超（chāo）導電纜簡（jiǎn）介

超導電（diàn）纜（lǎn）用超導體傳導電流的導線，超導電纜是指利用超導體（tǐ）製（zhì）成的一（yī）類電纜。超導電纜是利用超導在其臨界溫度下成為超導態、電阻（zǔ）消失、損耗（hào）極微、電（diàn）流密度高、能承載大（dà）電流的特（tè）點而設計製造的。其傳輸容量遠遠超過（guò）充油（yóu）電纜，亦大於低溫電纜，可達10000MVA以上（shàng），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（xià），故超（chāo）導電纜一般在4.2K的液氦中運行（háng）。

超（chāo）導電纜是解決大（dà）容量、低損耗輸電的一個重要途徑，由於它的潛（qián）在優勢如此（cǐ）誘人，所以各國科技工作者為此（cǐ）正在進行大（dà）量的研製工（gōng）作（zuò）。

原理

超導電纜技術的基礎（chǔ）是超導現象。簡（jiǎn）單來說，超導體在達到臨（lín）界溫度以下後，會表現（xiàn）出零電阻和完美的磁場屏蔽效應。這意味著，當電流（liú）通過超導（dǎo）體時（shí），將（jiāng）不會產生電阻、熱（rè）量和電磁（cí）波。而且，超導體還能夠把外（wài）部磁場排除出其內（nèi）部，實現完美（měi）的磁場屏蔽。

結構

超導電纜的結構有剛（gāng）性和可撓性兩種形式，纜芯分單芯和三芯。設計時須充分考慮其組成材料的膨（péng）脹係數，以免電纜因熱（rè）脹冷縮產生過大內應力而受損。

優勢

與常規電纜相比，超導電纜具有明顯的（de）優勢（shì），主要表現如下幾點。

(1)超導電纜采用在液氮汽（qì）化（huà）溫度（約-196℃）下無（wú）電阻傳輸大電流（liú），導體損耗不足（zú）常規電纜的（de）十分之一，加（jiā）上（shàng）製（zhì）冷的能量損耗，其運行總損耗也僅為常（cháng）規電纜的50%～60%，因此損耗低、節省能源。

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

(3)具有同樣傳輸能（néng）力的超導電纜所使用的金屬和絕緣材（cái）料較少。

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

(5)超導電纜具（jù）有低噪聲的特性。

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

分類

一.超導電纜按采用超導材料不同分低溫超導電纜和高溫超導電纜。

低溫超導電（diàn）纜的導電層是采用低溫超導線材，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（lǎn）都必需在液氦溫區下運行。

高溫超導電纜的導電（diàn）層（céng）主要采用Bi2223帶材，它的臨界溫度約為110 K，因此可以在液（yè）氮溫區下運行，其低溫結（jié）構（gòu）相對低溫超導電纜要（yào）簡單。

二.超導電纜按其（qí）輸送電能形式不同有直流超導電（diàn）纜和交流（liú）超導（dǎo）電纜。

直流超導電纜由於超（chāo）導材料處在超導態時幾乎沒有電阻，輸電時（shí）隻有電流引線和低溫（wēn）製冷裝置有電能損（sǔn）耗。

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

三.按絕緣方式不同，超導電纜還可分為常溫絕緣超導電纜和低溫絕緣超導電纜。

常溫絕緣超導電（diàn）纜的電（diàn）絕緣層是處在電纜（lǎn）低溫（wēn）容器外的常溫區，它（tā）可以采用常規電纜的電絕緣材料和技術，低溫絕緣（yuán）超（chāo）導電纜的（de）電絕緣層是直接纏包在導體上，並與導體（tǐ）一（yī）起處在低溫區，這樣電（diàn）纜尺寸將更緊湊。為了防止電纜載流時產生磁場對周圍環境的影響，通常在絕緣層（céng）外還加有（yǒu）屏蔽層。

組成

超（chāo）導電纜主要（yào）由電纜本體、終端以及低溫製冷（lěng）裝置組成。

超導電纜本體包括電纜芯、電（diàn）絕緣和低溫容（róng）器，電纜芯是由超導體（tǐ）組成，它裝在維持電纜芯所（suǒ）需低溫的低溫容器（qì）管中，低溫（wēn）容器管兩端與終（zhōng）端相連。電（diàn）纜芯的超導帶在終端通過電流（liú）引線與外部電（diàn）源或負（fù）載相（xiàng）聯接。對高溫超（chāo）導電纜，電纜（lǎn）芯是由繞在骨架上的多層高溫超導帶材組成，超（chāo）導帶層間纏繞絕緣帶，以降低（dī）電纜因電磁耦合（hé）引起的交流損耗。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，電絕緣包在（zài）導體層外側，與導體層同處低溫環境中。對常溫絕緣電纜，電絕緣處在低溫容器外側，在（zài）絕緣層外再加電纜保護（hù）層（céng）。

終端是（shì）超導電纜與外部電氣部件連接的端口，同（tóng）時也是電纜低溫部分與外部室溫（wēn）的過（guò）渡段，因此終（zhōng）端要求有很好的熱（rè）絕緣，以保證超導電纜整體（tǐ）熱損耗最小。同時，低溫冷卻裝置還要通（tōng）過（guò）終端冷卻超導電纜芯的超導（dǎo）帶材，保證超導體能在設計的運行溫度下運行。另外，由（yóu）於超導電纜導體層將通過電流引線與外部高電壓母線連接，因（yīn）此要求終端（duān）有相（xiàng）應的電絕緣水（shuǐ）平（píng）。

應用領域

1.電（diàn）力（lì）輸（shū）送

超導（dǎo）電纜技術被廣泛應用於電力輸送領（lǐng）域，可以用於傳輸高壓、大功率的電力。超導電纜的優勢（shì）在（zài）於，在電纜長度不變的情況（kuàng）下，其容量將遠遠超過傳統的（de）線纜。而且，由於超導電纜不會有電阻，因此不會有（yǒu）電纜發熱（rè）的問題，電力傳輸（shū）效率高。此外，由於（yú）無需電力輸送時的電力轉換（huàn）步驟，超導屯纜（lǎn）還可以提高係（xì）統（tǒng）的能源利用（yòng）率，降低電力輸送的浪費。

2.磁懸浮列車

磁懸浮列車需要在高速行駛（shǐ）中通過（guò）電磁感應產（chǎn）生電流，以維（wéi）持車犧懸浮和運行的動力。傳統的磁懸浮列車需要鋪設電流導軌，而超導電纜則可以直接將電流輸送至（zhì）磁懸浮列車的懸浮係統中，使得電磁懸浮效果（guǒ）更好（hǎo）、能耗更低、噪音更小。此外（wài），對於磁懸浮列車（chē）來說，超導（dǎo）電纜還以提高列車的運行速度和行（háng）駛距離。

3.醫療領（lǐng）域

超導電纜技術在醫（yī）療領域（yù）的應用也越來越廣泛。例如，MRI(磁共振成像)技術就是（shì）利用超導電纜傳輸超強的磁場（chǎng）來實現人體成像的。超導電纜在磁共振成（chéng）像中起到承載超強磁場的作用，使得磁場強度可以達到兒個特斯拉，從而提高成像的分辨率。

未來發（fā）展

雖然超導電纜技術已經被廣泛應用於多個（gè）領域，但是其自身的間題也（yě）需要我們關注。超導體的製備、絕緣材料的研發（fā）、電纜的製造都是超導電纜技術未來需要攻克（kè）的（de）難題。此外，由（yóu）於超導電纜的成本還比較高，需要進（jìn）一步降（jiàng）低成本，才能其更廣泛地（dì）應用於低重、中壓領域。

此外，當前的超導電纜還存在（zài）溫度（dù）限製，需要維持在很低（dī）的臨界溫度以下，這（zhè）給實際應（yīng）用帶來了（le）一定的限製。因此，未來的研究方麵應該是尋找新（xīn）的超導材料，降低臨（lín）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是一種趨勢。它不僅可以提（tí）高電力傳輸的能效和質量，還能夠應用於未來的綠色交通、醫療成像等（děng）領域。在未（wèi）來，期特超導電纜技術的快速發展，為各個領域的發展做出貢（gòng）獻。