超導電纜簡介

超導電纜（lǎn）簡介

超導電纜（lǎn）用超導（dǎo）體傳導電流的導線，超導電纜是指利用超導體製成的一類電纜（lǎn）。超導電纜是利用超導在其臨界溫度下成為超導態、電阻消失、損耗極（jí）微、電流密度高、能承載大電流的特點而設計製造的。其傳（chuán）輸容量遠遠超過充油電纜，亦大於低溫電纜，可達（dá）10000MVA以上，是（shì）正（zhèng）在大力研究發展中的一種新型電纜。由於（yú）超導體的臨界溫度一般（bān）在20K以（yǐ）下，故超導電（diàn）纜一般在4.2K的液（yè）氦中運行。

超導電纜是解決（jué）大（dà）容量、低（dī）損（sǔn）耗輸電的一個重要途徑，由於它的潛在（zài）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製工作。

原理

超導電纜技術的基礎是（shì）超導現象。簡單來說，超導體在達到臨界溫度以下後，會表現出零電阻和完美的磁場屏蔽效應。這（zhè）意味著（zhe），當電流通過超導體時，將不會產（chǎn）生（shēng）電阻、熱量和電磁波。而且，超導體（tǐ）還能夠把外部磁場排除出其內（nèi）部，實現完美的磁場屏蔽。

結構

超導電纜的結構（gòu）有剛性和可撓性兩種形式，纜芯分單芯（xīn）和三芯。設（shè）計時須充分考慮其組成材料的膨（péng）脹係數（shù），以免電纜因熱脹冷縮產生過大內應力而受損。

優（yōu）勢

與常規電纜相比，超導電纜具有明顯的優勢，主（zhǔ）要表現如下幾點。

(1)超導（dǎo）電纜采用在液氮汽化溫度（約-196℃）下無電阻傳（chuán）輸大電（diàn）流，導體損耗不足常規電纜的十分之（zhī）一，加上製冷的能量損耗，其運行總損耗也僅（jǐn）為常規電纜的50%～60%，因此損耗低、節省能源。

(2)同樣截麵（miàn）超導電纜的電流輸送能力是常規電纜的3～5倍，所以（yǐ）使用超（chāo）導電纜可以節約輸電係統的占地麵（miàn）積和空間，節省大（dà）量寶貴的土地資源。

(3)具有同樣傳輸能力的超導電纜（lǎn）所使用的金屬和（hé）絕緣材料較（jiào）少。

(4)充油常規電纜存在漏油汙染環境的危險，而超導電纜沒（méi）有造成環境汙染的可能性。

(5)超導電纜具有低噪聲的特性。

超導輸電（diàn）技術在原理上是最理想的（de）一種輸電技術，但由於其建（jiàn）造價格昂貴，且技術（shù）尚未（wèi）成熟，它的廣泛（fàn）應用還（hái）需要較長的時間。

分類

一.超導電纜按采用超導材料不同分低溫超（chāo）導（dǎo）電纜和高溫超導電纜。

低溫超導電纜的導電層是（shì）采用低溫超導線材，通常是NbTi/Cu或NbsSn/Cu複合超導線製成。由於NbTi的臨界溫度是9.5 K，的臨界溫度是18.1 K，因此低溫超導電（diàn）纜都必需在液氦溫區下運（yùn）行。

高溫超導（dǎo）電纜（lǎn）的導電層主要（yào）采用Bi2223帶材，它的臨界（jiè）溫度約為110 K，因此可以在液（yè）氮溫（wēn）區下運行，其低溫結構相對低溫超導電纜要簡單。

二.超導電纜按其輸送電能形式不同有直流超導電纜和交流超（chāo）導電纜。

直流超導電纜由於超導材（cái）料處在超導態時幾乎沒有（yǒu）電阻，輸電時隻（zhī）有電流引線（xiàn）和低溫製冷裝置有電能損耗。

交流超導輸電電纜由於（yú）超導體在通電（diàn）運行時會產生交流損耗（hào）以及絕緣層介（jiè）質損耗等，因此其熱損耗要比直流電纜大。

三.按絕緣方式不同，超導電纜還可分為常溫絕緣超導電纜和低溫絕緣超導電纜。

常溫絕緣超導電纜的電絕緣層是處在電纜低溫容器外的常溫區，它可以采用常規電纜的電絕緣（yuán）材料和技術，低溫絕緣（yuán）超導電纜的電絕緣層是直接纏包在導體上，並與導（dǎo）體一起處在低溫區，這樣電纜尺寸將更緊（jǐn）湊（còu）。為了防止電纜載流時產生磁場對周圍環境的影響，通常在絕緣層外還加有屏蔽層。

組（zǔ）成

超（chāo）導電纜主要由電纜本（běn）體、終端以及低溫（wēn）製（zhì）冷裝置組（zǔ）成。

超導（dǎo）電纜本體包括電纜芯、電絕緣和低溫容（róng）器，電纜（lǎn）芯（xīn）是由超導體組成，它裝在維持電纜芯所需低溫的低溫容器管中，低溫容器（qì）管（guǎn）兩端與終端相連。電（diàn）纜芯的超導帶在終端通過電流引線與外部電源或負載相聯接。對高溫超導電纜，電纜芯是由繞在骨架上的多層高溫超導帶材組成，超導帶層間纏繞絕緣帶，以降低電纜因電磁耦合引（yǐn）起的交流損耗（hào）。電纜（lǎn）的低溫容器管采用具有高真空和超級絕熱的雙不鏽鋼波紋管結構，這種結構保證了（le）高溫超（chāo）導電纜（lǎn）的柔性和保持夾層高（gāo）真空度。對（duì）低溫絕緣電纜，電絕緣包在導體層外側（cè），與導體層同處低溫環境中。對常（cháng）溫絕（jué）緣電（diàn）纜（lǎn），電絕緣處在低溫（wēn）容器外側，在絕緣層外再加（jiā）電纜保護（hù）層。

終（zhōng）端是超導電纜與（yǔ）外部電氣（qì）部件（jiàn）連接的（de）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，以保證超導電纜整體熱損耗最小。同時，低溫冷卻裝（zhuāng）置還要（yào）通過終端（duān）冷卻超（chāo）導電纜芯的超導帶材，保證超導體能在設計的運行溫（wēn）度下運行。另外，由於超導電纜導體層將通過電流引線與（yǔ）外部高電壓母（mǔ）線（xiàn）連接，因此要求終端（duān）有（yǒu）相應的（de）電絕緣水平。

應用領域

1.電力輸送

超導電纜技術（shù）被廣泛應用於電力（lì）輸送領域，可以用（yòng）於傳輸（shū）高壓、大功率的電力。超導電纜（lǎn）的（de）優勢在（zài）於，在電纜長度不變的情況（kuàng）下，其容量將遠遠超過傳統的線纜。而且（qiě），由（yóu）於超導電纜不會有電阻，因此不會有（yǒu）電纜發熱的問題（tí），電力傳輸效率高。此外，由於（yú）無需電力輸（shū）送（sòng）時的電力轉換步驟，超導屯纜還（hái）可以提高係統的能源利用率，降低電（diàn）力（lì）輸送的浪費。

2.磁懸浮列車（chē）

磁懸浮列車需要在（zài）高（gāo）速行駛中通過電磁（cí）感應產（chǎn）生電流，以維持車犧懸浮和運（yùn）行的（de）動力。傳統的磁（cí）懸浮列車需要鋪設電（diàn）流導軌，而超導電纜則可以直接將（jiāng）電流輸送至磁（cí）懸浮列車的懸浮係統中，使得電磁懸浮（fú）效果更好、能耗更（gèng）低、噪音更小。此外，對於磁懸浮列車來說，超導電纜還以提高列車的運行速度和行駛距（jù）離。

3.醫療領域

超導電纜（lǎn）技術在醫（yī）療（liáo）領域（yù）的應（yīng）用也越來越廣泛（fàn）。例（lì）如，MRI(磁共振成像)技（jì）術就是利用超導電纜傳輸超強的磁場來實現人體成像的。超導電（diàn）纜在磁共振成像中起到承載超強磁場的作用，使得（dé）磁場強度可以（yǐ）達到兒個特斯拉，從而提高成像的分辨率（lǜ）。

未來（lái）發（fā）展

雖然超導電纜技術已經被廣泛應用（yòng）於多個領域，但是其自身的間題也需要91成人版關注。超導體的製備、絕緣材料的研發、電纜的（de）製造都是（shì）超導（dǎo）電纜技術未來需要攻克的難題。此外，由於超導（dǎo）電纜的成本還比較高，需要進（jìn）一（yī）步降低成本，才能其更廣泛地應用於低重、中壓（yā）領（lǐng）域。

此外，當前的超導電纜還（hái）存在溫度限製，需要維持（chí）在很低（dī）的臨界溫度以下，這給實際應用帶來了一定的限製。因此（cǐ），未來的（de）研究方麵應該是尋找（zhǎo）新的超導材料，降低臨界溫度，並且提高超導電纜的傳輸容量和可靠（kào）性。

總之，超導（dǎo）電纜技術的應用將會是一種趨勢。它不僅可以提高電力傳輸的能效和質量，還（hái）能（néng）夠應用於未來的綠色交通（tōng）、醫療成像等（děng）領域。在未來，期特（tè）超導電（diàn）纜技（jì）術的快速發展，為各個領（lǐng）域的發展做出貢獻（xiàn）。