【摘 要】
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第二代高温超导材料的出现,推动了超导技术的进一步发展。超导限流器对电网的运行有许多积极的作用,但如何提高超导限流器的临界电流和降低交流损耗仍是当前研究工作需要解决的问题。在电阻型超导限流器中,线饼和带材相互堆叠。不同的电流方向和不同的排列方式对临界电流和交流损耗的影响会直接影响到电阻型超导限流器的性能,进而影响到电网的稳定运行。本文分别使用实验和仿真的方法分别对第一代与第二代高温超导带材和TSTC
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第二代高温超导材料的出现,推动了超导技术的进一步发展。超导限流器对电网的运行有许多积极的作用,但如何提高超导限流器的临界电流和降低交流损耗仍是当前研究工作需要解决的问题。在电阻型超导限流器中,线饼和带材相互堆叠。不同的电流方向和不同的排列方式对临界电流和交流损耗的影响会直接影响到电阻型超导限流器的性能,进而影响到电网的稳定运行。本文分别使用实验和仿真的方法分别对第一代与第二代高温超导带材和TSTC（Twisted Stacked-Tape Cable）与QIS（Quasi-Isotropic Super-cable）两种电缆及其组合结构在不同排列和通流方式下的载流性能和交流损耗展开研究。以及使用实验的方式对第一代和第二代高温超导电缆在拉伸和侧压下的载流性能和交流损耗的差异性展开了研究。具体工作内容如下:使用实验的方式发现,在不同排布和通流方式下,堆叠时,同向电流的临界电流小于反向;并列时,同向电流的临界电流大于反向,堆叠时的差异性更大。两带材之间,同向的电流产生的磁场相互叠加,而反向通流时产生的磁场相互抵消。堆叠时,磁场的主要方向与带材平行,所以同向电流的临界电流小于反向;并列时,磁场的主要方向与带材垂直,所以同向电流的临界电流大于反向。Bi2223带材变动的幅度比YBCO带材更大,这是因为Bi2223的临界电流各向异性表现不如YBCO。随着电流频率的增加,YBCO和Bi2223的单周期交流损耗都有微小的下降。在电流大小相同的情况下,堆叠同向的交流损耗大于堆叠反向的交流损耗;排列同向的交流损耗小于堆叠反向的交流损耗。在相同的排列情况下,YBCO同向电流与反向电流的交流损耗差异性要大于Bi2223,这是因为YBCO带材相较于Bi2223更薄,磁场叠加和抵消的效果都更加明显。在力学作用下,Bi2223带材因结构和基底的原因,临界电流、n值和交流损耗在受侧向下压和拉力作用情况下的表现不及YBCO带材。有限元分析的方法发现,单根TSTC在四种通流方式下,临界电流最大为2765.92A,最小为2238.78A,两者的比值为1.24倍;单根QIS在三种通流方式下,临界电流最大为2704.44A,最小为2279.47A,两者的比值为1.19倍。在TSTC组合电缆中,临界电流最大为5633.2A,最小为4223.4A,两者的比值为1.33倍;在QIS组合电缆中,临界电流最大为5429.6A,最小为4467.3A,两者的比值为1.22倍。当对每个小导体通入400A幅值的交流电时,TSTC组合电缆的最大传输损耗为0.55236J/Cycle/m,最小传输损耗为0.09749J/Cycle/m,两者的比值为5.67倍;在QIS组合电缆中,最大的传输损耗为0.48597J/Cycle/m,最小的传输损耗为0.10135J/Cycle/m,两者的比值为4.79倍。可以看出,单根QIS及其组合电缆的临界电流、交流损耗的表现不及TSTC及其组合电缆,但是最大值和最小值的差异性要小于TSTC。
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