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超導(dǎo)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):-   【
       超導(dǎo)電纜是指利用超導(dǎo)體制成的一類電纜。超導(dǎo)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(dǎo)在其臨界溫度下成為超導(dǎo)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(dǎo)體的臨界溫度一般在20K以下,故超導(dǎo)電纜一般在4.2K的液氦中運行。
       超導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)電纜主要由電纜本體、終端以及低溫制冷裝置組成。
       超導(dǎo)電纜本體包括電纜芯、電絕緣和低溫容器,電纜芯是由超導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)電纜,電纜芯是由繞在骨架上的多層高溫超導(dǎo)帶材組成,超導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體層外側(cè),與導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)電纜芯的超導(dǎo)帶材,保證超導(dǎo)體能在設(shè)計的運行溫度下運行。另外,由于超導(dǎo)電纜導(dǎo)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(dǎo)電纜按采用超導(dǎo)材料不同分低溫超導(dǎo)電纜和高溫超導(dǎo)電纜。
       低溫超導(dǎo)電纜的導(dǎo)電層是采用低溫超導(dǎo)線材,通常是NbTi/Cu或NbsSn/Cu復(fù)合超導(dǎo)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(dǎo)電纜都必需在液氦溫區(qū)下運行。
       高溫超導(dǎo)電纜的導(dǎo)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(dǎo)電纜要簡單。
       2 、超導(dǎo)電纜按其輸送電能形式不同有直流超導(dǎo)電纜和交流超導(dǎo)電纜。
       直流超導(dǎo)電纜由于超導(dǎo)材料處在超導(dǎo)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(dǎo)輸電電纜由于超導(dǎo)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(dǎo)電纜還可分為常溫絕緣超導(dǎo)電纜和低溫絕緣超導(dǎo)電纜。
       常溫絕緣超導(dǎo)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(dǎo)電纜的電絕緣層是直接纏包在導(dǎo)體上,并與導(dǎo)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(dǎo)電纜具有明顯的優(yōu)勢,主要表現(xiàn)如下幾點:
       1、超導(dǎo)電纜采用在液氮汽化溫度(約-196℃)下無電阻傳輸大電流,導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)電纜沒有造成環(huán)境污染的可能性。
       5、超導(dǎo)電纜具有低噪聲的特性。
       超導(dǎo)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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