超導電纜英文名稱:superconducting cable是利用在超低溫下出現(xiàn)失阻現(xiàn)象(超導狀態(tài))的某些金屬及其合金作為導體的電力電纜。超導電纜里面的導體既不是鍍銀銅絲,也不是鍍銀鋁絲。
1911年,荷蘭萊頓大學的卡茂林-昂尼斯意外地發(fā)現(xiàn),將汞冷卻到-268.98°C時,汞的電阻突然消失;后來他又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性,由于它的特殊導電性能,卡茂林-昂尼斯稱之為超導態(tài)?钟捎谒倪@一發(fā)現(xiàn)獲得了1913年諾貝爾獎。
這一發(fā)現(xiàn)引起了世界范圍內(nèi)的震動。在他之后,人們開始把處于超導狀態(tài)的導體稱之為“超導體”。超導體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失,被稱作零電阻效應。導體沒有了電阻,電流流經(jīng)超導體時就不發(fā)生熱損耗,電壓可以毫無阻力地在導線中形成巨大的電流,從而產(chǎn)生超強磁場。
1933年,荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發(fā)現(xiàn)了超導體的另一個極為重要的性質(zhì),當金屬處在超導狀態(tài)時,這一超導體內(nèi)的磁感興強度為零,卻把原來存在于體內(nèi)的磁場排擠出去。對單晶錫球進行實驗發(fā)現(xiàn):錫球過渡到超導態(tài)時,錫球周圍的磁場突然發(fā)生變化,磁力線似乎一下子被排斥到超導體之外去了,人們將這種現(xiàn)象稱之為“邁斯納效應”。
后來人們還做過這樣一個實驗:在一個淺平的錫盤中,放入一個體積很小但磁性很強的永久磁體,然后把溫度降低,使錫盤出現(xiàn)超導性,這時可以看到,小磁鐵竟然離開錫盤表面,慢慢地飄起,懸空不動。邁斯納效應有著重要的意義,它可以用來判別物質(zhì)是否具有超性。
為了使超導材料有實用性,人們開始了探索高溫超導的歷程,從1911年至1986年,超導溫度由水銀的4.2K提高到23.22K(OK=-273°C)。1986年1月發(fā)現(xiàn)鋇鑭銅氧化物超導溫度是30度,12月30日,又將這一紀錄刷新為40.2K,1987年1月升至43K,不久又升至46K和53K,2月15日發(fā)現(xiàn)了98K超導體,很快又發(fā)現(xiàn)了14°C下存在超導跡象,高溫超導體取得了巨大突破,使超導技術走向大規(guī)模應用!
超導材料和超導技術有著廣闊的應用前景。超導現(xiàn)象中的邁斯納效應使人們可以到用此原理制造超導列車和超導船,由于這些交通工具將在無摩擦狀態(tài)下運行,這將大大提高它們的速度和安靜性能。超導列車已于70年代成功地進行了載人可行性試驗,1987年開始,日本國開始試運行,但經(jīng)常出現(xiàn)失效現(xiàn)象,出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是由于高速行駛產(chǎn)生的顛簸造成的。超導船已于1992年1月27日下水試航,目前尚未進入實用化階段。利用超導材料制造交通工具在技術上還存在一定的障礙,但它勢必會引發(fā)交通工具革命的一次浪潮!
超導材料的零電阻特性可以用來輸電和制造大型磁體。超高壓輸電會有很大的損耗,而利用超導體則可最大限度地降低損耗,但由于臨界溫度較高的超導體還未進入實用階段,從而限制了超導輸電的采用。隨著技術的發(fā)展,新超導材料的不斷涌現(xiàn),超導輸電的希望能在不久的將來得以實現(xiàn)。
現(xiàn)有的高溫超導體還處于必須用液態(tài)氮來冷卻的狀態(tài),但它仍舊被認為是20世紀最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。
使用高溫超導線材的高溫超導電纜損耗低,不用絕緣油,沒有環(huán)境污染,使用方式靈活,可以減少電力運行成本.高溫超導電纜比常規(guī)電纜所傳送的電力要高三到五倍(相同截面時),可以滿足城市不斷增長的電力需求。地下高溫超導電纜在不能安裝架空線路環(huán)境中可以代替架空線路。在特殊場合,原有常規(guī)地下電纜不能進行擴容時可以用高溫超導電纜代替,封閉母線也適合于用高溫超導電纜代替。
與目前使用的輸電用電纜相比,其重量輕且體積小,可以在不發(fā)熱的狀態(tài)下實現(xiàn)大容量的電力輸送。在制造超導電纜時,首先在稱為FOMA的芯上以螺旋狀大量捆綁帶狀的釔系超導線,然后再在其上分別設置電力絕緣層、超導屏蔽層、保護層,以便形成電纜纜芯,最后,再將該纜芯收納于隔熱管中。
使用時,終端連接部與中間連接部是用來連接超導電纜的必要配件。終端連接部是安裝于電纜的端部,與設置于室溫狀態(tài)下的電力設備連接的終端。中間連接部則是用于連接各條超導電纜,在進行遠距離鋪設時必不可少的連接部。超導電纜需要使用液體氮來冷卻,而導體上將施加高電壓。因此,連接部必須同時具備對于液體氮溫度與室溫的熱絕緣性能,以及對于接地與高電壓的電力絕緣性能。(環(huán)球電子導報)