超導電纜絕緣材料的應用研究

王鵬榮

（富通集團（天津）超導技術應用有限公司，天津 300384）

引言：超導體材料在使用過程中，在超導形態下可達到電能傳輸的零損耗，這對于電力結構來講，超導體材料可有效節約電力傳輸成本。從材料本身所呈現出特性來看，超導體材料具備抗磁性，當外部磁場對材料本體所產生的磁力效應無法對滲透進材料時，此時超導體材料內部將呈現出一個穩定狀態，即為材料內部磁場變化值為零。超導體如想實現超導狀態，則需要達到一定的臨界溫度，令導體內部的電阻值呈現出一個趨零狀態，以降低導體在電能傳輸過程中的損耗率。從實際應用形式來看，由于導體材料本身并不屬于一個獨立的個體，而是通過在某一類狀態下，物質是否呈現出一個超導狀態來決定的?，F階段，已知的超導體材料已經高達2200 種，其包括元素單質、化合物等，且不同物質由于屬性方面的差距，實際應用領域也呈現出一定的差異性。為此，可進一步挖掘出超導體材料本身所具備的屬性，通過質量、性能、成本等方面的考慮，令其替代電力網絡中的電力傳輸組件，以此來降低輸電成本，提高企業的運營效益。

一、室溫絕緣的應用

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出的特性具有較大差距，為進一步增強材料本身的應用屬性，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，通過對線纜進行擠壓，來降低電線導體之間的間隔，進而避免在充電過程中產生局部放電現象。

交聯聚乙烯是聚乙烯材料在光線輻射的同時，在聚乙烯材料中添加交聯劑（交聯劑：小分子化合物，具備針對特殊基團，可令材料內部的分析實現耦聯，增強不同分子之間的粘合力）。交聯狀態下的聚乙烯材料具有抗氧化性、開裂性、脆化性等。交聯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，其介電參數為2.8，耗損正切值3.7x10-9，且此類復合材料所呈現出的損耗受外界環境影響因素較大，但其在低溫下所呈現出的穩定性較高。

二、冷絕緣的應用

冷絕緣超導線纜材料是指在低溫環境下，材料本體所呈現出的屬性可滿足低消耗運行的需求。目前，應用于冷絕緣超導體的材料主要可分為三部分。第一，聚酰亞胺為超導體線纜的原材料，此類物質是一種聚合物，由亞胺、酰胺在一定條件下化合而成的物質。此類物質在實際使用過程中所呈現出的介電參數范圍為2.9～3.1，當室溫降低到液氮環境下的基準值時，材料所具備的電阻率約1.8x1017Ω·cm。聚酰亞胺材料的抗張強度較高，在與其他物質進行反應時，可通過基團之間的活性進一步界定出介電常數值，以將其降低到一個可控范圍內，實現電阻值的校對，提高材料的導電性能。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，經由濕法、熱軋等工藝制作而成，其在液氮環境下所呈現出介電參數約為2.9。但從現階段材料特性的呈現形式來看，其在穩定性、紙張強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行制作。其在超低溫條件下的穩定性較高，且低溫下的電阻值與常溫下所呈現出的電阻值差異較小，這就提高其在實際應用過程中的穩定性。

三、復合絕緣的應用

復合絕緣材料主要是將具有超導特性的材料進行整合，通過材料性能之間的互補，以提高復合材料內部結構之間的協同性。復合材料在制備過程中，可以針對不同材料之間的屬性進行分析，然后通過化學手段融合在一起，這就間接降低復合材料的成本性，令其在相關領域呈現出較大的應用優勢。現階段，復合絕緣材料一般以兩種衍生形態最為常見。第一，聚乙烯基復合體。由于聚乙烯在外部磁場的作用下，結構空間的電荷將產生移位現象，這就加速物質本體的老化問題，將其與無機物質進行組合，則可有效對內部電荷移位所產生的電流子進行捕獲，然后將其均勻的輸送到相應物質空間內，進而消除物質內結構空間電荷負載現象。在實際使用過程中，聚乙烯基復合體則可有效抗擊因外部環境所帶來的電荷擊穿問題。第二，聚酰亞胺基復合體。此類復合材料，主要是通過無機納米顆粒對聚酰亞胺材料進行性能補充，在其耐電暈性的基礎上，進一步增強材料絕緣性。通過材料分子之間的鏈接，令物質在受到點擊時，可對當前所接收到的電荷進行轉移，進而降低材料被擊穿的風險。

結語

綜上所述，超導電纜絕緣材料在實際應用過程中，通過材料本體的超導性、零電阻性可真正令電能傳輸實現超低損耗，這對于整個電力傳輸系統而言，可最大限度保證設備在運行過程中，節約能源的損耗率，以緩解當前資源消耗的壓力。期待在未來發展過程中，研發人員可深度挖掘出超導材料的性能，擴展其應用領域，以促進我國行業領域的發展。