超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的磁屏蔽

隨著電腦和半導(dǎo)體器件的廣泛使用，越來越多的高功率用戶要求更高的電能質(zhì)量。鐵芯一般都是用硅鋼片制做的。硅鋼是一種含硅的鋼，其含硅量在0．8～4．8%。由硅鋼做變壓器的鐵芯，是因為硅鋼本身是一種導(dǎo)磁能力很強(qiáng)的磁性物質(zhì)，在通電線圈中，它可以產(chǎn)生較大的磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而可以使變壓器的體積縮小。變壓器溫升：高壓變壓器在周圍溫度40℃以下及額定負(fù)載下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，以電阻法測定的繞組升溫不得超過65℃，在此條件運(yùn)轉(zhuǎn)下，上層絕緣油的溫升用溫度計測定，不得超過60℃，繞組最高溫升部分不得超過80℃。脈沖變壓器一種寬頻變壓器。對通信用的變壓器而言，非線性畸變是一個極重要的指標(biāo)，因此要求變壓器工作在磁心的起始導(dǎo)磁率處，以至即使象輸入變壓器那樣功率非常小的變壓器，外形也不得不取得相當(dāng)大。蓄能技術(shù)能夠有效地提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和供電質(zhì)量，因此蓄能技術(shù)的發(fā)展逐漸受到人們的重視。

超導(dǎo)磁儲能具有快速吸收、釋放和儲備電能的能力，儲能密度高，結(jié)構(gòu)緊湊。這為超導(dǎo)儲能系統(tǒng)參與電力系統(tǒng)，提高供電質(zhì)量提供了有利條件[1]。近年來，超導(dǎo)儲能已成為超導(dǎo)應(yīng)用研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)?，F(xiàn)在微型超導(dǎo)儲能系統(tǒng)已經(jīng)商業(yè)化。今年，IGC公司的IPQ-750 SMES系統(tǒng)安裝在美國廷德爾*基地，并成功并網(wǎng)發(fā)電[2]。

超導(dǎo)儲能磁體作為研究一種通過電磁儲能元件，在運(yùn)行管理過程中會產(chǎn)生具有相當(dāng)強(qiáng)的磁場。一般超導(dǎo)儲能磁體產(chǎn)生的中心場強(qiáng)為104高斯數(shù)量級，但10高斯數(shù)量級的磁場就可以直接導(dǎo)致學(xué)生一些企業(yè)電子信息設(shè)備已經(jīng)不能滿足正常發(fā)展工作，5高斯的磁場就可能使自己一個配有心臟起博器的人可能面臨生命安全危險[3]。因此，如果不采用建立相應(yīng)的措施對磁場加以限制和屏蔽，雜散分布于超導(dǎo)磁體系統(tǒng)功能之外的漏磁場會對他們周圍生活環(huán)境因素帶來很多不利的影響。要擴(kuò)大超導(dǎo)磁體儲能系統(tǒng)的應(yīng)用場合，減小超導(dǎo)磁體雜散磁場帶來的應(yīng)用能力限制，就必須充分考慮超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的磁屏蔽這些問題。

2.超導(dǎo)儲能磁體及其磁場特性

閉合超導(dǎo)線圈中的電流過時，傳統(tǒng)線圈中沒有焦耳熱損失，并且產(chǎn)生的熱量較少。 因此，與傳統(tǒng)線圈相比，超導(dǎo)線圈的工作電流可以達(dá)到非常高的水平。 更高的工作電流意味著可以產(chǎn)生更高的磁場，這就是為什么大多數(shù)超導(dǎo)磁體可以產(chǎn)生強(qiáng)磁場，而不需要鐵磁材料形成磁通環(huán)。

當(dāng)超導(dǎo)磁鐵運(yùn)行時，它會產(chǎn)生一個具有特定分布的磁場，這個磁場儲存了一定數(shù)量的電磁能。在能量交換中，超導(dǎo)儲能系統(tǒng)利用相應(yīng)的電磁儲能的磁場，而不是特定的磁場形狀，磁場的分布對能量交換沒有直接的作用。因此，早期超導(dǎo)磁鐵設(shè)計的基本目標(biāo)之一就是以盡可能少的超導(dǎo)材料儲存盡可能多的電磁能量。并且在設(shè)計過程中不需要直接考慮磁場圖案。

由于超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的高儲能密度，整個儲能裝置可以做得相當(dāng)緊湊。體積小、儲能高是超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一。由于體積小、重量輕，超導(dǎo)磁體儲能系統(tǒng)還具有一定的機(jī)動性。這在一些特殊場合尤為重要。

高場強(qiáng)、能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換可以不受場型限制、結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，這三個特性是考慮超導(dǎo)儲能系統(tǒng)磁屏蔽技術(shù)問題的基本理論出發(fā)點(diǎn)。

3.屏蔽方法的選取

目前，超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體主要采用螺線管線圈和環(huán)狀線圈兩種結(jié)構(gòu)形式。