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超導電力技術基礎 版權信息
- ISBN：9787030315632
- 條形碼：9787030315632 ; 978-7-03-031563-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
超導電力技術基礎 內容簡介
本書介紹了超導技術中的基礎理論和實驗技術，全書共分10章，主要內容包括超導電性基礎、實用超導材料的各向異性、均勻性、機械特性、穩定性、交流損耗、非接觸測量技術、制備工藝、低溫絕緣、低溫容器設計及低溫制冷、電流引線的原理和設計、持續電流開關和超導磁通泵的原理及設計方法等。
超導電力技術基礎 目錄
目錄
前言
第1章 超導電力技術簡介 1
1.1 引言 1
1.2 超導電力技術 2
1.3 超導電力裝置 4
1.4 超導磁體技術 6
1.4.1 超導磁體在科學工程上的應用 6
1.4.2 超導磁體在科學儀器上的應用 7
1.4.3 超導磁體在電磁感應加熱方面的應用 8
參考文獻 8
第2章 超導電性基礎 10
2.1 超導體的基本特性 10
2.1.1 零電阻效應 10
2.1.2 完全抗磁性——邁斯納效應 15
2.1.3 約瑟夫森效應 18
2.1.4 超導體的臨界參量 20
2.2 超導體的分類及其磁化曲線 23
2.2.1 超導體的相干長度 23
2.2.2 超導體的分類 23
2.2.3 第Ⅰ類超導體及其磁化曲線 24
2.2.4 第Ⅱ類超導體及其磁化曲線 24
2.3 超導體的臨界特性參數的測量 29
2.3.1 低溫實驗常用的低溫溫度計 29
2.3.2 超導體的臨界溫度的測量 30
2.3.3 超導體臨界電流I的測量 34
2.3.4 臨界磁場的測量 40
參考文獻 43
第3章 超導體的機械特性和各向異性特性 45
3.1 超導材料的機械特性 45
3.1.1 機械特性的一般描述 45
3.1.2 拉伸特性 46
3.1.3 彎曲特性 47
3.2 超導材料的電磁各向異性 48
3.2.1 高溫超導材料臨界電流的各向異性 49
3.2.2 高溫超導材料n值的各向異性 53
3.3 低溫超導材料的臨界電流特性 54
3.3.1 NbTi超導材料的臨界電流隨磁場的變化 54
3.3.2 臨界電流隨歸一化磁場和歸一化溫度變化的模型 55
3.3.3 Nb3Sn臨界電流隨磁場變化的模型 55
3.4 超導材料的不可逆場 56
3.5 幾種高溫超導材料臨界電流密度與溫度的關系 57
3.6 常用超導材料的熱力學特性 58
3.6.1 常用超導材料的熱學特性 58
3.6.2 常用超導材料的熱收縮特性 61
參考文獻 64
第4章 超導體的穩定性 66
4.1 超導體的臨界態 66
4.2 超導體的絕熱穩定化 67
4.3 磁通跳躍的絕熱穩定性 69
4.4 超導體的自場穩定性 73
4.5 超導體的動態穩定性 75
4.5.1 板狀復合導體寬邊冷卻穩定性 77
4.5.2 板狀復合導體側邊冷卻穩定性 79
4.5.3 載流板狀復合超導體的動態穩定性 81
4.5.4 載流圓截面復合超導體的自場動態穩定性 83
4.6 超導體的低溫穩定性 87
4.6.1 Stekly參數 87
4.6.2 一維正常傳播區 91
4.6.3 三維*小傳播區和*小失超能 92
4.7 絕熱復合超導體中正常區傳播速度 95
4.7.1 縱向傳播速度 95
4.7.2 橫向傳播速度 96
4.8 超導磁體的機械穩定性 98
4.9 超導磁體的退化和鍛煉效應 99
4.9.1 超導磁體的退化 99
4.9.2 超導磁體的鍛煉效應 100
4.10 超導磁體的失超和保護 101
4.10.1 失超過程中電阻的增長和電流的衰減 101
4.10.2 引起超導磁體失超的原因 107
4.10.3 主動保護 109
4.10.4 被動保護 112
4.10.5 超導磁體失超的數值模擬 118
4.11 超導體穩定性試驗 118
4.11.1 磁通跳躍試驗 119
4.11.2 超導體失超參數測量技術 120
參考文獻 122
第5章 超導體的交流損耗 124
5.1 板狀超導體的交流損耗 124
5.1.1 平行交變磁場下的超導板的交流損耗 124
5.1.2 垂直交變磁場下的超導板的交流損耗 127
5.1.3 超導薄板的自場損耗 127
5.1.4 處于交直流磁場中并載有交直流電流的超導薄板的交流損耗 128
5.1.5 載有交直流電流的超導薄板的交流損耗 129
5.1.6 載有交流電流并處于垂直交變磁場中的超導薄板的交流損耗 130
5.1.7 處于垂直交直流磁場中的超導薄板的交流損耗 132
5.1.8 處于垂直和平行交直流磁場中并載有交直流電流的超導薄板的磁通流動損耗 133
5.1.9 處于任何方向交變磁場和交變電流的超導薄板的總交流損耗 136
5.2 圓形截面超導體的交流損耗 137
5.2.1 縱向交變磁場下的圓形截面超導體的交流損耗 137
5.2.2 橫向交變磁場下的圓形截面超導體的交流損耗 138
5.2.3 橫向交變磁場中有傳輸直流電流的圓形截面超導體的交流損耗 140
5.2.4 圓形截面超導體的自場交流損耗 141
5.2.5 橫向交變磁場中傳輸交流電流并處于同位相橫向交流磁場中的圓形截面超導體的交流損耗 143
5.2.6 處于交變磁場和載有交直流的圓形截面超導體的磁通流動損耗 144
5.3 橫向交變磁場中圓形截面柱狀混雜超導體的交流損耗 145
5.4 縱向交變場下圓筒超導體的交流損耗 146
5.5 大旋轉磁場中的交流損耗 147
5.6 交變磁場和交變電流不同相位時的交流損耗 148
5.6.1 載流超導薄板在不同相位的平行交變磁場中的交流損耗 148
5.6.2 載流超導薄板一側具有不同相位的平行交變磁場中的交流損耗 149
5.6.3 載流超導薄板兩側對稱處于不同相位的平行交變磁場中的交流損耗 151
5.7 其他波形磁場時超導薄板的交流損耗 153
5.8 其他臨界態模型的交流損耗 155
5.8.1 Kim模型 155
5.8.2 電壓電流冪指數定律模型非線性導體模型 156
5.8.3 Kim-Anderson臨界態模型的交流損耗 158
5.8.4 同時考慮阻m-Anderson臨界態模型和電壓電流冪指數模型的交流損耗 158
5.9 其他形式的交流損耗 159
5.9.1 渦流損耗 159
5.9.2 橫向交變磁場中復舍多絲超導體的穿透損耗 161
5.9.3 扭矩的確定 162
5.9.4 縱向交變磁場中的復合導體交流損耗 163
5.9.5 藕合損耗 165
5.9.6 其他波形交變場的渦流損耗 168
5.10 交流損耗測量 170
5.10.1 磁測法 170
5.10.2 電測法 172
5.10.3 熱測法 175
5.10.4 電測法和熱測法的比較 178
5.11 超導電力裝置交流損耗簡介 179
5.11.1 超導材料價格及年成本 179
5.11.2 制冷機效率 179
5.11.3 超導電力裝置的磁場和交流損耗 180
參考文獻 182
第6章 實用超導材料制備工藝簡介 184
6.1 NbTi超導線的制備 186
6.2 Nb3Sn超導線的制備 188
6.2.1 內擴散法 188
6.2.2 外擴散法 189
6.3 Nb3AL超導線材的制備 190
6.4 MgB2線材的制備 191
6.5 **代高溫超導帶材的制備 193
6.6 第二代高溫超導帶材——YBCO涂層導體 196
6.6.1 基板及織構化隔離層 197
6.6.2 高臨界電流密度超導層的沉積 198
參考文獻 199
第7章 高溫超導帶材臨界電流和n值的非接觸測量原理和技術 202
7.1 臨界電流和n值簡介 202
7.2 高溫超導帶材臨界電流的非接觸測量技術 203
7.2.1 剩余磁場法 203
7.2.2 交流磁場感應法 204
7.2.3 力學方法 206
7.3 高溫超導帶材n值的非接觸測量技術 208
7.3.1 磁滯損耗分量法——變幅值法 208
7.3.2 基波分量法變頻法 209
7.3.3 三次諧波分量法 210
7.4 實用長度高溫超導帶材臨界電流和n值均勻性的分析 211
7.4.1 高斯分布統計法 211
7.4.2 Weibull統計分布 212
7.5 下一步臨界電流和n值的非接觸測量技術 213
參考文獻 213
第8章 低溫絕緣材料及其電性能 216
8.1 超導電力裝置對低溫絕緣材料的要求 216
8.2 低溫氣體的絕緣特性 216
8.2.1 常用低溫氣體的絕緣特性 216
8.2.2 其他氣體的絕緣特性 220
8.3 低溫介質的絕緣特性 220
8.3.1 低溫介質的性能比較 220
8.3.2 低溫介質的電性能 221
8.4 有機絕緣薄膜材料的絕緣特性 229
8.4.1 薄膜材料的熱力學性能 229
8.4.2 薄膜材料的電阻率 232
8.4.3 薄膜材料的介電常數 232
8.4.4 介質損耗 234
8.4.5 擊穿電壓 236
8.4.6 電老化特性 238
8.5 低溫絕緣漆和低溫黏合劑 240
8.6 低溫絕緣結構材料 242
8.7 無機絕緣材料 244
8.7.1 玻璃的熱力學性能 244
8.7.2 陶瓷的電特性 245
8.7.3 云母玻璃的熱力學和電學特性 246
參考文獻 248
第9章 低溫容器與低溫制冷 249
9.1 低溫冷卻介質 249
9.2 低溫容器 251
9.2.1 低溫絕熱基礎 252
9.2.2 低溫絕熱的基本類型和結構 261
9.2.3 低溫容器的結構設計 272
9.2.4 低溫介質輸液管及低溫管道 275
9.2.5 極低溫容器——雙社瓦結構容器 277
9.3 低溫制冷 278
9.3.1 低溫制冷原理和制冷機 278
9.3.2 適合于超導電力裝置的制冷機的選擇 284
9.4 超導電力裝置的冷卻技術 285
9.4.1 開式浸泡式冷卻 285
9.4.2 閉式減壓浸泡式冷卻 286
9.4.3 閉式浸泡式冷卻 286
9.4.4 迫流循環冷卻 287
9.4.5 制冷機直接冷卻 288
參考文獻 289
第10章 超導電力裝置供電技術 291
10.1 電流引線的設計 291
10.1.1 傳導冷卻電流引線 292
10.1.2 傳導冷卻電流引線近似設計 295
10.1.3 可插撥(拆卸)電流引線 300
10.1.4 氣冷電流引線 300
10.1.5 高溫超導電流引線 303
10.1.6 瑞爾帖熱電效應 305
10.1.7 瑞爾帖氣冷電流引線 308
10.2 超導開關 313
10.2.1 低溫超導開關的設計 314
10.2.2 高溫超導開關的設計 314
10.2.3 超導開關的制造 315
10.3 超導磁通泵 317
10.3.1 超導磁通泵的工作原理 317
10.3.2 變壓器型超導磁通泵 318
10.3.3 超導永磁體磁通泵 319
參考文獻 321
附錄 323
A1 復合導體熱容、熱導率和電阻率的計算
前言
第1章 超導電力技術簡介 1
1.1 引言 1
1.2 超導電力技術 2
1.3 超導電力裝置 4
1.4 超導磁體技術 6
1.4.1 超導磁體在科學工程上的應用 6
1.4.2 超導磁體在科學儀器上的應用 7
1.4.3 超導磁體在電磁感應加熱方面的應用 8
參考文獻 8
第2章 超導電性基礎 10
2.1 超導體的基本特性 10
2.1.1 零電阻效應 10
2.1.2 完全抗磁性——邁斯納效應 15
2.1.3 約瑟夫森效應 18
2.1.4 超導體的臨界參量 20
2.2 超導體的分類及其磁化曲線 23
2.2.1 超導體的相干長度 23
2.2.2 超導體的分類 23
2.2.3 第Ⅰ類超導體及其磁化曲線 24
2.2.4 第Ⅱ類超導體及其磁化曲線 24
2.3 超導體的臨界特性參數的測量 29
2.3.1 低溫實驗常用的低溫溫度計 29
2.3.2 超導體的臨界溫度的測量 30
2.3.3 超導體臨界電流I的測量 34
2.3.4 臨界磁場的測量 40
參考文獻 43
第3章 超導體的機械特性和各向異性特性 45
3.1 超導材料的機械特性 45
3.1.1 機械特性的一般描述 45
3.1.2 拉伸特性 46
3.1.3 彎曲特性 47
3.2 超導材料的電磁各向異性 48
3.2.1 高溫超導材料臨界電流的各向異性 49
3.2.2 高溫超導材料n值的各向異性 53
3.3 低溫超導材料的臨界電流特性 54
3.3.1 NbTi超導材料的臨界電流隨磁場的變化 54
3.3.2 臨界電流隨歸一化磁場和歸一化溫度變化的模型 55
3.3.3 Nb3Sn臨界電流隨磁場變化的模型 55
3.4 超導材料的不可逆場 56
3.5 幾種高溫超導材料臨界電流密度與溫度的關系 57
3.6 常用超導材料的熱力學特性 58
3.6.1 常用超導材料的熱學特性 58
3.6.2 常用超導材料的熱收縮特性 61
參考文獻 64
第4章 超導體的穩定性 66
4.1 超導體的臨界態 66
4.2 超導體的絕熱穩定化 67
4.3 磁通跳躍的絕熱穩定性 69
4.4 超導體的自場穩定性 73
4.5 超導體的動態穩定性 75
4.5.1 板狀復合導體寬邊冷卻穩定性 77
4.5.2 板狀復合導體側邊冷卻穩定性 79
4.5.3 載流板狀復合超導體的動態穩定性 81
4.5.4 載流圓截面復合超導體的自場動態穩定性 83
4.6 超導體的低溫穩定性 87
4.6.1 Stekly參數 87
4.6.2 一維正常傳播區 91
4.6.3 三維*小傳播區和*小失超能 92
4.7 絕熱復合超導體中正常區傳播速度 95
4.7.1 縱向傳播速度 95
4.7.2 橫向傳播速度 96
4.8 超導磁體的機械穩定性 98
4.9 超導磁體的退化和鍛煉效應 99
4.9.1 超導磁體的退化 99
4.9.2 超導磁體的鍛煉效應 100
4.10 超導磁體的失超和保護 101
4.10.1 失超過程中電阻的增長和電流的衰減 101
4.10.2 引起超導磁體失超的原因 107
4.10.3 主動保護 109
4.10.4 被動保護 112
4.10.5 超導磁體失超的數值模擬 118
4.11 超導體穩定性試驗 118
4.11.1 磁通跳躍試驗 119
4.11.2 超導體失超參數測量技術 120
參考文獻 122
第5章 超導體的交流損耗 124
5.1 板狀超導體的交流損耗 124
5.1.1 平行交變磁場下的超導板的交流損耗 124
5.1.2 垂直交變磁場下的超導板的交流損耗 127
5.1.3 超導薄板的自場損耗 127
5.1.4 處于交直流磁場中并載有交直流電流的超導薄板的交流損耗 128
5.1.5 載有交直流電流的超導薄板的交流損耗 129
5.1.6 載有交流電流并處于垂直交變磁場中的超導薄板的交流損耗 130
5.1.7 處于垂直交直流磁場中的超導薄板的交流損耗 132
5.1.8 處于垂直和平行交直流磁場中并載有交直流電流的超導薄板的磁通流動損耗 133
5.1.9 處于任何方向交變磁場和交變電流的超導薄板的總交流損耗 136
5.2 圓形截面超導體的交流損耗 137
5.2.1 縱向交變磁場下的圓形截面超導體的交流損耗 137
5.2.2 橫向交變磁場下的圓形截面超導體的交流損耗 138
5.2.3 橫向交變磁場中有傳輸直流電流的圓形截面超導體的交流損耗 140
5.2.4 圓形截面超導體的自場交流損耗 141
5.2.5 橫向交變磁場中傳輸交流電流并處于同位相橫向交流磁場中的圓形截面超導體的交流損耗 143
5.2.6 處于交變磁場和載有交直流的圓形截面超導體的磁通流動損耗 144
5.3 橫向交變磁場中圓形截面柱狀混雜超導體的交流損耗 145
5.4 縱向交變場下圓筒超導體的交流損耗 146
5.5 大旋轉磁場中的交流損耗 147
5.6 交變磁場和交變電流不同相位時的交流損耗 148
5.6.1 載流超導薄板在不同相位的平行交變磁場中的交流損耗 148
5.6.2 載流超導薄板一側具有不同相位的平行交變磁場中的交流損耗 149
5.6.3 載流超導薄板兩側對稱處于不同相位的平行交變磁場中的交流損耗 151
5.7 其他波形磁場時超導薄板的交流損耗 153
5.8 其他臨界態模型的交流損耗 155
5.8.1 Kim模型 155
5.8.2 電壓電流冪指數定律模型非線性導體模型 156
5.8.3 Kim-Anderson臨界態模型的交流損耗 158
5.8.4 同時考慮阻m-Anderson臨界態模型和電壓電流冪指數模型的交流損耗 158
5.9 其他形式的交流損耗 159
5.9.1 渦流損耗 159
5.9.2 橫向交變磁場中復舍多絲超導體的穿透損耗 161
5.9.3 扭矩的確定 162
5.9.4 縱向交變磁場中的復合導體交流損耗 163
5.9.5 藕合損耗 165
5.9.6 其他波形交變場的渦流損耗 168
5.10 交流損耗測量 170
5.10.1 磁測法 170
5.10.2 電測法 172
5.10.3 熱測法 175
5.10.4 電測法和熱測法的比較 178
5.11 超導電力裝置交流損耗簡介 179
5.11.1 超導材料價格及年成本 179
5.11.2 制冷機效率 179
5.11.3 超導電力裝置的磁場和交流損耗 180
參考文獻 182
第6章 實用超導材料制備工藝簡介 184
6.1 NbTi超導線的制備 186
6.2 Nb3Sn超導線的制備 188
6.2.1 內擴散法 188
6.2.2 外擴散法 189
6.3 Nb3AL超導線材的制備 190
6.4 MgB2線材的制備 191
6.5 **代高溫超導帶材的制備 193
6.6 第二代高溫超導帶材——YBCO涂層導體 196
6.6.1 基板及織構化隔離層 197
6.6.2 高臨界電流密度超導層的沉積 198
參考文獻 199
第7章 高溫超導帶材臨界電流和n值的非接觸測量原理和技術 202
7.1 臨界電流和n值簡介 202
7.2 高溫超導帶材臨界電流的非接觸測量技術 203
7.2.1 剩余磁場法 203
7.2.2 交流磁場感應法 204
7.2.3 力學方法 206
7.3 高溫超導帶材n值的非接觸測量技術 208
7.3.1 磁滯損耗分量法——變幅值法 208
7.3.2 基波分量法變頻法 209
7.3.3 三次諧波分量法 210
7.4 實用長度高溫超導帶材臨界電流和n值均勻性的分析 211
7.4.1 高斯分布統計法 211
7.4.2 Weibull統計分布 212
7.5 下一步臨界電流和n值的非接觸測量技術 213
參考文獻 213
第8章 低溫絕緣材料及其電性能 216
8.1 超導電力裝置對低溫絕緣材料的要求 216
8.2 低溫氣體的絕緣特性 216
8.2.1 常用低溫氣體的絕緣特性 216
8.2.2 其他氣體的絕緣特性 220
8.3 低溫介質的絕緣特性 220
8.3.1 低溫介質的性能比較 220
8.3.2 低溫介質的電性能 221
8.4 有機絕緣薄膜材料的絕緣特性 229
8.4.1 薄膜材料的熱力學性能 229
8.4.2 薄膜材料的電阻率 232
8.4.3 薄膜材料的介電常數 232
8.4.4 介質損耗 234
8.4.5 擊穿電壓 236
8.4.6 電老化特性 238
8.5 低溫絕緣漆和低溫黏合劑 240
8.6 低溫絕緣結構材料 242
8.7 無機絕緣材料 244
8.7.1 玻璃的熱力學性能 244
8.7.2 陶瓷的電特性 245
8.7.3 云母玻璃的熱力學和電學特性 246
參考文獻 248
第9章 低溫容器與低溫制冷 249
9.1 低溫冷卻介質 249
9.2 低溫容器 251
9.2.1 低溫絕熱基礎 252
9.2.2 低溫絕熱的基本類型和結構 261
9.2.3 低溫容器的結構設計 272
9.2.4 低溫介質輸液管及低溫管道 275
9.2.5 極低溫容器——雙社瓦結構容器 277
9.3 低溫制冷 278
9.3.1 低溫制冷原理和制冷機 278
9.3.2 適合于超導電力裝置的制冷機的選擇 284
9.4 超導電力裝置的冷卻技術 285
9.4.1 開式浸泡式冷卻 285
9.4.2 閉式減壓浸泡式冷卻 286
9.4.3 閉式浸泡式冷卻 286
9.4.4 迫流循環冷卻 287
9.4.5 制冷機直接冷卻 288
參考文獻 289
第10章 超導電力裝置供電技術 291
10.1 電流引線的設計 291
10.1.1 傳導冷卻電流引線 292
10.1.2 傳導冷卻電流引線近似設計 295
10.1.3 可插撥(拆卸)電流引線 300
10.1.4 氣冷電流引線 300
10.1.5 高溫超導電流引線 303
10.1.6 瑞爾帖熱電效應 305
10.1.7 瑞爾帖氣冷電流引線 308
10.2 超導開關 313
10.2.1 低溫超導開關的設計 314
10.2.2 高溫超導開關的設計 314
10.2.3 超導開關的制造 315
10.3 超導磁通泵 317
10.3.1 超導磁通泵的工作原理 317
10.3.2 變壓器型超導磁通泵 318
10.3.3 超導永磁體磁通泵 319
參考文獻 321
附錄 323
A1 復合導體熱容、熱導率和電阻率的計算
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超導電力技術基礎 節選
第1章 超導電力技術簡介 1.1 引言 1911年，荷蘭萊登實驗室的昂尼斯(Onnes)在測量金屬在低溫下的電導率時發現：當溫度下降到液氮4.2K時，水銀的電阻完全消失，他把這種現象稱為超導電性。1933年，邁斯納(Meissner)和奧森菲爾德(Ochsenfeld)兩位科學家發現，如呆把超導體放在磁場中冷卻，那么當材料電阻消失的同時，磁通線將從超導體中排出，這種現象被稱為完全抗磁性圄后來，人們也把這種現象稱為邁斯納效應(Meissner effect)。1962年，約瑟夫森(Josephson)從理論角度預言了超導量子隧道效應的存在。隨后，安德森(Anderson)和羅威爾(Rowell)等從實驗角度證實了約瑟夫森的預言：當兩塊超導體通過絕緣薄層(厚度為1nm左右)連接起來，一塊超導體中的電子可穿過絕緣層勢壘進入另一塊超導體中，這就是超導體的量子隧道效應，也稱為約瑟夫森效應(Josephson effect)。 由于具有零電阻、抗磁性和量子隧道效應等奇特的物理特性，超導體自從其被發現以來，超導電性及其應用一直是當代科學技術中*活躍的前沿研究領域之一。超導技術的應用主要包括兩個方面：電工學應用和電子學應用。表1.1列出了超導電工技術的主要研究方向及其應用領域。 表1.1 超導電工技術的主要研究方向及其應用領域 由表1.1可見，超導技術在能源、信息、交通、科學儀器、醫療技術、國防以及重大科學工程等方面均具有重要的應用價值。自從超導體被發現以來，實現超導技術的廣泛應用一直是科技人員的共同追求。經過近半個世紀的探索和研究，20世紀60年代，人們制備出實用化的NbTi超導線和Nb3Sn超導線，超導技術特別是超導磁體技術才在實驗室得到了實際的應用，但是由于需要液氮溫度(4.2K)的工作環境，超導技術難以大面積推廣。20世紀80年代以來，超導核磁共振成像系統逐步進入醫院，用于臨床診斷。1986年，IBM蘇黎世研究中心研制出銅氧化合物超導體。1987年，美國華裔科學家朱經武和中國科學家趙忠賢相繼研制出憶鎖銅-氧(YBCO)超導體，他們把超導體的臨界溫度提高到了90K以上，使得超導裝置工作在液氮溫度(77K)成為現實，使人們看到了超導技術廣泛應用的曙光。20世紀90年代后期，高溫超導材料實用化技術取得了重大的突破，高溫超導帶材很快進入了商業化階段，發達國家政府和跨國公司太規模地開展超導應用技術研究，大部分應用產品已開發出樣機，并進行了應用試驗。目前，各國正進一步加大投入，開始以商業化產品為目標的新一輪研究與開發，超導技術不斷取得突破.從“七五”計劃以來，在國家863計劃和國家重點基礎研究計劃的支持下，我國在超導物理理論、超導材料及超導技術等方面取得了長足的進步，目前基本處于與國際同步發展的水平。 超導電工技術主要是利用超導體的高密度無阻載流特性發展起來的相關應用技術，主要包括超導電力技術和超導磁體技術兩個方面。 1.2 超導電力技術 超導電力技術是利用超導體的無阻高密度載流能力及超導體的超導態正常態相變的物理特性發展起來的應用技術.表1.2列出了超導電力技術的主要研究方向及其對電力工業的作用和影響。 表1.2 超導電力技術的主要研究方向及其應用領域 從表1.2可以看出，采用超導電力技術，不僅可以明顯改善電能的質量，提高電力系統運行的穩定性和可靠性，降低電壓等級，提高電網的安全性，使超大規模電網的實現成為可能，而且還可以大大提高單機容量和電網的輸送容量，并大大降低電網的損耗。不僅如此，通過超導儲能還可大大改善可再生能源的電能質量，并使其與大電網有效地聯結。 由于超導電力技術具有常規電力技術不可比擬的優勢，自從超導體被發現以來，人們就開展了超導電力技術的研究開發工作。20世紀60年代，隨著實用化低溫超導材料的制備走向成熟，美國、日本和蘇聯等相繼開展了超導電力裝置的研制，但是由于液氮溫度的冷卻成本高、難度大，這些超導電力裝置并沒有投入實際試驗運行。90年代以來，隨著高溫超導帶材走向商品化，世界各國相繼開展了超導電力技術的研究開發。美國、日本、歐洲和韓國等都批準了發展超導電力技術的相關計劃：美國批準了SPI計劃以發展超導電力技術及相關技術，由美國能源部組織國家實驗室、大學和相關公司及電力公司聯合攻關；日本NEDO、通產省和各大電力公司(如東京電力、九州電力)以及東芝、日立等公司都投資超導電力技術的研究開發；日本政府批準了Super-ACE計劃以促進超導電力技術的產業化；韓國政府批準了DAPAS計劃，并以商業化為目標，投入資金達1.5億美元；歐洲一些大的公司如ABB、西門子、NEXANS等也積極投資于該方面的研究，以爭取未來的市場，在超導電磁感應加熱器研發方面，Zenergy公司已有產品銷售。 近年來，國際上超導電力裝置研發的重點是高溫超導限流器、超導儲能系統、高溫超導電纜、高溫超導變壓器和高溫超導電機.這些超導電力裝置已研制出樣機，并已經進入示范試驗運行階段，其中，超高電纜己實現掛網試運行。 近10年來，我國在超導電力技術方面也取得了重大進展在超導電纜方面，成功研制出75m長、10.5kV/1.5kA和30m長、35kV/1.5kA蘭相交流高溫超導電纜，并實現了掛網試驗運行；在超導限流器方面，研制出10.5kV/1.5kA橋路型和35kV/1.5kA磁飽和型高溫超導限流器樣機，并投入變電站試驗運行；在超導變壓器方面，成功研制630kVA/10.5kV三相高溫超導變壓器樣機和單相300kVA機車牽引變壓器樣機，其中三相高溫超導變壓器已投入配電網試驗運行；在超導儲能方面，先后研制出100kJ/25kV、500kJ/150kVA和35kJ/7kW的高溫超導儲能樣機，并在電力系統動態模擬實驗室進行了模擬試驗運行。 1.3 超導電力裝置 隨著我國電力需求量的日益增大和電力工業的發展，人們對電力系統的安全可靠性和電能質量提出越來越高的要求，同時，環保、節能和電力設備的小型化、輕量化也成為共同的追求目標。超導電力技術的應用能夠克服常規電力技術的固有缺陷，實現電力工業的重大革新，對于滿足我國電力工業發展需要具有重大的意義。超導電力裝置主要包括下面7種。 1.超導限流器 超導故障電流限制器，即超導限流器具有以下優點：能在高壓下運行；在正常運行時可通過大電流而只呈現很小的阻抗甚至零阻擾，只在短路故障時呈現一個大阻抗，因而其限流效果非常明顯；反應速度快(能在毫秒級的時間內作出反應)，能自動觸發和自動復位，同時集檢測、觸發和限流功能于一體。由于超導限流器具有這些元可比擬的優點，因而被認為是目前*好的而且也是唯一的行之有效的短路故障電流限制裝置。 通過超導限流器限制短路電流后，不僅可以太太提高電網的穩定性、改善供電的可靠性和安全性、增加電網的輸送容量，而且可以顯著降低斷路器的容量、大大降低電網的建設成本和改造費用、延長電氣設備的壽命。因此，超導限流器的研究符合我國電力工業持續發展的需求，具有重大的現實意義。 超導限流器從開發適用于配電網的示范樣機開始，逐步向適用于高壓輸電網(電壓等級110kV及以上)的限流器方向發展，同時，其種類也將呈現多樣化的趨勢。 2.超導儲能革統 由于超導儲能系統存儲的是電磁能，在應用時元須能量形式的轉換，因而超導儲能系統的響應速度極快，這是其他儲能形式無法比擬的，同時，它的功率密度極高，這就保證了它能夠非常迅速地以大功率形式與電力系統進行能量交換.相對于其他幾種儲能技術而言，無論如何發展都不可能消除能量形式轉換這一過程，所以無論是現在還是將來，超導儲能技術將始終在功率密度和響應速度這兩方面保持絕對優勢。另外，超導儲能系統的功率規模和儲能規模可以做得很大，它具有系統效率高、技術較簡單、沒有旋轉機械部分、沒有動密封問題等優點。 超導儲能技術在進行輸/配電系統的瞬態質量管理、提高瞬態電能質量、電網暫態穩定性和緊急電力事故應變等方面具有不可替代的作用，為實現我國西電東送和打造新的電力市場機制提供了技術基礎，具有廣闊的應用前景。 超導儲能系統主要是發展小型分布式儲能系統，用于改善用戶端的電力質量和供電可靠性，也可以用于輸電網以改善電網的穩定性。 3.超導電纜 我國城市人口密集，電力負荷增長迅速.隨著經濟的發展，許多大中城市中心區的電力負荷增容，將面臨著地下電纜通道空間有限、新增干線敷設困難的局面。 由于采用具有很高的傳輸電流密度的超導材料作為導體和采用液態氮作為冷卻介質，超導電纜具有體積小、重量輕、損耗低以及元火災隱患的優點。在城市電網設施的改造及增容過程中，超導電纜因其所具有的優越性是常規電纜很好的替代產品，特別是在低電壓大容量的場合，超導電纜具有明顯的競爭力。隨著超導電纜制造技術的發展及超導材料成本的降低，超導電纜將會在短距離大電流輸電場合得到應用。 超導電纜的應用，將使城市配電網的結構更為簡單合理，為實現高密度供電提供技術基礎。 4.超導變壓器 超導變壓器具有體積小、重量輕、損耗低和元火災隱患的優點。特別是容量大于30MVA的場合，超導變壓器具有更為明顯的優勢。此外，超導變壓器還具有一定的短路電流限制功能。在特殊場合，如地下變電站或電力機車，對電氣設備的占空有嚴格限制，超導變壓器也能發揮其體積小的優勢。 因此，超導變壓器在輸電和配電系統方面都具有廣闊的應用前景，超導變壓器的應用對于減少電氣設備占地面積、實現變電站的緊湊化具有重要的意義。
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