超导电缆绝缘材料的应用研究

王鹏荣

（富通集团（天津）超导技术应用有限公司，天津 300384）

引言：超导体材料在使用过程中，在超导形态下可达到电能传输的零损耗，这对于电力结构来讲，超导体材料可有效节约电力传输成本。从材料本身所呈现出特性来看，超导体材料具备抗磁性，当外部磁场对材料本体所产生的磁力效应无法对渗透进材料时，此时超导体材料内部将呈现出一个稳定状态，即为材料内部磁场变化值为零。超导体如想实现超导状态，则需要达到一定的临界温度，令导体内部的电阻值呈现出一个趋零状态，以降低导体在电能传输过程中的损耗率。从实际应用形式来看，由于导体材料本身并不属于一个独立的个体，而是通过在某一类状态下，物质是否呈现出一个超导状态来决定的。现阶段，已知的超导体材料已经高达2200 种，其包括元素单质、化合物等，且不同物质由于属性方面的差距，实际应用领域也呈现出一定的差异性。为此，可进一步挖掘出超导体材料本身所具备的属性，通过质量、性能、成本等方面的考虑，令其替代电力网络中的电力传输组件，以此来降低输电成本，提高企业的运营效益。

一、室温绝缘的应用

聚乙烯（PE）作为最常用的聚合物绝缘材料，此类材料所呈现出的性能是由聚合方法所决定的，在不同聚合手段下，材料本体的支链类别、支链度存在一定的差异性，此外，聚乙烯衍生材料所呈现出的特性具有较大差距，为进一步增强材料本身的应用属性，需采用不同特性的组合，提高材料在室温条件下的超导性能。通常情况下，室温绝缘材料一般以挤包型为主，通过对线缆进行挤压，来降低电线导体之间的间隔，进而避免在充电过程中产生局部放电现象。

交联聚乙烯是聚乙烯材料在光线辐射的同时，在聚乙烯材料中添加交联剂（交联剂：小分子化合物，具备针对特殊基团，可令材料内部的分析实现耦联，增强不同分子之间的粘合力）。交联状态下的聚乙烯材料具有抗氧化性、开裂性、脆化性等。交联聚乙烯材料的绝缘电阻值要高于聚乙烯材料。

二元共聚物乙丙橡胶是一种常见的室温绝缘超导材料，它是由乙烯、丙烯混合所生成的聚合物。在正常室温条件下，其介电参数为2.8，耗损正切值3.7x10-9，且此类复合材料所呈现出的损耗受外界环境影响因素较大，但其在低温下所呈现出的稳定性较高。

二、冷绝缘的应用

冷绝缘超导线缆材料是指在低温环境下，材料本体所呈现出的属性可满足低消耗运行的需求。目前，应用于冷绝缘超导体的材料主要可分为三部分。第一，聚酰亚胺为超导体线缆的原材料，此类物质是一种聚合物，由亚胺、酰胺在一定条件下化合而成的物质。此类物质在实际使用过程中所呈现出的介电参数范围为2.9～3.1，当室温降低到液氮环境下的基准值时，材料所具备的电阻率约1.8x1017Ω·cm。聚酰亚胺材料的抗张强度较高，在与其他物质进行反应时，可通过基团之间的活性进一步界定出介电常数值，以将其降低到一个可控范围内，实现电阻值的校对，提高材料的导电性能。第二，聚芳酰胺纸的制作工艺，主要是以纤维、苯二甲酰胺为原材料，经由湿法、热轧等工艺制作而成，其在液氮环境下所呈现出介电参数约为2.9。但从现阶段材料特性的呈现形式来看，其在稳定性、纸张强度方面存在一定的使用缺陷。第三，聚丙烯纸。此类材料是以带有一定的孔隙的纸张与聚丙烯材在高压下进行制作。其在超低温条件下的稳定性较高，且低温下的电阻值与常温下所呈现出的电阻值差异较小，这就提高其在实际应用过程中的稳定性。

三、复合绝缘的应用

复合绝缘材料主要是将具有超导特性的材料进行整合，通过材料性能之间的互补，以提高复合材料内部结构之间的协同性。复合材料在制备过程中，可以针对不同材料之间的属性进行分析，然后通过化学手段融合在一起，这就间接降低复合材料的成本性，令其在相关领域呈现出较大的应用优势。现阶段，复合绝缘材料一般以两种衍生形态最为常见。第一，聚乙烯基复合体。由于聚乙烯在外部磁场的作用下，结构空间的电荷将产生移位现象，这就加速物质本体的老化问题，将其与无机物质进行组合，则可有效对内部电荷移位所产生的电流子进行捕获，然后将其均匀的输送到相应物质空间内，进而消除物质内结构空间电荷负载现象。在实际使用过程中，聚乙烯基复合体则可有效抗击因外部环境所带来的电荷击穿问题。第二，聚酰亚胺基复合体。此类复合材料，主要是通过无机纳米颗粒对聚酰亚胺材料进行性能补充，在其耐电晕性的基础上，进一步增强材料绝缘性。通过材料分子之间的链接，令物质在受到点击时，可对当前所接收到的电荷进行转移，进而降低材料被击穿的风险。

结语

综上所述，超导电缆绝缘材料在实际应用过程中，通过材料本体的超导性、零电阻性可真正令电能传输实现超低损耗，这对于整个电力传输系统而言，可最大限度保证设备在运行过程中，节约能源的损耗率，以缓解当前资源消耗的压力。期待在未来发展过程中，研发人员可深度挖掘出超导材料的性能，扩展其应用领域，以促进我国行业领域的发展。