超导电缆

编辑:提议网互动百科 时间:2020-01-20 00:47:25
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使用高温超导线材的高温超导电缆损耗低,不用绝缘油,没有环境污染,使用方式灵活,可以减少电力运行成本。高温超导电缆比常规电缆所传送的电力要高三到五倍(相同截面时),可以满足城市不断增长的电力需求。地下高温超导电缆在不能安装架空线路环境中可以代替架空线路。在特殊场合,原有常规地下电缆不能进行扩容时可以用高温超导电缆代替,封闭母线也适合于用高温超导电缆代替。
中文名
超导电缆
主题展厅
挑战与未来
来    自
中国科学技术馆
展项名称
超导电力技术

超导电缆简介

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超导电缆主题

中国科学技术馆主题展厅:挑战与未来
展项名称:超导电力技术

超导电缆展示内容、原理、目的

高温超导电缆比常规电缆所传送的电力要高三到五倍(相同截面时),可以满足城市不断增长的电力需求。地下高温超导电缆在不能安装架空线路环境中可以代替架空线路。在特殊场合,原有常规地下电缆不能进行扩容时可以用高温超导电缆代替,封闭母线也适合于用高温超导电缆代替。

超导电缆超导电缆的历史

超导电缆里面的导体既不是镀银铜丝,也不是镀银铝丝。
1996年 改进高温超导电线的研究工作取得进展,制成了第一条地下输电电缆。欧洲电缆巨头皮雷利电缆公司、美国超导体公司和旧金山的电力研究所的工人,共同把6000米长的铋、锶、钙、铜和氧制成的线缠绕到一根保持超导温度的液氮的空管子上。
2001年4月,340米铋系高温超导线在清华大学应用超导研究中心研制成功,并于年末建成第一条铋系高温线材生产线。
2001年5月,北京有色金属研究总院采用自行设计研制的设备,成功地制备出国内最大面积的高质量双面钇钡铜氧超导薄膜,达到国际同类材料的先进水平。
2001年7月,香港科技大学宣布成功开发出全球最细的纳米超导线。
低温导线电缆彩色三维效果图 低温导线电缆彩色三维效果图
2009年10月10日,美国科学家合成物质(Tl4Ba)Ba2Ca2Cu7O13+,将超导温度提高到254K,距离冰点仅19℃,对于推广超导的实际应用具有极大的意义。
2014年11月19日,韩国LS电缆启动80KV500MW级直流超导电缆输电系统实验项目。此次生产的超导电缆比一般的铜缆粗20%,但输电量却是其10倍;[1] 
2015年5月份,全球首个安装超导电缆的列车在日本成功试运行,其应用的超导电缆可在零下196度超导状态下进行电力输送。
目前,我国超导临界温度已提高到零下120℃即153K左右 。

超导电缆展示和操作方式

展台上有三个可以前后推动的载有模型的平板。三块平板分别代表变压器,电缆,限流器。观众在平台上推动模型平板,选择使用变压器或者超导变压器,使用普通电缆或者超导电缆,使用普通限流器或者超导限流器。 观众选择不同的电力设备组建电力系统。不同的组合将产生不同的输电效率。不同的输电效率产生的效果可以采用投影动画直观的表现出来。比如输电损失大时城市的一部分地区供电中断。

超导电缆超导技术

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1911年,荷兰莱顿大学的卡茂林-昂尼斯意外地发现,将汞冷却到-268.98°C时,汞的电阻突然消失;后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性,由于它的特殊导电性能,卡茂林-昂尼斯称之为超导态。卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖
这一发现引起了世界范围内的震动。在他之后,人们开始把处于超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失,被称作零电阻效应。导体没有了电阻,电流流经超导体时就不发生热损耗,电压可以毫无阻力地在导线中形成巨大的电流,从而产生超强磁场
1933年,荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质,当金属处在超导状态时,这一超导体内的磁感兴强度为零,却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现:锡球过渡到超导态时,锡球周围的磁场突然发生变化,磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了,人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。
后来人们还做过这样一个实验:在一个浅平的锡盘中,放入一个体积很小但磁性很强的永久磁体,然后把温度降低,使锡盘出现超导性,这时可以看到,小磁铁竟然离开锡盘表面,慢慢地飘起,悬空不动。
迈斯纳效应有着重要的意义,它可以用来判别物质是否具有超性。
为了使超导材料有实用性,人们开始了探索高温超导的历程,从1911年至1986年,超导温度由水银的4.2K提高到23.22K(OK=-273°C)。86年1月发现钡镧铜氧化物超导温度是30度,12月30日,又将这一纪录刷新为40.2K,87年1月升至43K,不久又升至46K和53K,2月15日发现了98K超导体,很快又发现了14°C下存在超导迹象,高温超导体取得了巨大突破,使超导技术走向大规模应用。
超导材料超导技术有着广阔的应用前景。超导现象中的迈斯纳效应使人们可以到用此原理制造超导列车和超导船,由于这些交通工具将在无摩擦状态下运行,这将大大提高它们的速度和安静性能。超导列车已于70年代成功地进行了载人可行性试验,1987年开始,日本国开始试运行,但经常出现失效现象,出现这种现象可能是由于高速行驶产生的颠簸造成的。超导船已于1992年1月27日下水试航,目前尚未进入实用化阶段。利用超导材料制造交通工具在技术上还存在一定的障碍,但它势必会引发交通工具革命的一次浪潮
超导材料的零电阻特性可以用来输电和制造大型磁体。超高压输电会有很大的损耗,而利用超导体则可最大限度地降低损耗,但由于临界温度较高的超导体还未进入实用阶段,从而限制了超导输电的采用。随着技术的发展,新超导材料的不断涌现,超导输电的希望能在不久的将来得以实现。
现有的高温超导体还处于必须用液态氮来冷却的状态,但它仍旧被认为是20世纪最伟大的发现之一。

超导电缆低温超导电缆

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20世纪初,科学家发现,某些物质在很低的温度时,如铝在1.39开尔文(-271.76℃)以下,铅在7.20开尔文(-265.94℃)以下,电阻就变成了零。

超导电缆优势

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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,节省宝一贵的土地资源。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人超导态,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。[2] 

超导电缆市场前景

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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,贝日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(约为15164亿人民币),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。[3] 
2015年3月27日,全球首个安装超导电缆的列车运行试验在日本成功进行。该线路敷设的超导电缆长约6米,在零下196度的液氮流经的超导状态下进行输电试验。[4] 
参考资料
词条标签:
物理学 学科