超导电缆的主要优势在于高电流密度与传输能力

2020-03-29 18:07

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高温超导电缆（HTSC）
20世纪60年代研制成功了超导体，人们就已普遍认识到，这将引起整个电力工业与电工制造业的重大革命性变化，因为，在任何电工装备中，将铜、铝导线换成电阻为零的超导线都可能带来重大的效益与优越性，从而激发起发展超导电力技术的积极性。超导材料的发展是电力应用的基础，由于40年来，超导线经历了低温超导、工频超导与高温超导三个阶段的发展。
20世纪80年代后期，发现了高临界温度超导体，使装备的运行温度可由液氦温度（4.2K）提高到液氮温度（77K），全世界集中了很大力量来将高临界温度超导体做成实用的超导线并提高其性能，取得了可喜的进展，铋系导线在77K自场下的临界电流密度以提高到70km/cm2，已能生产长达数公里的长线，从而，由20世纪90年代中期开始，高临界温度超导电力应用得到了越来越大的重视，由于临界磁场不高，研究发展工作集中在超导输电、超导故障限流器与超导变压器。在超导电机与超导磁体方面也有一些工作。已取得一些可喜的成绩，诸如：美国采用Bi-223/Ag带状导线已研制成功长30m 、115KV、2KA的三相交流超导电缆，正在研制350m长的示范运行电缆。日本研制成功了长50m、66K、2KA电缆；欧洲ABB公司于1997年4月在日内瓦电力公司一家电厂内安装了一台用Bi-223/Ag导线制成的18.7KV/420V、630KVA的三相变压器投入了试验运行，美国IGC和Waukesha公司研制成功了13.8KV/6.9KV、1MVA的单相变压器，日本九州大学也研制成功了6.6KV/3.3KV、500KVA及800KVA的变压器；在故障限流器方面进行了多方案的积极研制，做成了多台样机，进行了试验。
超导电缆的主要优势在于高电流密度与传输能力，可能在大城市大容量供电中首先得到应用。其应用一方面决定于技术与经济的成熟性，另一方面决定于合适对象的选择。高温超导电缆是采用无阻的、能传输高电流密度的超导材料作为导电体并能传输大电流的一种电力设施，具有体积小、重量轻、损耗低和传输容量大的优点，可以实现低损耗、高效率、大容量输电。高温超导电缆将首先应用于短距离传输电力的场合（如发电机到变压器、变电中心到变电站、地下变电站到城市电网端口）及电镀厂、发电厂和变电站等短距离传输大电流的场合，以及大型或超大型城市电力传输的场合。高温超导电缆的传输损耗仅为传输功率的0.5%，比常规电缆5%～8%的损耗要低得多。在重量、尺寸相同的情况下，与常规电力电缆相比，高温超导电缆的容量可提高3～5倍、损耗下降60%，可以明显地节约占地面积和空间，节省宝贵的土地资源。用高温超导电缆改装现有地下电缆系统，不但能将传输容量提高3倍以上，而且能将总费用降低20%。利用高温超导电缆还可以改变传统输电方式，采用低电压大电流传输电能。因此，高温超导电缆可以大大降低电力系统的损耗，提高电力系统的总效率，具有可观的经济效益。
高温超导电缆除可以传输特大功率的电能之外，其临界长度可达（1英里≈1.609公里），载流量与土壤等敷设条件无关，并具有耐受短路电流大、系统允许过载周期长等优点。由于液氮冷却就可以使高温超导材料进入超导态，其价格已经接近能与普通电缆竞争的程度，因而促使高温超导电缆加快了实用性话进程。根据国外预测，高温超导电力电缆可望于2005年获得商业应用，估计到2020年可形成产业。目前，美国、意大利、日本、韩国、法国、丹麦等工业发达国家的大公司都在积极研究开发。
电线电缆行业统计资料表明，我国10千伏及以上交联聚乙烯绝缘电力电缆的年需求量约为10万公里，假如其总量的5%被高温超导电缆所取代，则高温超导电缆在我国每年的需求总量将会达到5000公里。
据预测，到2020年超导应用的全球市场将达到2440亿美元，高温超导电缆约占5%的份额。全世界现有总长约13万公里的地下电缆将可能被高温超导电力电缆陆续取代。因此，高温超导电缆的市场前景非常广阔。

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