کابل های ابررسانای با دمای بالا (HTS)

کابلهای ابررسانا بر اساس مواد ابررسانایی خاصی طراحی شده اند که با استفاده از نیتروژن مایع (یا هلیوم مایع برای MgB2) تا دمای بسیار پایین (مثلاً 180 درجه سانتیگراد) خنک می شوند تا پدیده ابررسانایی (مقاومت بسیار کم) فعال شود.

در این مقاله در خصوص کابل های ابررسانا یا همان HTS و کاربردهای آنها در صنعت صحبت می‌کنیم. شما می توانید برای خرید انواع سیم و کابل ، سیم افشان و سیم ارت مفتولی به زیتون کابل مراجعه کنید.

 

این رساناها در لوله ای با خلا (کرایوژن) قرار می گیرند که ابررسانا را از نظر حرارتی از محیط باقی مانده جدا می کند. آنها پنج برابر جریان یک سیستم کابل معمولی با همان ابعاد بیرونی را حمل می کنند و هیچ گرمای محیطی را منتشر نمی کنند. هنگام مقایسه هزینه هزینه HTS در برابر هادی های معمولی ، تلفات کابل های ابررسانا معادل انرژی مورد نیاز برای حفظ دمای نیتروژن پایین و گردش آن است. این فناوری نیازمند اتصالات ویژه کابل و خاتمه خاص کابل برای تفاوت های شدید دما و خنک کننده دائمی برای نگهداری کرایواستات است. این برگه بر سطوح ولتاژ بالای 110 کیلو ولت تمرکز دارد ، اگرچه ویژگی های عملیاتی HTS اجازه می دهد ولتاژهای کار در سطوح پایین تر انجام شود.

انواع فناوری

سه نوع ابررسانا برای کابلهای برق AC یا DC به صورت تجاری در دسترس هستند:

 

Bi2Sr2Ca2Cu3O10 (BSCCO) با دمای بحرانی - 160 درجه سانتی گراد

YBa2Cu3O7 (YBCO) با دمای بحرانی - 180 درجه سانتی گراد

MgB2 با دمای بحرانی - 235 درجه سانتی گراد

اجزا و فعال کننده ها

اجزای اصلی عبارتند از:

 

نوارها یا سیم های HTS

مواد عایق فشار قوی (دی الکتریک)

دیوار کریو استات

نیتروژن مایع (برای BSCCO و YBCO)

مس و توخالی سابق

غلاف پلی اتیلن

سیستم خنک کننده

اتصالات و انتهای کابل.

دو نوع اصلی کابل های برق ابررسانا با توجه به نوع دی الکتریک مورد استفاده وجود دارد:

 

"طراحی دی الکتریک گرم" بر اساس یک هادی است که توسط جریان نیتروژن مایع سرد می شود

با یک پاکت سرمازا با استفاده از دو لوله فولادی ضد زنگ انعطاف پذیر متحدالمرکز با خلاء و عایق بین آنها احاطه شده است. عایق دی الکتریک خارجی ، صفحه کابل و غلاف کابل خارجی در دمای اتاق قرار دارند.

در طراحی "دی الکتریک سرد" ، از نیتروژن مایع به عنوان بخشی از سیستم دی الکتریک استفاده می شود. اگرچه بلندپروازانه تر برای تولید است ، اما تنظیمات سرد مزیت این را دارد که دارای میدان الکترومغناطیسی در داخل صفحه ابررسانا باشد ، که این امر باعث کاهش قابل توجه القایی کابل می شود.

طراحی کابلهای برق ابررسانا HVDC بسیار شبیه به طراحی کابلهای برق HVAC ابررسانا است. لایه های داخلی HTS از طریق دی الکتریک از صفحه ای که فقط از سیم مسی تشکیل شده است جدا می شوند.

 

مزایا و زمینه کاربرد

بسته به مطالعه موردی ، کابلهای HTS چندین مزیت در مقایسه با کابلهای معمولی ارائه می دهند:

زمان نصب آسانتر و کوتاهتر. اپراتورهای شبکه می توانند از زمان نصب کوتاهتر بهره مند شوند زیرا کابل های HTS جمع و جور هستند و می توانند از طریق راهروهای گاز ، نفت ، آب یا برق موجود یا در امتداد بزرگراه یا راه آهن به زیر زمین منتقل شوند. علاوه بر این ، کابل های HTS به طور فعال خنک می شوند و از نظر حرارتی مستقل از محیط اطراف هستند و نصب آنها را آسان تر می کند. این جنبه ها راه را برای راهروهای انتقال با ظرفیت بالاتر هموار می کند. به هر حال ، تجزیه و تحلیل دقیق تأثیر میدان مغناطیسی بر زیرساخت های مشترک با کریدورهای مشابه انجام می شود.

تاثیر کم بر محیط زیست. رسیدن به سطوح بسیار بالاتری از چگالی جریان که امکان فشردگی و انتقال توان بیشتر از کابل ها نسبت به کابل های معمولی را فراهم می کند ، یک مزیت کلیدی برای اپراتورها و محیط زیست به شمار می رود. یک سیستم ابررسانا نیز در نتیجه عدم نیاز به جداسازی زیاد بین کابلها ، دارای رد پای کوچکتر در یک تاسیسات زیرزمینی است.

قدرت حمل قدرت بالا. دستیابی به سطوح بالاتر از چگالی جریان بدین معناست که می توان ولتاژهای عملیاتی را کاهش داد و در عین حال انتقال توان انبوه را در ظرفیتهای بالا تسهیل کرد. کاهش ولتاژهای کارکرد اندازه و حجم تجهیزات الکتریکی مورد نیاز در دو سر کابل را کاهش می دهد.

با توجه به میدانهای الکترومغناطیسی پایین ایجاد شده توسط کابلهای HTS ، تأثیر بر روی ناحیه اطراف به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

 

با وجود خواص ابررسانایی با مقاومت الکتریکی نزدیک به صفر در دمای زیر دمای بحرانی ، کابلهای HTS همچنان در معرض اتلاف انرژی قرار دارند و عمدتاً به شکل نشت حرارتی هستند (جریان القایی در قسمت فلزی کم باقی می ماند). تلفات انرژی در یک کابل HTS بستگی به بار و بنابراین محل اتصال کابل در شبکه انتقال برق دارد. برای کابل HTS در 2 کیلو آمپر ، تلفات می تواند در حدود 25 درصد تلفات در سیستم کابل معمولی باشد (اما در حالت بدون بار ، تلفات در کابل HTS به دلیل نشت حرارتی بیشتر است).

بنابراین کاهش قابل توجه تلفات انتقال با الزامات خنک کننده لازم متعادل می شود. تلفات بدون بار ناشی از عایق حرارتی غیر ایده آل منجر به استقرار کابل HTS در اتصالات با جریان بار زیاد در بخش زیادی از زمان می شود.

کابل DC HTS برای انتقال قدرت زیاد در مسافت های طولانی و انتقال انرژی انبوه مناسب است.

از امروز مشاهده شده است که تعداد زیادی کابل HTS در مناطق شهری نصب می شود که نیاز به ظرفیت جریان بالا در سطوح ولتاژ متوسط ​​دارد.

سطح آمادگی فناوری

TRL 5 تا 6 برای HTS در سیستم های انتقال DC. ادبیات TRL 5 را ارائه می دهد زیرا آزمایش بر روی سیستم های یکپارچه هنوز محدود است ، اما تظاهرات اخیر nb.5 از پروژه Best Paths با بودجه FP7 ، با محدوده 5 تا 10 کیلو آمپر در 200 - 320 کیلو ولت ، نشان دهنده TRL در حداقل 6

TRL 7 تا 8 برای HTS در سیستم های انتقال AC. TRL 7 برای سیستم های انتقال قدرت HTS AC با قدرت بالا یا سیستم های توزیع HTS برای مناطق شلوغ شهری ، همانطور که قبلاً سیستم های آزمایشی یکپارچه نشان داده شده است. پروژه Shingal در کره جنوبی اولین پروژه تجاری است و دارای TRL 8 است. به طور خاص ، چندین پروژه در Jeju (کره جنوبی) با 154 کیلو ولت و Long Island (ایالات متحده) با 138 مورد بحث قرار گرفته است. کیلو ولت

منبع: https://www.entsoe.eu/Technopedia/techsheets/high-temperature-superconductor-hts-cables