盧瑟福電纜是截面被展平成矩形的換位單層電纜。包括導(dǎo)體、金屬護(hù)套和多根超導(dǎo)股線(xiàn)。超導(dǎo)電力技術(shù)不僅可以明顯改善電能的質(zhì)量，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，還可以大大提高單機(jī)容量以及電網(wǎng)的輸送容量。超導(dǎo)電纜是目前超導(dǎo)電力技術(shù)領(lǐng)域比較為有發(fā)展前景的超導(dǎo)電力設(shè)備。

　　2020年6月中旬，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研制的“鋁基盧瑟福超導(dǎo)電纜”通過(guò)出廠驗(yàn)收會(huì)。該超導(dǎo)電纜將用于EMuS超導(dǎo)俘獲螺線(xiàn)管的預(yù)研樣機(jī)研制，其對(duì)于推進(jìn)CEPC探測(cè)器超導(dǎo)磁體預(yù)研工作也具有重要意義。產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品先進(jìn)水平。該產(chǎn)品由16股NbTi超導(dǎo)線(xiàn)制成的盧瑟福電纜經(jīng)外面包覆純鋁而成，為國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。

　　鋁基復(fù)合材料是應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展需求而涌現(xiàn)出的具有強(qiáng)大生命力的材料，它由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料通過(guò)各種工藝手段復(fù)合而成。鋁及其合金都適于作金屬基復(fù)合材料的基體，鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)物可以是連續(xù)的纖維，也可以是短纖維，也可以是從球形到不規(guī)則形狀的顆粒。鋁基復(fù)合材料增強(qiáng)顆粒材料有SiC、AL2O3、BN等，金屬間化合物如Ni-Al，F(xiàn)e-Al和Ti-Al也被用工作增強(qiáng)顆粒。

　　復(fù)合材料可分為三類(lèi)：聚合物基復(fù)合材料(PMCs)、金屬基復(fù)合材料(MMCs)、陶瓷基復(fù)合材料(CMCs)。金屬基復(fù)合材料基體主要是鋁、鎳、鎂、鈦等。鋁在制作復(fù)合材料上有許多特點(diǎn),如質(zhì)量輕、密度小、可塑性好,鋁基復(fù)合技術(shù)容易掌握,易于加工等。

　　超導(dǎo)電纜是利用超導(dǎo)在其臨界溫度下成為超導(dǎo)態(tài)、電阻消失、損耗極微、電流密度高、能承載大電流的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)制造的。其傳輸容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)充油電纜，亦大于低溫電纜，可達(dá)10000MVA以上，是正在大力研究發(fā)展中的一種新型電纜。由于超導(dǎo)體的臨界溫度一般在20K以下，故超導(dǎo)電纜一般在4.2K的液氦中運(yùn)行。

　　超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)有剛性和可撓性?xún)煞N形式，纜芯分單芯和三芯。設(shè)計(jì)時(shí)須充分考慮其組成材料的膨脹系數(shù)，以免電纜因熱脹冷縮產(chǎn)生過(guò)大內(nèi)應(yīng)力而受損。

　　超導(dǎo)電纜是解決大容量、低損耗輸電的一個(gè)重要途徑，由于它的潛在優(yōu)勢(shì)如此誘人，所以各國(guó)科技工作者為此正在進(jìn)行大量的研制工作。

　　超導(dǎo)電纜的分類(lèi)

　　一、超導(dǎo)電纜按采用超導(dǎo)材料不同分低溫超導(dǎo)電纜和高溫超導(dǎo)電纜。

　　低溫超導(dǎo)電纜的導(dǎo)電層是采用低溫超導(dǎo)線(xiàn)材，通常是NbTi/Cu或NbsSn/Cu復(fù)合超導(dǎo)線(xiàn)制成。由于NbTi的臨界溫度是9.5 K，的臨界溫度是18.1 K，因此低溫超導(dǎo)電纜都必需在液氦溫區(qū)下運(yùn)行。

　　高溫超導(dǎo)電纜的導(dǎo)電層主要采用Bi2223帶材，它的臨界溫度約為110 K，因此可以在液氮溫區(qū)下運(yùn)行，其低溫結(jié)構(gòu)相對(duì)低溫超導(dǎo)電纜要簡(jiǎn)單。

　　二 、超導(dǎo)電纜按其輸送電能形式不同有直流超導(dǎo)電纜和交流超導(dǎo)電纜。

　　直流超導(dǎo)電纜由于超導(dǎo)材料處在超導(dǎo)態(tài)時(shí)幾乎沒(méi)有電阻，輸電時(shí)只有電流引線(xiàn)和低溫制冷裝置有電能損耗。

　　交流超導(dǎo)輸電電纜由于超導(dǎo)體在通電運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生交流損耗以及絕緣層介質(zhì)損耗等，因此其熱損耗要比直流電纜大。

　　三、按絕緣方式不同，超導(dǎo)電纜還可分為常溫絕緣超導(dǎo)電纜和低溫絕緣超導(dǎo)電纜。

　　常溫絕緣超導(dǎo)電纜的電絕緣層是處在電纜低溫容器外的常溫區(qū)，它可以采用常規(guī)電纜的電絕緣材料和技術(shù)，

　　低溫絕緣超導(dǎo)電纜的電絕緣層是直接纏包在導(dǎo)體上，并與導(dǎo)體一起處在低溫區(qū)，這樣電纜尺寸將更緊湊。為了防止電纜載流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，通常在絕緣層外還加有屏蔽層。

　　超導(dǎo)電纜的組織結(jié)構(gòu)：

　　主要由電纜本體、終端以及低溫制冷裝置組成。

　　超導(dǎo)電纜本體包括電纜芯、電絕緣和低溫容器，電纜芯是由超導(dǎo)體組成，它裝在維持電纜芯所需低溫的低溫容器管中，低溫容器管兩端與終端相連。電纜芯的超導(dǎo)帶在終端通過(guò)電流引線(xiàn)與外部電源或負(fù)載相聯(lián)接。對(duì)高溫超導(dǎo)電纜，電纜芯是由繞在骨架上的多層高溫超導(dǎo)帶材組成，超導(dǎo)帶層間纏繞絕緣帶，以降低電纜因電磁耦合引起的交流損耗。

　　電纜的低溫容器管采用具有高真空和超級(jí)絕熱的雙不銹鋼波紋管結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)保證了高溫超導(dǎo)電纜的柔性和保持夾層高真空度。對(duì)低溫絕緣電纜，電絕緣包在導(dǎo)體層外側(cè)，與導(dǎo)體層同處低溫環(huán)境中。對(duì)常溫絕緣電纜，電絕緣處在低溫容器外側(cè)，在絕緣層外再加電纜保護(hù)層。

　　終端是超導(dǎo)電纜與外部電氣部件連接的端口，同時(shí)也是電纜低溫部分與外部室溫的過(guò)渡段，因此終端要求有很好的熱絕緣，以保證超導(dǎo)電纜整體熱損耗最 小。同時(shí)，低溫冷卻裝置還要通過(guò)終端冷卻超導(dǎo)電纜芯的超導(dǎo)帶材，保證超導(dǎo)體能在設(shè)計(jì)的運(yùn)行溫度下運(yùn)行。另外，由于超導(dǎo)電纜導(dǎo)體層將通過(guò)電流引線(xiàn)與外部高電壓母線(xiàn)連接，因此要求終端有相應(yīng)的電絕緣水平。

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