ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сверхпроводящие системы из "Энергия " Передача электроэнергии при высоком напряжении и с нулевым сопротивлением возможна также с использованием сверхпроводников. [c.232] Явление сверхпроводимости было открыто в 1911 г. в Лейдене Оннесом, который обнаружил, что электрическое сопротивление Меркурия при снижении температуры до 4,15 К уменьшается почти до нуля. С тех пор у многих металлов, сплавов и интерметаллических соединений, большинство которых при комнатной температуре плохо проводит электрический ток, была обнаружена сверхпроводимость при снижении температуры ниже определенного значения Т, названного критической температурой Ткр. Ниже приводится перечень таких веществ и их критические температуры. [c.232] Вещество Критическая температура. [c.232] Отметим, что все приведенные выше температуры весьма низки, а некоторые приближаются к температуре жидкого водорода. (При атмосферном давлении температура жидкого водорода равна 20,25 К.) В сверхпроводящем состоянии вещество пропускает электрический ток без потерь, поэтому теоретически можно представить себе ситуацию, при которой весьма высокие расходы на поддержание низкой температуры будут компенсированы за счет снижения потерь энергии и линия электропередачи с использованием сверхпроводников станет экономически конкурентоспособной. К сожалению, в действительности все обстоит не так просто. [c.232] Уже давно было выявлено, что если сверхпроводник поместить в магнитное поле, то при определенном знйении индукции приложенного магнитного поля Вкр сверхпроводимость может, исчезнуть и металл становится обычным проводником. Значения В р для чистых металлов очень низкие и меняются в зависимости от температуры, как показано на рис. [c.233] Значение критического тока слишком мало, чтобы применение такого проводника было экономически оправданным. Если бы напряжение такой линии электропередачи было равно 135 кВ, мощность, которую по ней можно было бы передать, составила бы только 70,9 МВт. Экономия на снижение потерь при передаче такой же мощности по обычной линии электропередачи высокого напряжения никак не окупает затрат, которые потребовалось бы вложить в криогенную технику для обеспечения сверхпроводимости. [c.233] Но не все потеряно. Некоторые интерметаллические соединения, перечисленные выше, имеют не только высокие переходные температуры, но и очень высокий уровень критической индукции магнитных полей (рис. 9.6). [c.233] Особенно большая разница между сверхпроводниками двух групп обнаруживается при явлении, получившем название эффекта Мейснера. [c.233] Для понимания механизма образования потерь в сверхпроводнике II рода требуется подход, основанный на принципе квантовой механической теории. Здесь нет необходимости подробно останавливаться на принципах этой теории, с ними можно ознакомиться по другим литературным источникам. Следует, однако, отметить, что эти потери могут быть снижены путем выбора соответствующих размеров и конфигурации проводника и тщательной обработки его поверхности. Потери существенно зависят от температуры и индукции магнитного поля. В проводнике из сплава селена с ниобием NbaSn при постоянной температуре 6 К потери составляют от долей микроватта при 6=0,1 Тл до нескольких сот микроватт при В=0,2 Тл на 1 м площади поверхности проводника. Как легко можно подсчитать, эти потери могут быть очень большими и намного превышать потери, исчисляемые произведением PR. Для постоянного тока потери в сверхпроводниках II рода примерно вдвое меньше, чем для переменного, но и они в большинстве случаев слишком велики. [c.234] Необходимо решить и еще одну серьезную проблему. Нагрузка линий электропередачи вследствие выхода из строя оборудования, поражения молнией или переключения может внезапно меняться. При этом импульсы тока могут приводить сверхпроводник в обычное состояние, при котором восстанавливается его активное сопротивление, в результате чего выделяемая теплота может в лучшем случае вызвать полное испарение охладителя — гелия — и в худшем — расплавить проводник. Одним из путей решения этой проблемы является дополнение сверхпроводника обычными проводниками— медными или алгоминпевыми—с соответствующим сечением. В этом случае, если сверхпроводник из-за выделения большого количества теплоты неожиданно потеряет способность к сверхпроводимости, обычный проводник примет на себя нагрузку. Но одна из проблем останется нерешенной. Она состоит в том, что на восстановление сверхпроводимости требуется несколько секунд. [c.234] Еще одна проблема потенциально связана с получением гелия. Использование гелия в качестве охладителя наиболее экономически приемлемо, если.не будут найдены сверхпроводники с более высокой критической температурой. Но поскольку содержание гелия в атмосфере слишком незначительно, получение его из атмосферы практически невозможно. [c.234] Рассматриваются возможности использования явления сверхпроводимости и в других направлениях, в частности в создании генераторов и магнитов. Создание мощных сверхпроводящих магнитов является одной из тех областей, где эта технология имеет существенные преимущества перед обычной технологией. [c.235] Представляется маловероятным, чтобы сверхпроводимость могла оказать большое влияние на прогресс в области передачи электроэнергии. Обусловлено это чрезмерно высокой стоимостью оборудования для таких линий электропередачи. Вместе с тем, существует одна область в передаче электроэнергии, где сверхпроводимость может оказаться очень полезной в будущем, — это подземная кабельная передача электроэнергии. [c.235] Вернуться к основной статье