超導(dǎo)電纜特性某些金屬和金屬化合物在某一溫度以下，直流電阻率幾乎等于零，這一現(xiàn)象稱為超導(dǎo)現(xiàn)象。導(dǎo)體呈現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象的溫度稱為超導(dǎo)臨界溫度。運(yùn)行溫度在導(dǎo)體的超導(dǎo)臨界溫度以下的電纜稱為超導(dǎo)電纜。運(yùn)行溫度在超

詳細(xì)介紹

超導(dǎo)電纜特性

某些金屬和金屬化合物在某一溫度以下，直流電阻率幾乎等于零，這一現(xiàn)象稱為超導(dǎo)現(xiàn)象。導(dǎo)體呈現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象的溫度稱為超導(dǎo)臨界溫度。運(yùn)行溫度在導(dǎo)體的超導(dǎo)臨界溫度以下的電纜稱為超導(dǎo)電纜。運(yùn)行溫度在超導(dǎo)臨界溫度以上 20K 和 80K 左右的電纜為低溫有阻電纜。二者結(jié) 構(gòu)大體相同。低溫有阻電纜是采用滌冷技術(shù)把導(dǎo)體冷卻到很低的溫度，可使導(dǎo)體電阻系數(shù)大大降低，從而提高電流密度，增加傳輸容量。而超導(dǎo) 電纜導(dǎo)體處于超導(dǎo)狀態(tài)，導(dǎo)體電阻等于零，其傳輸?shù)娜萘繒蟆，F(xiàn)就超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)簡述之。

1. 超導(dǎo)電纜的特性

超導(dǎo)體分為 I 型和 Ⅱ 型兩類。 I 型超導(dǎo)體包括除鈮、鈦以外的大部分純金屬如鉛、錫和汞等。這類超導(dǎo)體的特點是超導(dǎo)性能決定于一個較

低的臨界磁場 Hc 。當(dāng)磁場超過 Hc 時即回到正常狀態(tài)。在超導(dǎo)狀態(tài)下它們幾乎是反磁性的，即磁場不能入導(dǎo)體內(nèi)部，只存在于表面極薄的一層，其厚度約為 10 - 6 ~ 10 - 7 mm。這類超導(dǎo)體的缺點是臨界磁場低而且臨界溫度亦低，因此不利于應(yīng)用。 Ⅱ 型超導(dǎo)體包括鈮、釩和它的許多合金如鈮三錫(Nb3 sn)，鈮鈦(NbTi)，鈮鋯(NbZr)，鈮三鍺(Nb3 Ge)，釩三鎵(V3 Ga)以及近來發(fā)現(xiàn)的鈮鋁鍺合金 Nb3 (A10 . 8Ge0 . 2)等。它們具有兩個臨界磁場，在達(dá)到個臨界磁場 Hc1 之前，其性能與 I 型的相似。超過這一點后，導(dǎo)體就不是反磁性的，有一些磁場能透過導(dǎo)體內(nèi)部。在這個階段內(nèi) 導(dǎo)體處于超導(dǎo)和正常的混合狀態(tài)，直至磁場達(dá)到第二個臨界值 Hc2 以后，導(dǎo)體就回到正常狀態(tài)。這類超導(dǎo)體的臨界溫度和臨界磁場均比 I型的高。

從理論上說，在 I型超導(dǎo)體中，當(dāng)磁場低于臨界值時，應(yīng)該沒有損耗。但實際上由于在導(dǎo)體表面極薄的一層厚度內(nèi)仍有一些磁場透過，加上導(dǎo) 體表面的缺陷，會導(dǎo)致一些磁滯，從而產(chǎn)生小的交流損耗。同樣，對于 Ⅱ 型來說，當(dāng)磁場低于臨界值時，也有一些交流損耗，但當(dāng)磁場超過臨界值，導(dǎo)體處于混合狀態(tài)時，交流損耗就較大。

2 . 超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)型式

對于超導(dǎo)電纜來說，為了獲得大的載流能力和低的交流損耗，選用的超導(dǎo)體必須具有高的臨界磁場值和臨界溫度。從目前來看，鈮似乎是最合適的，但它的價格較貴。鈮的臨界溫度為 9 . 2K，必須采用液氦作為冷卻介質(zhì)。

在超導(dǎo)體中，電流只在表面極薄的一層流過，因此對導(dǎo)體不要求有大的截面，而要求有大的表面，一般采用細(xì)小的絞線束或大直徑的管形導(dǎo) 體。超導(dǎo)電纜的導(dǎo)體可以用純鋁作為底材，在其表面涂以一層鈮；或用銅作底材在其表面涂以一層鈮的合金。鈮的交流損耗與其厚度無關(guān)。在發(fā) 生故障時，底材將分擔(dān)通過一部分故障電流，此外，它將增大導(dǎo)體的熱容量，從而防止超導(dǎo)體過熱。

圖 13 - 18 為設(shè)計的( 1967 年提出)超導(dǎo)直流電纜。纜芯由鈮三錫超導(dǎo)體的細(xì)絞線構(gòu)成，外面包有一層塑料絕緣。兩個纜芯電纜和一根液氦管道一起裝在一個直徑為 12cm 的管子內(nèi)。管子內(nèi)部的空隙是液氦的回路。電纜的外層是熱輻射屏蔽，直徑為 14cm，它借液氮的冷卻，保持溫度在 77K 左右。電纜管與熱輻射屏蔽之間的空隙保持真空。電纜管道下面有二根液氮管道。整個系統(tǒng)裝在一個密封的真空金屬槽內(nèi)，使與周圍環(huán)境隔熱。因為是直流，所以導(dǎo)體應(yīng)該沒有損耗，但由于輸送功率的波

動，會導(dǎo)致一些損耗，特別是合上和切斷電源時。對于 20km 長的這種線路，液氦的熱負(fù)荷所需的制冷功率約為 300kW，而液氮的制冷功率則需

1200kW。

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