超导电缆的发展情况
什么是超导电缆
超导电缆是利用超导在其临界温度下成为超导态、电阻消失、损耗极微、电流密度高、能承载大电流的特点而设计制造的。其传输容量远远超过充油电缆，亦大于低温电缆，可达10000MVA以上，是正在大力研究发展中的一种新型电缆。由于超导体的临界温度一般在20K以下，故超导电缆一般在4.2K的液氦中运行。超导电缆的结构有刚性和可挠性两种形式，缆芯分单芯和三芯。设计时须充分考虑其组成材料的膨胀系数，以免电缆因热胀冷缩产生过大内应力而受损。超导电缆是解决大容量、低损耗输电的一个重要途径，由于它的潜在优势如此诱人，所以各国科技工作者为此正在进行大量的研制工作。
发展过程中遇到的问题
超导体发展过程中，材料是生产一切物资的根本, 新材料则是其他产业振兴与发展的前提。因此, 解决能源问题势必要大力发展新材料事业。在众多的新材料中, 高温超导材料是不可小觑的一种力量。它以节能、环保、可替代多种材料而一枝独秀。可喜的是, 中国是继美国、丹麦之后, 世界上第三个将超导电缆投入电网运行的国家。目前, 我国电力、通信、国防、医疗等方面的发展关键技术问题众多, 急需利用超导技术解决。同时我国工业发展对电能需求量日益增长。而电力资源和负荷分布不均, 因此长距离、低损耗的输电技术十分迫切。据韩教授统计, 假如能建立起一个全国性的电力网,由于无电阻,电力网中就无损耗,那么将节省10%左右因输送而造成的电力损耗。另外, 电力工业发展的需求越来越大, 市场发展对供电质量和可靠性的要求越来越高, 常规电力技术已越来越不能满足需要, 因此发展超导材料势在必行。
超导材料有着广阔的应用前景, 但要用超导材料来改进现有的科技工程又决非易事。科学家和工程师们所遇到的困难是如何使超导材料实用化, 即提高临界转变温度、临界电流密度和改良其加工性能, 制造出理想的超导材料。目前面临的主要问题如下:
1提高临界电流密度，目前, 高温超导材料的最突出的问题是在外加磁场下, 临界电流密度偏低。超导薄膜,一般是在弱磁场中工作, J c 值(~l06A /era )基本可满足电子器件的要求。但体材和线(带) 材的J c 值还远未达到实用化所要求的水平, 特别是在有外加磁场时, J c 急剧下降。科学家对影响J c 的原因和解决办法进行了大量研究。许多科学家都认为,影响J c 的主要原因是:(1)晶界间的弱连结; (2) 晶粒中的磁力线运动 .
2弱连结，造成弱连结的原因及弱连结的性质尚不十分清楚。一般认为是由于生成的晶体结构不佳、在晶界处存在位错、晶界处化学成份的改变及结晶的细微裂纹等原因使通道上的电流受阻。解决的方法
是使结晶沿a —b 导电层(CuO2层) 的方向择优生长, 采用长时问退火、熔融织构法或定向凝固法等制备大平行板式结晶。这种排成直线的多晶消除了在电流方向上的弱连结,解决了各向异性的问题
3磁力线运动，增强磁通钉扎力可解决磁力线运动问题。一般来说, 有效的磁通钉扎需要有足够的钉扎中心, 其尺寸要与超导相干长度相匹配。增强磁通钉扎力的方法有中子辐照、相分解、引入弥散相、化学掺杂等, 其作用都是引入钉扎中心。实验证明, 中子或质子辐照后, J c 可提高几十倍到近百倍实际上, 很难把弱连接和磁通蠕动完垒割裂开来, 对于超导实用化来说, 都是迫切需要解决的问题。
4 制备长线材，在实际应用中, 超导线材占有很大比重, 困此, 制备性能满足要求的高温超导线(带) 材是重点研究课题之。
陶瓷超导物质的脆性是其固有的特性, 但也不是不可克服的。现在常用办法是将高温超导粉末装入有廷性的金属套管中, 然后进行多道次拉拔。一般可采用铜或银包套, 阻银包套为最佳。因为高温超导化合物对氧含最十分敏感,在氧气氛下拉拔, 氧气要通过金属包套渗透到高温超导化合物内部。银的透气性较好, 又有好的延展性, 所现在多使用银套管(或称银鞘珐) 为了增加韧性, 也可以往超导粉末中掺人一定量的金属粉末(如银粉) 。有许多方法可制各线材, 如溶胶一凝胶法、纺丝法、芯线涤布法、真空镀膜法、溅射法、化学气相沉积法等等。所有方法制得的线l 材长度都达不到实用化的水平。
随着长度的增加, 高温超导的J c 降低。同时应该看到, 线材的长度不是孤立的问题,它与高温超导材料的合成、加工、连接等多种因素密切相关。
5经济效益，高温超导材料研究刚刚起步, 经济效益尚未提到议事日程, 而对于实用化来说,经济效益是必须考虑的问题近两年超导材料的制备成本已显著下降,例如, 钇系超导薄膜1989年的售价是1000~3000美元/片, 现在降到350美元/片; 铊系超导薄膜的价格从2950美元/cm 2下降到1000美元/cm2, 随之薄膜器件的价格也降低了。总的看来, 高温超导材料仍处于实验室研究阶段, 生产技术很不成熟, 目前技术改进的着眼点是提高性能指标, 而对经济效益的追求是更远一些的目标。
超导电缆的发展过程
高温超导电缆的发展历史20世纪初,荷兰低温物理学家卡麦林·昂尼斯(KamerlinghOnnes)发现了超导现象并发现了汞、铟、锡和铅等金属超导体,超导体在超导状态下可以无电阻地传输电流。这一特性使人们在发现超导现象后立即想到利用超导体来制做传输电流的导线,这样可以避免由电阻产生的热损耗。但是不久后人们就发现用这些金属超导体制做的导线只能在传输很小的电流时才具有零电阻特性,当电流增大时又恢复了一般导体的电阻特性,这导致了利用超导体制做导线无电阻地传输具有实用意义的电流的做法以失败而告终。到了20世纪60年代,随着一些可以传输较大电流而仍能保持零电阻特性合金超导体的发现,人们利用超导体无电阻地传输电流的愿望才成为可能。20世纪六七十年代,人们开始尝试利用铌合金导线制做超导电缆。铌合金导线只有在温度低于-260℃时才处于超导状态,所以需要液氦作为冷却剂,液氦的价
格很高,这就使该类超导电缆丧失了工业化应用的可行性。20世纪80年代末,人们发现了超导转变温度在液氮气化温度(约-196℃)以上的铜基氧化物超导材料。因铜基氧化物超导材料的超导转变温度大大高于以前发现的元素或合金超导材料的超导转变温度,所以人们习惯将其称为高温超导材料。使用高温超导材料制做超导电缆,就可以在价格低廉的液氮冷却下无电阻地传送电能。高温超导电缆的出现使超导技术在电力电缆方面的工业应用接近于现实。目前市场上可以得到的用来制造高温超导电缆的材料主要是银包套的铋系高温超导材料它的超导临界转变温度在-165℃左右。在处于液氮气化温度时,在每平方厘米的截面上可无电阻地通过8000～12000A的电流。目前世界上最大的生产厂家是美国超导公司(AmericanSuperconductor)其生产能力和产品技术指标都处于领先地位。我国的北京英纳超导技术有限公司的生产能力和产品技术指标也处于世界前列。多芯带材的市场价格是150～200美元kA·m。
高温超导电缆的基本结构高温超导电缆的基本结构与常规电缆有很大差异,其从内到外依次为:1.内支撑管。通常为罩有密致金属网的金属波纹管,以此做为超导带材排绕的基准支撑物,同时也用做液氮冷却循环管道;2.电缆导体。由铋系高温超导带材绕制而成,一般为多层;3.热绝缘层。通常由同轴双层金属波纹管套制,两层波纹管间抽真空并嵌有多层防辐射金属箔,其功能是使电缆超导导体与外部环境实现热绝缘,以保证超导导体安全运行的低温环境。4.电绝缘层。电绝缘层置于热绝缘层外面的,因其处于环境温度下,故习惯上被称为常温绝缘超导电缆(或热绝缘超导电缆),常温绝缘超导电缆的电绝缘层由常规电缆绝缘材料制作。电绝缘层置于热绝缘层里面的,在电缆处于运行状态时处于低温环境,故被称为冷绝缘超导电缆,这类电缆的电绝缘层需要用适合于低温环境的电气绝缘材料制造。5.电缆屏蔽层和护层。电缆屏蔽层和护层的功能与常规电力电缆类似,即电磁屏蔽、短路保护及物理、化学、环境防护等。常温绝缘超导电缆屏蔽层和护层的制作材料与常规电缆类似,冷绝缘超导电缆的屏蔽层可以用超导材料制作,护层与常规电缆相同。除上述主要元件外,高温超导电缆的结构中还可能包括一些辅助元件,例如电缆导体层间绝缘膜、约束电缆各部分相对位置的包层和调距压条等。高温超导电缆的运行条件与常规电缆有很大差异,与之配套的附件也与常规电缆的附件有很大区别。高温超导电缆的附件由两部分组成,即制冷系统和电缆终端。
制冷系统。超导电缆需要低温的工作环境(一般为液氮温区),所以必须配备相应的制冷系统。制冷系统通常由制冷机组、液氮泵、绝热管道、水冷却装置和液氮储罐等部分组成。
电缆终端。电缆终端是超导电缆和外部其他电气设备之间相互连接的端口,也是电缆冷却介质和制冷设备的连接端口。除类似于常规电缆终端担负电气安全连通的作用之外,还要保证实现温度的过渡。终端的结构和电缆的结构相配套,常温绝缘超导电缆与冷绝缘超导电缆的终端在结构上有很大区别。常规电缆运行时的主要损耗是产生焦耳热所带来的能量损耗(=I2R)。因超导电缆工作时导体的电阻为零,所以高温超导电缆在运行时基本没有焦耳热产生,这与常规电缆有很大差异,但交流输电时的磁滞损耗(简称交流损耗)及绝缘材料的介质损耗仍然存在。在计算超导电缆的运行损耗时,还必须考虑为其配套的制冷系统所消耗的能量。一般来讲,在液氮温区电缆产生1W的损耗需要消耗15W左右的制冷能量。综合起来考虑,在传输相同容量的电能时,高温超导电缆的运行损耗约为常规电缆的50%～60%。三、各国高温超导电缆项目的运行情况高温超导电缆技术的发展已有十余年的历史,参与高温超导电缆技术研究的国家主要有美国、日本、丹麦、德
国、中国和韩国。1992年在美国能源部的支持下,Pirelli公司北美分部开始对高温超导电缆技术进行研究和开发,从而使美国成为最早发展高温超导电缆技术的国家。由于政府和大公司的高度重视与参与,凭借强大的人才、科技、资本和组织管理优势,使其高温超导电缆的研究开发工作一直走在世界前列。1999年底,由Southwire公司牵头研制的30m、3相、12.5kV1250A冷绝缘高温超导电缆并网运行,标志着高温超导电缆技术趋于成熟。到目前为止,这组电缆系统已连续运行了4年多,没有发生影响运行的技术问题。2001年Pirelli公司北美分部制造了一组120m、3相、24kV2400A常温绝缘高温超导电缆,但在铺设安装时操作失误,使其中两根电缆的绝热部分遭到严重损坏,已无法并网运行,在超导电缆技术发展史上记上了一笔沉痛的教训。早在20世纪90年代美国能源部就认为超导电力技术是21世纪电力工业惟一的高技术储备。近来,美国能源部提出了2030美国国家电网的设想。在这个设想中,到2030年,美国将使用超导电缆建成国家电网的骨干网架。美国联邦政府和一些州政府对发展超导电缆技术在政策、资金上给予积极有力的支持。目前,美国有3个更大规模的高温超导电缆工程正在进行中。它们分别是由Southwire公司牵头的俄亥俄州哥伦布市1000英尺超导电缆系统、由AmericanSuperconductor公司牵头的纽约州长岛地区2000英尺超导电缆系统,法国Nexans公司参与了该项目,由IGC公司牵头的纽约州奥伯尼市350m超导电缆系统及日本住友电气公司是该项目的合作者。日本新能源开发机构认为,发展高温超导技术是在21世纪国际高技术竞争中保持尖端优势的关键所在。在日本政府组织的新能源机构的协调下,有多家大公司、院校和科研院所从事高温超导电缆的开发研制,如东京电力公司、古河电工、住友电气和富士公司等。在有关研发项目中,政府机构都有相当大的资金支持。他们在已完成的高温超导电缆导体和模型电缆研制和试验基础上,将主要工作集中在低损耗HTS线材及电缆结构,低温电气绝缘、热绝缘、制冷系统、终端和接头技术等方面。2002年住友电气和东京电力公司合作完成了一组100m、3相、66kV1kA熏3芯平行轴电缆系统,并在东京电力实验场完成了测试。目前,古河电工与日本电力工业中心研究所等合作完成了一组500m、单相、77kV1kA 超导电缆系统,并已开始一系列的低温测试。在丹麦能源部的组织下,由NKT公司牵头,DTU、Ris国家实验室、DEFU、EltraElkraft公司和哥本哈根能源公司等积极进行高温超导电缆的研发。政府通过减免有关公司部分所得税的方式,对相关项目给予支持。2001年5月28日,丹麦NKT公司宣布,其30m长,30kV2kA 热绝缘结构实用化高温超导电缆顺利实现挂网运行。此项目的根本目的是在实际使用的电网中演示高温超导电缆系统的性能,收集高温超导电缆系统安装运行的经验数据。德国Siemens公司一直密切关注着高温超导电缆的研究开发。该公司技术部和能源输送部合作,于1996年3月开始试制第一个10m电缆样品,之后研制了多个超导电缆样品。为了400MVA超导电缆研制和超导电缆工业化生产的前期验证需要,又制造了一条50m长单芯电缆导体。1998年,Siemens公司能源输送部被意大利Pirelli公司并购,其电缆研究工作目前仍在继续,开发了110kV400MVA冷绝缘单相交流电力模型电缆系统,在1999年完成电缆终端的低温和高压试验后,整个110kV400MVA冷绝缘高温超导单相交流电缆模型系统将进行长期综合性能试验。韩国在超导电缆技术开发方面虽然起步较晚,但是其政府于2001年制定了超导技术电力应用的10年规划,其中超导电缆技术的研究和推动占据了重要的位置。在政府的支持下,LG电缆公司投入了大量的人力、物力、财力参与了超导电缆技术的研发。今年其30m、3相、22.9kV1.25kA超导电缆系统将完成制造并投入测试。从20世纪90年代中期开始,我国开始高温超导电缆技术的研究,但无论从投入的资金,还是从阶段性成果的水平看,与美国、日本等发达工业国家相比都有很大差距。我国高温超导电缆技术的早期研究工作
主要在中科院电工研究所进行。1998年底电工所研制了1m、1kA级Bi系高温超导电缆导体模型。2000年12月1日,完成了6m、2kA级高温超导电力电缆导体模型的研制,电缆的临界电流达到2480A。2001年9月,北京云电英纳超导电缆公司启动了我国第一组实用30m、3相、35kV2kA超导电缆项目。这个项目由云南电力集团公司投资,并得到北京市、云南省和国家科技部“863”计划的大力支持。这组目前已在昆明普吉变电站并网试运行的超导电缆系统是世界上第三组并网运行的高温超导电缆系统,在重要性能指标方面优于目前已经投运的美国Southwire公司和丹麦NKT公司的两组电缆系统。这个项目的完成大大缩小了我国与发达工业国家在高温超导电缆技术上的差距。四、高温超导电缆的应用前景与常规电缆相比,高温超导电缆具有以下几方面优势:1.损耗低。高温超导电缆的导体损耗不足常规电缆的110,加上制冷的能量损耗,其运行总损耗也仅为常规电缆的50%～60%;2.容量大、体积小。同样截面的高温超导电缆的电流输送能力是常规电缆的3～5倍;3.无污染。高温超导电缆没有造成环境污染的可能性,而充油常规电缆存在着漏油污染环境的危险。另外,高温超导电缆也具有使用超导电缆还可以节约输电系统的占地面积和空间,节省大量宝贵的土地资源,并保护了生态环境。做为21世纪电力输送的新材料,超导电缆在我国有着巨大的市场需求,我国将成为全球最大的超导电缆市场。从国家的长远经济战略考虑,我国现在就应加大发展超导电缆技术的推动力度,掌握制造和运行超导电缆的先进技术。只有这样,我们才能不仅成为超导电缆的最大市场,而且成为超导电缆的主要生产国。五、制约高温超导电缆应用的瓶颈目前,阻碍超导电缆商业性应用的主要因素是制造成本昂贵。在我国制造等级为35～110kV,1～10kA的超导电缆的成本(部分材料进口)为人民币1.5～2万元kA·m。现在市场上交联聚乙烯常规电缆的价格为0.06～0.08万元kA·m。与常规电缆相比,在现阶段超导电缆的价格是交联聚乙烯常规电缆价格的25倍左右。在形成批量生产并使材料实现完全国产化(需3～5年时间)后,超导电缆的成本可降低为0.8～1.0万元kA·m,但仍然比常规电缆高出10倍以上。所以使用超导电缆的初期投资是巨大的。超导电缆运行的主要成本是其低温系统制冷机和输送泵的用电消耗。在目前短距离(几百米以内)的实验性线路中,用电消耗还会大于其可节省的线损。但当输电距离增长时,低温系统的用电消耗就会大大小于其可节省的线损,产生节能的经济效益。为了减少电能在输送过程中的损失,目前在长距离输电时采用超高压线路。超高压线路对输电塔的绝缘瓷瓶和对空间使用有很苛刻的要求,尤其是对线路终端附件的材料和制作技术要求更高,有的还必须进口,这些都大大提高了超高压线路的建设成本。在同样传输容量的需求下,因超导电缆可以在比常规电缆损耗小的前提下传输数倍电流,传输电压就可以降低1～2个等级,从而减少在超高压设备方面的开支。这在一定程度上弥补了超导电缆自身价格高的弱点。在选用电力设备时,电网的安全性是需要首先考虑的主要因素之一。超导电缆的终端在结构上比常规电缆复杂,加上常规电缆所没有的制冷低温设备,在可靠性和安全性方面就需要更周密的考虑。配备完善的监控保护系统是确保超导电缆安全运行的必要措施。在传感器技术、自动控制技术和计算机网络技术已经高度发达的今天,超导电缆运行安全和可靠性是有保证的。因目前世界上还没有长距离的超导电缆并入电网运行熏所以超导电缆对电网运行稳定性的影响还无法通过实验来检测。从美国Southwire公司和丹麦NKT公司的30m电缆几年来的运行情况来看,超导电缆没有对与其相关的输电线路的稳定性产生任何不利影响。如果从超导电缆容量大、损耗低和可以减少对超高压的依赖基本特征考虑,超导电缆的应用将提高电网的运行稳定性。近来美国电力研究院的一些资深专家提出建立全国超导输电骨架网络,其主要目的之一就是增强电网的可靠性和稳定性。超导电缆技术是一项先进的高新技术,但同时又依赖于许多传统工业技术,是超导材
料、机械制造、低温制冷、真空绝热、电气工程、自动控制等多学科的集成。我国发展超导电缆技术目前在制冷设备制造及电气绝缘材料方面还需要一个较大的技术提升。由于目前高温超导电缆的造价还很高,高温超导电缆输电线路的初投资规模巨大,加上高温超导电缆的工业化生产能力还不高,所以高温超导电缆的大规模应用还需10年或更长的时间。但在以下几方面,高温超导电缆有可能很快显示出优势,并在近期得到应用:1.城市密集居住区,摩天大厦,常规电缆容量不够,没有更大电缆的空间;2.金属冶炼设备等大电流、短距离、小空间的应用中;3.电站或变电站内大电流传输母线鸦4.电力需求迅猛发展的大城市,要求的供电容量不断扩大,由于城市的拥挤和开挖成本高昂,无法扩大电缆铺设范围,借助超导电缆,可以在原有的管道内更换,使供电容量提高3～5倍。新材料超导电缆技术的发展及应用前景@信赢$北京云电英纳超导电缆有限公司本文回顾了超导电缆技术发展的历史,介绍了目前世界上主要的超导电缆项目,对超导电缆的制造成本和运行费用进行了评估,并探讨了高温超导电缆在我国的应用前景。
中国超导电缆项目计划概述
1.白银超导变电站超导电缆项目：中科院电工研究所与甘肃厂通电缆科技股份有限公司等单位合作，研究开发出一条三相75m，10.5kV，1.5kA的高温超导电缆。
2.河南中孚电解铝厂超导电缆项目：中科院电工研究所与河南中孚实业电解铝厂合作，承担国家863计划“超导技术在电解铝工业中的应用研究”，研制一条380m高温超导直流输电电缆。
3.云南普吉电站超导电缆项目：北京云电英纳超导电缆有限公司同云南电网公司等国家公司合作，研究开发了一条三相35kV，2kA，33.5m高温超导电缆。2004年7月并入电网运行。是世界第三条并入实际电网的高温超导电缆。该系统可比常规电缆每年节约输电损耗约11万元。
纵观上述研究, 超导材料有着广阔的应用前景, 但目前超导事业在中国的发展及应用情况并不太好。从科学到产品困难重重的主要原因是从科研人员到政府到普通老百姓, 整体的创新思想不够。人们一般还处于追赶国外技术的心态, 而目前我国的超导事业已经处于世界前沿阶段, 这很难再受到各界的支持。而在应用方面, 由于是新技术新材料, 人们需要有一定的时间去认识去接受去使用。现有企业科技集团不接受新技术, 导致新技术得不到好的发展。他说:在新技术投入应用的初期往往是遇到困难最多的时候。用户的不熟悉, 相关产业的抵制, 政府的不好下决心等一系列问题导致超导技术走向大规模应用的产业化之路异常艰难。另一方面, 超导技术研究的本身也并不尽如人意。探索新型超导材料是一项高风险、高投入的研究工作。要使超导材料实现产业化绝非易事。如何使超导材料实用化? 如何提高临界转变温度、临界电流密度和改良其加工性能? 如何制造出理想的超导材料? 大规模应用超导体并形成一定的产业是一场艰巨的任务,它需要各方面的支持与努力。
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?[7] 任安林, 席海霞, 信赢. 超导电缆及其应用[J]. 国际电力,2005(03):63-66.
探究高温超导电缆的研发现状和发展趋势辛国骥 发表时间：2018-08-13T17:09:51.327Z 来源：《电力设备》2018年第12期作者：辛国骥 [导读] 摘要：在我国快速发展的过程中，高温超导技术的发展，高温超导电缆已经在输电系统中有了实际应用。 （国网大同供电公司检修公司山西大同 037008） 摘要：在我国快速发展的过程中，高温超导技术的发展，高温超导电缆已经在输电系统中有了实际应用。与传统电缆相比，高温超导电缆具有传输容量大、损耗低、体积小、重量轻、可靠性高、节约资源、环境友好等优势，有望在未来电网发展中发挥重要作用。本文介绍了高温超导电缆的结构及特点、基本设计原理、传输电流与导体层电流分布及交流损耗等技术问题，并对高温超导电缆在交流和直流输电系统中的应用以及目前世界各国对高温超导电缆的研究及成果做了介绍。 关键词：高温超导电缆；现状；发展 引言 随着我国经济的快速发展，用电量在不断增长，对电网传输容量需求也日益增长。高温超导材料在液氮温度的传输电流密度比铜导体高至少两个量级，且采用无污染和火灾隐患的液氮作为冷却介质，因此高温超导电缆在提升电网输电能力，在现有电力系统升级和新电力系统建设中都具有重要应用前景。目前，国际上对高温超导交流电缆的研究已取得了很大的进展，技术较成熟，相继建成多条超导电缆示范工程。高温超导直流电缆起步较晚，所以目前国内外的直流电缆工程不多，但由于新能源的大量引入，高温超导直流电缆得到了越来越多的重视，各国也纷纷开展了对高温超导直流电缆的研究。本文简要介绍近十几年来国内外有关高温超导电缆研究和开发的进展情况，并对其未来发展趋势和关键技术进行简单介绍。 1高温超导电缆的原理结构 高温超导电缆与传统的普通电缆相比有比较大的差异，其主要结构包括：内支撑芯、电缆导体、绝热层、电气绝缘层、电缆屏蔽层和保护层。1）内支撑芯：通常为罩有密致金属网的金属波纹管，或一束铜绞线。内支撑芯的功能是作为超导带材排绕的基准支撑物。2）电缆导体：由高温超导带材绕制而成，一般为多层。3）绝热层：通常由同轴双层金属波纹管套制，两层波纹管间抽成真空并嵌有多层防辐射金属箔。绝热层的主要功能是实现电缆超导导体与外部环境的绝热，保证超导导体在低温环境下能够安全运行。4）电气绝缘层：高温超导电缆按绝缘层类型的不同可以分成热绝缘和冷绝缘两种，热绝缘超导电缆的电气绝缘层的结构和材料与常规电缆的电气绝缘层相同，位于绝热层外部；冷绝缘超导电缆的电气绝缘层浸泡在液氮的低温环境下。5）电缆屏蔽层和保护层：电缆屏蔽层和保护层的功能是电磁屏蔽、短路保护及物理、化学、环境保护等。 2发展现状 目前国内开展的直流超导电缆工程相对较少，只在河南中孚电解铝厂建有一条示范工程。2009年起，中国科学院电工所与河南中孚电解铝厂股份有限公司合作研制直流超导电缆，该电缆380m长、单相、电压/电流为1.3kV/10kA。电缆一端连接变电站的整流器，另一端连接电解铝厂的母线。2015年开始进行中低压、大电流直流高温超导电缆关键技术的研究。提出了一种新型的自磁屏蔽型高温超导直流电缆结构，旨在消除各层超导带材临界电流的衰减，进而提高直流电缆的电流容量。第一种自屏蔽电缆结构如图24所示，在此种结构的直流电缆中，相邻层的电流方向相反，能有效降低各层带材的磁场。例如，由于第1层与第2层的电流方向相反，它们产生的磁场在第3层处将相互抵消，这样，第3层带材的临界电流将不会受到第1、2层的影响。应用此结构，电缆各层无磁场影响，临界电流几乎等于自场临界电流，超导线利用率高，临界电流几乎无退化，且可以获得任意大的运行电流结构，无电磁泄露。另外，为减少电缆端部带材与电流引线的各层连接数目，降低接触电阻，按照相同思路，同时提出了另外一种结构。两种自屏蔽型结构电缆将有效地提高电缆的载流容量，无电磁辐射、无信息泄露的自磁屏蔽型低压大电流高温超导直流电缆在高保密要求、高稳定性要求的互联网数据中心、军用舰船上等低压大电流输电场合有着重要的应用。 3发展趋势 经过近20年发展，国际上对高温超导交流电缆的研究已取得了很大的进展，技术相对较为成熟，相继建成多条示范工程，国际上几组典型实验运行的高温超导电缆参数情况如图所示），交流高温超导电缆和常规电缆输送容量和电压等级的比较如图所示。对于交流高温超导电缆，冷绝缘结构是其实用结构。但是，电压等级不宜超过340kV，原因之一是电压等级太高，绝缘占据空间大，不能充分体现超导电缆高载流密度特性；原因之二是介质损耗太高，冷却费用大幅度增加，运行不经济。未来交流高温超导电缆技术主要是在220kV及以下电压等级，其传输容量比常规345kV交联聚乙烯电缆还高。此外，虽然国内也有几组超导电缆试验运行，但是长度都在100m及以下，且未见开发具有中间连接装置的超导电缆研发报道。电缆终端、套管、中间连接装置等附件也是未来超导电缆实用化研发的重要部件。
射频同轴电缆的技术参数 一、工程常用同轴电缆类型及性能： 1）SYV75-3、5、7、9…，75欧姆,聚乙烯绝缘实心同轴电缆。近些年有人把它称为“视频电缆”； 2）SYWV75-3、5、7、9…75欧姆,物理发泡聚乙烯绝缘同轴电缆。有人把它称为“射频电缆”； 3）基本性能： l SYV物理结构是100%聚乙烯绝缘；SYWV 是发泡率占70-80%的物理发泡聚乙烯绝缘电缆； l 由于介电损耗原因，SYV实心电缆衰减明显要大于SYWV物理发泡电缆；在常用工程电缆中，目前物理发泡电缆仍然是传输性能最好价格最低的电缆，在视频、射频、微波各个波段都是这样的。厂家给出的测试数据也说明了这一点； l 同轴电缆都可以在直流、射频、微波波段应用。按照“射频”/“视频”来区分电缆，不仅依据不足，还容易产生误导：似乎视频传输必须或只能选择实心电缆（选择衰减大的，价格高的？）；从工程应用角度看，还是按“实芯”和“发泡”电缆来区分类型更实用一些； l 高编（128）与低编（64）电缆特性的区别：eie实验室实验研究表明，在200KHz以下频段，高编电缆屏蔽层的“低电阻”起主要作用，所以低频传输衰减小于低编电缆。但在200-300KHz以上的视频、射频、微波波段，由于“高频趋肤效应”起主要作用，高编电缆已失去“低电阻”优势，所以高频衰减两种电缆基本是相同的。 二、了解同轴电缆的视频传输特性——“衰减频率特性” 同轴电缆厂家，一般只给出几十到几百兆赫的几个射频点的衰减数据，都还没有提供视频频段的详细数据和特性；eie实验室对典型的SYWV75-5、7/64编电缆进行了研究测试，结果如下图一： 同轴传输特性基本特点： 1. 电缆越细，衰减越大：如75-7电缆1000米的衰减，与75-5电缆600多米衰减大致相当，或者说1000米的75-7电缆传输效果与75-5电缆600多米电缆传输效果大致相当； 2. 电缆越长，衰减越大：如75-5电缆750米，6M频率衰减的“分贝数”，为1000米衰减“分贝数”的75%，即15db；2000米（1000+1000）衰减为20+20=40db,其他各频率点的计算方法一样。依照上面1000米电缆测试数据，计算不同长度电缆衰减时，请记住“分贝数是加碱关系”或“衰减分贝数可以按照长度变化的百分比关系计算”，就可以灵活运用了； 3. 频率失真特性：低频衰减少，高频衰减大。高/低边频衰减量之差，可叫做“边频差值”，这是一个十分重要参数。电缆越长，“边频差值”越大；充分认识和掌握同轴电缆的这种“频率失真特性”，这在工程上具有十分重要的意义；这是影响图像质量最关键的特性，也是工程中最容易被忽视的问题； 三、工程应用设计要点 网上技术论坛里经常有人问：75-5电缆能传多远？回答有300米，500米，600米，还有说1000多米也可以的。为什么会有这么多答案呢？原因是没有一个统一的标准。既然工程中同轴电缆是用来传输视频信号的，而视频传输最后又体现为图像，所以谈同轴电缆和同轴视频传输技术应用，就离不开图像质量，离不开决定图像质量的“视频传输质量”和标准。 1. 视频传输标准的参数很多，这里仅举一个十分重要的“频率特性”例子来理解。视频图像信号是由0-6M不同频率分量组成的。低频成分主要影响亮度和对比度，高频分量主要影响色度、清晰度和分辨率。显然，对视频传输的基本要求，不是只恢复摄像机原信号亮度、对比度就行了，而且还必须恢复摄像机原信号中各种频率份量的相对比例关系。“恢复”不可能
高温超导材料的发展及应用 摘要：现代社会高度物质文明和材料科学进步密切有关，本文通过介绍超导及高温超导材料的相关知识阐述目前高温超导材料的发展和应用。 Abstract: the modern social highly material civilization Closely relates to the material's science progress, this paper is about the knowledge of superconducting and HTS materials,and it introduces High temperature superconducting materials 's development and application. 关键词：超导、高温超导材料、材料、技术。 Keywords: superconductivity, high temperature superconducting materials, materials, technology. 正文：日新月异的现代技术的发展需要很多新型材料的支持。自从第三次科技浪潮席卷全球以来，新型材料同信息、能源一起，被称为现代科技的三大支柱。新材料的诞生会带动相关产业和技术的迅速发展，甚至会催生新的产业和技术领域。 超导体由于其得天独厚的特性，使它可能在各种领域得到广泛的应用。但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用，因而需要探索新的高温超导材料。所谓高温超导材料是指具有高临界转变温度（Tc）的超导材料，目前高温超导材料主要有：钇系（92 K）、铋系（110K）、铊系（125K）和汞系（135K）以及2001年1月发现的新型超导体二硼化镁（39K）。其中最有实用前途的是铋系、钇系（YBCO）和二硼化镁（ Mg B）。氧化物高温超 2 导材料是以铜氧化物为组分的具有钙钦矿层状结构的复杂物质，在正常态它们都是不良导体。同低温超导体相比，高温超导材料具有明显的各向异性，在垂直和平行于铜氧结构层方向上的物理性质差别很大。高温超导体属于非理想的第II类超导体，且具有比低温超导体更高的临界磁场和临界电流，因此是更接近于实用的超导材料，特别是在低温下的性能比传统超导体高得多。 一、高温超导材料 1、高温超导线带材高温超导体在强电方面众多的潜在应用（如：磁体、电缆、限流器、电机等）都需要研究和开发高性能的长线带材（千米量级）。所以，人们先后在YBCO、BSCCO及 Mg B线材带化实 2
第27卷第5期低 温 物 理 学 报Vol.27,No.5 2005年11月CHIN ESE J OURNAL OF LOW TEMPERA TU RE P H YSICS Nov.,2005 超导电缆与传统电缆生命周期费用的比较3 席海霞 任安林 信 赢 北京云电英纳超导电缆有限公司,北京 100176 超导电缆作为高温超导技术电力应用的一个主要发展方向,由于其低损耗、大容量、无 污染等优点受到越来越多的关注.本文提供了一组比较超导电缆和传统电缆生命周期费用 的计算模型,根据该组模型可以对制冷机价格、超导电缆费用、制冷机效率、电缆负荷状态等 因素如何影响超导电缆生命周期费用进行分析,为高温超导的产业化发展提供方向.文章最 后给出一组超导电缆与传统电缆的比较实例, 关键词:生命周期费用,超导电缆,传统电缆 PACC:7400,7490 1引 言 超导电缆作为高温超导技术电力应用的一个主要发展方向,由于其低损耗、大容量、无污染等优点受到越来越多的关注.但是,由于目前超导电缆的造价还很高,超导电缆输电线路的初投资规模巨大,加上超导电缆的工业化生产能力还不高,所以超导电缆的大规模应用还需十年或更长的时间. 本文引用了一组比较超导电缆与传统电缆生命周期费用的数学模型,并通过具体实例对影响超导电缆大规模应用的因素进行了分析. 2超导电缆简介 超导材料的零电阻特性使其成为电流传输的理想导体.使用超导材料作为导体的电力传输电缆被称为超导电缆.低温超导电缆以液氦作为冷却剂,由于液氦价格昂贵,使得低温超导电缆失去了工业应用的可行性.使用高温超导材料制作超导电缆,可以在液氮的冷却下无电阻地传输电能,由于液氮的价格低廉,使高温超导电缆的大规模应用成为可能. 超导电缆主要包括电缆本体、电缆终端和低温制冷系统.其中,电缆本体为电力传输主体,主要依靠超导线材进行电力传输,高温超导线材的运行温区为液氮温区(-196℃).终端 3国家863计划(项目编号:2004AA306110),北京市科委2001重大科技项目(项目编号:H020*********),2004云南省合作项目(项目编号:2003BADCA05A041)资助的项目. 作者email:xi_haixia@https://www.doczj.com/doc/4712452017.html,. 收稿日期:2005203231
超导电缆的发展情况 什么是超导电缆 超导电缆是利用超导在其临界温度下成为超导态、电阻消失、损耗极微、电流密度高、能承载大电流的特点而设计制造的。其传输容量远远超过充油电缆，亦大于低温电缆，可达10000MVA以上，是正在大力研究发展中的一种新型电缆。由于超导体的临界温度一般在20K以下，故超导电缆一般在4.2K的液氦中运行。超导电缆的结构有刚性和可挠性两种形式，缆芯分单芯和三芯。设计时须充分考虑其组成材料的膨胀系数，以免电缆因热胀冷缩产生过大内应力而受损。超导电缆是解决大容量、低损耗输电的一个重要途径，由于它的潜在优势如此诱人，所以各国科技工作者为此正在进行大量的研制工作。 发展过程中遇到的问题 超导体发展过程中，材料是生产一切物资的根本, 新材料则是其他产业振兴与发展的前提。因此, 解决能源问题势必要大力发展新材料事业。在众多的新材料中, 高温超导材料是不可小觑的一种力量。它以节能、环保、可替代多种材料而一枝独秀。可喜的是, 中国是继美国、丹麦之后, 世界上第三个将超导电缆投入电网运行的国家。目前, 我国电力、通信、国防、医疗等方面的发展关键技术问题众多, 急需利用超导技术解决。同时我国工业发展对电能需求量日益增长。而电力资源和负荷分布不均, 因此长距离、低损耗的输电技术十分迫切。据韩教授统计, 假如能建立起一个全国性的电力网,由于无电阻,电力网中就无损耗,那么将节省10%左右因输送而造成的电力损耗。另外, 电力工业发展的需求越来越大, 市场发展对供电质量和可靠性的要求越来越高, 常规电力技术已越来越不能满足需要, 因此发展超导材料势在必行。 超导材料有着广阔的应用前景, 但要用超导材料来改进现有的科技工程又决非易事。科学家和工程师们所遇到的困难是如何使超导材料实用化, 即提高临界转变温度、临界电流密度和改良其加工性能, 制造出理想的超导材料。目前面临的主要问题如下: 1提高临界电流密度，目前, 高温超导材料的最突出的问题是在外加磁场下, 临界电流密度偏低。超导薄膜,一般是在弱磁场中工作, J c 值(~l06A /era )基本可满足电子器件的要求。但体材和线(带) 材的J c 值还远未达到实用化所要求的水平, 特别是在有外加磁场时, J c 急剧下降。科学家对影响J c 的原因和解决办法进行了大量研究。许多科学家都认为,影响J c 的主要原因是:(1)晶界间的弱连结; (2) 晶粒中的磁力线运动 . 2弱连结，造成弱连结的原因及弱连结的性质尚不十分清楚。一般认为是由于生成的晶体结构不佳、在晶界处存在位错、晶界处化学成份的改变及结晶的细微裂纹等原因使通道上的电流受阻。解决的方法
四川理工学院 材料物理性能 高温超导材料论文 【摘要】 在本实验中我们的主要目的是通过通过氧化物高温超导材料特性的测量和演示，加深理解超导体的两个基本特性，即零电阻完全导电性和完全抗磁性。我们还通过此实验对不同的温度计（铂电阻温度计和硅二极管温度计）进行比较。我们采用的是四引线测量法，利用低温恒温器和杜瓦容器测量了超导电性，绘制了超导样品的电阻温度曲线，验证了超导在高温冷却电阻突然降为零的电特性。我们也绘制了磁悬浮力与超导体-磁体间距的关系曲线，对其进行了分析。在进行磁悬浮的实验中我们验证了超导体的混合态效应和完全抗磁性。 关键词： 超导体零电阻温度完全磁效应磁场 一、引言： 1911年H.K.Onnes首次发现在4.2K水银的电阻突然消失的超导现象，此温度也被称为临界温度。根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料。
但这里所说的高温，其实仍然是远低于冰点0℃的，对一般人来说算是极低的温度。1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。经过科学家们的努力，超导材料的磁电障碍已被跨越，下一个难关是突破温度障碍，即寻求高温超导材料1973年，发现超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，这一记录保持了近13年。此后，科学家们几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。1987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。 高温超导体具有更高的超导转变温度（通常高于氮气液化的温度），有利于超导现象在工业界的广泛利用。高温超导体的发现迄今已有16年，而对其不同于常规超导体的许多特点及其微观机制的研究，却仍处于相当“初级”的阶段。这一点不仅反映在没有一个单一的理论能够完全描述和解释高温超导体的特性，更反映在缺乏统一的、在各个不同体系上普遍存在的“本征”实验现象。 本实验中，我们通过对氧化物超导材料特性的测量和演示，加深理解超导体的两个基本特性；了解金属和半导体的电阻随温度的变化及温差电动势；了解超导磁悬浮的原理；掌握液氮低温技术。 二、原理： 物理原理： 1.超导现象及临界参数 (1)零电阻现象 1911年，卡麦林·翁纳斯用液氮冷却水银线并通以几毫安电流，在测量其电压时发现，当温度稍低于液氮沸点时，水银电阻突然降为零，这就是零电阻现象或超导现象。具有此现象的物体称为超导体。只有在直流条件下才会存在超导现象，在交流下电阻不为零。 临界温度是指当电流，磁场及其他外部条件保持为零或不影响测量时，超导体呈现超导态的最高温度。我们用电阻法测定超导临界温度。 （2）MERSSNER效应 1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，而且，不管加磁场的顺序如何，超导体内磁场总为零。这种现象称为抗磁性即MERSSNER效应。 3）超导体分类 超导体分为两类第1类超导体是随温度变化只分为超导态和正常态，第2类是在超导态和正常态中间部分还存在混合态。 纯金属材料的电阻特性 纯金属材料的电阻产生于晶体的电子被晶格本身和晶格中的缺陷的热振动所散射。ρ=ρL（T）+ρ R，其中ρL（T）表示晶格热振动对电子散射引起的电阻率，与温度有关。ρ r表示杂质和缺陷对电子的散射所引起的电阻率，不依赖与温度，与杂质和缺陷的密度成正比，称为剩余电阻率。 半导体材料电阻温度特性 ρi=1/nie(μe+μp) 本征半导体的电阻率ρi与载流子浓度ni及迁移率μ=μe+μp有关, 因ni随温度升高而成指数上升，迁移率μ随温度增高而下降较慢，故本证半导体电阻率随温度上升而电调下降。 实验仪器及其原理：
实验 预习说明 1．附录不必看，因为示波器改用Kenwood CB4125A 型，它的使用指南见实验室说明资料。 2．测量B-H 曲线，用示波器直接测出R 1上的电压值u 1（3.11.1）式和电容上电压值u C （）式。 3．由于R 1、R 2和C 值不确定，仍需要用教材方法标定B 0、H 0，但是（3.11.7）、（）式中L x 、L y 分别用标 定时的电压u x 、u y 代替。u x 、u y 为电压的峰峰值。 选做实验 高温超导材料临界转变温度的测定 一．引言 1911年荷兰物理学家卡默林翁纳斯(Kamerling Onnes)首次发现了超导电性。这以后，科学家们在超导物理及材料探索两方面进行了大量的工作。二十世纪五十年代BCS 超导微观理论的提出，解决了超导微观机理的问题。二十世纪六十年代初，强磁场超导材料的研制成功和约瑟夫森效应的发现，使超导电技术在强场、超导电子学以及某些物理量的精密测量等实际应用中得到迅速发展。1986年瑞士物理学家缪勒(Karl Alex Muller)等人首先发现La-Ba-Cu-O 系氧化物材料中存在的高温超导电性，世界各界科学家在几个月的时间内相继取得重大突破，研制出临界温度高于90K 的 Y-Ba-Cu-O （也称YBCO ）系氧化物超导体。1988年初又研制出不含稀土元素的Bi 系和Tl 系氧化物超导体，后者的超导完全转变温度达125K 。超导研究领域的一系列最新进展，特别是大面积高温超导薄膜和临界电流密度高于105A/cm 2 Bi 系超导带材的成功制备，为超导技术在各方面的应用开辟了十分广阔的前景。测量超导体的基本性能是超导研究工作的重要环节，临界转变温度T C 的高低则是超导材料性能良好与否的重要判据，因此T C 的测量是超导研究工作者的必备手段。 二．实验目的 1．通过对氧化物超导材料的临界温度T C 两种方法的测定，加深理解超导体的两个基本特性； 2．了解低温技术在实验中的应用； 3．了解几种低温温度计的性能及Si 二极管温度计的校正方法； 4．了解一种确定液氮液面位置的方法。 三．实验原理 1．超导现象及临界参数 1）零电阻现象 我们知道，金属的电阻是由晶格上原子的热振动（声子）以及杂质原子对电子的散射造成的。在低温时，一般金属（非超导材料）总具有一定的电阻，如图1所示，其电阻率 与温度T 的关系可表示为： 50AT +=ρρ （1） 式中0是T ＝0K 时的电阻率，称剩余电阻率，它与金属的纯度和晶格的完整性有关，对于实际的金属，其内部总是存在杂质和缺陷，因此，即使使温度趋于绝对零度时，也总存在 0。 1911年，翁纳斯在极低温下研究降温过程中汞电阻的变化时，出乎意料地发现，温度在附近，汞的 电阻急剧下降好几千倍（后来有人估计此电阻率的下限为1023cm ，而迄今正常金属的最低电阻率 仅为1013cm ，即在这个转变温度以下，电阻为零（现有电子仪表无法量测到如此低的电阻），这就是零电阻现象，如图2所示。需要注意的是只有在直流情况下才有零电阻现象，而在交流情况下电阻不为零。 目前已知包括金属元素、合金和化合物约五千余种材料在一定温度下转变为具有超导电性。这种材料称为超导材料。发生超导转变的温度称为临界温度，以T C 表示。 图1 一般金属的电阻率温度关系 图2 汞的零电阻现象 T 0 105 电 阻 ︵ ︶ T (K)
什么叫做高温超导电缆 发布日期：[2008-3-26] 高温超导电缆按传输的电力形式，可分为交流和直流两种；按其结构特点来划分，根据电气绝缘材料运行温度的不同，分为热绝缘或室温绝缘超导电缆（WD）和冷绝缘超导电缆（CD）。热绝缘超导电缆的电气绝缘层与常规电力电缆的绝缘层类似，工作在常温下；冷绝缘超导电缆的电气绝缘层工作在液氮的低温环境下，对绝缘材料的要求更高。当然，也可依照常规电力电缆的分类，分为单相电缆和多相电缆。 热绝缘超导电缆的基本结构，从内到外，依次为：管状支撑物（一般为波纹管，内通液氮）；超导导体层（为超导带材分层绕制）；热绝缘层（为真空隔热套件）；常规电气绝缘层（工作在常温下）；电缆屏蔽层和护层（与常规电力电缆类似）。 冷绝缘超导电缆的基本结构，从内到外，依次为：管状支撑物（内通液氮）；超导导体层（为电缆载流导体）；电气绝缘层（工作在液氮低温环境下）；超导屏蔽层（为超导带材绕制）；液氮回流层（与管状支撑物内的液氮构成液氮回流循环）；热绝缘层（为真空隔热套件）；常规电缆屏蔽层和护层。 终端(Termination)是高温超导电缆结构中的重要组成部分，是HTS电缆和外部其他电器设备之间相互连接的端口，也是电缆冷却介质和制冷设备的连接端口，担负着温度和电势的过渡。终端的结构是和电缆的结构相配套的，冷绝缘结构的电缆，由于多了一层超导屏蔽层和液氮回流层，结构较复杂。 电缆本体的超导导体层和常规金属在液氮环境下连接（SC-NC接头），再由常规金属（电流头）从液氮温度引出过渡到常温，电流头的尺寸经过专门设计，以求温度过渡均匀和整体导热最小。终端的热绝缘结构将尽量降低热漏；电气绝缘保证了电流头的绝缘强度和液氮从地电位（制冷系统）到高电位（电缆终端）的过渡。 德国著名学府和研究院近期发表的一篇文章<1>，共70页，全面从详介绍了当前超导材料的科研和应用现状。加拿大皇后大学发表了一篇文章<2>，系统的总结了元素和简单化合物的超导行为。现试将其部分主要内容，结合一些相关资料，简要归纳如下，供参考A/，引言。 超导现象，自从1911年被发现后，始终是引起人们强烈兴趣的主题。没有电阻的电流意味著在节能，高效和环保等多方面难以想象的巨大经济利益。同时他又不是一个简单的完全导体，还具有在1933年发现的超导体排斥磁场的麦斯纳(M e is s n e r)效应。这是完全导体所无法解释的现象。因此应该把它看作是一种物质的全新热力学状态。<1,2> 随着制冷技术和高压实验技术的发展，特别是1968年时，实验装置所允许的最高压力为25G Pa,而今已达260G Pa.(1G Pa=10197.16k g/c m2~10000k g/c m2).于是越来越多的元素和化合物，都已观察到超导现象。超导已不再是稀有罕见的奇迹，而是相对普偏现象。 1960年后，从有机物中寻找超导体的工作已经开始。1980年第一个有机超导体，te t ra m e t hy l-tet r as e le n a f u lva l e n e-p h o s p h o r u s h exa f lo r id e <(T M T S F)2P F6>出现<13>，Tc 4.2 K.随后又有Tc值提高到10 K的报导.于是研究论文大量涌现。F u l le re n e虽属单体，但结构庞大，近似于有机物。其C60的Tc竟高达33，明显超过了1986年前的最高记录23 K<1>.近期有机超导体的研究，也有很大发展<14>。2001年M g B2超导性能的发现，引起了人们极大的注意。一方面是由于它的Tc值达到了40K,另一方面是因为他的结构简单，制造成本低。在2001年时，已能成吨生产。在此基础之上<1,16>，目前正在寻找进一步提高Tc值的新化合物。B/,应用寻找工业应用永远是推动研究的推动力。从应用角度看，初期的超导材料很容易被外界磁场所抑制。实际应用困难较多。被称为I型超导材料。能在强磁场下保留其超导特性的材料，被称为I I型超导材料，或称硬超导材料。这些材料不像I型超导材料那样临界温度转变很突然，而是有一个过度区。在此区内，Tc值随外加磁场的加大而下降，故有两个临界磁场值，H c1和H c2.<17>。I I型超导由于H c2值较大，其应用领域十分广阔。如N b T i,N b3S n已形成了数十亿欧元的市场分额，作成超导线圈，制成电磁铁，用于M R I或高能物理所用粒子加速器。这些都是常规线圈无法达成的。虽然I I型超导应用潜力很大，但深度冷冻则需要相应的资金，装备和能量。特别是大型设备所需投入很大。在成本上的竞争力还嫌不足。因此许多大型电力系统的设备或部件，尽管作了很多精心设计，都还停留在试运行或示范阶段<17-20>.随着冷冻技术的发展和小型化<21>，许多微型超导电路结合了微型冷冻装置的开发，却已领先进入了市场，如S Q UI D在医疗器械，计算机芯片制造方面的应用等。高温超导滤波器正在向手机渗透
射频同轴电缆是用于传输射频和微波信号能量的。它是一种分布参数电路，其电长度是物理长度和传输速度的函数，这一点和低频电路有着本质的区别。 射频同轴电缆分为半刚，半柔和柔性电缆三种，不同的应用场合应选择不同类型的电缆。半刚和半柔电缆一般用于设备内部的互联；而在测试和测量领域，应采用柔性电缆。 半刚性电缆 顾名思义，这种电缆不容易被轻易弯曲成型，其外导体是采用铝管或者铜管制成，其射频泄漏非常小（小于－１２０ｄＢ），在系统中造成的信号串扰可以忽略不计。这种电缆的无源互调特性也是非常理想的。如果要弯曲到某种形状，需要专用的成型机或者手工的模具来完成。如此麻烦的加工工艺换来的是非常稳定的性能，半刚性电缆采用固态的聚四氟乙烯材料作为填充介质，这种材料具有非常稳定的温度特性，尤其在高温条件下，具有非常良好的相位稳定性。 半刚性电缆的成本高于半柔性电缆，大量应用于各种射频和微波系统中。 半柔性电缆 半柔性电缆是半刚性电缆的替代品，这种电缆的性能指标接近于半刚性电缆，而且可以手工成型。但是其稳定性比半刚性电缆略差些，由于其可以很容易的成型，同样的也容易变形，尤其在长期使用的情况下。 柔性（编织）电缆 柔性电缆是一种“测试级”的电缆。相对于半刚性和半柔性的电缆，柔性电缆的成本十分昂贵，这是因为柔性电缆在设计时要顾及的因素更多。柔性电缆要易于多次弯曲而且还能保持性能，这是作为测试电缆的最基本要求。柔软和良好的电指标是一对矛盾，也是导致造价昂贵的主要原因。 柔性射频电缆组件的选择要同时考虑各种因素，而这些因素之间有些的相互矛盾的，如单股内导体的同轴电缆比多股的具有更低的插入损耗和弯曲时的幅度稳定性，但是相位稳定性能就不如后者。所以一条电缆组件的选择，除了频率范围，驻波比，插入损耗等因素外，还应考虑电缆的机械特性，使用环境和应用要求，另外，成本也是一个永远不变的因素。 在本节中，详细讨论了射频同轴电缆的各种指标和性能，了解电缆的性能对于选择一条最佳的射频电缆组件是十分有益的。 特性阻抗 射频同轴电缆由内导体，介质，外导体和护套组成。 “特性阻抗”是射频电缆，接头和射频电缆组件中最常提到的指标。最大功率传输，最小信号反射都取决于电缆的特性阻抗和系统中其它部件的匹配。如果阻抗完全匹配，则电缆的损耗只有传输线的衰减，而不存在反射损耗。电缆的特性阻抗（Ｚｏ）与其内外导体的尺寸之比有关，同时也和填充介质的介电常数有关。由于射频能量传输的“趋肤效应”，与阻抗相关的重要尺寸是电缆内导体的外径（ｄ）和外导体的内径（Ｄ）： Ｚｏ（?）＝１３８√ε×ｌｏｇＤｄ 常见的射频同轴电缆绝大部分是５０?特性阻抗的，这是为什么呢？ 通常认为导体的截面积越大损耗就越低，但事实并非完全如此。同轴电缆的每单位长度的损耗是ｌｏｇＤｄ的函数，也就是说和电缆的特性阻抗有关。经过计算可以发现，当同轴电缆的特性阻抗为７７?时，单位长度的损耗最低。 对于同轴电缆的最大承受功率，通常认为内外导体的间距越大，则同轴电缆可承受电压越高，即承受功率越大，但实际上也不完全准确。同轴电缆的最大承受功率同样与其特性阻抗有关。可以计算出当同轴电缆的特性阻抗为３０?时，其承受的功率最大。 为了兼顾最小的损耗和最大的功率容量，应该在７７?和３０?之间找一个适当的数值。二者的算术平均值为５３．５?，而几何平均值为４８．０６?；选取５０?的特性阻抗可以做到二者兼顾。此外，５０?阻抗的连接器也更加容易设计和加工。 绝大部分应用于通信领域的射频电缆的特性阻抗是５０?；在广播电视中则用到７５?的电缆。 大部分的测试仪器都是５０?的阻抗，如果要测量７５?阻抗的器件，可以通过一个５０～７５?的阻
高温超导材料 高温超导材料，是具有高临界转变温度（Tc）能在液氮温度条件下工作的超导材料。因主要是氧化物材料，故又称高温氧化物超导材料。 1.结构 高温超导材料不但超导转变温度高，而且成分多是以铜为主要元素的多元金属氧化物，氧含量不确定，具有陶瓷性质。氧化物中的金属元素（如铜）可能存在多种化合价，化合物中的大多数金属元素在一定范围内可以全部或部分被其他金属元素所取代，但仍不失其超导电性。除此之外，高温超导材料具有明显的层状二维结构，超导性能具有很强的各向异性。 已发现的高温超导材料按成分分为含铜的和不含铜的。含铜超导材料有镧钡铜氧体系（Tc=35～40K）、钇钡铜氧体系（按钇含量不同，T发生复化。最低为20K ，高可超过90K）、铋锶钙铜氧体系（Tc=10～110K）、铊钡钙铜氧体系(Tc=125K）、铅锶钇铜氧体系（Tc约70K）。不含铜超导体主要是钡钾铋氧体系（Tc约30K）。已制备出的高温超导材料有单晶、多晶块材，金属复合材料和薄膜。高温超导材料的上临界磁场高，具有在液氦以上温区实现强电应用的潜力 2.特性 超导体得天独厚的特性，使它可能在各种领域得到广泛的应用。但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。人们一直在探索高温超导体，从1911年到1986年，75年间从水银的4．2K提高到铌三锗的23．22K，才提高了19K。
1986年，高温超导体的研究取得了重大的突破。掀起了以研究金属氧化物陶瓷材料为对象，以寻找高临界温度超导体为目标的“超导热”。全世界有260多个实验小组参加了这场竞赛。 1986年1月，美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实验室科学家柏诺兹和缪勒首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体，将超导温度提高到30K；紧接着，日本东京大学工学部又将超导温度提高到37K；12月30日，美国休斯敦大学宣布，美籍华裔科学家朱经武又将超导温度提高到40．2K。 2月15日美国报道朱经武、吴茂昆获得了98K超导体.2月20日,中国也宣布发现100K以上超导体.3月3日,日本宣布发现123K超导体.3月12日中国北京大学成功地用液氮进行超导磁悬浮实验.3月27日美国华裔科学家又发现在氧化物超导材料中有转变温度为240K的超导迹象.很快日本鹿儿岛大学工学部发现由镧、锶、铜、氧组成的陶瓷材料在14℃温度下存在超导迹象.高温超导体的巨大突破,以液态氮代替液态氦作超导制冷剂获得超导体,使超导技术走向大规模开发应用.氮是空气的主要成分,液氮制冷机的效率比液氦至少高10倍,所以液氮的价格实际仅相当于液氦的1／100.液氮制冷设备简单,因此,现有的高温超导体虽然还必须用液氮冷却,但却被认为是20世纪科学上最伟大的发现之一. 高温超导体通常是指在液氮温度（77 K）以上超导的材料。人们在超导体被发现的时候（1911年），就被其奇特的性质（即零电阻，反磁性，和量子隧道效应）所吸引。但在此后长达七十五年的时间内所有已发现的
超导输电的现状与发展 电气1312 汤利文 9号 摘要：超导是一项尖端的技术，有所突破之后，对于人们来说会有非同一般的意义。而电的运输更是与我们的生活息息相关，有了超导技术的运用，输电将会变得极致高效。超导输电技术已逐步从实验走向生活，卓越的性能已被认可，具有良好的前景。 关键词：高温超导电缆；原理；节能；发展 引言：随着经济和社会的发展，人们对电能的需求量日益增长，使得电力系统各部分电气紧密连接，电力系统向更大规模方向发展，对电能品质和供电可靠性提出更高要求，对电气设备的环保要求和节能要求更严格。由于中国电力资源和负荷分布不均，使得长距离输电成为必然。而电能在传输中的损耗成为急需解决的突出问题。据统计，传统电线或电缆受铜、铝等基本导电材料电导率限制，2007 年中国在输变电过程中的损耗大约为7.5%(其中线路损耗约占70%左右)。为减少电能输变电过程中的损失，也需采用新型输电方式来实现资源节约型电能输送。作为智能电网基础技术之一，高温超导电缆采用具有很高传输电流密度的高温超导材料作为导体，其诸多优点已在电力工业中引起了越来越多的关注。使用了超导输电之后，那么就可以完全没有电能损失了，这样甚至可以取消目前普遍的高压传输。使用
了超导输电之后，那节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。 原理： 在很低的温度下，物体的所有的电子速率降低，价电子运转在固定的平面上，达到临界温度，价和电子运转速率越来越低。核心习惯于常温下的核外电子快速运转，价和电子运转缓慢，造成了原子暂时缺失价电子的现象。核心就挪用相邻核心的价电子，相邻核心又挪用，所有的核心都向某一方向近邻挪用，于是就形成外层电子公用。这种核外层电子公用的状态就是物质的超导态，核外层电子处于公用的状态的物体就是超导体。通俗的讲，超导电缆的电阻非常小，而电缆在传输电能过程中主要的损耗就是电阻造成的。精确的讲，超导电缆还有特殊的结构，因为在交流系统中的阻抗不仅仅是电阻，总的来说，超导电缆有极小的导体电阻和系统阻抗，以大大降低电能传输过程中的损耗。 高温超导电缆： 英语全称High-Temperature Superconducting Power Cable，它由电缆芯、低温容器、终端和冷却系统四个部分组成。其中电缆芯是高温超导电缆的核心部分，包括骨架层、导体层、绝缘层和屏蔽层等主要部件。
射频同轴电缆行业分析报告
目录 一、所属行业及行业管理体制 (4) 1、所属行业情况 (4) （1）电线电缆行业近年整体呈现快速增长趋势 (5) （2）电线电缆各分支产业发展速度不均衡 (6) （3）企业数量多、规模小，电线电缆行业产业集中度低，但正逐步提高 (6) （4）主要竞争手段由目前的价格竞争正逐步向品牌竞争和技术竞争转变 (6) （5）特种电缆逐渐成为行业内发展的重点领域 (7) 2、行业监管体制 (7) 二、射频同轴电缆的定义、用途、结构及分类 (9) 1、射频同轴电缆的定义及用途 (9) 2、射频同轴电缆的基本结构及分类 (9) （1）射频同轴电缆的基本结构 (9) （2）射频同轴电缆的分类 (11) 三、行业发展概况 (13) 四、行业的主要法律法规及产业政策 (14) 五、行业竞争情况 (16) 1、行业竞争格局 (16) （1）全球竞争格局 (16) （2）国内竞争格局 (16) 2、市场容量、发展前景及市场供求状况 (17) （1）行业市场容量及未来几年的增长趋势 (17) （2）市场前景分析 (18) （3）市场供求情况 (22) 3、行业内的主要企业及其市场份额 (22) （1）行业内主要企业 (22) （2）行业内主要企业的市场份额 (24)
4、行业利润水平的变动趋势及变动原因 (24) 5、进入本行业的主要壁垒 (25) （1）技术壁垒 (25) （2）资金壁垒 (26) （3）客户关系壁垒 (26) 六、影响行业发展的有利因素和不利因素 (27) 1、有利因素 (27) （1）国内宏观经济复苏 (27) （2）国家产业政策支持 (27) （3）全球通信设备制造业采购中心向中国转移 (28) （4）发达国家需求稳定，发展中国家和地区需求快速增长 (28) 2、不利因素 (29) （1）行业自主创新意识和能力不强，知识产权保护不力导致行业竞争无序 (29) （2）原材料价格波动加大行业经营风险 (29) 七、行业技术水平及发展趋势 (29) 1、行业技术水平 (29) 2、行业技术发展趋势 (30) （1）降低衰减和驻波比 (30) （2）提高电缆的特殊性能 (31) （3）研发高端绝缘介质 (31) （4）提高电缆的环保特性 (31) 3、行业的周期性、区域性 (32) （1）行业的周期性 (32) （2）行业的区域性 (32) 八、上下游行业发展状况及其对本行业的影响 (33) 1、上游行业 (33) 2、下游行业 (34)
超导材料基础知识介绍 超导材料具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。 特性超导材料和常规导电材料的性能有很大的不同。主要有以下性能。 ①零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。 ②完全抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。 ③约瑟夫森效应：两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率为，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。 基本临界参量有以下 3个基本临界参量。 ①临界温度:外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度，以Tc表示。Tc值因材料不同而异。已测得超导材料的最低Tc是钨，为0.012K。到1987年，临界温度最高值已提高到100K左右。 ②临界磁场：使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度，以Hc表示。Hc与温度T 的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0为0K时的临界磁场。 ③临界电流和临界电流密度：通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态，以Ic表示。Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。单位截面积所承载的Ic 称为临界电流密度，以Jc表示。 超导材料的这些参量限定了应用材料的条件，因而寻找高参量的新型超导材料成了人们研究的重要课题。以Tc为例，从1911年荷兰物理学家H.开默林－昂内斯发现超导电性(Hg，Tc=4.2K)起，直到1986年以前，人们发现的最高的 Tc才达到23.2K(Nb3Ge，1973)。1986年瑞士物理学家K.A.米勒和联邦德国物理学家J.G.贝德诺尔茨发现了氧化物陶瓷材料的超导电性，从而将Tc提高到35K。之后仅一年时间，新材料的Tc已提高到100K左右。这种突破为超导材料的应用开辟了广阔的前景，米勒和贝德诺尔茨也因此荣获1987年诺贝尔物理学奖金。 分类超导材料按其化学成分可分为元素材料、合金材料、化合物材料和超导陶
高温超导电缆技术概述 高温超导电缆是高温超导技术的重要应用之一，它集成了超导材料、低温制冷、电力工程、电缆等多学科技术于一身，是21世纪电力传输的新材料，并以其特有的优势，开始在世界范围内应用。 一、概述 超导材料的零电阻特性使其成为电流传输的理想导体。使用超导材料作为导体的电力传输电缆被称为超导电缆。低温超导体应用时以液氦作为冷却剂，液氦的价格很高，这就使低温超导电缆失去了工业化应用的可行性。使用高温超导材料制作超导电缆，可以在液氮的冷却下无电阻地传送电能，由于液氮的价格低廉，使高温超导技术的大规模应用成为可能。（一）高温超导电缆使用的导体材料 目前市场上可以用来制造高温超导电缆的材料主要是银包套的铋系高温超导材料（Bi,Pb）2Sr2Ca2Cu3O10的多芯带材，它的超导临界转变温度为105K～110K，临界工程电流密度为8000～12000A/cm2 。目前世界上最大的生产厂家是美国超导公司（American Superconductor,Co.），其生产能力和产品技术指标都处于领先地位。我国的北京云电英纳超导电缆有限公司的生产能力和产品技术指标也处于世界前列。 （二）高温超导电缆的基本结构 （1）内支撑管：通常为罩有密致金属网的金属波纹管，作为超导带材排绕的基准支撑物，同时用于液氮冷却流通管道；（2）电缆导体：铋系高温超导带材绕制而成，一般为多层；（3）热绝缘层：通常由同轴双层金属波纹管套制，两层波纹管间抽真空并嵌有多层防辐射金属箔，其功能是使电缆超导导体与外部环境实现热绝缘，保证超导导体安全运行的低温环境；（4）电绝缘层：电绝缘层置于热绝缘层外面，因其处于环境温度下，故习惯上被称为常温绝缘超导电缆（或热绝缘超导电缆）。电绝缘层置于热绝缘层里面，电缆运行时处于低温环境，故被称为冷绝缘超导电缆；（5）电缆屏蔽层的护层：电缆屏蔽层和护层的功能与常规电力电缆类似，即电磁屏蔽层，短路保护及物理、化学、环境防护等。 此外，高温超导电缆的结构中还可能包括一些辅助部件，例如电缆导体层间绝缘膜、约束电缆各部份相对位置的包层和调距压条等。 （三）高温超导电缆的附件 （1）制冷系统：高温超导电缆需要低温的工作环境（一般为液氮温区）。制冷系统通常由制冷机组、液氮泵和液氮储罐等部份组成。 （2）电缆终端：是超导电缆和外部其他电气设备之间相互连接的端口，也是电缆冷却介质和制冷设备的连接端口。终端的结构是和电缆的结构相配套的，常温绝缘超导电缆与冷绝缘超导电缆的终端在结构上有很大区别。 （四）高温超导电缆的运行损耗 因导体的电阻为零，所以高温超导电缆在运行时基本没有焦耳热产生。这与常规电缆有很大的差异，常规电缆运行时的主要损耗是产生焦耳热所带来的能量损耗。但交流输电时的磁滞损耗（简称交流损耗）及绝缘材料的介质损耗仍然存在。在计算超导电缆的运行损耗时，还必须考虑为其配套的制冷系统所消耗的能量。一般地说，在传输相同的容量的电能时，高温超导电缆的运行损耗约为常规电缆的50%～60%。 （五）高温超导电缆的分类 （1）按传输电流种类分为直流和交流电缆；（2）按电气绝缘结构分为常温绝缘电缆与冷绝缘电缆；（3）按电缆导体结构分为单芯电缆、三芯平行轴电缆和三芯同轴电缆。