Сверхпроводящие кабели для линий электропередачи

«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010

22

Тема номера

ÑÂÅÐÕÏÐÎÂÎÄßÙÈÅ ÊÀÁÅËÈ

Ñâåðõïðîâîäÿùèå
êàáåëè äëÿ ëèíèé
ýëåêòðîïåðåäà÷è

«…Наши научно-исследовательские и производственные организа-

ции будут нацелены на внедрение инновационных технологий, таких, 
как разработки с применением эффекта сверхпроводимости, особо ак-
туального для наших протяженных территорий. Мы продолжаем терять 
гигантские объемы энергии при передаче ее по территории страны, ги-
гантские объемы. В будущем именно технология сверхпроводимости 
кардинально изменит всю сферу производства, передачи и использо-
вания электроэнергии…» 

Из послания Президента России Дмитрия Медведева 

Федеральному Собранию Российской Федерации 

12 ноября 2009 года

В

ажнейшей задачей, стоящей 
перед энергетикой, является 

создание эффективных и энер-
госберегающих систем переда-
чи энергии. Такое значительное 
увеличение в 3—8 раз мощности 
распределительных сетей (без из-
менения напряжения) может быть 
достигнуто путем замены тради-
ционных силовых кабелей сверх-
проводящими.

Появление на рынке высоко-

температурных сверхпроводящих 
(ВТСП) материалов с высокими 
токонесущими характеристиками 
создало принципиально новые 
возможности для практического 
использования этого явления. 

ВЫСОЦКИЙ Виталий 
Сергеевич, директор научного 
направления, заведующий 
отделением сверхпроводящих 
проводов и кабелей 
ОАО «ВНИИКП», д.т.н.

Основные преимущества си-

ловых ВТСП кабелей следующие: 
высокая токовая нагрузка, малые 
потери в сверхпроводнике, эко-
логическая чистота (отсутствие 
масел, минимальное электромаг-
нитное и тепловое воздействие 
на окружающую среду), высо-
кий уровень пожарной безопас-
ности. 

В настоящее время НИОКР по 

созданию силовых ВТСП кабель-
ных линий ведутся во многих про-
мышленно развитых и ряде раз-
вивающихся стран мира. Крупные 
проекты есть в Японии, США, 
Корее и Китае. В июле и августе 
2006 года запущены в опытную 
эксплуатацию ВТСП кабельные 
линии длиной 350 и 200 м в США, 
в 2008-м — кабельная линия дли-
ной 600 м (см. рис.). 

Таким образом, работа по соз-

данию силовых ВТСП кабельных 
линий признана актуальной во 

всем мире, поскольку она позво-
ляет решить коренные проблемы 
передачи больших потоков элек-
троэнергии и энергосбережения. 

Между тем до 2007 г. в России 

отсутствовало производство си-
ловых ВТСП кабельных линий и 
ее основных компонентов. 

ЯВЛЕНИЕ 

СВЕРХПРОВОДИМОСТИ 

И ЕГО ИССЛЕДОВАНИЕ

Сверхпроводимость — уни-

кальное явление природы, ко-
торое было открыто в 1911 году 
голландским ученым Каммерлинг-
Оннесом. Некоторые металлы и 
сплавы при сверхнизких темпера-
турах полностью теряют сопротив-
ление. В результате электрический 
ток по проводам может протекать 
без потерь. Это сулило неисчерпа-
емые возможности для примене-
ния сверхпроводимости во многих 
областях науки и техники. 

«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010

23

Тема номера

ÑÂÅÐÕÏÐÎÂÎÄßÙÈÅ ÊÀÁÅËÈ

Работы по сверхпроводимости 

или связанные с ней были удосто-
ены нескольких нобелевских пре-
мий. В том числе были отмечены 
ученые из СССР и России. 

Х. Камерлинг-Оннес — за 

открытие  сверхпроводимости 
в 1913 году, Дж. Г. Беднорц и 
К.А. Мюллер (Швейцария) в 1987 
году — за открытие ВТСП, Л.Д. 
Ландау (СССР) в 1962 году — за 
пионерские исследования в фи-
зике твердого тела, П.Л. Капица 
(СССР) в 1978 г. — за исследова-
ния в области низких температур, 
В.Л. Гинзбург и А.А. Абрикосов в 
2003 году — за теории сверхпро-
водимости и сверхтекучести.

Сверхпроводимость сущест-

вует только при очень низких 
температурах, поэтому ее ис-
пользование требует охлаждения 
сверхпроводящих устройств до 
сверхнизких (криогенных) темпе-
ратур. 

Обычные или низкотемпера-

турные сверхпроводники (НТСП) 
могли работать только при очень 
низких температурах, примерно 
4—5

о

К или минус 269—268

о

С. Та-

кое охлаждение очень сложно и 
дорого.

С открытием в 1986 году вы-

сокотемпературных сверхпро-

Рисунок. Наиболее крупные проекты сверхпроводящих 

кабелей в мире

•  резкое снижение затрат на 

охлаждение;

•  высокое значение критических 

параметров;

• повышение 

стабильности.

ПРЕДЫДУЩИЕ РАБОТЫ 

ПО СВЕРХПРОВОДЯЩИМ 

КАБЕЛЯМ

В СССР в 70-х годах начались 

работы по кабелям на низкотем-
пературных сверхпроводниках. 
Было создано несколько кабелей, 
причем на одном из них был полу-
чен рекордный ток в 12,6 тыс. А. 
Однако из-за сложности с охлаж-
дением эти проекты не были вне-
дрены. Подобные работы велись 
также и в США.

После открытия ВТСП работы 

по сверхпроводящим силовым 
кабелям возобновились во всем 
мире. Было создано несколь-
ко прототипов длиной от 5 до 
30—100 м и затем три кабеля, по-
казанных на рисунке. 

С 2005 года по инициативе 

РАО ЕЭС были начаты работы по 
разработке и внедрению сверх-
проводящих силовых кабелей на 
высокотемпературных сверхпро-
водниках в России, в том числе 
и представляемый проект по ка-

водников (ВТСП), способных ра-
ботать при температуре жидкого 
азота (77

о

К или -196

о

С), появи-

лась возможность получения 
преимуществ при использовании 
сверхпроводящих устройств, по-
скольку резко упрощалось и уде-
шевлялось криогенное обеспече-
ние.

Преимущества высокотемпе-

ратурных сверхпроводников:

«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010

24

бельной линии длиной 200 м мощ-
ностью 50 МВА. 

РОССИЙСКИЙ ПРОЕКТ 

СОЗДАНИЯ ВТСП КАБЕЛЬНОЙ 

ЛИНИИ

Создание базовых технологий 

сверхпроводящих кабелей и сило-
вой электрической линии длиной 
200 м на основе высокотемпера-
турных сверхпроводников. 

Цель:

•  увеличение мощности (в 3—8 

раз) распределительных сетей 
мегаполисов путем замены 
обычных силовых кабелей на 
кабельные линии с использо-
ванием высокотемпературной 
сверхпроводимости (ВТСП) 
при существующем номиналь-
ном напряжении распредели-
тельных сетей. 

Актуальность:

•  при передаче большой мощ-

ности на относительно низком 
10—20 кВ (генераторном) на-
пряжении не требуется проме-
жуточных подстанций; 

•  работы по созданию силовых 

ВТСП кабельных линий при-
знаны актуальными во всем 
мире, поскольку они позво-
ляют решить коренные про-
блемы передачи больших 

потоков электроэнергии и 
энергосбережения.
В результате реализации про-

екта были разработаны и созданы: 
•  базовая технология производ-

ства силовых ВТСП кабельных 
линий для распределительных 
сетей;

• опытный образец силовой 

ВТСП кабельной линии дли-
ной 200 м на напряжение 
20 кВ и мощностью 50/70 МВА, 
запланированный в дальней-
шем для установки и опытно-
промышленной эксплуатации в 
энергосети г. Москвы;

• высокоэффективные токовые 

вводы с малыми потерями — 
связь между энергосистемой, 
системой криогенного обеспе-
чения и собственно сверхпро-
водящим кабелем;

• опытный образец автоном-

ной модульной системы крио-
обеспечения ВТСП кабельных 
линий на жидком азоте с ис-
пользованием турбомашин на 
неоне холодопроизводительно-
стью до 8 кВт;

•  уникальный полигон для ис-

пытаний сверхпроводящего 
оборудования любого типа под 
нагрузкой при напряжениях до 
110 кВ.

Тема номера

ÑÂÅÐÕÏÐÎÂÎÄßÙÈÅ ÊÀÁÅËÈ

Сверхпроводящая кабельная 

линия успешно прошла приемоч-
ные испытания. Полученные пара-
метры:
•  время захолаживания (готов-

ности к работе) — 30 часов; 

•  рабочие температуры в канале 

(криостате) кабеля — 66—77

о

К 

(-196—207

о

С); 

•  критический ток (ток потери 

сверхпроводимости) — не ме-
нее 5200 А; 

•  передаваемая мощность при 

номинальном токе — 50 МВА 
(1500 А — 20000 В — три 
фазы);

•  ток короткого замыкания с ам-

плитудой 44 кА — 0,4 с — без 
повреждений. 
После дополнительных испы-

таний на полигоне, к концу 2010 
года, сверхпроводящая кабель-
ная линия должна быть установ-
лена в энергосистему г. Москвы 
на подстанции 110 кВ «Динамо» 
на Ходынском поле. Созданный 
опытный образец силовой ВТСП 
кабельной линии является по 
своим параметрам (длина и пере-
даваемая мощность) крупней-
шим силовым сверхпроводящим 
кабелем в Европе и третьим-
четвертым в мире.

Сегодня уже разработана рос-

сийская технология создания 
энергосберегающих, эффектив-
ных и экологически чистых сверх-
проводящих кабельных линий.

Наши компании готовы к их 

промышленному производству и 
внедрению.