Сверхпроводящие кабели

Содержание


Вступление…………………………………………………………….…...…...2

Конструкция сверхпроводящих пар……………………………………………16

Сверхпроводящие кабели для линий связи…………………………………….18

Сверхпроводящий энергетически-информационный кабель………..…18

Специализированные сверхпроводящие кабели связи………………....22

Перспективы дальнейшего развития и использования…………………….….27

Передача энергии……………………………………………………..…..28

Применение сверхпроводников на железных дорогах…………...…….33

Заключение………………………………………………………………….....34

Список использованной литературы…………………………………….…..35


ВСТУПЛЕНИЕ
В последние годы происходит интенсивное использование кри­огенных температур в различных областях техники. Криогеника позволяет поновому решать задачи в таких традиционных обла­стях как связь и радиотехника. Глубокое охлаждение и явление сверхпроводимости являются чрезвычайно эффективны­ми для дальнейшего улучшения характеристик кабельных линий связи и придания им новых свойств, таких как низкое затухание, полная электромагнитная защищенность, экстремально низкие те­пловые шумы.

Сверхпроводящие коаксиальные миниатюрные линии исследо­вались с 1960 г. Вначале рассматривалось их применение в широкополосных линиях задержки, запоминающих устройствах ЭВМ, рециркуляторах импульсов. И лишь с 1970 г. нача­лось изучение возможностей использования сверхпроводящих ли­ний в системах связи. Работы начались примерно одно­временно в СССР и Японии, а затем — в ФРГ и Франции. В двух последних странах проводились только расчетно-теоретические ис­следования.

Разработки в промышленно развитых странах сверхпроводя­щих линий электропередачи (СП ЛЭП) до недавнего времени за­трагивали только вопросы передачи энергии. Большая техническая сложность СП ЛЭП заключается в том, что помимо пе­редачи электрической энергии необходимо обеспечить прокачку хладоагента, поддержание высокого вакуума на всем протяжении линии, передачу больших потоков информации для управления, при одновременном повышении надежности энергосистемы в целом.

Есть два пути передачи информации: либо на каждом неболь­шом участке выводить данные из криогенной оболочки наружу, в теплую зону, и уже затем передавать их по отдельной линии связи, либо передавать ее внутри криогенной оболочки. Для кабеля связи, размещаемого в криогенной оболочке, могут быть исполь­зованы миниатюрные сверхпроводящие коаксиальные пары, по­зволяющие передавать мощные сигнальные потоки в СП ЛЭП.

Кроме передачи «собственной» информации, необходимой для нормального функционирования энергосистемы, сверхпроводящие пары, проложенные внутри криогенной оболочки, могут быть ис­пользованы для образования огромного числа каналов связи общего назначения. В результате СП ЛЭП может быть превращена в комплексную энергетически-информационную линию передачи. Представляет интерес и промежуточное решение, когда сверхпро­водящий кабель связи прокладывается рядом, в одной траншее с силовым сверхпроводящим кабелем, и оба они «питаются» от об­щих криогенных станций.

До сих пор ведутся работы по созданию и внедрению сверхпроводящего энер­гетически-информационного кабеля, состоящего из силового и свя­зного кабелей, находящихся в общей криогенной оболочке. В 1974 г. была испытана первая модель сверхпроводящей коаксиальной линии связи, предназначенной для размещения сверхпроводящей ЛЭП в криогенной оболочке. В 1975—1977 гг. изготовлен первый опытный образец энергетически-информационного сверхпроводящего кабеля (ГСПК-50) длиной 50 м и в 1978—1980 гг. проведены его комплексные испытания. А к 1988 разработана, изготовлена и исследована модель линии связи для опытного участка сверхпроводящей ЛЭП длиной 1 км.

КОНСТРУКЦИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ПАР


В табл. 4 представлены данные о конструктивных элементах сверхпроводящих коаксиальных пар, описанных вначале. Наибольшее разнообразие конструкций имеется у пар типа 1 (табл. 4). К этому типу относятся коаксиальные пары с волн новым сопротивлением 50 и 75 Ом, диаметром по изоляции 0,87—1,5 мм и изоляцией из фторопластов различных типов. Внешний проводник может быть выполнен в виде монолитной свинцовой трубки, сформован из свинцового листа или по­лучен напылением в вакууме; внутренний проводник— проволока из ниобия. В основном это опытные образцы, предназ­наченные для различных криоэлектронных устройств.

Второй тип пар представлен фактически одной конструкцией, но тщательно отработанной для серийного выпуска. Изоля­ция выполнена из полиэтилена или фторполимеров, а проводни­ки — из освинцованных медных материалов. К третьему типу относятся пары с волновым сопротивлением 50 и 75 Ом и изоля­цией из фторопласта Ф-4Д и Ф-4МБ. Для изготовления про­водников применены проволока и фольга из ниобия. Были использованы серийно выпускаемые материалы, но они подверга­лись обработке, сделавшей их более пригодными для работы на СВЧ. В результате получены сверхпроводящие коаксиальные пары с проводниками из ниобия и исследованы их характеристики: регулярность волнового сопротивления по длине, затухание в частотной области 0,1—16 ГГц и в температурном диапазоне 4,2— 10 К. Исследования показали пригодность этих пар для линий связи. Ниже рассмотрены характеристики описанных пар.

Таблица 4

Тип пар

Внутренний проводник

Высокочастотная изоляция

Внешний проводник

Защитная оболочка

Волновое сопротивление, Ом


1

Проволока из ниобия, 0,45 и 0,26 мм

Политетра­фторэтилен, фторэтилен-пропилен, 1,5 и 0,87 мм

Монолитная тру­бка из свинца тол­щиной 0,3—0,5 мм

Отсутствует или обмотка фторопла­стовой лентой. На­ружный диаметр 1,5—2,5 мм


50

75


2

Медная про­волока, покры­тая свинцом, 0,48 мм

Фторэтилен-пропилен, 1,58 мм

Сформованная встык трубка из медной лепты тол­щиной 0,1 мм, по­крытой свинцом

Обмотка поли­эфирной лептой. Наружный диа­метр 2 мм


50


3

Проволока из ниобия, 0,47 и 0,27 мм

Политетра­фторэтилен, фторэтиленпро-пилен, 1,5 мм

Сформованная внахлест трубка из ниобиевой фольги толщиной 0,013 мм

Оплетка из не­ржавеющей сталь­ной проволоки ди­аметром 0,1 мм, об­мотка лентой из фторопласта. На­ружный диаметр 2 мм


50

75


СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ КАБЕЛИ ДЛЯ ЛИНИЙ СВЯЗИ
Первые экспериментальные образцы сверхпроводящих кабелей для линий связи были изготовлены и исследованы в Японии и СССР. Но эти кабели принципиально отличались друг от друга. В Японии разрабатывался специали­зированный сверхпроводящий кабель (СПК), в СССР — комбинированный сверхпроводящий энергетически-информационный кабель (СПЭИК).

В главе дается обзор основных опубликованных результатов разработки и испытаний образцов как комбинированных, так и специализированных сверх­проводящих кабелей, рассматриваются перспективные направления работы в области сверхпроводящих линий связи.
Сверхпроводящий энергетически-информационный кабель

С целью проработки научно-технических вопросов создания комбинированной линии был разработан и изготовлен эксперимен­тальный образец сверхпроводящего кабеля и проведены его все­сторонние испытания .

Идея подобной линии состоит в том, что в единой криогенной оболочке размещаются как энергетическая (силовая), так и ин­формационная (связная) сверхпроводящие направляющие систе­мы. Преимущества такого объединения очевидны: для функциони­рования линии связи не требуется специальная дорогостоящая криогенная система, сверхпроводящая линия связи становится весьма выгодной экономически, а энергетическая система получа­ет необходимую для ее нормаль­ной работы линию связи.

/>

Изготовление эксперимен­тального образца СПЭИК, полу­чившего наименование ГСПК-50 (гибкий сверхпроводящий кабель длиной 50 м), началось в-1975 г. Он был сделан следу­ющим образом (рис. 5.1). На сверхпроводящий силовой кабель были уложены три высокочастот­ные сверхпроводящие пары (ка­бель связи): две для связи и од­на для телеметрии. Затем на ком­бинированный (силовой и связ­ной) сверхпроводящий кабель на­ложили криогенную оболочку.

Полученный экспериментальный образец ГСПК-50 успешно про­шел испытания на специально созданном стенде в 1978 г.

Выбор образцов ВЧ пар определялся следующим. Кабели связи имеют, как правило, волновое сопротивление 75 Ом; пер­вый образец соответствовал модели с изоляцией из плавкого фто­ропласта Ф-4МБ (табл. 5) и имел ZB = 75 Ом. Второй об­разец имел волновое сопротивление 50 Ом, т. е. такое же, как коаксиальная пара, разработанная в Японии, но диаметр по изо­ляции почти в 2 раза меньший.

Таблица 5

Номер образца


Волновое сопротивле­ние, Ом


Конструкция

Назначение

Диаметр внутреннего проводника из проволоки из ниобия, мм

Изоляция из фторопласта типа

Внешний проводник (материал, размеры, мм)

1

75

0,26

Ф-4МБ

Свинцовая трубка 2,2/1,5

Связь

2

50

0,27

Ф-4Д

Свинцовая трубка 1,4/0,87

Связь

3

75

0,26

Ф-4МБ

Обмотка ниобиевой лен- той по спирали

Телеметрия


Третий образец — сверхпроводящий телеметрический кабель (СПТК). С его помощью контролировался температурный режим по всей длине ГСПК-50 (7=9,2 К). Переход внешнего проводни­ка СПТК в сверхпроводящее состояние при температуре 9,2 К приводит к резкому изменению волнового сопротивления кабеля в области перехода. Это позволяет с помощью импульсного реф­лектометра определять, находится ли данный участок кабеля при температуре выше или ниже 9,2 К. Выводы ВЧ пар осуществля­лись с помощью миниатюрных радиочастотных кабелей. В процес­се монтажа все соединения контролировались по электрическим характеристикам импульсным рефлектометром. Измерительная аппаратура располагалась на расстоянии около 5 м от испыта­тельного стенда ГСПК-50, приборы соединялись с ГСПК-50 ра­диочастотными кабелями длиной около б м.

Комплект приборов стенда позволял:

а) наблюдать амплитудно-частотные характеристики кабелей связи и измерять затухание на частотах от 0,25 до 1500 МГц;

б) наблюдать изменение волнового сопротивления по длине и определять расстояния до неоднородностей и повреждений с раз­решением 0,4 м;

в) измерять параметры коротких импульсов, прошедших че­рез кабели, с целью определить искажения таких сигналов.
Ход работы и результаты. В 1978 г. ГСПК-50 впервые был захоложен жидким азотом и затем жидким гелием. Образец пары № 1 (см. табл. 5) оказался единственным, выдержавшим все ус­ловия испытаний.

Таблица 6

Криоген-ный режим

Температура кабеля, К

Затухание, дБ,

на частоте, МГц

250

500

900

1500

I

30—45

16

23

35

40

II

10—12

14

20

28

40

III

5—6

3,6

5,2

8

12

В ходе эксперимента можно выделить три устойчивых криоген­ных температурных режима при захолаживании жидким гелием (табл. 6).

В этих режимах измерялись параметры ВЧ пар: волновое со­противление по длине, затухание в зависимости от частоты и ис­кажения импульсов. Температура на концах кабеля контролиро­валась с помощью полупроводниковых датчиков.

Данные измерений затухания сверхпроводящей цепи, в кото­рую входила первая пара длиной около 50 м, представлены в. табл. 6. Как и следовало ожидать, при снижении темпера­туры от 30—45 до 10—12 К не происходило больших изменений затухания. При температуре 5—6 К кабель перешел в сверхпро­водящее состояние и наблюдалось резкое уменьшение потерь в линии. Затухание в основном обусловлено подводящими кабеля­ми, так как потери в самой сверхпроводящей линии не превыша­ют на этих частотах 0,1 дБ, что подтвердили измерения затухания в криостате с жидким гелием, т. е. при 4,2 К. Полученные на ГСПК-50 данные несколько хуже, так как температура кабеля была выше 4,2 К и неравномерна по длине. Велики также неодно­родности на концах из-за наличия стыковок сверхпроводящих пар с обычными, что показали измерения неоднородностей с по­мощью импульсного рефлектометра.

Передача по силовому кабелю ГСПК-50 переменного тока 400 А с частотой 50 Гц и постоянного тока до 6 кА не повлияла на характеристики информационного кабеля. Частотная зависи­мость затухания при всех изменениях тока была стабильной, что говорит о хорошем экранировании от магнитного поля тока, текущего в энергетическом кабеле.

Как показали испытания ГСПК-50, необходимо предусмотреть меры для защиты ВЧ кабелей при монтаже, так как они миниа­тюрные и их легко повредить. За время монтажа, несмотря на принятые меры, кабели повреждались 5 раз, что сказалось на их испытаниях.

Специализированные сверхпроводящие кабели связи

Японские специалисты создали конструкции сверхпроводя­щих кабелей в криогенных оболочках, обладающие высокими электрическими, теплофизическими и механическими характеристиками. Эксперименты показали, что теплоприток к хладоагенту в разработанных криогенных оболочках составляет не более 60 мВт/м.

Из конструкций криогенных обо­лочек последние отличаются тем, что внутри экранно-вакуумной изоляции размещается адсорбент, проложенный вдоль всея оболочки. Такое оригинальное решение позволяет не только выполнять быстрое и эффективное вакуумированис в на­чальный период, но и поддерживать высокий вакуум в течение длительного срока.

Конструкции сверхпроводящих кабелей. Фирмой «Фудзикура» создан прототип сверхпроводящего кабеля, который имеет следующую сложную конструкцию. Вокруг спирали из медной проволоки уложены 18 коаксиальных пар. Этот сердечник находится в медной гофрированной трубе, способной выдержать внутреннее давление в несколько атмосфер. Жидкий гелий прокачивается внутри такого сердечни­ка. Медная гофрированная труба окружена экранно-вакуумной теплоизоляцией, укрепленной сверху спирально намотанной медной лентой, выполняющей роль и теплового экрана. Поверх мед­ной ленты спирально наложены медные трубки и полиэтиленовые кордели, обмотанные медной лентой. Медные трубки предназначены для прокачки гелия при температуре 100 К. Между трубками и двумя спиральными лентами образуются каналы для вакуумирования (вакуум 10-4—10-6 мм рт. ст.). Поверх второй медной ленты наложен следующий слой экранно-вакуумной теплоизоляции, а затем стальная гофрированная труба с полиэтиленовой защитной оболочкой. Общий диаметр кабеля 70 мм. Теплоприток к жидкому гелию составляет 100 Вт/км, к газообразному (на уровне 100 К) — 1 кВт/км.

Фирма «Фурукава» создала свой кабель (рис. 5.2). Фирмой «Хитачи» предложен кабель аналогичной конструкции. Его теплоизоляционная оболочка содержит внутреннюю и внешнюю медные трубы, которые для гибкости гофрированы. Между ними размещаются многослойная экранно-вакуумная изоляция и промежуточные трубки для возврата газообразного гелия. Десять сверх­проводящих коаксиальных пар помещены во внутреннюю трубу диаметром 12,3 мм. Хладоноситель — жидкий гелий — должен течь через зазор между парами и трубкой. Защитная оболочка из полиэтилена диаметром 64 мм покрывает внешнюю трубу, наружный диаметр которой 60 мм. Поверх многослойной (30 слоев) экранно-вакуумной изоляции намотана медная лента, которая поддерживается за счет прокачки жидкого азота при промежу­точной температуре около 80 К.

Теплоприток через криооболочку измерялся в условиях, когда внутренняя труба имела температуру жидкого азота, а промежуточный трубки — комнатную температуру. Оценка теплоприток показывает, что он составит 94 мВт/м, если температура внутренней трубки будет 6 К, а трех промежуточных труб — 80 К.

Для гибкости в оболочке применены гофрированные трубы. Изготов­ленные оболочки могут наматываться на барабан диаметром 1,8 м. Экранно-вакуумная теплоизоляция имеет слои, со­стоящие из алюминированных полиэфирных лент и полиэфирной сетки в качестве прокладки между ними. Этому материалу отдано предпочтение не только из-за механической прочности, но и малой гигроскопичности. Указанный вид криогенной изоляции был испы­тан в калориметрической установке, подобной по структуре кри­огенной кабельной оболочке. Измеренное значение теплопровод­ности составило от 0,5 до 1 мкВт/см-К при давлении в криоген­ной изоляции ниже 10-2 Па.

Протяженная конструкция, в которой экранно-вакуумная изо­ляция формируется из множества слоев, имеет очень малую про­водимость газов при вакуумировании. Если насосы располагают­ся на концах кабеля, трудно получить вдоль линии достаточно высокий и однородный вакуум. Адсорбент, проложенный в низко­температурных участках слоев теплоизоляции, поглощает остаточ­ный газ, который не может быть выкачан насосами. В качестве адсорбента опробовано несколько видов молекулярных сит и активированного древесного угля и исследованы их поглощающие свойства. Изучены характеристики вакуумирования, поглощающая способность охлажденных адсорбентов и характеристики ох­лаждения в зависимости от времени. В результате иссле­дований было установлено, что охлажденные адсорбенты об­ладают поглощающей способностью, достаточной для достижения вакуума порядка 10-2—10-4 Па. Исследовались также механические характеристики криогенных оболочек. Внешняя гофрированная труба испытывалась на изгиб, а внутренняя (гелиевая) — на величину давления. Результаты испытаний показали, что внешняя труба выдерживает свыше пяти изгибов с радиусом 1 м. Для внутренней медной трубы диаметром 16 мм допустимо давле­ние не менее 106 Па.

Криогенные оболочки конструкций, показанных на рис. 5.3, были изготовлены для оценки теплопотерь через криогенную изо­ляцию большой длины, исследования характеристик охлаждения кабеля, изучения эффективности вакуумирования охлажденным адсорбентом.

Первые эксперименты по захолаживанию были проведены в 1974 г. с криогенной оболочкой длиной 28 м, имеющей жид-j коазотные экранирующие трубки. Оболочка была захоложена до 40 К и определен теплоприток внутрь такой оболочки при темпе­ратуре 10 К, который составил 50 мВт/м. Затем была захоложена оболочка того же типа длиной 100 м. На вход подавали ге­лий при 10 К. Средняя температура вдоль оболочки была 12 К. Теплоприток к гелиевому хладоагенту составил менее 60 Вт/км. Для внутреннего слоя теплоизоляции получена теплопроводность 0,9 мкВт/см К. Это число лежит в интервале значений, получен­ных при калориметрических измерениях. Результаты экспе­римента показывают, что нет существенного ухудшения эффек­тивности криогенной изоляции из-за помещения ее в оболочку большой длины. При введении жидкого азота в экранные трубки давление в криогенном изоляционном слое уменьшилось с 1 до 10-2—10-3 Па. Таким образом, вакуумирование с помощью адсорбента оказалось очень эффективным для такой конструкции.

Подробно исследованы особенности эффективного вакуумирования и длительного поддержания высокого вакуума в криогенных оболочках. Если ранние исследования касаются в большей степени имитационных установок, то в последних рабо­тах подробно исследуется одна из основных характеристик крио­генных кабелей для дальней связи — длительность поддержания высокого (10-3—10-4 Па) вакуума в длинных (100 м и более) криогенных оболочках.

Еще в ранних работах на имитационных установках были из­мерены скорость вакуумирования и поглощение азота адсорбен­том при 77 К. Затем эти эксперименты были проведены на длин­ных оболочках. Исследованы также первоначальный прогрев и обезгаживание оболочки с использованием экспериментальных установок для захолаживания длинных кабелей.

На основе полученных результатов можно считать установ­ленной возможность достаточно длительного поддержания вы­сокого вакуума в криогенной оболочке, в которой использована многослойная экранно-вакуумная изоляция.
ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
С 16 по 20 сентября 2007 года в Брюсселе состоялась всеевропейская конференция EUCAS-2007 по проблемам изучения и использования явления сверхпроводимости. Состоявшуюся конференцию без преувеличения можно назвать съездом победителей. EUCAS-2007 зафиксировал очередной триумф человеческой мысли, который возможно станет ключом к решению глобальных энергетических и экологических проблем на планете в XXI веке.

Человечество стоит на пороге очередного технологического прорыва, способного перевернуть привычный всем нам мир. Масштабы новой индустриальной революции могут сравнится с тем, как изменился образ жизни людей после обнаружения замечательных свойств полупроводников.

Ученые всей земли долго бились над проблемой практического применения сверхпроводимости, и, похоже, что этот вопрос успешно разрешился. Человечество «оседлало» сверхпроводимость. Это явление все чаще используется в современной электронике, энергетике, промышленности и медицине. 

Согласно данным известного в Европе консорциума Conectus, специально созданного в целях изучения и пропаганды возможностей коммерческого использования явления сверхпроводимости, международный рынок оборудования, использующего это явление к 2010 году составит 5 млрд. $ и вырастит до 38 млрд. $ к 2020 году.
На сегодняшний день основные сферы применения сверхпроводимости - это медицинские установки магнитно-резонансной терапии (именно в этих аппаратах впервые удалось эффективно использовать явление) и электроника. К 2020 году ситуация изменится. Сверхпроводимость будет широко использоваться в энергетике, промышленности, на транспорте и гораздо шире в медицине и электронике.  
Выделяют три больших области использования сверхпроводников:

различные материалы: пленочные проводники, сверхпроводящие магниты и пр.;

микротехника: микроволновые устройства, сверхчувствительные системы обнаружения магнитных полей (SQUID), цифровая электроника, искусственные биологические системы;

макротехника: силовые кабели, электрические системы и сети, генераторы и двигатели.

4.1 Передача энергии

Потенциально наиболее выгодное промышленное применение сверхпроводимости связано с генерированием, передачей и использованием электроэнергии. Например, по сверхпроводящему кабелю диаметром несколько дюймов можно передавать столько же электроэнергии, как и по огромной сети ЛЭП, причем с очень малыми потерями или вообще без них. Стоимость изготовления изоляции и охлаждения криопроводников должна компенсироваться эффективностью передачи энергии. С появлением керамических сверхпроводников, охлаждаемых жидким азотом, передача электроэнергии с применением сверхпроводников становится экономически очень привлекательной.

Проект «Гидра»

В 2007 году в США началась реализация «Проекта «Гидра» (Project Hydra), за которым внимательно наблюдает вся заинтересованная общественность в мире. Проект реализует корпорация American Superconductor (AMSC).
Полная стоимость проекта оценивается в 39,3 млн. долл. Министерство национальной безопасности США (Department of Homeland Security (DHS)) планирует инвестировать в данный проект 25 млн. долл., ожидая, что в дальнейшем это позволит использовать технологию безопасных энергосистем «Secure Super Grid™» на основе ВТСП проводов, кабелей и токоограничителей в сетях США. Министерство подписало с AMSC предварительное соглашение на 1.7 млн. долл. (из них 1.1 млн. долл. от DHS), и работа над проектом началась. Подписано отдельное соглашение между AMSC и Con Edison – субподрядчиком этого проекта.

В рамках контракта будет разработана и построена беспрецедентная по защищенности и степени резервирования система электроснабжения центра г. Нью-Йорка, исключающая нарушение электроснабжения при любых авариях (из-за погоды, технологических сбоев, атак террористов). Название «Проект Гидра» («Project Hydra») программа получила по ассоциации c многоголовым мифическим чудовищем. Подобно тому как у него отрастали головы после их отсечения, так электроснабжение должно иметь множество запасных каналов на аварийные случаи.
Размещение ВТСП кабеля в сети Нью-Йорка планируется осуществить за три года двумя этапами. Первый, уже начатый этап, состоит в подготовке прототипов систем. К 2008 г. намечено завершение испытаний первой системы Secure Super Grid.
Второй этап сфокусирован на размещении этой системы на участке энергосети Con Edison в Нью-Йорке. В рамках проекта к 2010 г. фирмой Southwire Company (США) (по контракту с AMSC) будет изготовлен триаксиальный «Triax™» кабель из ВТСП провода 2-го поколения «344» на 13 кВ (рис. 2).

AMSC предлагает новую СП технологию «Secure Super Grids™» для энергосистем большой мощности с защитой от перенапряжения, обеспечивающую безопасное и эффективное снабжение электроэнергией предприятий города.

Почему ВТСП кабели могут помочь при решении проблем с постоянно увеличивающейся потребностью мегаполисов в электроэнергии? Во-первых, кабели из ВТСП могут передавать в 10 раз большую мощность по сравнению с традиционными медными кабелями при аналогичном сечении кабельного канала (рис. 2). Во-вторых, замена медных кабелей, используя уже имеющиеся в грунте коммуникации, позволит обеспечить недостающие мощности без дополнительного проведения дорогостоящих земляных работ. Кроме того, при необходимости новых распределительных или подводящих электроэнергию сетей объем прокладочных работ также существенно меньше, чем в случае традиционных медных кабелей.

/>

Рис.2 Сравнение 3х3 сборки кабельного блока подземной распределительной сети из медного кабеля с одноканальным кабельным блоком ВТСП кабеля на 13 кВ при одинаковой передаваемой мощности в 69 МВА. Справа схема триаксиального кабеля совместного предприятия Southwire and NKT — ULTERA
В триаксиальном кабеле, как видно на рис 5, все три фазы расположены концентрически вокруг центрального стержня. Такая компактная конструкция позволяет вдвое сократить расход ВТСП провода и уменьшить охлаждаемую поверхность, таким образом, снизив требования к системе охлаждения. Эти особенности конструкции способствуют снижению стоимости СП кабеля.

К настоящему времени много компаний, в том числе и AMSC, занимаются разработкой и испытанием СП токоограничителей. «Secure Super Grids™» технология может соединить свойства ВТСП кабеля высокой мощности и ВТСП токоограничителей в одной системе. Токоограничение может быть достигнуто в кабеле из ВТСП 2-го поколения за счет сравнительного высокого удельного сопротивления исходных сверхпроводящих лент, появляющегося при перегрузке током. По расчетам AMSC, рынок новой технологии и токоограничителей в виде самостоятельных устройств превысит миллиард долларов в год.

Исполнительный директор компании Грегори Юрик (Greg Yurek) предполагает, что новое направление послужит катализатором ускоренного внедрения ВТСП технологий в энергетические системы. Он считает «Проект Гидра» удачным соединением трёх идей: концепции Министерства национальной безопасности – вложение средств в инновационные энергетические технологии для повышения уровня безопасности энергосетей; концепции Con Edison – внедрение СП технологии в свой энергетический план «System of the Future» для Нью-Йорка; концепции AMSC – коммерциализация СП технологии для нужд электроэнергетики.
“Проект Гидра” имеет мощный фундамент 20-летних разработок ВТСП технологий в США, финансируемых Министерством энергетики и частными компаниями, уже функционируют ВТСП кабели в трех энергетических системах США.
Применение сверхпроводников на железных дорогах

Инженеры давно уже задумывались о том, как можно было бы использовать огромные магнитные поля, создаваемые с помощью сверхпроводников, для магнитной подвески поезда (магнитной левитации). За счет сил взаимного отталкивания между движущимся магнитом и током, индуцируемым в направляющем проводнике, поезд двигался бы плавно, без шума и трения и был бы способен развивать очень большую скорость. 

Лидером в области применения сверхпроводимости на железной дороге является Япония. В Японии разработки данного направления ведутся уже около 20 лет, за это время выпущено около 10 модификаций поездов.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Потенциальная выгода от широкого использования явления сверхпроводимости очевидна: радикальное снижение потерь электроэнергии при ее выработке и передаче, уменьшение в разы размеров генерирующего оборудования и двигателей, создание новых электронных приборов,  разработка сверхмощных электромагнитов для научных исследований и промышленности, разработка новых направлений в медицине, использование эффекта левитации на железной дороге. 

Распространению сверхпроводимости, не в последнюю очередь, способствуют жесткие ограничения на выбросы парниковых газов, установленные Киотским протоколом. Например, Европа должна уменьшить выбросы газов на 8% к 2012 году по сравнению с 1990 годом. Финские ученые подсчитали, что эту задачу можно было бы выполнить при широком применении сверхпроводимости на электростанциях и в системах передачи и распределения энергии, что дало бы возможность снизить количество сжигаемого топлива, не уменьшив выработку электроэнергии. Одним словом, сверхпроводники должны найти свое широкое применение уже в ближайшем будущем и стать неотъемлемой частью мировой промышленности.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алфеев В. Н. Радиотехника низких температур. — М.: Сов. радио, 1966.-368 с;

2. Гроднев И. И., Левинов К. Г., Гальперович Д. Я. Сверхпроводящие ка­бельные линии связи. — Электросвязь, 1974;

3. Наман Н. Миниатюрные сверхпроводящие коаксиальные линии передачи. ТИИЭР, 1973;

4. Интернет: www.energyland.info.