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
1/，超导电力系统自从高温超导问世以后，在电力系统中的应用研究，在全球各地都是热门课题。
由于超导材料会给直流电带来零电阻，对于交流电带来接近零电阻。
采用超导材料将会显著提高电力设备的效率并显著减小设备体积和重量。
还会显著减少燃烧对自然环境，如臭氧层的破坏。
然而要把超导材料投入实际应用，还须解决许多问题。
二十年来，科研人员投入了大量辛勤劳动，许多电力设备已经过精心研究设计，参见以下图例。
<17> 2/，超导线材和电缆在美国能源部的组织和资助下，首先在美国橡树岭研究所建造了5米长的高温超导电缆的示范装置。
在此基础上又在S o u t h w i re 公司的C a r ro ll to n工厂建造了30米长的高温超导电缆，用以供电，现已运行了2200小时以上。
并于2002年经过验收。
这是世界上第一条高温超导电缆<22>。
美国超导体公司，A m e r ica n S u p erc o n d u c to r C o r p o rat io n,已将各种规格的超导电缆列入了它的产品规格清单。
当前用于制造高温超导线材和电缆的材料主要是B S C CO和Y B CO.。
两者都不能直接拉成线材。
首先纳入批量生产的是B S C CO，制造方法是先将B S C CO氧化物填充在银套管内，然后经过压延和拉伸制成线材，简称P I T（Po wd e r in t u b e）工艺。
Y B CO则采用了有机金属化学气相沉积的方法制成带状薄膜，同样可以制成各种线圈。
由于Y B CO 的临界电流远远超过B S C CO，故B S C CO常被称为第一代超导线材，而Y B CO则被称为第二代超导线材。
3/，超导磁共振成像仪超导磁共振仪是超导材料首先得到商业化的重要领域。
但大都采用低温超导。
香港大学今年五月份宣布已用高温超导薄膜低损耗高频接受线圈，来改进磁共振成像仪的成像质量。
只是成像视野较小。
建议用更简单的方法来设计制造高温超导线圈。
即用银合金套管的B i(2-x)P bx S r2C a2C u3O10,(B i-2223),高温超导带。
已采用5寸单层螺旋管获得了手腕的成像。
获得的成像清晰度比6寸Y B CO线圈在77K所得成像清晰度更高<28>.
4/，磁悬浮列车建于上海浦东的磁悬浮列车自2002年底通车以后，已有三年。
所用磁悬浮力即来自钇钡铜氧高温超导体和钕铁硼磁钢<29>。
5/,超导量子干涉器件S QUI D S QUI D是S u p erc o n d u c t i n g Qu a nt u m I n ter fer en c e D ev i c es的缩写。
通过两个超导体和两个约瑟夫逊接所组成的闭合环路便是d c-S QUI D的核心电路。
见示意图如右。
若施加一定的偏流，则外加磁场，电压V与偏流，三者之间，密切相关，从而可以测量微弱磁场。
由于此种测量的灵敏度很高，此种装置可用来检测人体不同部位的微弱磁场。
如心脑所产生的磁场。
根据这一原理，还可以制成多种不同的测量仪器并已商业化。
如在结构复杂的计算机芯片中和飞机部件中进行无损探伤等。
<30>
6/，超导滤波器在蜂窝基站收发信台（ＢａｓｅＴｒａｎｓｃｅｉｖｅｒＳｔａｔｉｏｎ-ＢＴＳ）中,使用高温超导（ＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒＨＴＳ）技术,将可使蜂窝基站的许多性能参数同时得到改善,如灵敏度、抗干扰能力、覆盖面积、容量等。
高温超导滤波器的主要特点是滤波功能接近理想矩形滤波器。
因此能基本消除干扰，提高信号质量。
也同时能在同一频宽内安置更多用户。
理想滤波器与常规滤波器的特性对比见左图<31，32>。
我们期望着通过科研人员和个有关业界的通力合作，坚持不懈的努力，高温超导必将改变全球的能源，环保和生活各个方面的现状，创造一个全新的世界。