摘要：随着超导技术的进步，高温超导带材商业化应用发展迅速。目前二代高温超导带材已广泛应用于超导储能磁体、高场磁体、超导限流器、超导电缆等超导电工设备。稳定性对于超导电工装备的设计、制造和运行至关重要。高温超导带材失超会降低其通流能力，从而影响高温超导装置的运行稳定性

随着超导技术的进步，高温超导带材商业化应用发展迅速。目前二代高温超导带材已广泛应用于超导储能磁体、高场磁体、超导限流器、超导电缆等超导电工设备。稳定性对于超导电工装备的设计、制造和运行至关重要。高温超导带材失超会降低其通流能力，从而影响高温超导装置的运行稳定性。目前，高温超导带材失超仿真模型多为二维计算模型，无法准确模拟其失超过程中的电磁热行为。

强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学电气与电子工程学院）的杨志星、任丽等学者，借助COMSOL有限元多物理场仿真软件，以磁场强度矢量为求解变量，结合超导材料的E-J特性，建立二代高温超导带材失超传播三维仿真模型，对二代高温超导带材局部失超与过电流失超过程中的电磁热特性开展研究。

图1 三维空间中磁场强度矢量H定义

研究者指出，与二维高温超导带材失超模型相比，该三维模型解决了二维模型无法模拟超导带材失超过程中超导带材宽度方向电磁热行为的不足，可对二代高温超导带材长度与宽度方向在不同热扰动下的电磁热特性及其演化过程进行准确模拟。

图2 仿真模型几何建模

他们发现，超导带材在工作电流Iop=0.6Ic时，其最小失超能为4.62 J，失超传播速度为0.96 cm/s。当局部热源能量为1.82Qmq时，热扰动结束后，带材温度在短时保持在临界温度之上，且带材局部区域处于失超态；当局部热源能量为3.90Qmq时，在热扰动期间，超导层最大电流密度区域向其他区域扩散，热源区域由超导态转变为电阻态，并沿带材左右对称传播，2 s后失超区域扩展至热扰动初始阶段失超区域的2倍。

图3 超导层局部热点失超热源设置

根据高温超导带材过电流程度与持续时间、带材各层分流状况以及对应的超导层电阻率变化情况，研究者提出了过电流冲击失超电阻率判据：当过电流冲击造成超导层电阻率低于银层、铜层电阻率时，过电流冲击导致带材发生可恢复型过电流失超；当过电流冲击造成超导层热量积累使得超导层电阻率持续高于银层、铜层电阻率，达到临界电阻率一定过渡时间后，过电流冲击会导致带材发生不可恢复型过电流失超。

本工作成果发表在2024年第1期《电工技术学报》，论文标题为“二代高温超导带材失超特性研究”。

来源：电气技术一点号