تأسیسات و تجهیزات بسیار متنوعی در جهان وجود دارند که برای رفع نیاز مصرف کننده، به دریافت مقدار زیادی انرژی از شبکه برق شهری نیاز دارند. این اضافه بار، موجب قطع ناگهانی برق و آسیب به دستگاه می‌شود. امّا خوشبختانه در قرن بیست و یکم، در ساخت کابل برق انقلابی صورت گرفت که مدعی حل این مسئله شد.
در عصر جدید، مصرف برق و جریان الکتریسته بسیار زیاد است و موجب ایجاد محدودیت در شبکه تولید، انتقال و پخش نیروی الکترونیکی می‌شود. این دلیل کافی بود که صنعتگران را به فکر بیندازد تا به دنبال راهی برای جلوگیری از ایجاد مشکل افزایش مصرف نیروی الکتریسیته باشند. کابل ابررسانا HTS نتیجه تلاش این صنعتگران ماهر بود. در ادامه سایت زیتون کابل به معرفی بیشتر این محصول می‌پردازیم.
خرید انواع کابل کواکسیال و کابل افشان از زیتون کابل
تاریخچه کابل ابررسانا HTS
کابل ابررسانا که توانست در دنیای الکترونیک تحول بزرگی ایجاد کند، توسط بزرگترین کمپانی ساخت کابل در جهان، به نام "نکسان" تولید شد.
اولین شرکتهای که استفاده از کابل HTS را آغاز کردند، در آمریکا بودند. برای مثال در کلمبوس اوهایو، این کابل‌ها توانست سوت وایر را تا 3000 آمپر با ولتاژ 2/13کیلوولت انتقال دهد.
همچنین نیویورک نیز درآلبانی، موفق شد شبکه توزیع HTS را الکترونیکی کند. در ادامه شرکت لیپا در چین نیز، کابلی با ولتاژ 138کیلو ولت را که کمپانی نکسان طراحی و تولید کرده بود، به طول نیم مایل نصب کرد، تا قدرتمندترین شبکه HTS جهان را به نام خود ثبت کند.
![کابل hts]()
کاربرد کابل HTS
همانطور که در ابتدای مقاله ذکرشد، در قرن بیست و یکم، کابل‌های ابررسانا توانستند در صنعت الکترونیکی، تغییر بسیار بزرگی ایجاد کنند.
به‌‌کارگیری مواد ابررسانا در یک کابل، توانایی آن را بسیار بالا می‌برد. در حقیقت استفاده از کابل HTS که شکل ظاهری آن، دقیقاً مانند کابل‌های معمولی است، توان انتقال نیروی الکتریسیته را بین 2 تا 5 برابر، بیشتر کرده است. ضمن این که اضافه بار را کنترل می‌کند و خطری برای دستگاهها ندارد.
البته برای اینکه رسانا در کابل به خوبی عمل کند باید به یک نکته دقت کرد:
کابل ابررسانا، برای این که خاصیت ابررسانایی خود را نمایش دهد، مواد آن باید در زیر درجه حرارت بحرانی قرار بگیرد. یعنی جریانی را که عبور می‌دهد از دمای بحرانی کمتر بوده و محیطی که در آن کار می‌کند، میدان مغناطیسی کمتری از میدان مغناطیسی بحرانی داشته باشد . این عمل، کابل را به نیتروژن مایع (که خنک کننده همیشگی است)، نیازمند می‌کند.
نیتروژن مایع نه تنها ارزان و مقرون به صرفه است، بلکه کمترین آسیب را به محیط زیست وارد می‌کند. همچنین جایگزین مناسبی برای روغنهایی است که در کابل‌های معمولی استفاده می‌شود.
این خنک کننده مایع، لابه لای کابل HTS جریان دارد و مانند یک عایق بین لایه اصلی و لایه خارجی قرار گرفته است تا دما را به کمتر از منفی 200 درجه سانتی گراد برساند. نیتروژن مایع از فرآیند تقطیر (مایع کردن هوا) تولید می‌شود.
![کاربرد کابل hts]()
انواع کابل ابررسانا
به طور کلی کابل‌های ابررسانا انواع مختلفی دارند که عبارتند از:
کابل ابررسانا LTS
برای ابررسانا شدن این کابل، به دمای 8 درجه کلوین نیاز است. این دمای پایین موجب زیاد شدن هزینه خنک‌‌سازی کابل می‌شود.
کابل ابررساناHTS
دمای مورد نیاز برای ابررسانا شدن این کابل، 65 درجه کلوین می‌باشد. به همین علت، به کابل دما بالا نیز معروف است.
ساختار کابل HTS از نظر دیالکتریکی به صورت زیر است:
کابل ابررسانا HTS با دی الکتریکی سرد (CD)
ساختار این کابل به دو صورت است: یا کابل دارای 3 فاز بوده که همه در یک سرما سنج مشترک قرار دارند و یا اینکه هر کدام از 3 فاز به طور مجزا دارای سرما سنج هستند.
ساختار این کابل به علت تعداد لایه و فضای حرکت مواد خنک کننده، متفاوت است.
- ساختار اول: فضای خنک‌کننده برای هر فاز در نظر گرفته شده است که با سیم HTS احاطه می‌شود.
- ساختار دوم: از نوع سیم کواکسیکال بوده و شامل ابررسانای دما بالاست که به واسطه نیتروژن مایع داخل کانال خالی قابل انعطاف و سرد می‌شود.
ساختار کابلHTS سه رشته
سه رشته هم محور که همه دور هسته اصلی قرار گرفته‌اند و خنک کننده به صورت مشترک عمل می‌کند. اولین کابل سه رشته در سال 2002 در آزمایشگاه ملی آمریکا طراحی شد.
کابل ابررسانا HTS با دی الکتریکی گرم (RTD)
کابلی که با عایق RTD ساخته شد وه متکی به 3 فاز جداست. به این معنی که باید، فاصله مشخص بین 3 کابل تک فاز، برای افزایش توان انتقال نیرو و کاهش تلفات ناشی از آن وجود داشته باشد.
کابل‌های HTS با دیالکتریکی گرم دارای طراحی ساده هستند که عایق گرم تک فاز دارند. مایع خنک کننده از مرکز کابل که کانال مانند است، عبور می‌کند و سیم HTS اطراف آن را می‌پوشاند. قدرت جریان در این کابل 2 تا 4 کیلو آمپر است.
ساختار کابل HTS
ساختار کابل HTS از سیستم خنک کننده، دستگاه کنترل و کابلشو تشکیل شده است. این کابل دما بالا، مجهز به تعدادی سیم با محور ابررسانایی است. عایق مغزی کابل را به کمک ماده نیتروژن مایع، از نظر الکترونیکی، ایزوله می‌کنند.
![تفاوت کابل HTS و کابل مسی]()
تفاوت کابل HTS و کابل مسی
کابل ابررسانا HTS تلفات کمتری نسبت به کابل‌های مسی دارد. یک کابل ابررسانا HTS با 8 کابل مسی برابری می‌کند. قیمت کابل ابررسانا به علت تولید کم از کابل مسی گران‌تر است. اما اگر به تولید انبوه برسد نسبت به کابل‌های معمولی ارزان‌تر می‌شود.
جالب است بدانید کابل ابررسانا HTS نسبت به کابل مسی آسیب کمتری به محیط زیست وارد می‌کند.
نیازهای ویژه برای استفاده از کابل ابررسانا HTS
شبکه که از کابل HTS استفاده می‌کند باید به صورت دوره‌ای، تعمیرات سیستم خنک‌کننده را انجام دهد و برای این کار به پست ثابت نیاز دارد.
در کابلهایی که محدودیت جریان خودکار دارند، باید رلههای حفاظتی با دقت زیادی تنظیم شوند و در صورت خطا امپدانس کابل را در نظر بگیرند.
در پست برق، کابلشوهایی که برای کابل HTS در نظر می‌گیرند، از کابلشوهای معمولی بزرگتر است.
![کابل ابر رسانا hts]()
مزیت‌های ابررسانای HTS
مزایای کابل ابررساناHTS عبارت است از:
- امکان انتقال انرژی با توان بسیار بالا تا 150 برابر
- مقاومت بسیار کم
- نصب و راه اندازی بسیار آسان
- توانایی محدود کردن جریان خودکار
- از مهم ترین مزایای کابل ابررساناHTS توزیع مناسب جریان و انرژی الکتریسته، در مناطق پر جمعیت است.
اگر قرار باشد مزیت‌های این کابل ابررسان را به طورکلی بیاین کنیم، موارد زیر را شامل می‌شود:
ترانسفورماتور HTS
در ترانسفورماتورهای که از سیم ابررسانا استفاده می‌کنند، نسبت به تراسفورماتور با کابل معمولی، سایز و وزن دستگاه بین 40 تا 60 درصد کاهش می‌یابد. این کار هزینه حمل و نقل، تولید و نصب را کم می‌کند.
![مزایا کابل hts]()
افزایش طول عمر
در سیستم کابل‌های HTS، دما ثابت است و از افزایش و کاهش در سیم پیچ خبری نیست. در نتیجه تنش مکانیکی کم شده و عمر آنها بیشتر می‌شود.
مزیت اقتصادی
سیم HTS موجب کاهش تلفات می‌شود و حجم، اندازه و وزن کمتری دارد. همچنین طول عمر آن بالاست. در نتیجه به لحاظ اقتصادی نسبت به سیمهای معمولی در بلند مدت هزینه کمتری را شامل می‌شود.
تحریم خطا
در کابل‌های ابررسانا مواد کاربردی به گونه‌‌ای است که توانایی محدود کردن جریان خطا را دارد. این ظرفیت را معمولا زمان طراحی ترانس اعمال می‌کنند.
بالا بودن راندمان
از آنجایی که کاهش مقاومت سیم پیچها، تلفات انرژی موجود در ترانس را کاهش می‌دهد، راندمان ترانس افزایش می‌یابد.
برای محدوده ترانسفورماتور ضرر ندارد
در کابل ابررسانا HTS از نیتروژن مایع استفاده می‌کنند. نیتروژن مایع نه تنها نقش عایق را ایفا می‌کند، بلکه خنک‌کننده نیز هست. این مایع از انفجار ترانس جلوگیری می‌کند و به محیط زیست آسیبی وارد نمی‌کند.
محدودیت جریان خطا
SFCL یا محدودیت جریان خطا می‌تواند اضافه بارهای جریان انرژی را که موجب قطع ناگهانی برق و آسیب به دستگاه و سیستم می‌شود، کنترل کند.
سوئیچ ابررسانا
از مواد ابررسانا برای کلید زنی می‌توان استفاده کرد. به این صورت که اگر شدت قدرت میدان مغناطیسی تغییر کند، ابررسانا توانایی تغییر وضعیت از از ابررسانایی به مقاومت و از مقامت به ابررسانایی را دارد.
آهنربای مغناطیسی
مواد HTS می‌توانند در برابر کابل معمولی و مسی، میدان مغناطیسی وسیع تری تولید کنند.
افزایش جریان با کابل HTS
کابل HTS تا 100 برابر بیشتر از کابل‌های مسی، جریان برق را انتقال می‌دهد. این امر موجب کاهش هزینه می‌شود.
افزایش راندمان دستگاه
استفاده از مواد ابررسانا در موتور و ژنراتور به علت کاهش مقاومت، باعث بهتر شدن راندمان و کار دستگاهها خواهد شد.
کاربرد کابل HTS در آینده
- توانایی انتقال برق به طور مستقیم تا فاصله 500 مایل و ظرفیت بالای 10 گیگاوات
- تقویت و بالا بردن توان برق شبکه‌های شهری
- بالا بردن اعتماد و ظرفیت تأسیسات بدون ساخت پست برق
- کاهش یا حذف ازدیاد شبکه برق و خط های پراکنده
سخن پایانی
آشنایی دنیای الکترونیک با کابل ابررسانا و استفاده از آن در تأسیسات شهری و کارخانهها موجب افزایش تولید ابررسانای HTS می‌شود. این کابل‌ها شاید در ابتدا هزینه بسیار داشته باشد اما از آنجایی که خسارات ناشی از قطع برق و خرابی دستگاه را کاهش می دهند نسبت به کابل‌های معمولی به صرفه تر هستند.
منبع:
www.azom.com