40 Сверхпроводящие кабельные линии электропередачи

Явление сверхпроводимости – полное исчез-новение активного сопротивления материала при очень низких температурах. Одним из перспективных направлений применения 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.

Зависимость R(T) Эффект Мейсснера

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.

Принципиальным недостатком сверхпроводников является существенное уменьшение теплопроводности вещества при переходе из обычного состояния в сверхпроводящее

У олова при 2К теплопроводность при переходе 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 «тёплыхпятен» на поверхности сверхпроводника и

локальной, и лавинообразной потере сверхпроводимости.

Конструкция сверхпроводников

Основные материалы современных ВТСП:

- Bi2212 (Bi₂Sr₂CaCu₂O_x)

- Bi2223 (Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_x)

- 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

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 хладагента

Конструкция ВТСП кабелей

Конструкция ВТСП кабелей с «тёплым» (а) и «холодным» (б) диэлектриком

Э лектрическая 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 рефрижераторов и буферной ёмкости, объёмом 50-100

куб.метров.

Проводники. ВТСП ленты наносятся на медные «формеры»