надпровідні кабелі

надпровідні кабелі
Прикладні дослідження з використання ефекту сверхпроводі-мости, що досягається у надпровідних матеріалів (надпровідників) при температурах нижче критичних, ведуться вже протягом багатьох десятків років. На початку 60-х років на базі надпровідних матеріалів і кріогенної техніки з використанням в якості холодоагенту рідкого гелію (температура кипіння рідкого гелію - 4,2 К при нормальному тиску) зародилися низькотемпературні надпровідникові технології (НТСП-технології). Основу освоєних промисловістю надпровідних матеріалів становили два речовини: сплав Nb-Ti (з параметрами: критична температура - 9,6 К при нульових магнітному полі і струмі. Критичне магнітне поле - 12 Тл при 4,2 К і нульовому струмі. Критична щільність струму - 3-109 А / м-2 при 4,2 К і в магнітному полі 5 Тл) і інтерметалевих з'єднання Nb3Sn (з параметрами: критична температура - 18,3 до при нульових магнітному полі і струмі, критичне магнітне поле - близько 22 Тл при 4,2 до і нульовому струмі, критична щільність струму - понад 109 А? м-2 при 4,2 К і в магніт ом поле 10 Тл). Вартість першого матеріалу становила кілька доларів за 1 кА? М, вартість другого була, приблизно, дорівнює 10 доларам за 1 кА / м.

Надпровідні дроти представляли собою складні конструкції з різнорідних матеріалів з ультратонкими нитками власне надпровідника. Технологія їх виготовлення була освоєна в США, СРСР, Японії, Німеччини, Англії. У ЕНІН і ВНИИКП були створені жорсткі і гнучкі кабелі змінного струму потужністю до 3 ГВА (див. Рис. 28).


Таким чином, знаходяться в даний час в дослідно-промислової експлуатації надпровідні силові кабелі мають довжину до 500-600 м. У найближчі кілька років їх довжина може бути збільшена до 3 км. І хоча до теперішнього часу вони забезпечують передачу потужності до 500 МВА, в майбутньому вони реально можуть забезпечити передачу дуже великої потужності (до 10 ГВА і більше).


ВТНП-кабелі мають два типи конструкції, принципово відрізняються один від одного: ВТНП-кабелі c холодним діелектриком (CD) і ВТНП-кабелі c теплим діелектриком (RTD).


У кабелі з холодним діелектриком (див. Рис. 29, 30) елемент кабелю оточений коаксіальним надпровідним шаром, призначеним для екранування магнітного поля. Діелектрик, «просочений» рідким азотом, розташовується між струмопровідної жилою з ВТНП-матеріалу і зовнішнім екрануючим шаром. Перевагою такої конструкції є можливість усунення втрат на змінному струмі, викликаних впливом магнітного поля, що створюється струмами в сусідніх фазах, а також вихровими струмами, наведеними в металевих частинах сусіднього обладнання.


надпровідні кабелі

1,2 - Рідкий азот; 3 - ВТНП-струмопровідна жила; 4 - Діелектрик; 5 - ВТНП-екран; 6 - Кріостат; 7 - Оболонка.


Мал. 29. Конструкція ВТНП-кабелю з холодним діелектриком (CD).


надпровідні кабелі

Мал. 30. Конструкція трьохжильного ВТНП-кабеляс холодним діелектриком.


У кабелях з теплим діелектриком (рис. 31) немає такого надпровідного шару. Дана конструкція вимагає меншої витрати надпровідного матеріалу, в ній застосовуються звичайні ізоляційні матеріали, тому вартість цих кабелів істотно нижче. Так як кабель з теплим діелектриком конструктивно схожий зі звичайним кабелем, то при його виготовленні, монтажі і з'єднанні можна використовувати багаторазово перевірені технології. Однак ВТНП-кабель з теплим діелектриком за технічними властивостями поступається ВТНП-кабелю з холодним діелектриком.

надпровідні кабелі

1 - Рідкий азот; 2 - ВТНП-струмопровідна жила; 3 - Кріостат, 4 - Діелектрик; 5 - Екран і оболонка.

Мал. 31. Конструкція ВТНП-кабелю з теплим діелектриком (RTD).


ВТНП-кабелі в порівнянні з традиційно застосовуваними кабелями мають істотні переваги: ​​велика пропускна здатність при використанні більш низького класу номінальної напруги. при мен-ших втрати, меншій вазі і компактності; пожежна безпека; екологічність та ін. Проведені порівняльні техніко-економічні розрахунки в НЦ «Курчатовський інститут», ВНИИКП, ВЕІ показали, що навіть при сьогоднішній високою ціною на ВТНП-матеріали, повні витрати (враховуючи прокладання та експлуатаційні витрати) для звичайних кабелів і ВТНП-кабелів приблизно однакові. Якщо в найближчі роки розробникам і виробникам надпровідних матеріалів вдасться домогтися істотного зниження ціни на ВТНП-матеріали, які становлять до 90% у вартості кабелю, то вигода від застосування ВТНП-кабелів стане очевидною.


З огляду на переваги ВТНП-кабелів і інтенсивність досліджень і розробок в області ВТНП-технологій слід очікувати, що найближчим часом ВТНП-кабелі будуть все більш широко використовуватися для глибокого введення електроенергії в великі мегаполіси і енергоємні комплекси, для заміни після закінчення їхнього терміну КЛ традиційного виконання при необхідності збільшення переданої потужності і при підвищених вимогах з точки зору пожежної безпеки та екології, а також для виведення потужності від великих електростанцій і для подолання водн х перешкод.


Рекомендуйте цю статтю іншим!

Схожі статті