Сверхпроводящие кабельные линии электропередачи

Явление сверхпроводимости – полное исчез- новение активного сопротивления материала при очень низких температурах.

Одним из перспективных направлений при- менения сверхпроводимости является создание сверхпроводящих ЛЭП

Уже в достаточной мере отработана технология создания сверхпроводящих кабелей в температурном диапазоне 60-80К

Разработаны СПКЛ напряжением 10-140 кВ и с передаваемой мощностью 50-600МВА Применение СПКЛ позволяет снизить потери передаваемой мощности до 0.3%, при этом энергия тратится только на поддержание низких температур. При этом по одному сверхпроводящему кабелю можно передать столько же энергии, сколько по 10-20 обычным КЛ.

Явление сверхпроводимости

Не все металлы обладают свойством сверхпроводимости. Например: золото, серебро, медь имеют лишь свойство гиперпроводимости – существенного уменьшения, но не исчезновения сопротивления.

Эффект Мейсснера заключается в исчезновении явления сверхпроводимости при определённой (критической) напряжённости магнитного поля на поверхности проводника.

Различают низкотемпературные (НТСП) и высокотемпературные (ВТСП) сверхпроводники Для первых характерен диапазон температур 1-10К, для вторых 30-100К.

Замкнутые (кольцевые) токи, возбуждённые в сверхпроводнике не затухают в течении не менее 100000 лет.

Явление сверхпроводимости

Принципиальным недостатком сверхпровод- ников является существенное уменьшение теплопроводности вещества при переходе из обычного состояния в сверхпроводящее

У олова при 2К теплопроводность при пере- ходе к сверхпроводимости снижается в 2 раза, у свинца при 1К – в 100 раз, у ниобия при 4К – в 200 раз.

Это может приводить к появлению «тёплых пятен» на поверхности сверхпроводника и локальной, и лавинообразной потере сверх- проводимости.

Конструкция

сверхпроводников

-Поперечные сечения лент 0.2-0.253.0-3.5 м2;

-диаметры круглых проводников 0.8-1.0 мм;

-критическая плотность тока до 3х104 А/см2;

-критическая температура до 100 К

Основные материалы современных ВТСП:

-Bi2212 (Bi2Sr2CaCu2Ox)

-Bi2223 (Bi2Sr2Ca2Cu3Ox)

Сверхпроводящие кабели в мировой энергетике

Эффективность применения ВТСП кабелей в современной энергетике определяется следующими факторами:

уменьшение в 2-3 раза массогабаритных показателей и соответственно материалоемкости и затрат на изготовление

увеличение эффективности использования электроэнергии на 5-7%

уменьшение выброса парниковых газов более чем на 10% и снижение общей нагрузки на окружающую среду

снижение стоимости сверхпроводниковых материалов в 7-8 раз и тенденция к дальнейшему снижению

упрощение системы охлаждения за счёт применения жидкого азота в качестве халдагента

Конструкция ВТСП кабелей

Конструкция ВТСП кабелей

Электрическая изоляция. Для ВТСП кабелей было разработано два вида изоляции: композиционная (диэлектрическая бумага, пропитанная жидким азотом), и твёрдая (аналог СПЭ)

Термическая изоляция. Состоит из двух коаксиальных гофриро- ваных труб и многослойной «суперизоляции» (алюминиевой фольги с прокладками из стекловолокна) в вакууме.

Охлаждение. Осуществляется жидким и газообразным азотом с температурой 77К. Криогенная система состоит из рефрижера- торов и буферной ёмкости, объёмом 50-100 куб.метров.

Проводники. ВТСП ленты наносятся на медные «формеры»