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高溫超導(dǎo)電纜技術(shù)概述 - 無圖版

天灝 --- 2006-09-14 18:01:34

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       高溫超導(dǎo)電纜是高溫超導(dǎo)技術(shù)的重要應(yīng)用之一,它集成了超導(dǎo)材料、低溫制冷、電力工程、電纜等多學(xué)科技術(shù)于一身,是21世紀(jì)電力傳輸?shù)男虏牧,并以其特有的?yōu)勢,開始在世界范圍內(nèi)應(yīng)用。

    一、概述

    超導(dǎo)材料的零電阻特性使其成為電流傳輸?shù)睦硐雽?dǎo)體。使用超導(dǎo)材料作為導(dǎo)體的電力傳輸電纜被稱為超導(dǎo)電纜。低溫超導(dǎo)體應(yīng)用時以液氦作為冷卻劑,液氦的價格很高,這就使低溫超導(dǎo)電纜失去了工業(yè)化應(yīng)用的可行性。使用高溫超導(dǎo)材料制作超導(dǎo)電纜,可以在液氮的冷卻下無電阻地傳送電能,由于液氮的價格低廉,使高溫超導(dǎo)技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用成為可能。
    (一)高溫超導(dǎo)電纜使用的導(dǎo)體材料
    目前市場上可以用來制造高溫超導(dǎo)電纜的材料主要是銀包套的鉍系高溫超導(dǎo)材料(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10的多芯帶材,它的超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度為105K~110K,臨界工程電流密度為8000~12000A/cm2 。目前世界上最大的生產(chǎn)廠家是美國超導(dǎo)公司(American  Superconductor,Co.),其生產(chǎn)能力和產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)都處于領(lǐng)先地位。我國的北京云電英納超導(dǎo)電纜有限公司的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)也處于世界前列。
    (二)高溫超導(dǎo)電纜的基本結(jié)構(gòu)
    (1)內(nèi)支撐管:通常為罩有密致金屬網(wǎng)的金屬波紋管,作為超導(dǎo)帶材排繞的基準(zhǔn)支撐物,同時用于液氮冷卻流通管道;(2)電纜導(dǎo)體:鉍系高溫超導(dǎo)帶材繞制而成,一般為多層;(3)熱絕緣層:通常由同軸雙層金屬波紋管套制,兩層波紋管間抽真空并嵌有多層防輻射金屬箔,其功能是使電纜超導(dǎo)導(dǎo)體與外部環(huán)境實現(xiàn)熱絕緣,保證超導(dǎo)導(dǎo)體安全運行的低溫環(huán)境;(4)電絕緣層:電絕緣層置于熱絕緣層外面,因其處于環(huán)境溫度下,故習(xí)慣上被稱為常溫絕緣超導(dǎo)電纜(或熱絕緣超導(dǎo)電纜)。電絕緣層置于熱絕緣層里面,電纜運行時處于低溫環(huán)境,故被稱為冷絕緣超導(dǎo)電纜;(5)電纜屏蔽層的護層:電纜屏蔽層和護層的功能與常規(guī)電力電纜類似,即電磁屏蔽層,短路保護及物理、化學(xué)、環(huán)境防護等。
    此外,高溫超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)中還可能包括一些輔助部件,例如電纜導(dǎo)體層間絕緣膜、約束電纜各部份相對位置的包層和調(diào)距壓條等。
    (三)高溫超導(dǎo)電纜的附件
    (1)制冷系統(tǒng):高溫超導(dǎo)電纜需要低溫的工作環(huán)境(一般為液氮溫區(qū))。制冷系統(tǒng)通常由制冷機組、液氮泵和液氮儲罐等部份組成。
    (2)電纜終端:是超導(dǎo)電纜和外部其他電氣設(shè)備之間相互連接的端口,也是電纜冷卻介質(zhì)和制冷設(shè)備的連接端口。終端的結(jié)構(gòu)是和電纜的結(jié)構(gòu)相配套的,常溫絕緣超導(dǎo)電纜與冷絕緣超導(dǎo)電纜的終端在結(jié)構(gòu)上有很大區(qū)別。
    (四)高溫超導(dǎo)電纜的運行損耗
    因?qū)w的電阻為零,所以高溫超導(dǎo)電纜在運行時基本沒有焦耳熱產(chǎn)生。這與常規(guī)電纜有很大的差異,常規(guī)電纜運行時的主要損耗是產(chǎn)生焦耳熱所帶來的能量損耗。但交流輸電時的磁滯損耗(簡稱交流損耗)及絕緣材料的介質(zhì)損耗仍然存在。在計算超導(dǎo)電纜的運行損耗時,還必須考慮為其配套的制冷系統(tǒng)所消耗的能量。一般地說,在傳輸相同的容量的電能時,高溫超導(dǎo)電纜的運行損耗約為常規(guī)電纜的50%~60%。
    (五)高溫超導(dǎo)電纜的分類
    (1)按傳輸電流種類分為直流和交流電纜;(2)按電氣絕緣結(jié)構(gòu)分為常溫絕緣電纜與冷絕緣電纜;(3)按電纜導(dǎo)體結(jié)構(gòu)分為單芯電纜、三芯平行軸電纜和三芯同軸電纜。

    二、高溫超導(dǎo)電纜的技術(shù)要求

    高溫超導(dǎo)電纜的研制工作分為:電纜研發(fā)與設(shè)計、系統(tǒng)制造與集成、安裝調(diào)試與試運行三個階段,每個階段都有嚴(yán)格的技術(shù)要求。

    三、高溫超導(dǎo)電纜的性能優(yōu)勢

    高溫超導(dǎo)電纜與常規(guī)電纜相比,具有明顯的優(yōu)勢:一是損耗低。高溫超導(dǎo)電纜的導(dǎo)體損耗不足常規(guī)電纜的1/10,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%;二是容量大。同樣截面的高溫超導(dǎo)電纜的電流輸送能力是常規(guī)電纜的3~5倍;三是節(jié)約材料。具有同樣傳輸能力的高溫超導(dǎo)電纜與常規(guī)電纜相比,使用較少的金屬和絕緣材料;四是無污染。高溫超導(dǎo)電纜沒有造成環(huán)境污染的可能性,而充油常規(guī)電纜存在著漏油污染環(huán)境的危險。另外,高溫超導(dǎo)電纜還具有低噪音的特性。
    目前遠(yuǎn)程大容量電力輸送一般采用架空鋁裸線,大城市的輸電一般采用地下電纜,導(dǎo)體為銅線或鋁線。使用這些傳統(tǒng)的電線或電纜,電能在輸送過程中要損失5%~10%。為了減少電能在輸送過程中的損失,在長距離輸電時要盡量提高電壓,如采用220 kV或 500kV超高壓線路。超高壓線路對輸電塔的絕緣瓷瓶和對空間使用有很高的要求,尤其是對線路終端附件的材料和制作技術(shù)要求更高,大大提高了超高壓線路的建設(shè)成本。目前我國還不能生產(chǎn)超高壓線路終端附件,進(jìn)口的超高壓線路終端附件十分昂貴。如果使用高溫超導(dǎo)電纜,其交流阻抗僅為常規(guī)電纜的1/10,可以減少電網(wǎng)線損50%左右。
    從長遠(yuǎn)來講,高溫超導(dǎo)電纜的應(yīng)用還使長距離直流輸電技術(shù)變得容易和經(jīng)濟。用于直流輸電,超導(dǎo)電纜會使電網(wǎng)線損降低70%以上,顯示出更好的經(jīng)濟效益。
    由于高溫超導(dǎo)電纜傳輸電力的能力是傳統(tǒng)常規(guī)電纜的3~5倍,所以使用高溫超導(dǎo)電纜還可以節(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,并保護了生態(tài)環(huán)境。
fongzwu --- 2009-09-24 10:36:19

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沒看明白,樓主講清楚點

Ares --- 2009-09-27 12:38:17

3

這么老亂電纜都用哪里的?

 

xjz7722 --- 2009-10-05 16:28:02

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超導(dǎo)有低溫和高溫之分,是否有常溫超導(dǎo)呢?
jxgzlbs --- 2009-10-05 18:59:37

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謝謝提供!

lichaoxian --- 2009-11-06 16:20:19

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fghfgh
-- 結(jié)束 --