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超导电缆

发布时间:2016/07/05浏览次数:4562

  超导电缆是利用超导在其临界温度下成为超导太、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。

  超导电缆直流、交流两类。

  直流超导电缆可采用临界电流密度高的Ⅲ类超导体,如铌钛合金(NbTi)及铌三锡化合物等。由于承载的传输电流很大,在故障时电流更大,超导体又可能局部瞬时失超。为保障电缆正常安全运行,应采用超导体与起稳定作用的基体金属(如铜或铝)构成的复合超导体。超导体或铌三锡化合物承载传输电流,基本金属铜或铝承载失超电流,并起逸散热量的作用。

  交流超导电缆不宜用Ⅲ类超导体,因为Ⅲ类超导体在其自身产生的交流磁场中运行时,产生的交流损耗与交变电流峰值的三次方成正比。所以应采用表面光滑平整、交流损耗低的Ⅰ类超导体,如铌或铅。如用电流密度大的Ⅱ类超导体,则应采用厚度极薄的带或直径极小的纤维,以减低交流损耗。为保障电缆正常安全运行,亦须采用以基本金属铜或铝构成的复合超导体。

  超导电缆的主要组成部分除超导体外,还有电绝缘及热绝缘。电绝缘一般由液氦、真空及浸渍液氦的塑料薄膜或纤维纸组成,要求有足够的耐电压强度,在高电场强度下介质损耗角正切仍能保持极低值,塑料绝缘在4.2K的低温环境下仍具有足够的柔软性。为防止周围环境的热量通过辐射、传导及对流方式漏入低温下运行的电缆内部,电缆及其终端附件外部的绝热层须具有高绝热效能的热绝缘,一般采用真空多层绝热方法,用若干层铝箔或表面喷铝的聚酯薄膜作为辐射屏,层间夹以绝缘性能良好的尼龙网等,并抽真空。为进一步降低辐射漏热,绝热层可采用多层结构,外层可用液氮冷却的夹层。

  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。