超導(dǎo)電纜絕緣材料的應(yīng)用研究

王鵬榮

（富通集團(tuán)（天津）超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用有限公司，天津 300384）

引言：超導(dǎo)體材料在使用過程中，在超導(dǎo)形態(tài)下可達(dá)到電能傳輸?shù)牧銚p耗，這對于電力結(jié)構(gòu)來講，超導(dǎo)體材料可有效節(jié)約電力傳輸成本。從材料本身所呈現(xiàn)出特性來看，超導(dǎo)體材料具備抗磁性，當(dāng)外部磁場對材料本體所產(chǎn)生的磁力效應(yīng)無法對滲透進(jìn)材料時(shí)，此時(shí)超導(dǎo)體材料內(nèi)部將呈現(xiàn)出一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，即為材料內(nèi)部磁場變化值為零。超導(dǎo)體如想實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)狀態(tài)，則需要達(dá)到一定的臨界溫度，令導(dǎo)體內(nèi)部的電阻值呈現(xiàn)出一個(gè)趨零狀態(tài)，以降低導(dǎo)體在電能傳輸過程中的損耗率。從實(shí)際應(yīng)用形式來看，由于導(dǎo)體材料本身并不屬于一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，而是通過在某一類狀態(tài)下，物質(zhì)是否呈現(xiàn)出一個(gè)超導(dǎo)狀態(tài)來決定的。現(xiàn)階段，已知的超導(dǎo)體材料已經(jīng)高達(dá)2200 種，其包括元素單質(zhì)、化合物等，且不同物質(zhì)由于屬性方面的差距，實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域也呈現(xiàn)出一定的差異性。為此，可進(jìn)一步挖掘出超導(dǎo)體材料本身所具備的屬性，通過質(zhì)量、性能、成本等方面的考慮，令其替代電力網(wǎng)絡(luò)中的電力傳輸組件，以此來降低輸電成本，提高企業(yè)的運(yùn)營效益。

一、室溫絕緣的應(yīng)用

聚乙烯（PE）作為最常用的聚合物絕緣材料，此類材料所呈現(xiàn)出的性能是由聚合方法所決定的，在不同聚合手段下，材料本體的支鏈類別、支鏈度存在一定的差異性，此外，聚乙烯衍生材料所呈現(xiàn)出的特性具有較大差距，為進(jìn)一步增強(qiáng)材料本身的應(yīng)用屬性，需采用不同特性的組合，提高材料在室溫條件下的超導(dǎo)性能。通常情況下，室溫絕緣材料一般以擠包型為主，通過對線纜進(jìn)行擠壓，來降低電線導(dǎo)體之間的間隔，進(jìn)而避免在充電過程中產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。

交聯(lián)聚乙烯是聚乙烯材料在光線輻射的同時(shí)，在聚乙烯材料中添加交聯(lián)劑（交聯(lián)劑：小分子化合物，具備針對特殊基團(tuán)，可令材料內(nèi)部的分析實(shí)現(xiàn)耦聯(lián)，增強(qiáng)不同分子之間的粘合力）。交聯(lián)狀態(tài)下的聚乙烯材料具有抗氧化性、開裂性、脆化性等。交聯(lián)聚乙烯材料的絕緣電阻值要高于聚乙烯材料。

二元共聚物乙丙橡膠是一種常見的室溫絕緣超導(dǎo)材料，它是由乙烯、丙烯混合所生成的聚合物。在正常室溫條件下，其介電參數(shù)為2.8，耗損正切值3.7x10-9，且此類復(fù)合材料所呈現(xiàn)出的損耗受外界環(huán)境影響因素較大，但其在低溫下所呈現(xiàn)出的穩(wěn)定性較高。

二、冷絕緣的應(yīng)用

冷絕緣超導(dǎo)線纜材料是指在低溫環(huán)境下，材料本體所呈現(xiàn)出的屬性可滿足低消耗運(yùn)行的需求。目前，應(yīng)用于冷絕緣超導(dǎo)體的材料主要可分為三部分。第一，聚酰亞胺為超導(dǎo)體線纜的原材料，此類物質(zhì)是一種聚合物，由亞胺、酰胺在一定條件下化合而成的物質(zhì)。此類物質(zhì)在實(shí)際使用過程中所呈現(xiàn)出的介電參數(shù)范圍為2.9～3.1，當(dāng)室溫降低到液氮環(huán)境下的基準(zhǔn)值時(shí)，材料所具備的電阻率約1.8x1017Ω·cm。聚酰亞胺材料的抗張強(qiáng)度較高，在與其他物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，可通過基團(tuán)之間的活性進(jìn)一步界定出介電常數(shù)值，以將其降低到一個(gè)可控范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)電阻值的校對，提高材料的導(dǎo)電性能。第二，聚芳酰胺紙的制作工藝，主要是以纖維、苯二甲酰胺為原材料，經(jīng)由濕法、熱軋等工藝制作而成，其在液氮環(huán)境下所呈現(xiàn)出介電參數(shù)約為2.9。但從現(xiàn)階段材料特性的呈現(xiàn)形式來看，其在穩(wěn)定性、紙張強(qiáng)度方面存在一定的使用缺陷。第三，聚丙烯紙。此類材料是以帶有一定的孔隙的紙張與聚丙烯材在高壓下進(jìn)行制作。其在超低溫條件下的穩(wěn)定性較高，且低溫下的電阻值與常溫下所呈現(xiàn)出的電阻值差異較小，這就提高其在實(shí)際應(yīng)用過程中的穩(wěn)定性。

三、復(fù)合絕緣的應(yīng)用

復(fù)合絕緣材料主要是將具有超導(dǎo)特性的材料進(jìn)行整合，通過材料性能之間的互補(bǔ)，以提高復(fù)合材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同性。復(fù)合材料在制備過程中，可以針對不同材料之間的屬性進(jìn)行分析，然后通過化學(xué)手段融合在一起，這就間接降低復(fù)合材料的成本性，令其在相關(guān)領(lǐng)域呈現(xiàn)出較大的應(yīng)用優(yōu)勢。現(xiàn)階段，復(fù)合絕緣材料一般以兩種衍生形態(tài)最為常見。第一，聚乙烯基復(fù)合體。由于聚乙烯在外部磁場的作用下，結(jié)構(gòu)空間的電荷將產(chǎn)生移位現(xiàn)象，這就加速物質(zhì)本體的老化問題，將其與無機(jī)物質(zhì)進(jìn)行組合，則可有效對內(nèi)部電荷移位所產(chǎn)生的電流子進(jìn)行捕獲，然后將其均勻的輸送到相應(yīng)物質(zhì)空間內(nèi)，進(jìn)而消除物質(zhì)內(nèi)結(jié)構(gòu)空間電荷負(fù)載現(xiàn)象。在實(shí)際使用過程中，聚乙烯基復(fù)合體則可有效抗擊因外部環(huán)境所帶來的電荷擊穿問題。第二，聚酰亞胺基復(fù)合體。此類復(fù)合材料，主要是通過無機(jī)納米顆粒對聚酰亞胺材料進(jìn)行性能補(bǔ)充，在其耐電暈性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增強(qiáng)材料絕緣性。通過材料分子之間的鏈接，令物質(zhì)在受到點(diǎn)擊時(shí)，可對當(dāng)前所接收到的電荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，進(jìn)而降低材料被擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)語

綜上所述，超導(dǎo)電纜絕緣材料在實(shí)際應(yīng)用過程中，通過材料本體的超導(dǎo)性、零電阻性可真正令電能傳輸實(shí)現(xiàn)超低損耗，這對于整個(gè)電力傳輸系統(tǒng)而言，可最大限度保證設(shè)備在運(yùn)行過程中，節(jié)約能源的損耗率，以緩解當(dāng)前資源消耗的壓力。期待在未來發(fā)展過程中，研發(fā)人員可深度挖掘出超導(dǎo)材料的性能，擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域，以促進(jìn)我國行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。