مجله کهربا مجله تخصصی مهندسی برق و کامپیوتر
– چکیده
در این مقاله ابتدا به معرفی پدیده ابررسانایی پرداخته شده است. با توجه به گسترش روزافزون مصرف انرژی در جهان و روند رو به‌کاهش منابع انرژی، استفاده از این مواد که با تلفات کمتر و راندمان بیشتر ما را در مصرف بهینه انرژی یاری می‌نمایند بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از آنجایی که کشورهای مختلف با مسائل فراوانی در زمینه تولید و انتقال انرژی مواجه است،آشنایی با این تکنولوژی جدید و بررسی استفاده بهینه آن می‌تواند بسیار راهگشا باشد. بدین منظور در این مقاله کاربردهای حال و آینده این تکنولوژی در صنعت برق مورد ارزیابی قرار گرفته است.
۲- مقدمه
در سال ۱۹۱۱ یک دانشمند هلندی به نام Heike Kamerlingh Onnes که روی تاثیر دماهای خیلی پایین بر خواص فلزات مطالعه می‌کرد کشف کرد که اگر جیوه تا دمای° K 15/4 سرد شود، مقاومت الکتریکی آن به‌طور چشم‌گیری افت می‌کند و با خطایی کمتر از برابر صفر می گردد. در سال ۱۹۳۳ مواد ابررسانایی کشف شده بود که دمای بحرانی آنها حدود ۱۰ درجه کلوین بود ولی اتفاق بسیار مهمتری که در این سال افتاد کشف خاصیت دوم ابررساناها توسط دو فیزیکدان آلمانی به نامهای Meissner و Ochsenfield بود، آنها دریافتند که مواد ابررسانا در یک دمای بحرانی (Tc) علاوه بر رسانای کامل بودن ، دارای خاصیت اساسی دیگری نیز می‌باشند و آن خاصیت دیامغناطیسی کامل آنهاست ، یعنی ابررسانا تا یک حد مشخص به نام شدت میدان مغناطیسی بحرانی (Bc) چنان رفتار می‌کند که میدان مغناطیسی خارجی را طرد می‌کند. کشف این خاصیت موجب شد که ابررسانایی یک مشخصه مجزا در علم مهندسی داشته باشد و دیگر به عنوان حالت حدی مقاومت مواد مطرح نباشد.
کشف خاصیت ابررسانایی در نخستین مراحل، دانشمندان را مصمم به ساخت منبع لایزالی برای تولید انرژی کرد؛ یعنی ساخت سیم پیچ هایی عظیم از ابررسانا برای صرفه جویی در مصرف برق. اما این بار هم Onnes بود که نشان داد زیاد شدن میدان مغناطیسی باعث از بین رفتن خاصیت ابررسانایی می شود. در واقع هم دما و هم میدان مغناطیسی و هم شدت جریان الکتریکی عبوری در ایجاد خاصیت ابررسانایی در فلزات موثر است.
اگردمای فلزات مختلف را تا دمای معینی(دمای بحرانی) پایین آوریم پدیده شگرفی در آنها اتفاق می افتد که طی آن ،به ناگهان مقاومتشان را در برابرعبور جریان برق تا حد صفر از دست خواهند داد و تبدیل به ابررسانا خواهند شد. البته موادی مانند نقره نیز هستند که مقاومت ویژه شان حتی در دمای صفر درجه کلوین نیز صفر نمی شود. هرچند در این دما میتوان بسیاری از مواد را ابر رسانا نمود محققان برای رسیدن به چنین دمایی مجبورند از هلیم مایع ویا هیدرژن استفاده کنند که بسیار گرانند. امروزه ابر رسانایی را میتوان در موادی ایجاد کرد که دمای بحرانیشان زیادتر از ۷۷ درجه کلوین است که برای رسیدن به چنین دمایی از ازت مایع استفاده می کنند که نقطه جوشش ۷۷ درجه کلوین است.
۳- بکارگیری ابررساناها در صنعت برق
۳-۱- کاربرد ابررسانا در سیم و کابل
کشف متحول کننده ابررساناهای دما بالا در سال ۱۹۸۶ منجر به تحول و تولید نوع جدیدی از کابلها در سیستمهای قدرت شد. در ایالات متحده، اروپا و ژاپن رقابت سختی بر روی تجارت تولید آینده کابلهای ابررسانائی وجود دارد. قابلیت هدایت جریان برق در کابلهای (High Temperature Superconductor) HTS بالغ بر ۱۰۰ بار بیشتر از هادیهای آلومینیومی و مسی متداول می‌باشد. اندازه، وزن و مقاومت این نوع کابلها از کابلهای معمولی بهتر بوده و امروزه تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی در سراسر دنیا سعی دارند با استفاده از تکنولوژی HTS باعث کاهش هزینه‌ها و افزایش ظرفیت و قابلیت اطمینان سیستمهای قدرت شوند. شکل(۱) نمونه ای از ساختار این کابل را نشان می دهد.
تعداد صفحات : ۱۴ صفحه
دانلود کامل مقاله از لینک زیر:
