高温超导电缆技术概述
责任编辑：chineselng 浏览：2038次 时间： 2008-04-06 13:51:47
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摘要:高温超导电缆是高温超导技术的重要应用之一，它集成了超导材料、低温制冷、电力工程、电缆等多学科技术于一身，是21世纪电力传输的新材料，并以其特有的优势，开始在世界范围内应用。一、概述超导材料的零电阻特性使其成为电流传输的理想导体。使用超导材料作为导体..
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高温超导电缆是高温超导技术的重要应用之一，它集成了超导材料、低温制冷、电力工程、电缆等多学科技术于一身，是21世纪电力传输的新材料，并以其特有的优势，开始在世界范围内应用。 一、概述 超导材料的零电阻特性使其成为电流传输的理想导体。使用超导材料作为导体的电力传输电缆被称为超导电缆。低温超导体应用时以液氦作为冷却剂，液氦的价格很高，这就使低温超导电缆失去了工业化应用的可行性。使用高温超导材料制作超导电缆，可以在液氮的冷却下无电阻地传送电能，由于液氮的价格低廉，使高温超导技术的大规模应用成为可能。 （一）高温超导电缆使用的导体材料
（二）高温超导电缆的基本结构 （1）内支撑管：通常为罩有密致金属网的金属波纹管，作为超导带材排绕的基准支撑物，同时用于液氮冷却流通管道；（2）电缆导体：铋系高温超导带材绕制而成，一般为多层；（3）热绝缘层：通常由同轴双层金属波纹管套制，两层波纹管间抽真空并嵌有多层防辐射金属箔，其功能是使电缆超导导体与外部环境实现热绝缘，保证超导导体安全运行的低温环境；（4）电绝缘层：电绝缘层置于热绝缘层外面，因其处于环境温度下，故习惯上被称为常温绝缘超导电缆（或热绝缘超导电缆）。电绝缘层置于热绝缘层里面，电缆运行时处于低温环境，故被称为冷绝缘超导电缆；（5）电缆屏蔽层的护层：电缆屏蔽层和护层的功能与常规电力电缆类似，即电磁屏蔽层，短路保护及物理、化学、环境防护等。 此外，高温超导电缆的结构中还可能包括一些辅助部件，例如电缆导体层间绝缘膜、约束电缆各部份相对位置的包层和调距压条等。 （三）高温超导电缆的附件 （1）制冷系统：高温超导电缆需要低温的工作环境（一般为液氮温区）。制冷系统通常由制冷机组、液氮泵和液氮储罐等部份组成。 （2）电缆终端：是超导电缆和外部其他电气设备之间相互连接的端口，也是电缆冷却介质和制冷设备的连接端口。终端的结构是和电缆的结构相配套的，常温绝缘超导电缆与冷绝缘超导电缆的终端在结构上有很大区别。 （四）高温超导电缆的运行损耗 因导体的电阻为零，所以高温超导电缆在运行时基本没有焦耳热产生。这与常规电缆有很大的差异，常规电缆运行时的主要损耗是产生焦耳热所带来的能量损耗。但交流输电时的磁滞损耗（简称交流损耗）及绝缘材料的介质损耗仍然存在。在计算超导电缆的运行损耗时，还必须考虑为其配套的制冷系统所消耗的能量。一般地说，在传输相同的容量的电能时，高温超导电缆的运行损耗约为常规电缆的50%～60%。 （五）高温超导电缆的分类 （1）按传输电流种类分为直流和交流电缆；（2）按电气绝缘结构分为常温绝缘电缆与冷绝缘电缆；（3）按电缆导体结构分为单芯电缆、三芯平行轴电缆和三芯同轴电缆。 二、高温超导电缆的技术要求 高温超导电缆的研制工作分为：电缆研发与设计、系统制造与集成、安装调试与试运行三个阶段，每个阶段都有严格的技术要求。 三、高温超导电缆的性能优势 高温超导电缆与常规电缆相比，具有明显的优势：一是损耗低。高温超导电缆的导体损耗不足常规电缆的1/10，加上制冷的能量损耗，其运行总损耗也仅为常规电缆的50%～60%；二是容量大。同样截面的高温超导电缆的电流输送能力是常规电缆的3～5倍；三是节约材料。具有同样传输能力的高温超导电缆与常规电缆相比，使用较少的金属和绝缘材料；四是无污染。高温超导电缆没有造成环境污染的可能性，而充油常规电缆存在着漏油污染环境的危险。另外，高温超导电缆还具有低噪音的特性。 目前远程大容量电力输送一般采用架空铝裸线，大城市的输电一般采用地下电缆，导体为铜线或铝线。使用这些传统的电线或电缆，电能在输送过程中要损失5%～10%。为了减少电能在输送过程中的损失，在长距离输电时要尽量提高电压，如采用220 kV或 500kV超高压线路。超高压线路对输电塔的绝缘瓷瓶和对空间使用有很高的要求，尤其是对线路终端附件的材料和制作技术要求更高，大大提高了超高压线路的建设成本。目前我国还不能生产超高压线路终端附件，进口的超高压线路终端附件十分昂贵。如果使用高温超导电缆，其交流阻抗仅为常规电缆的1/10，可以减少电网线损50%左右。 从长远来讲，高温超导电缆的应用还使长距离直流输电技术变得容易和经济。用于直流输电，超导电缆会使电网线损降低70%以上，显示出更好的经济效益。 由于高温超导电缆传输电力的能力是传统常规电缆的3～5倍，所以使用高温超导电缆还可以节约输电系统的占地面积和空间，节省大量宝贵的土地资源，并保护了生态环境。 |
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