多层 2G-HTS 冷介电导体中交流损耗的实用预测

随着轻量化、高工程电流密度超导电缆设计与制造的最新进展，建立一个成熟、快速且足够精确的冷介电导体交流损耗预测计算模型，对于提升电网运营商的投资信心至关重要。然而，验证此类模型并非易事，一方面是因为大规模电力电缆的实验结果稀缺，另一方面是因为涉及大量 2G-HTS 带材，其横截面长宽比阻碍了模型在合理交付时间内的数值收敛。因此，为克服这一挑战，我们提出了一个详细的二维 H 模型，能够复现由数十根 2G-HTS 带材制成的多层电力电缆的实验测量交流损耗。我们考虑了两种具有极高临界电流的电缆设计：第一种额定临界电流为 1.7 kA，由五十根 4 mm 宽 2G-HTS 带材组成，这些带材分为 5 个同心层缠绕在圆柱形骨架上，其中三层内层由 24 根带材构成，外覆两层各 13 根带材的屏蔽层。该电缆与一种尺寸等效、含 67 根超导带材、额定临界电流 3.2 kA 的电缆进行对比，后者设计采用 40 根 3 mm 宽带材分布于四个核心层，以及 27 根 4 mm 宽带材分布于两个屏蔽层。在这两种情况下，模拟与实验均高度吻合，从而对冷介电导体的交流损耗给出了可接受的估计，并提供了绕制带材局部电动力学的独特视角，其中屏蔽、磁化与传输电流机制可在滞回过程中共存。