Вся РоссияКомпании
здесь будут опции для поиска

Сверхпроводящие силовые кабели


При передаче электрической энергии по кабелям до 10% всей передаваемой мощности расходуется на тепловые потери в токопроводящих жилах. Явление сверхпроводимости характеризуется полным исчезновением В токопроводящих жилах электрического сопротивления в области температур, близких к абсолютному нулю.

По мере уменьшения удельного сопротивления токопроводящих жил уменьшаются соответственно потери в них; заметную часть начинают составлять потери, обусловленные собственным магнитным полем кабеля (потери на вихревые токи, поверхностный эффект и т. п.). В сверхпроводниках 1-го рода при частотах 50-400 гц эти потери меньше, чем в сверхпроводниках 2-го рода. Помимо потерь в токопроводящих жилах, нагревание их может происходить за счет потока тепла из окружающей среды. Потери в изоляции могут существенно не сказываться на нагревании жилы.

Поддержание жилы кабеля концентричным по отношению к оболочке удачно решается при помощи спиц из стекловолокна. В этом случае тепловой поток, поступающий из окружающей среды за счет теплопроводности спиц, практически отсутствует. Наиболее целесообразно тепловую изоляцию выполнять ступенями, каждая из которых состоит из цилиндрического вакуумного пространства и антирадиационного экрана. При тепловом расчете необходимо учитывать количество тепла за счет радиации от внешней поверхности к внутренней.

Фирмой АЕI (Англия) разработан проект сверхпроводящего кабеля с жилой из ниобиевой фольги с многоступенчатым охлаждением. Преимущества такой конструкции жилы с расположением фольги параллельно магнитному полю состоит в ее малом сечении, поэтому в жиле вихревые токи будут отсутствовать. Охлаждение кабеля трехступенчатое с использованием в качестве хладоагентов жидких азота (77° К), водорода (20° К) и гелия (4° К). Каждый охладитель протекает по концентрическим каналам, расположенным на разных расстояниях от оси кабеля в соответствии с его температурой. Возврат любого охладителя может осуществляться либо по второму каналу, либо по второму кабелю.

Фирма BICC (Англия) разработала сверхпроводящий кабель на напряжения 33 и 133 кв переменного тока на передачу мощности 760 Мва. Кабель состоит из группы концентрически расположенных медных или алюминиевых труб, покрытых изнутри слоем ниобия. Наружный диаметр кабеля 30 см. В качестве хладо-агента и изолирующей среды применен гелий (4,2- 4,5°К). Технико-экономические расчеты показали, что стоимость кабеля на 33 кв, включая охлаждающее устройство, будет в 1,5-2 раза выше стоимости маслонаполненного кабеля на напряжение 275 кв с той же пропускной способностью.

В Японии разработан силовой кабель со сверхпроводящей жилой на напряжения 18 и 40 кв для передачи мощностей соответственно 2 000 и 1 880 Мвт. Токопроводящая жила первого кабеля состоит из нескольких повивов изолированных один от другого ниобиевых проволок. Охлаждение жилы производится жидким гелием, циркулирующим по каналу внутри жилы, а также между жилой и первой оболочкой. Вторая ступень охлаждения состоит из канала между первой и второй оболочками, где поддерживается глубокий вакуум и расположены трубки с циркулирующим жидким азотом.

Второй кабель имеет жилу из сплава NbZr, внутри и снаружи которой циркулирует жидкий гелий. Вторая ступень охлаждения конструктивно осуществляется так же, как и в первом кабеле. Наружные диаметры второго кабеля в 2 раза меньше, чем первого. Потери передаваемой мощности на 100 км первого кабеля составляют 3%, а второго 0,6%.

Опыт эксплуатации реальных линий с использованием сверхпроводимости тока отсутствует. Отдельные технико-экономические расчеты показывают, что если принять полную стоимость линии с применением кабеля с медными токопроводящими жилами за 100%, то стоимость линии сверхпроводящего кабеля с применением ниобия составит 92,4%. Если стоимость материалов обычного медного кабеля составляет 77%, то в сверхпроводящей линии - только 25%, но стоимость холодильных установок и потребляемой ими мощности в сверхпроводящих кабелях составляет около 75%.


к содержанию