超导电力技术_基础部分.ppt

1、2020年6月4日 超导技术电力应用基础 1 超导技术在电力系统中的应用 王银顺华北电力大学电气与电子工程学院2016年03月 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 2 报告内容 超导电性简介实用超导材料介绍低温容器及制冷简介小结 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 3 超导体具有零电阻 R 0 超导电工 电力 完全抗磁性Meissnereffect B 0 超导磁悬浮 宏观量子效应Josephson效应 超导电子学 一超导简介 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 4 电流电阻焦耳热温度 电流 电阻 宏观 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 5 电流电阻焦耳热温度 焦耳热

2、 温度 宏观 电流电阻焦耳热温度 微观 非弹性散射 v1 v2 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 6 电流电阻焦耳热温度 微观 非弹性散射 电子损失能量 原子核获得能量 原子核振动加剧 运动混乱程度加剧 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 7 电流电阻焦耳热温度 微观 温度定义 描述微观粒子运动混乱程度 所以温度升高 T 0依据 出现电阻 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 8 二流体模型 R 0 导电电子 超导电子 正常电子 牛顿第二定律 若超导电流密度JS为稳定 直流 超导电流密度 则 E 0 由欧姆定律JS E 所以只有 也就是电阻率 0 反之 E不为零 2020年6

3、月4日 超导技术电力应用基础 9 BCS TheoryCooperpairs R 0 Shr dingerEquaion 最难解释 用到量子力学波函数概概念 Fermi DiracandBose EinsteinDistribution 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 10 带电粒子在外电磁场及外场中的薛定谔方程为 其中 A和V为矢量位和标量位 q为电荷量 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 11 库珀对 一对电子之间 净 引力 如果f12 FQe 两个同性电荷中心之间存在 等效 的 净 引力 FQe 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 12 BCS TheoryCoop

4、erpairs R 0 只有R 0 超导电性 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 13 MeisnnerEffect B 0 量子化得 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 14 MeisnnerEffect B 0 penetrateddepth 10 8m 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 15 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 16 宏观上超导体内B 0 J 0 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 17 约瑟夫逊 Josephson 效应 DC效应 实部 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 18 约瑟夫逊 Josephson 效应 AC效应 虚部 代

5、入 1 取实部 1 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 19 SQUID SuperconductingQuantumInterferenceDevice Quantaflux 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 20 超导体分类 第一类超导体和第二类超导体体 penetrateddepth 10 8m InterferenceLength 10 6m distance betweenCooperpairs Ginzburg Landauparameters 第一类超导体 第二类超导体 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 21 第一 二类超导体特性 第一类超导体 第二类超导体

6、 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 22 第二类超导体混合态 超导电性相图 Hc1 Hc2 N正常态 S超导态 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 23 理想和非理想第二类超导体 磁化曲线可逆 无剩磁 交流无损耗 磁化曲线不可逆 有剩磁 YBCO19T 20K 可作为永磁体 交流有损耗 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 24 理想和非理想第二类超导体 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 25 超导现象发现历史 1911年 超导电性的发现 Tc 4 2K 1960年 NbTi和Nb3Sn Tc 9 3KandTc 18K 1986年 高温超导体的发现 Tc 92K Y

7、i based Tc 110K B based Tc 135K Tl based 2001年 MgB2超导材料 Tc 39K2008年 Fe based Tc 56K 三个基本临界参数 临界温度Tc 临界磁场Hc 临界电流密度jc 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 26 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 27 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 28 1960年 NbTi和Nb3Sn 合金1982年 极细丝NbTi导线 1micro meter1999年 第一代HTSwie tape BSSCO超导带材 粉末管装法 PIT 2005年 MgB2wire tape 粉末管装

8、法 PIT 2007年 第二代HTSwie tapeYBCO超导带材 化学涂层法 MOV 离子束辅助沉积 IBAD IBAD轧制辅助双轴织构化 RABiTS 倾斜基板沉积法 ISD 激光溅射法 PLD 实用超导体材料加工工艺 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 29 超导材料的电磁特性 临界电流定义 2等效判据 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 30 超导材料的各向异性 At4 2K 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 31 超导材料的电磁各向异性 2G AMSCprovide NCEPU InnoverPower 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 32 超导材料的

9、稳定性 Flux jump MQE MZP QV a超导体直径细丝化可减小 MQE 外界干扰LTS J HTS mJMZP NormalZonePropationQTV LTS 100m s HTS cm s 绝热稳定 动态稳定 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 33 超导材的交流损耗 超导体在直流运行条件下电阻为零 没有焦耳损耗 在交流运行情况下 产生磁滞损耗 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 34 超导现象发现历史 1911年 超导电性的发现 Tc 4 2K 1960年 NbTi和Nb3Sn Tc 9 3KandTc 18K 1986年 高温超导体的发现 Tc 92K Yi

10、 based Tc 110K B based Tc 135K Tl based 2001年 MgB2超导材料 Tc 39K2008年 Fe based Tc 56K 三个基本临界参数 临界温度Tc 临界磁场Hc 临界电流密度jc 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 35 1960年 NbTi和Nb3Sn 合金1982年 极细丝NbTi导线 1micro meter1999年 第一代HTSwie tape BSSCO超导带材 粉末管装法 PIT 2005年 MgB2wire tape 粉末管装法 PIT 2007年 第二代HTSwie tapeYBCO超导带材 化学涂层法 MOV 离子束辅

11、助沉积 IBAD IBAD轧制辅助双轴织构化 RABiTS 倾斜基板沉积法 ISD 激光溅射法 PLD 实用超导体材料简介 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 36 实用超导体材料加工工艺 拉拔法 NbTi多芯超导线的制备工艺 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 37 内扩散法制备Nb3Sn多芯复合超导线工艺 外扩散法制备Nb3Sn多芯复合超导线工艺 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 38 MgB2Wire PIT 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 39 Bi2223 Ag 1Gtape PIT 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 40 YBCO 2GTape

12、 PIT 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 41 41 FundamentalElementsofAppliedSuperconductivityinElectricalEngineering FirstEdition YinshunWang 2013SciencePress Published2013byJohnWiley SonsPte Ltd 1 Melt texture growthprocess MTG 2 Quench melt growthprocess MTG Melt powder melting growthprocess MPMG 3 Powder melting

13、 process PMP TypicalshapesofReBCObulks a SingleYBCOgrains b hexagonalshape c cylindricaldisk d hollowcylinderwithouterthintubeoffiberreinforcedplastics a b c d HTSBulk 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 42 6 7HTSBulk Meltcastprocess MCP TwotypicalshapesofBi2212bulksusedascurrentleadswithdifferentsizescommercially

14、fabricatedbyNexans a rods b tubes a b 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 43 超导材料的电磁各向异性 2G AMSCprovide NCEPU InnoverPower 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 44 FundamentalElementsofAppliedSuperconductivityinElectricalEngineering FirstEdition YinshunWang 2013SciencePress Published2013byJohnWiley SonsPte Ltd 机械特性的一般描述 韧性材料轴向应力 应

15、变曲线 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 45 超导材料的机械特性 拉伸 弯曲 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 46 超导材料的稳定性 Flux pump MQE MZP QV a超导体直径细丝化可减小 MQE 外界干扰LTS J HTS mJMZP NormalZone QTV LTS 100m s HTS cm s 采取合理的保护措施 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 47 超导材料的交流损耗 磁滞损耗 电力设备 Iac Bac Iac bac归一化值 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 48 超导材料的交流损耗 磁滞损耗 电力设备 Iac Bac Iac

16、bac归一化值 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 49 实用超导线价格 NbTiPresently 1 2 kAm0 6 kAm 5T Nb3SnToday 10 20 kAmExpected 2 4 kAm1 27 kAm 12T YBCOPresently 300 kAm36 kAm 2212 12T Guessed 10 20 kAmExpertopinion 50 kAmBi 2223PresentlyAMSC124 kAm Lowestlimitsofcost Nb based 150 kg 0 60 m strand 1 50 kA m 0 5H PIT processed

17、 powderisexpensive butgettingcheaperMgB2mightbe 50 kg 0 10 m 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 50 二低温及制冷 低温容器传热方式 固体热传导 Solid conduction 对流 Convection 热辐射 ThermalRadiation 对应采取措施 减小截面 抽真空 加多层辐射屏 Wiedemann Franz定律 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 51 低温容器结构 ACapplication 交流用 暖瓶 杜瓦 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 52 不锈钢环氧玻璃钢 2020年6月4日 超导

18、技术电力应用基础 53 低温制冷技术 密闭系统 压缩 放热膨胀 吸热浅冷 125K深冷 125K空调 冰箱 制冷机 Stirling制冷机 G M制冷机 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 54 低温制冷及生产厂家 斯特林制冷机 Stirling Netherland StirlingCryogenics RefrigerationBV 逆布雷顿循环制冷机 France AirLiquide andUSALindeKryotechnikAG G M制冷机 W E GiffordandH O McMahon Japan Sumitomo USA CTI Cryogenics 脉冲管制冷机 USA Cryomech Penaltycoefficient LN2 77K 11 15LHe 4 2K 500 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 55 低温介质基本物理性质 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 56 四超导电力应用 低场应用 2020年6月4日 超导技术电力应用基础 57 谢谢