研究快訊鉍系高溫超導(dǎo)直流電纜的研制，電纜芯的外徑為48mm，它安裝在低溫容器內(nèi)，并與兩個(gè)終端相連。電纜的直流耐壓大于2 5kV.在液氮下的實(shí)驗(yàn)表明，電纜的臨界電流為2480A（PV/cm判據(jù)）n值為7.7，接頭總電阻為0均超過設(shè)計(jì)指標(biāo)。在止傳輸2kA電流的運(yùn)行中，電纜的傳輸特性穩(wěn)定。經(jīng)4次熱循環(huán)，電纜的臨界電流沒有降低。
高溫超導(dǎo)電纜使用具有高臨界電流密度的高溫超導(dǎo)帶材作導(dǎo)體，能夠傳輸比同尺寸的常規(guī)電纜大3―5倍的功率，其功率損耗僅為傳輸功率的0.5%（常規(guī)銅電纜為5%―8%）因此它具有體積小、重量輕、損耗低和傳輸容量大的優(yōu)點(diǎn)。利用高溫超導(dǎo)電纜可以大大提高電網(wǎng)的總效率，實(shí)現(xiàn)低損耗、大容量輸電，是解決大功率輸電的有效途徑。它還具有不污染環(huán)境、無火災(zāi)危險(xiǎn)、安裝過程中占地少、對(duì)外無電磁干擾、不易受意外災(zāi)害影響等*優(yōu)點(diǎn)。高溫超導(dǎo)電纜在改造大城市現(xiàn)有配電網(wǎng)方面有廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于人口密集的城市地區(qū)，在電網(wǎng)需要擴(kuò)容時(shí)，若采用高溫超導(dǎo)電纜，則可使用現(xiàn)有的地下電纜溝，從而免去昂貴的破壞性的挖掘和建設(shè)，其總費(fèi)用可降低約20%.利用高溫超導(dǎo)電纜可以改變傳統(tǒng)輸電方式，采用低電壓大電流輸電方式，能把發(fā)電機(jī)直接連到用戶電網(wǎng)，可省去電力變壓器，甚至可以采用直流輸電方式；還可以用配電電壓水平輸送同樣的功率，而不需建設(shè)新的變電站。在要求采用大電流直流輸電的情況下，如鋁電解工業(yè)，高溫超導(dǎo)直流電纜將明顯優(yōu)于金屬線路。在風(fēng)景優(yōu)美的旅游區(qū)，為不破壞景觀，可以考慮用高溫超導(dǎo)輸電電纜來代替現(xiàn)有的架空線。高溫超導(dǎo)輸電電纜在現(xiàn)有電力系統(tǒng)升級(jí)和建設(shè)新電力系統(tǒng)中也將得到應(yīng)用。高溫超導(dǎo)電纜在國(guó)家超導(dǎo)技術(shù)聯(lián)合研宄與開發(fā)中心資助項(xiàng)目2⑴1―01―04收到初稿，2001―02-05修回短距離輸電的應(yīng)用可望在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
和其他電力裝置相比，超導(dǎo)電纜的磁場(chǎng)很低（通常為百高斯級(jí)）粉末裝管法制備的Bi―2223Ag帶材在該磁場(chǎng)和液氮下仍具有很高的電流密度，且能加工成千米以上的長(zhǎng)帶，因此高溫超導(dǎo)輸電電纜可能是zui早實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電力應(yīng)用的項(xiàng)目。目前，高溫超導(dǎo)輸電電纜的應(yīng)用受制于Bi―2223/Ag帶材的價(jià)格，然而近年來其價(jià)格一直在下降，預(yù)計(jì)在今后2―3年內(nèi)，它可望降到50美元/Am以下的水平，不遠(yuǎn)的將來，有可能降到與銅一樣的“載流性能價(jià)格比”。因此高溫超導(dǎo)輸電電纜己成為當(dāng)今世界各國(guó)在高溫超導(dǎo)技術(shù)強(qiáng)電應(yīng)用研究領(lǐng)域的項(xiàng)目。
在國(guó)家超導(dǎo)技術(shù)聯(lián)合研究與開發(fā)中心的支持下，1997年底我國(guó)開始進(jìn)行鉍系高溫超導(dǎo)直流電纜的開發(fā)研究，這是我國(guó)“八六三”超導(dǎo)技術(shù)專項(xiàng)中的重要課題，是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的應(yīng)用研究工作。該課題的目標(biāo)是研制出6m長(zhǎng)2000A的高溫超導(dǎo)直流電纜。中國(guó)科學(xué)院電工研究所承擔(dān)了高溫超導(dǎo)電纜的研制任務(wù)。該電纜所需的超導(dǎo)帶材由西北有色金屬研究院和北京有色金屬研究總院研制。
中國(guó)科學(xué)院電工研究所在高溫超導(dǎo)直流電纜的研制過程中，首先建立了一套包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在內(nèi)的測(cè)試裝置；其次對(duì)Bi―2223Ag帶材的輸運(yùn)特性、機(jī)械性能（拉應(yīng)變和彎曲應(yīng)變特性）、自由熱收縮率和熱循環(huán)特性進(jìn)行了測(cè)試和研究；接著又進(jìn)行了電纜導(dǎo)體層中電流分布及其輸運(yùn)特性仿真研究以及電纜的超導(dǎo)到常態(tài)的過渡接頭電阻的實(shí)驗(yàn)研究和焊料的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)研究工作。為掌握高溫超導(dǎo)電纜的設(shè)計(jì)方法和制造工藝，首先研制并試驗(yàn)了一根1m長(zhǎng)1000A的高溫超導(dǎo)模型電纜11.在此基礎(chǔ)上，采用了有特色的優(yōu)化設(shè)計(jì)和經(jīng)改進(jìn)的合理的制造工藝，建成了6m長(zhǎng)2000A高溫超導(dǎo)電纜系統(tǒng)。超導(dǎo)電纜的電纜芯由不銹鋼波紋管骨架、導(dǎo)體和低溫電絕緣組成。電纜的導(dǎo)體共8層，由總長(zhǎng)達(dá)1678m的238根國(guó)產(chǎn)鉍系帶材組成。這些帶材以約27的螺旋角和小縫隙一根接一根地繞在骨架上，以防止從室溫到液氮溫度因冷收縮產(chǎn)生的應(yīng)力損壞帶材。高溫超導(dǎo)體層中相鄰共軛層的帶材繞向相反，螺距相等，以消除電纜的軸向磁場(chǎng)，減小自場(chǎng)效應(yīng)引起超導(dǎo)帶材臨界電流的退化。骨架上及導(dǎo)體層間纏繞絕緣帶，以降低電纜因變流產(chǎn)生電磁耦合引起能量損耗。電纜芯的外徑為48，它安裝在液氮低溫容器內(nèi)并通過兩個(gè)2kA終端與電源及冷卻系統(tǒng)相連。低溫容器采用高真空和超級(jí)絕熱技術(shù)，它是外徑108mm，長(zhǎng)6m的雙管結(jié)構(gòu)，為補(bǔ)償從室溫到液氮溫區(qū)下的冷收縮，容器的內(nèi)管采用不銹鋼波紋管，外管則用剛性的不銹鋼管。高溫超導(dǎo)電纜有兩個(gè)終端，它們?cè)O(shè)計(jì)成能耐直流2.5kV，并能載流2kA，電流引線設(shè)計(jì)成冷氮?dú)鈴?qiáng)迫冷卻，從而大大降低了從終端進(jìn)入電纜低溫區(qū)的熱流。在低溫區(qū)，電流引線用液氮作電絕緣、而在常溫區(qū)和溫度過渡區(qū)，用玻璃纖維環(huán)氧套管作電絕緣。為2000A高溫超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)。是該高溫超導(dǎo)電纜和終端的外貌。
在液氮溫度下的測(cè)試表明，6m長(zhǎng)、2000A高溫超導(dǎo)電纜的直流耐壓大于25kV，電纜的臨界電流為2480A（1W/cm判據(jù)）達(dá)到電纜單帶材在自場(chǎng)下的臨界電流總和的69%n值為7.7，電纜的總接頭電阻為0.1W，均超過該課題所確定的指標(biāo)。為該電纜在77K下試驗(yàn)的E―I特性曲線，在1h傳輸2000A電流的運(yùn)行中，電纜性能穩(wěn)定。經(jīng)4次熱循環(huán)，電纜的臨界電流沒有退化。
6m長(zhǎng)、2000A高溫超導(dǎo)電纜的研制具有自己的特色并體現(xiàn)了創(chuàng)新性：（1）在鉍系帶材特性研究中，我們發(fā)現(xiàn)，與臨界電流Ic相比，帶材n值隨熱循環(huán)、機(jī)械應(yīng)變和外磁場(chǎng)的變化更為敏感，能及早地反映高溫超導(dǎo)體晶界的損傷和電性能的退化程度23.這對(duì)判斷帶材性能的變化有著極其重要的意義，至今國(guó)外尚無相關(guān)研究成果的報(bào)道；（2）首先采用/.及n值雙重標(biāo)準(zhǔn)選用鉍系帶材，其先進(jìn)性和正確性在隨后的電纜研制中得到了充分的驗(yàn)證；（3）采用優(yōu)化的設(shè)計(jì)和計(jì)算及合理的繞制工藝，避免了帶材性能在液氮中因冷收縮引起的拉應(yīng)變和因彎曲引起的彎曲應(yīng)變而退化，有效地消除了軸向磁場(chǎng)，合理地布置不同性能的超導(dǎo)帶材，使導(dǎo)體層內(nèi)電流分布趨于均勻，提高了電纜的整體性能；⑷采用低熔點(diǎn)（14C）的In―Ag合金作焊料，借助溫控把溫度維持在155C左右進(jìn)行電纜終端銅接頭與帶材間的焊接，從而在不破壞帶材超導(dǎo)性能的條件下獲得0.lKi的電纜接頭電阻，達(dá)到先進(jìn)水平。
6m長(zhǎng)、2000A高溫超導(dǎo)直流電纜的研制成功表明，我國(guó)已掌握了研制高溫超導(dǎo)輸電電纜的關(guān)鍵技術(shù)，向高溫超導(dǎo)技術(shù)的實(shí)用化邁出了關(guān)鍵的一步，使我國(guó)躋身于該項(xiàng)技術(shù)的先進(jìn)行列，繼美、日、德之后成為世界上少數(shù)幾個(gè)掌握這一關(guān)鍵技術(shù)的國(guó)家。該研究成果*，達(dá)到*水平。