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高温超导低压直流电缆

高温超导低压直流电缆是一种新型电缆，采用高温超导材料，能够在低温下实现零电阻，从而减少电缆输电过程中的能量损耗，同时具有承栽能力大、占用空间小等优点；在输电方面，高温超导低压直流电缆大大提高了电能传输的效率，减少了电能礼，

2023年11月20日，国内首条高温超导低压直流电缆在江苏苏并网投运，填补了我国在超导电缆低压直流系的应用空白。该项目使用的铜氧 (YBCO) 第二代高温超导带材为国产化材料，其特点是使超导界温度提高到 90K(-183.15℃)， K 为温度的另一个单位“开氏度"。当温度低于临界温度 90K(-183.15℃)时， 该材料实现超导，电阻为零。结合杜瓦管的低温技术，实现超导电缆系统核心材料的国产化，杜瓦骨结构如图。

高温超导低压直流电缆在国内首次采用正负极同轴的方式，相当于2根电缆合二为一，是目前结构最紧凑的超导电缆，其好处是，电缆中相反的电流方向使得正负极产生的磁场相互抵消，实现完全碰场自屏蔽，从而消除对外电磁干扰，并且在故障状态下可兼具限流器作用，保护系统中其他电气设备，使电力系统更可靠。

与相同电压等级的常规电缆(PVC钢芯)相比较，截面积不到常规电缆的一半，由于制冷和漏热会带来一定能量损耗，但整体损耗只有常规电缆的十分之一(补充：液氮的沸点是-196.56℃)

20 世纪初，科学家发现，某些物质在很低的温度时，如铝在-271.76℃以下，铅在-265.95℃ 以下，电阻就变成了零，这就是超导现象，用具有这种性能的材料可以做成超导材料。目前已经开发出一些“高温”超导材料，它们在 100K（-173℃）左右电阻就能降为零。

如果把超导现象应用于实际，会给人类带来很大的好处。在发电厂发电。输送电能等方面若能采用超导材料，就可以大大降低由于电阻引起的电能损耗。如果用超导材料来制造电子元件，由于没有电阻，不必考虑散热问题，元件尺寸可以大大缩小，进一步实现电子设备的微型化。

超导现象

20世纪初，科学家发现汞在温度降低至-269℃时，电阻值就变成了零，这种现象叫超导现象，具有这种特性的物质叫超导体。

低温为什么能发生超导现象呢？基于初中知识，我们建立一个简易模型进行理解，将导体的原子核与核外受到约束的电子（能量较低而不能自由运动）组成原子实，可类比成小球。原子实做着热运动，穿行其间的自由电子会与它发生碰撞，表现为导体对自由电子传导的阻碍，即电阻。导体温度降至极低时，它们的热运动都趋于消失，通电时自由电子就可以不受阻碍地定向通过导体，宏观上就发生了低温超导现象。

高压也能让材料发生超导。理论上，某种导体在相当于260万倍标准大气压的高压环境下，15℃的“高温”（相对极低温而言）也能发生超导现象。在这样极高的压力下，原子实排列成紧密的堆垛形式，如图所示，原子实仅能在很小的范围内做热运动，几乎没有空间表现热运动，就像热运动消失了一般。此时原子实堆垛间的间隙就成为了稳定的自由电子通道。通电时自由电子就能在间隙中零阻碍地定向移动，宏观上就显示出超导现象。

常见的输电过程中，约7%的电能因导线发热耗散掉。若输电线缆选用超导材料，就可大大减少由于电阻引发的电能损耗。2021年12月，世界首条35千伏公里级液氮超导输电线工程在上海投运，实现了我国在“高温”超导输电领域的领先。