超導電纜簡介

超導電纜用（yòng）超導體傳導電流的（de）導線，超導電纜是指利用超導體製成（chéng）的一類電纜。超導電纜是利用超導在（zài）其臨界溫度（dù）下成為超導態、電阻消失、損耗（hào）極微、電流密度高、能承載大電流的特點而設計製（zhì）造的。其傳輸容量遠遠超過充油電纜，亦大於低溫電纜，可達10000MVA以上，是正在大力研究發展中的一種新型電纜。由於超導體的臨界溫度一般在20K以下，故超導（dǎo）電纜一般在4.2K的液氦中運（yùn）行。

超導電纜是解決大容量、低損耗輸電的一個重要途徑（jìng），由於它的潛在優勢如此誘人（rén），所以各國科（kē）技工作者為此正在（zài）進行大量的研製工作。

原理

超導電（diàn）纜技術的基礎是超（chāo）導現象。簡單來說，超（chāo）導體（tǐ）在達到臨界溫度以下後，會表（biǎo）現（xiàn）出零電阻和完美的磁場屏蔽效應。這意味著，當電流通過超（chāo）導體時，將（jiāng）不會產生電阻、熱（rè）量（liàng）和電磁波。而且，超（chāo）導體還能夠把外部磁場排除（chú）出其內部，實現完美的磁場屏蔽。

結構

超導電纜（lǎn）的結構有剛性和可撓性兩種（zhǒng）形式，纜芯分單芯和三芯。設計時須充分考慮其（qí）組成材料的膨脹係數，以（yǐ）免（miǎn）電纜因熱脹冷縮產生過大（dà）內應力而受損。

優勢

與（yǔ）常規電纜相（xiàng）比，超導（dǎo）電纜具有明顯的（de）優勢（shì），主要表（biǎo）現如下幾點。

(1)超導電纜采用在（zài）液氮汽化（huà）溫度（約-196℃）下無電阻傳輸大電流，導體損耗不足常規電纜的十（shí）分之（zhī）一，加上製（zhì）冷的能量損（sǔn）耗，其運行總損耗（hào）也僅為常規電纜的50%～60%，因此損耗低、節省能源。

(2)同樣截（jié）麵超導電纜（lǎn）的電流輸送能力是常規電纜（lǎn）的3～5倍（bèi），所以使用超導電纜可以節約輸電（diàn）係（xì）統的占地麵積和空間，節省大量寶貴的土地資源。

(3)具有同（tóng）樣傳輸能力的超導電纜所使用的金（jīn）屬和（hé）絕緣材料較少。

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

(5)超導電纜具有低噪聲的特性。

超導輸電技術在原理上是（shì）最理想的一種輸電技（jì）術，但由於其建造價格昂貴，且技術尚未成熟，它的廣泛應用還需（xū）要較長的時間。

分類

一.超導電（diàn）纜（lǎn）按（àn）采用超導材料（liào）不同分低溫（wēn）超導電纜和高溫超導電纜。

低溫超導電（diàn）纜的導電（diàn）層是采用（yòng）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（dù）是18.1 K，因此低溫超導電纜都必需在液氦溫區（qū）下運行（háng）。

高溫超導電纜的導電層主要采用Bi2223帶材，它的臨界溫度約為110 K，因（yīn）此（cǐ）可以（yǐ）在液氮溫區下運行（háng），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（néng）形式不同有直流超導電纜和交（jiāo）流超導電纜。

直流超導電纜由於超導材料（liào）處在超（chāo）導態時（shí）幾乎沒有電阻，輸電時隻有電流引線（xiàn）和低溫製冷裝置有電能損耗。

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

三.按絕緣方式不同，超（chāo）導電纜還可分為常溫絕緣超導電纜和低溫（wēn）絕緣超導電纜。

常溫絕（jué）緣超導（dǎo）電纜的電絕緣層是處（chù）在電纜低溫容器外的常溫區，它可以采用常規（guī）電纜的電絕（jué）緣材料和技術，低溫絕緣超導電纜的（de）電絕緣層是直接纏包在導體上，並與導體一（yī）起處在低溫區，這樣電纜尺（chǐ）寸將（jiāng）更緊湊。為了防止電纜載流時產生磁場對（duì）周圍環境的影響，通常在絕緣層外還（hái）加有屏蔽層。

組成

超導電纜（lǎn）主要（yào）由（yóu）電（diàn）纜本體、終端以及低溫製冷裝置組成。

超導（dǎo）電纜本（běn）體包括電（diàn）纜芯、電絕緣（yuán）和低溫容器，電纜芯是由超導體組成，它裝在維持電纜芯所需低溫的低溫（wēn）容器管中，低溫容器管兩端與終端相連。電（diàn）纜芯的超導帶在終端通過電流引線與外部電源或（huò）負載相聯接。對高（gāo）溫超導電纜，電（diàn）纜芯是由繞在骨架上的多層高溫超導（dǎo）帶（dài）材組成，超導帶層間纏繞絕緣帶，以降低電纜因電（diàn）磁耦合引（yǐn）起的交流損耗。電纜的低溫容器管采用具有高真空和超級絕（jué）熱的雙不鏽鋼波（bō）紋管結構，這種結構保證了高溫超導電纜的柔性和保持夾層高真空（kōng）度。對低溫絕緣電纜，電絕（jué）緣包在導體層外側，與導體層同處低溫環境中。對常（cháng）溫絕緣（yuán）電纜，電絕緣處在低溫容器外側，在絕緣（yuán）層外再加電纜保護層。

終（zhōng）端（duān）是超導（dǎo）電纜與（yǔ）外（wài）部電氣部件連接的端口，同時也是電纜（lǎn）低溫部分與外（wài）部室（shì）溫的過渡段（duàn），因此終端要求有很好的熱絕緣，以保證超導電纜整體熱（rè）損耗最（zuì）小。同（tóng）時，低溫冷卻（què）裝置還要通過終（zhōng）端冷卻超導電纜芯的超（chāo）導帶（dài）材，保證超導體能在設計的運行溫度（dù）下運行。另外，由於超導電纜導體層將通過電流（liú）引線與外部高電壓母線連（lián）接，因此要（yào）求終端有相應的電絕（jué）緣（yuán）水平。

應用（yòng）領域

1.電（diàn）力輸送

超導電纜技術被廣泛應用（yòng）於電力輸送領域，可以用於傳輸高壓、大功率的電力。超導電纜的優勢在於，在電纜長度不變的情況下，其容量將遠遠超過傳統的線纜。而且（qiě），由於超導電纜不會有電阻，因此不會有電纜發熱的問題，電力傳輸效率高。此（cǐ）外，由於無需電（diàn）力輸送時的電力轉換步驟，超導屯纜還（hái）可以提高係統的能源利用率，降低電力輸送的浪費。

2.磁（cí）懸（xuán）浮列車

磁（cí）懸浮列車（chē）需要在高速行駛（shǐ）中通過電磁感應產（chǎn）生電流，以維持車犧懸浮和運行的動力（lì）。傳統的磁懸浮列車需要（yào）鋪設（shè）電流導軌，而超（chāo）導電纜（lǎn）則（zé）可以直接（jiē）將電流輸送至磁懸浮（fú）列車的懸浮係（xì）統中，使得電磁懸浮效果（guǒ）更好（hǎo）、能耗更低、噪音更小。此外，對於磁懸浮列車來說，超導電纜還以（yǐ）提高列車的運行速度和行駛距離。

3.醫療領域

超導電纜技術在醫療領域的應（yīng）用也越來（lái）越廣泛。例如，MRI(磁共振（zhèn）成像)技術就是利用超導電纜傳輸超強的磁場來實（shí）現人體（tǐ）成像的。超導電（diàn）纜在磁共（gòng）振成（chéng）像中起到承載超強磁場的作用，使得磁（cí）場強（qiáng）度可以達到（dào）兒個特斯拉，從而提高（gāo）成像的分辨（biàn）率。

未（wèi）來（lái）發（fā）展

雖然超導電纜技術已經被廣泛應用於多（duō）個領域，但是其自身（shēn）的間題也需要我們關注（zhù）。超導體的製（zhì）備、絕緣（yuán）材料的研發、電纜（lǎn）的製造都是（shì）超導電纜技術未來需要攻克的難題。此外，由於超導電纜的成本還比較高，需要進一步降低成本，才能其更廣泛地應用於低重、中壓領域。

此（cǐ）外，當前的超導電纜還存在溫度限製，需要維持在很低的臨界溫度以下，這（zhè）給實際應用帶來了一定的限製。因此，未（wèi）來的研究方麵應該（gāi）是尋找新的超導材料，降低臨界溫度，並且提高超導電纜的傳輸容量和可靠性。

總之，超導電纜技術的應用將會（huì）是一種趨勢。它不僅可（kě）以提高電（diàn）力傳輸的能效和質（zhì）量，還能夠應（yīng）用於未來的綠（lǜ）色交通、醫療成像等領域。在未來，期特超導電纜技術的快速發展，為各（gè）個領域的發（fā）展做出貢獻。