为电力输送领域新的主流技术，为人们提供更加高效、清洁和可持续的能源。
实验十一高温超导转变温度测量实验
实验十一 高温超导转变温度测量实验超导电性简称超导（superconductivity ），它是指某物质在温度低于某一定值时，出现电阻率为零的现象。
自20世纪20年代起，人们就开始对超导性的理论和应用做了大量的研究。
随着超导研究的进展，特别是20世纪80年代高温超导材料问世后，超导技术已开始广泛应用于科学研究和人类生活之中。
一．实验目的1．了解FD-TX-RT-II 高温超导转变温度测定仪的结构及使用方法；2．掌握液氮低温技术；3．利用FD--RT-II 高温超导转变温度测定仪，测量氧化物超导体YBa2CuO7的超导临界温度。
二．实验原理1．超导现象在所用气体中，氮具有最低的液化温度。
1908年，卡末林·昂尼斯（H ·Kammerlingh Onnes ）首先成功地液化了氮，利用液氮又获得了4.25～1.15K 的极低温度。
在新到达的低温范围内，昂尼斯进行了金属电阻随温度变化的研究。
1911年，他发现当温度降低时，汞的电阻率先平缓地减少，当温度T <4.2K 时，汞的电阻率突然降为零。
随后他又发现，除铜、金、银与铁等室温下的良导体以外，还有其他许多金属有此现象。
1913年他将这种新的物态定名为超导态（Superconducting State ），而将电阻率突然为零的温度称为超导体转变温度（inversiontemperature ）或临界温度，用T c 表示。
在昂尼斯之后，人们又陆续发现了许多其他金属或合金在低温下也能转变为超导态，但它们的转变温度不同。
由于这些金属的超导现象是在低温下获得，故这种超导现象也称为低温超导。
处在超导态的物质具有如下重要性质：1） 直流零电阻效应如前所述，当某些金属、合金和化合物的温度下降到T <T c 时，它们的电阻率突然降为零，处于超导态。
在超导态下，物质的电阻真的完全消失了吗？最灵敏的试验是超导环中的持续电流试验：将一金属环放在垂直于环平面的磁场中，将其冷却到超导的转变温度以下，然后撤去磁场，由电磁感应原理知，这时在环中产生感应电流。
低温超导技术简介
• 传统电缆由于有电阻，电流密度只有300－400安培 ／平方厘米，而高温超导电缆的电流密度可超过 10000安培／平方厘米，传输容量比传统电缆要高5 倍左右，功率损耗仅相当于后者的40％。如果我国 输电线路全部采用超导电缆，则每年可节约400亿元。 • 美国已经开发出30米长3000安培的铋系电缆，并在 电力公司满负荷运行半年多。 • 国外最新的超导材料已经达到长1000－2000米、电 流密度在10000－15000安培／平方厘米以上的水平， 而国内材料最好的也就是100米长，电流密度3000安 培／平方厘米。
• 我国高温超导电缆研究水平大致相当于美国 1997－1998年的水平
超导磁体可用于制作交流超导发电机、 磁流体发电机和超导输电线路
• 超导发电机 在电力领域，利用超导线圈 磁体可以将发电机的磁场强度提高到5 万～6万高斯，并且几乎没有能量损失， 这种发电机便是交流超导发电机。超导发 电机的单机发电容量比常规发电机提高 5～10倍，达1万兆瓦，而体积却减少1/2， 整机重量减轻1/3，发电效率提高50％。
• 目前低温与超导技术的发展除了在某些基础理论方面正在突破， 如超导材料机理、新型超导材料的搜索、新型制冷机理的探索、 超流氦传输特征和物性的研究等等之外，低温与超导技术本身在 国外已经成为一种基础工业技术，成为现代科学技术的一个重要 组成部分。尤其是近三十年来的飞速发展，其应用范围已扩大到 军事、航天、能源、动力、运输、材料、电子、通讯、环境、食 品、生物和医疗等各个方面。例如，大功率远红外制导、卫星通 讯设备、超导电机和电器、超导磁体、超导射频腔、超导输变电 缆、超导电限流器、超导磁悬浮、超导储能装置、航天推进装置、 宇宙深低温环境模拟、超高真空低温冷泵、超冷原子物理学、电 子元器件制冷，空气分离和液化、天然气液化和储运、食品速冻 和冷藏、生物低温存储和低温医疗、材料低温处理等等。至今， 以低温与超导工程技术为基础的众多企业已经成为美欧日国民经 济的重要支柱之一。但是，超导技术的应用因受氦制冷设备造价 较高的限制，目前能大规模应用的除了医用核磁共振仪和工业低 温真空泵以外，主要是使用在科学研究的工程项目中。
机械一周解一惑系列：高温超导技术梳理及未来应用展望
一周解一惑系列高温超导技术梳理及未来应用展望2023年05月07日➢ 本周关注：华中数控、精测电子、卓然股份、瑞晨环保➢超导材料具备零电阻、完全抗磁性、量子隧穿效应性质。
超导现象是物质的电阻在某一低温下变为零的现象，最早于1911年由荷兰科学家昂内斯发现。
超导具有3个临界值，即临界温度Tc 、临界电流Ic 和临界磁场Hc 。
三者之间相互制约并形成临界值曲面，只有当温度、电流和磁场在临界值曲面上或内部时，物质才会进入超导态，拥有零电阻、完全抗磁性、量子隧穿效应等特性。
低温超导是指在非常低的温度下（通常是液氦沸点以下，即-269°C ），超导材料表现出零电阻的现象，低温超导材料主要有 NbTi 和 Nb3Sn 材料等。
高温超导是指在较高的温度下（通常是液氮沸点以下，即-196°C ），超导材料表现出零电阻的现象，高温超导材料主要有 Bi-Sr-Ca-Cu-O （BSCCO ）和 Y-Ba-Cu-O （YBCO ）材料、MgB2 超导材料、铁基超导材料等。
➢高温超导具有使用成本低、应用限制少两大优势。
高温超导材料的工作温度更高，可以使用更便宜、更容易获得的冷却剂，因此具有更广泛的应用前景。
这些材料不仅比早期的超导材料工作温度高很多，而且在常压下也能实现超导。
目前高温超导的代表性材料主要是 BSCCO 和 ReBCO ，其临界温度都在液氮温区（77 K ）以上。
BSCCO 超导带材的研发和产业化进程早于 ReBCO, 因此被称为第一代高温超导带材，后者被称为第二代高温超导带材。
相比于低温超导，高温超导可以工作在更高的温区，有更高的热惯性，因此鲁棒性更强，可以将其应用在更为复杂恶劣的环境中，这大大拓展了超导技术的应用范围。
此外铁基超导体具备良好的金属性、高 Tc 、极高的上临界磁场、较小的各向异性、且可采用低成本 PIT 法制备；MgB2 超导体结构简单，制备成本低，可承载电流高，各向异性也比 Bi 系和 Y 系小得多，相关长度较大，不需要高度织构，可采用低成本的 PIT 工艺制备。
超导材料基础知识介绍
超导材料基础知识介绍超导材料具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。
现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。
特性超导材料和常规导电材料的性能有很大的不同。
主要有以下性能。
①零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。
如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。
这种“持续电流”已多次在实验中观察到。
②完全抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。
③约瑟夫森效应：两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。
当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率为，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。
这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。
基本临界参量有以下 3个基本临界参量。
①临界温度:外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度，以Tc表示。
Tc值因材料不同而异。
已测得超导材料的最低Tc是钨，为0.012K。
到1987年，临界温度最高值已提高到100K左右。
②临界磁场：使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度，以Hc表示。
Hc与温度T 的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0为0K时的临界磁场。
③临界电流和临界电流密度：通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态，以Ic表示。
Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。
单位截面积所承载的Ic 称为临界电流密度，以Jc表示。
超导材料的这些参量限定了应用材料的条件，因而寻找高参量的新型超导材料成了人们研究的重要课题。
以Tc为例，从1911年荷兰物理学家H.开默林－昂内斯发现超导电性(Hg，Tc=4.2K)起，直到1986年以前，人们发现的最高的 Tc才达到23.2K(Nb3Ge，1973)。
超导材料简介
科学家2002年发现以钚为基础的新的超导体族
美国能源部洛斯阿拉莫斯科学实验室、佛罗里达大学和德国铀后元 素研究所，以约翰· 尔拉奥博士为首的科学家小组首次发现钚的超导 效应，证实钚、钴和镓的合金在温度为18.5K时会变成超导体。
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合金超导体
• 组成元素都具有超导性
合金
Tc (K)
Nb3Sn
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H
Hc
正常态 超导态
0
Tc
T
第二类超导体
H Hc2
B 0, r = 0
N
Mixed T Tc
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Hc1
B = 0,
S r
= 0 Meissner
第二类超导体的相图
混合态
Flux penetrates above the lower critical field Hc1 Superconductivity survives up to the upper critical field Hc2 Type II T<Tc 0<H<Hc1 T<Tc Hc1<H<Hc2
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（5）汞超导家族
汞超导家族的化学通式为HgBa2Can-1CunO2n+2+x，n=1,2,3…。因 这个家族的晶格中一般地有多余的氧原子存在，所以在氧的下标上 有"+x"。这个家族的主要成员有HgBa2CuO4，HgBa2CaCu2O6+x和 HgBa2Ca2Cu3O8+x，即1201相、1212相和1223相，这三个相的转 变温度分别为85K，120K和133K。其中1223相中的133K是迄今为 止所发现的在常压下最高的超导临界转变温度。
三相同轴高温超导电缆
三相同轴高温超导电缆高温超导技术是21世纪最具前途的技术之一，它的应用涉及新能源、新材料、交通运输、医疗等领域。
而三相同轴高温超导电缆是高温超导技术中的一项关键技术，其应用已经开始走进实际生产和应用环节。
那么，什么是三相同轴高温超导电缆，它有哪些特点和应用前景，下面我们来一步步探讨。
一、三相同轴高温超导电缆的定义三相同轴高温超导电缆是指三条置于同一轴线上外径相同的高温超导线缆，由于同轴结构的独特性，在输送大电流时能够减小缆线本身的自感和电阻，从而降低能源损耗。
二、三相同轴高温超导电缆的特点1.超导性能好：三相同轴高温超导电缆采用的是铜氧化物基超导材料，其临界温度可达到-196℃，具有良好的超导性能。
2.输电能力强：三相同轴高温超导电缆采用的同轴结构能够有效地降低导线的自感和电阻，提高了输送大电流的能力。
3.节能环保：三相同轴高温超导电缆在输送电能时，由于电缆本身的电阻较小，能够减少能源的损耗，从而实现节能环保。
4.有效降低电磁辐射：三相同轴高温超导电缆采用的同轴结构能够有效降低电磁辐射，让运行过程更加环保。
三、三相同轴高温超导电缆的应用前景三相同轴高温超导电缆在电力、医疗、通信等领域都有着广泛的应用前景。
1.电力输送方面：三相同轴高温超导电缆能够有效地降低输电损耗，提高电力输送的效率和安全性。
2.医疗领域：三相同轴高温超导电缆除了输电方面的应用，还能用于医疗成像领域，如MRI等。
3.通信领域：三相同轴高温超导电缆可以用于高速数据传输，提高通信网络的效率和速度。
四、总结三相同轴高温超导电缆是高温超导技术应用的重要成果，其优越的超导性能、输电能力和节能环保等特点，为电力、医疗、通信等领域提供了广阔的应用空间。
未来，随着高温超导技术的不断进步和发展，三相同轴高温超导电缆必将在各个领域得到更加广泛的应用。