СВЕРХПРОВОДНИКИ В КАБЕЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

SUPERCONDUCTORS IN THE CABLE INDUSTRY

Ilya Nechaev

student of the Orsk Institute of Humanities and technology (branch), Orenburg state University,

Russia, Orsk

Darya Shonina

student of the Orsk Institute of Humanities and technology (branch), Orenburg state University,

Russia, Orsk

KristinaFrolova

student of the Orsk Institute of Humanities and technology (branch), Orenburg state University,

Russia, Orsk

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются сверхпроводники в кабельной промышленности их перспектива и развитие.

ABSTRACT

The article discusses superconductors in the cable industry, their perspective and development.

Ключевые слова: низкотемпературные сверхпроводники, высокотемпературные сверхпроводники, хладагент.

Keywords: дow-temperature superconductors, high-temperature superconductors, refrigerant.

В настоящее время человечество тесно связано с электроэнергией. Её преобразование, транспортировка и распределение играют важную роль. Так КПД разных электростанций, начиная от теплоэлектростанций и заканчивая электростанциями на альтернативных источниках энергии колеблются от 15 до 95 процентов, а это означает что не все используемые ресурсы идут на выработку электричества, некоторая их часть приходится на потери.Любая сфера деятельности, начиная от бытовых потребностей и заканчивая промышленными предприятиями, не может обойтись без электричества. Обратим внимание на транспортировку электроэнергии, так у ведущего оператора энергосетей ПАО «Россети» в распоряжении находятся порядка 2,3 млн км линий электропередач, в которых, в зависимости от класса напряжения потери электроэнергии могут достигать 2-13% - это технические потери обусловленные сопротивлением проводников и несовершенством изоляции (явление короны, утечка токов по изоляторам, появления тока проводимости),  что в чистом виде составляет финансовые убытки.

На сегодняшний день кабельная промышленность ведет активную работу по изготовлению и внедрению новых кабельно-проводниковой продукции. Одним из перспективных направления являются сверхпроводники, благодаря свойствам которых, при определенных температурах сопротивление в них стремится к нулю. Это направление активно развивают такие страны, как Россия, США, Япония, Германия, Англия, Южная Корея.

Первые попытки основывались на низкотемпературных сверхпроводниках, которые имели сложную конструкцию и состояли из разнородных материалов с тончайшими нитями самого сверхпроводника. Сама идея использования таких проводников являлась перспективной, но на практике препятствовала себестоимость хладагента – жидкогогелия, стоимость которого была 5-10 долларов за литр.

Настоящим прорывом в данной сфере стало открытие в 1986 г. высокотемпературных сверхпроводников, критическая температура, при которой они переходили в состоянии сверхпроводников была равна 77,3 К –температура кипения жидкого азота при нормальном давлении. Использование жидкого азота существенно снизило затраты на хладагент, упростило систему поддержания постоянной криогенной температуры, повысило степень ее надежности в процессе использования и тем самым минимизировать эксплуатационные расходы.

Высокотемпературные сверхпроводники имеют (кабели) делятся на два вида и принципиально различаются по конструкции: высокотемпературные сверхпроводники имеют (кабели) с холодным диэлектриком (CD) и с тёплым диэлектриком (RTD)

В кабеле с холодным диэлектриком (рисунок 1) элемент кабеля окружен коаксиальным сверхпроводящим слоем, предназначенным для экранирования магнитного поля. Диэлектрик, «пропитанный» жидким азотом, располагается между токопроводящей жилой из ВТСП-материала и внешним экранирующим слоем. Достоинством данного конструктивно решения является возможность устранения потерь на переменном токе, вызванных воздействием магнитного поля, создаваемого токами в соседних фазах, а также вихревыми токами,наведенными в металлических частях соседнего оборудования.

Рисунок 1. Кабель с холодный диэлектриком

1,2 – Жидкий азот; 3 – ВТСП-токопроводящая жила; 4 – Диэлектрик;5 – ВТСП-экран; 6 – Криостат; 7 – Оболочка.

В кабелях с теплым диэлектриком (рисунок 2)сверхпроводящий слой отсутствует. Такое конструктивное решение уменьшает расход сверхпроводящего материала, в ней применяются обычные изоляционные материалы, в следствие чего себестоимость данного вариант ниже, но такой кабель по своим техническим характеристикам уступает кабелю с холодным диэлектриком.

Рисунок 2. Кабель с теплым диэлектриком

1 – Жидкий азот; 2 – ВТСП-токопроводящая жила; 3 – Криостат,4 – Диэлектрик; 5 – Экран и оболочка.

Если сравнивать высокотемпературные сверхпроводники с медной кабельно-проводниковой продукцией, то сразу можно выделить такие бесспорные преимущества, как увеличение передачи электроэнергии в 5-10 раз при более низком напряжении, весе и компактности, а так же уменьшаться потери, в следствие практически нулевого сопротивления. Проведенные сравнительные технико-экономические расчеты в НЦ «Курчатовский институт», ВНИИКП, ВЭИ показали, что даже при сегодняшней высокой цене ВТСП-материалы, полные затраты (учитывая прокладку и эксплуатационные расходы) для обычных кабелей и ВТСП-кабелей примерно одинаковы, а если удастся снизить стоимость ВТСП-материалы, которые составляют 90 % в стоимости кабеля, то выгода ВТСТ-кабелей станет очевидной.

В современных условиях использование ВТСП-кабелей достаточно ограничено, длина созданных прототипов не превышает 1 км, некоторые из них находятся в экспериментальной стадии, а некоторые уже используются на практике  (компания -  LS Cable & System, город Ёнин, ЛЭП соединяющая подстанции Хындок и Шингал). Но данное направление уже доказала свою перспективность и конкурентоспособность, остается ожидать, кода данная инновация получит промышленный масштаб.

Список литературы:

1. Отраслевой электротехнический портал marketelectro.ru [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://marketelectro.ru/content/innovatsii-v-kabelnoy-promyshlennosti-tendentsii-i-perspektivy.html (дата обращения: 30.11.20)
2. ПУЭ8 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://pue8.ru/kabelnye-linii/134-sverhprovodyaschie-kabeli.html (дата обращения: 30.11.20)