JP2000067663A - 超電導導体 - Google Patents
超電導導体Info
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 短絡電流の電路を確保できる超電導導体を提
供する。 【解決手段】 超電導層２の外周に短絡電流を流すため
の金属層（金属パイプ３）を設ける。金属層は金属テー
プの巻回により構成してもよい。定格運転時は電流の大
半は超電導層に流れ、短絡時には短絡電流は金属層を流
れるため、短絡電流による発熱を抑制することができ
る。
供する。 【解決手段】 超電導層２の外周に短絡電流を流すため
の金属層（金属パイプ３）を設ける。金属層は金属テー
プの巻回により構成してもよい。定格運転時は電流の大
半は超電導層に流れ、短絡時には短絡電流は金属層を流
れるため、短絡電流による発熱を抑制することができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超電導導体に関する
もので、特に短絡時に短絡電流の電路を確保できる超電
導導体の構造に関するものである。
もので、特に短絡時に短絡電流の電路を確保できる超電
導導体の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の超電導ケーブルの構造として特開
平5-28847 号公報記載のものが知られている。これは冷
媒流路となる芯材（フォーマ）の外周に超電導線材を螺
旋状に複数層巻回したものである。通常、この超電導線
材はセラミックス系超電導材料を金属（銀など）で被覆
して形成されている。各層における超電導線材の巻回方
向は交互に逆になっており、右巻き層と左巻き層の数は
ほぼ同数にされている。
平5-28847 号公報記載のものが知られている。これは冷
媒流路となる芯材（フォーマ）の外周に超電導線材を螺
旋状に複数層巻回したものである。通常、この超電導線
材はセラミックス系超電導材料を金属（銀など）で被覆
して形成されている。各層における超電導線材の巻回方
向は交互に逆になっており、右巻き層と左巻き層の数は
ほぼ同数にされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の超電導
ケーブルでは短絡事故が発生した場合に短絡電流の電路
が十分確保できないために短絡電流を許容できないとい
う問題がある。超電導導体は臨界電流以下では高い電流
密度で通電が可能で、導体断面積は小さくされている。
このような超電導導体に短絡事故などで大電流（６６ｋ
ｖ系統で数１０ｋＡ）が流れると臨界電流を超え、導体
に抵抗が発生する。このとき、電流は安定化材である銀
にも分流するが、導体断面積が小さいため導体抵抗が高
く、かつ熱容量が小さいために温度上昇が大きくなる。
また、過電流はフォーマにも分流するが、フォーマは導
体の内側に位置するためインダクタンスが導体より大き
くなり、分流する割合は小さい。
ケーブルでは短絡事故が発生した場合に短絡電流の電路
が十分確保できないために短絡電流を許容できないとい
う問題がある。超電導導体は臨界電流以下では高い電流
密度で通電が可能で、導体断面積は小さくされている。
このような超電導導体に短絡事故などで大電流（６６ｋ
ｖ系統で数１０ｋＡ）が流れると臨界電流を超え、導体
に抵抗が発生する。このとき、電流は安定化材である銀
にも分流するが、導体断面積が小さいため導体抵抗が高
く、かつ熱容量が小さいために温度上昇が大きくなる。
また、過電流はフォーマにも分流するが、フォーマは導
体の内側に位置するためインダクタンスが導体より大き
くなり、分流する割合は小さい。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は短絡電流の電路
を確保できる超電導導体を提供することを主目的とする
もので、その特徴は、超電導層の外周に短絡電流を流す
ための金属層を具えることにある。
を確保できる超電導導体を提供することを主目的とする
もので、その特徴は、超電導層の外周に短絡電流を流す
ための金属層を具えることにある。
【０００５】ここで、金属層は超電導層の外周に金属パ
イプをはめ込んだり、金属テープ（線）を巻回して構成
することが挙げられる。金属層の材質としては銅やアル
ミが適切である。金属層を金属パイプとした場合、コル
ゲートパイプとしてもよい。金属層を金属テープで構成
した場合、積層して巻回される各金属テープ層の間を絶
縁することが好ましい。この絶縁を行うには、エナメ
ル，マイラー紙，カプトンテープなどの絶縁テープを金
属テープの層間に挿入することが挙げられる。
イプをはめ込んだり、金属テープ（線）を巻回して構成
することが挙げられる。金属層の材質としては銅やアル
ミが適切である。金属層を金属パイプとした場合、コル
ゲートパイプとしてもよい。金属層を金属テープで構成
した場合、積層して巻回される各金属テープ層の間を絶
縁することが好ましい。この絶縁を行うには、エナメ
ル，マイラー紙，カプトンテープなどの絶縁テープを金
属テープの層間に挿入することが挙げられる。
【０００６】また、超電導層と金属層とは交互に積層す
ることが望ましい。その場合、超電導層は超電導線材を
螺旋状に巻回し、金属層は金属テープを螺旋状に巻回し
て、隣接する超電導層と金属層とを１組としたとき、１
組内の超電導層と金属層とは巻回方向が同じで、隣接す
る組同士は巻回方向を逆にすることが好適である。
ることが望ましい。その場合、超電導層は超電導線材を
螺旋状に巻回し、金属層は金属テープを螺旋状に巻回し
て、隣接する超電導層と金属層とを１組としたとき、１
組内の超電導層と金属層とは巻回方向が同じで、隣接す
る組同士は巻回方向を逆にすることが好適である。
【０００７】以上の構成により、定格運転時は電流の大
半を超電導層に流して発熱ロスを極小化し、短絡事故時
には電流を超電導層以外（主に金属層）に分流させて発
熱を最小限にすることができる。
半を超電導層に流して発熱ロスを極小化し、短絡事故時
には電流を超電導層以外（主に金属層）に分流させて発
熱を最小限にすることができる。
【０００８】特に、積層して巻回される金属テープで金
属層を構成し、各金属テープ層の間を絶縁すれば、短絡
電流のパスを螺旋状として短絡電流用の導体のインダク
タンスを大きくすると共に、金属テープ層間の渦電流パ
スを切断してロスをより小さくすることができる。
属層を構成し、各金属テープ層の間を絶縁すれば、短絡
電流のパスを螺旋状として短絡電流用の導体のインダク
タンスを大きくすると共に、金属テープ層間の渦電流パ
スを切断してロスをより小さくすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】（実施例１）図１に本発明超電導
導体の概略図を示す。この超電導導体は中心から順にフ
ォーマ１，超電導層２，短絡電流用の金属パイプ３，電
気絶縁層４を具えている。
導体の概略図を示す。この超電導導体は中心から順にフ
ォーマ１，超電導層２，短絡電流用の金属パイプ３，電
気絶縁層４を具えている。
【００１０】フォーマ１は液体窒素などの冷媒流路とな
る中空の金属管で、丸パイプ状のものの他、波付け加工
されたパイプを用いることもできる。フォーマ１の材質
としてはアルミニウム合金などが挙げられる。
る中空の金属管で、丸パイプ状のものの他、波付け加工
されたパイプを用いることもできる。フォーマ１の材質
としてはアルミニウム合金などが挙げられる。
【００１１】超電導層２はこのフォーマ１の上に超電導
線材を螺旋状に巻回して構成されている。本例では超電
導線材を２層積層して巻回し、各層の巻回方向を逆にし
た。各層の巻回方向を逆にすることで、各層の超電導線
材で発生する磁場は方向が逆になって相殺されるため、
自己磁場によって超電導特性が低下すること抑制でき
る。ここで用いる超電導線材は、超電導材料を金属で被
覆して線状に形成したもの等が適切である。この超電導
材料としてはY-Ba-Cu-O 系、Bi-(Pb)-Sr-Ca-Cu-O系、Tl
-Ba-Ca-Cu-O 系などのセラミックス系材料が挙げられ
る。超電導材料を金属で被覆するには、金属製パイプ内
に超電導材料を充填し、所定の断面積、断面形状に成形
した後、所定の熱処理を施すこと等により製作する。超
電導線材の被覆金属には、導電性に優れた材料、例えば
Ａｇ（合金），Ｃｕ（合金）などが好適である。なお、
超電導線材の積層数は特に限定されない。
線材を螺旋状に巻回して構成されている。本例では超電
導線材を２層積層して巻回し、各層の巻回方向を逆にし
た。各層の巻回方向を逆にすることで、各層の超電導線
材で発生する磁場は方向が逆になって相殺されるため、
自己磁場によって超電導特性が低下すること抑制でき
る。ここで用いる超電導線材は、超電導材料を金属で被
覆して線状に形成したもの等が適切である。この超電導
材料としてはY-Ba-Cu-O 系、Bi-(Pb)-Sr-Ca-Cu-O系、Tl
-Ba-Ca-Cu-O 系などのセラミックス系材料が挙げられ
る。超電導材料を金属で被覆するには、金属製パイプ内
に超電導材料を充填し、所定の断面積、断面形状に成形
した後、所定の熱処理を施すこと等により製作する。超
電導線材の被覆金属には、導電性に優れた材料、例えば
Ａｇ（合金），Ｃｕ（合金）などが好適である。なお、
超電導線材の積層数は特に限定されない。
【００１２】この超電導層２の上に配置されている金属
パイプ３が短絡電流の流路となる。すなわち、定格運転
時は超電導層２に電流の大半が流れ、短絡事故時にはこ
の金属パイプ３に最も多く電流が流れるようにしてい
る。
パイプ３が短絡電流の流路となる。すなわち、定格運転
時は超電導層２に電流の大半が流れ、短絡事故時にはこ
の金属パイプ３に最も多く電流が流れるようにしてい
る。
【００１３】一般に、金属に電流を流すと表皮効果が生
じ、導体の外側の方が内側と比較して電流密度が大きく
なる。これは、円筒形状を考えると外側の方がインダク
タンスが小さいためである。フォーマ，超電導層，
金属パイプの各部の抵抗Ｒ，インダクタンスＬ，イン
ピーダンス（√｛（ωＬ）2 ＋Ｒ2 ｝）は次のような関
係になる。 抵抗Ｒ インダクタンスＬ インピーダンス 定格時 ≪＜ ＜＜ ＜＜ 事故時 ＜＜ ＜＜ ＜，
じ、導体の外側の方が内側と比較して電流密度が大きく
なる。これは、円筒形状を考えると外側の方がインダク
タンスが小さいためである。フォーマ，超電導層，
金属パイプの各部の抵抗Ｒ，インダクタンスＬ，イン
ピーダンス（√｛（ωＬ）2 ＋Ｒ2 ｝）は次のような関
係になる。 抵抗Ｒ インダクタンスＬ インピーダンス 定格時 ≪＜ ＜＜ ＜＜ 事故時 ＜＜ ＜＜ ＜，
【００１４】インダクタンスは形状で決定されるのに対
し、抵抗は超電導層２が超電導状態か常電導状態かによ
って大きく異なる。電流の各部への分流はインピーダン
スにより決定される。従って、上記のような関係になれ
ば、定格運転時は超電導層２に電流の大半が流れ、短絡
事故時には金属パイプ３に最も多く電流が流れるように
なる。
し、抵抗は超電導層２が超電導状態か常電導状態かによ
って大きく異なる。電流の各部への分流はインピーダン
スにより決定される。従って、上記のような関係になれ
ば、定格運転時は超電導層２に電流の大半が流れ、短絡
事故時には金属パイプ３に最も多く電流が流れるように
なる。
【００１５】なお、電気絶縁層４はクラフト紙とポリプ
ロピレンなどのポリオレフィン系樹脂を一体化したいわ
ゆるＰＰＬＰ等を巻回したものが利用できる。
ロピレンなどのポリオレフィン系樹脂を一体化したいわ
ゆるＰＰＬＰ等を巻回したものが利用できる。
【００１６】（実施例２）上記の実施例１でも短絡電流
の流路を確保することができるが、「短絡電流／定格電
流」の比率が大きな場合、金属パイプ３の断面積を大き
くする必要がある。そのとき、抵抗Ｒだけでなくインダ
クタンスＬも小さくなるため、インピーダンス（√
｛（ωＬ）2 ＋Ｒ2 ｝）が超電導層２より金属パイプ３
の方が小さくなることがある。この場合、定格時におい
ても短絡時と同様に電流が金属パイプ３に最も多く流れ
るため、金属パイプ３のジュール発熱が大きくなり好ま
しくない。
の流路を確保することができるが、「短絡電流／定格電
流」の比率が大きな場合、金属パイプ３の断面積を大き
くする必要がある。そのとき、抵抗Ｒだけでなくインダ
クタンスＬも小さくなるため、インピーダンス（√
｛（ωＬ）2 ＋Ｒ2 ｝）が超電導層２より金属パイプ３
の方が小さくなることがある。この場合、定格時におい
ても短絡時と同様に電流が金属パイプ３に最も多く流れ
るため、金属パイプ３のジュール発熱が大きくなり好ま
しくない。
【００１７】そこで、「短絡電流／定格電流」の比率が
大きいときは、図２に示すように、前記金属パイプ３を
金属テープ５に置き換えて構成する。すなわち、超電導
層２の上に金属テープ５を螺旋状に巻回し、短絡電流の
流路を直線状から螺旋状とする。これにより、金属テー
プ層のインダクタンスを大きくし、定格時のインピーダ
ンスを超電導層２より大きくして、定格時の電流の大半
を超電導層２に流すことができる。なお、フォーマ１，
超電導層２，電気絶縁層４の構成は実施例１と同様なの
で説明を省略する。
大きいときは、図２に示すように、前記金属パイプ３を
金属テープ５に置き換えて構成する。すなわち、超電導
層２の上に金属テープ５を螺旋状に巻回し、短絡電流の
流路を直線状から螺旋状とする。これにより、金属テー
プ層のインダクタンスを大きくし、定格時のインピーダ
ンスを超電導層２より大きくして、定格時の電流の大半
を超電導層２に流すことができる。なお、フォーマ１，
超電導層２，電気絶縁層４の構成は実施例１と同様なの
で説明を省略する。
【００１８】金属テープ層の抵抗は巻回数により調整で
き、インダクタンスは巻回方向によって調整ができる。
なお、電流が流れることによって発生する磁場により金
属テープ層に渦電流が発生する。この渦電流を低減する
には、積層して巻回した金属テープの層間にマイラー紙
などの絶縁テープを挿入することで層間の渦電流のパス
遮断すればよい。
き、インダクタンスは巻回方向によって調整ができる。
なお、電流が流れることによって発生する磁場により金
属テープ層に渦電流が発生する。この渦電流を低減する
には、積層して巻回した金属テープの層間にマイラー紙
などの絶縁テープを挿入することで層間の渦電流のパス
遮断すればよい。
【００１９】（実施例３）さらに、上記実施例１，２と
は別構成の超電導導体の構造を図３に示す。この超電導
導体はフォーマ１の外周に超電導線材２と金属線６とを
交互に螺旋状に巻回し、その上に電気絶縁層４を形成し
ている。ここで、隣接する超電導線材２と金属線６とを
１組としたとき、１組内の超電導線材２と金属線６とは
巻回方向が同じで、隣接する組み同士は巻回方向が逆に
なっている。このような構成により、各組における超電
導線材と金属線の抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、イン
ピーダンス（√｛（ωＬ）2 ＋Ｒ2 ｝）は次のようにな
るため、定格時には超電導線材２に、事故時には金属線
６に電流を流すことができる。 抵抗Ｒ インダクタンスＬ インピーダンス 定格時 ≪ ＞ ＜ 事故時 ＞ ＞ ＞
は別構成の超電導導体の構造を図３に示す。この超電導
導体はフォーマ１の外周に超電導線材２と金属線６とを
交互に螺旋状に巻回し、その上に電気絶縁層４を形成し
ている。ここで、隣接する超電導線材２と金属線６とを
１組としたとき、１組内の超電導線材２と金属線６とは
巻回方向が同じで、隣接する組み同士は巻回方向が逆に
なっている。このような構成により、各組における超電
導線材と金属線の抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、イン
ピーダンス（√｛（ωＬ）2 ＋Ｒ2 ｝）は次のようにな
るため、定格時には超電導線材２に、事故時には金属線
６に電流を流すことができる。 抵抗Ｒ インダクタンスＬ インピーダンス 定格時 ≪ ＞ ＜ 事故時 ＞ ＞ ＞
【００２０】また、１組内の超電導線材１と金属線６と
は巻回方向を同じとし、隣接する組み同士は巻回方向は
逆にすることで、超電導導体全体のインダクタンスＬを
小さくすると共に、定格時および事故時のいずれも長手
方向に発生する磁場を相殺することができる。これによ
り、超電導線材２の磁場による臨界電流の低下防止に有
効である。
は巻回方向を同じとし、隣接する組み同士は巻回方向は
逆にすることで、超電導導体全体のインダクタンスＬを
小さくすると共に、定格時および事故時のいずれも長手
方向に発生する磁場を相殺することができる。これによ
り、超電導線材２の磁場による臨界電流の低下防止に有
効である。
【００２１】さらに、本構成においても超電導線材２と
金属線６との層間に絶縁紙を挿入すれば、層間を流れる
渦電流のパスを遮断でき、一層発熱ロスを低減できる。
金属線６との層間に絶縁紙を挿入すれば、層間を流れる
渦電流のパスを遮断でき、一層発熱ロスを低減できる。
【００２２】なお、本例もフォーマ１，超電導層２，電
気絶縁層４の構成は実施例１と同様である。
気絶縁層４の構成は実施例１と同様である。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明超電導導体
によれば、超電導層に金属層を複合することで、定格運
転時は電流の大半を超電導層に流し、短絡事故時は短絡
電流の大半を金属層に流すことができ、短絡電流を許容
することができる。
によれば、超電導層に金属層を複合することで、定格運
転時は電流の大半を超電導層に流し、短絡事故時は短絡
電流の大半を金属層に流すことができ、短絡電流を許容
することができる。
【００２４】ここで、金属層を金属テープの巻回により
構成すると、金属層のインダクタンスを大きくし、定格
時の金属層のインピーダンスを超電導層のそれよりも大
きくすることができ、定格時の電流の大半を確実に超電
導層に流すことができる。
構成すると、金属層のインダクタンスを大きくし、定格
時の金属層のインピーダンスを超電導層のそれよりも大
きくすることができ、定格時の電流の大半を確実に超電
導層に流すことができる。
【００２５】また、金属テープの層間に絶縁テープを挿
入することで、各金属テープ層間の渦電流のパスを遮断
し、発熱を低減することができる。
入することで、各金属テープ層間の渦電流のパスを遮断
し、発熱を低減することができる。
【００２６】さらに、超電導線材と金属線（テープ）を
交互に螺旋状に巻回し、隣接する超電導層と金属層とを
１組としたとき、１組内の超電導層と金属層とは巻回方
向が同じで、隣接する組同士は巻回方向を逆にすること
で、自己の磁場を相殺することができる。
交互に螺旋状に巻回し、隣接する超電導層と金属層とを
１組としたとき、１組内の超電導層と金属層とは巻回方
向が同じで、隣接する組同士は巻回方向を逆にすること
で、自己の磁場を相殺することができる。
【図１】金属パイプを用いた本発明超電導導体の説明図
である。
である。
【図２】金属テープを用いた本発明超電導導体の説明図
である。
である。
【図３】超電導線材と金属線とを交互に巻回した本発明
超電導導体の説明図である。
超電導導体の説明図である。
１ 芯材 ２ 超電導層（線材） ３ ステンレステープ ４ 溝 ５ 光ファイバ ６ 電気絶縁被覆
Claims (6)
- 【請求項１】 超電導層の外周に短絡電流を流すための
金属層を具えることを特徴とする超電導導体。 - 【請求項２】 金属層がパイプにより構成されているこ
とを特徴とする請求項１記載の超電導導体。 - 【請求項３】 金属層が金属テープを巻回して構成され
ていることを特徴とする請求項１記載の超電導導体。 - 【請求項４】 金属テープが積層して巻回され、各金属
テープ層の間が絶縁されていることを特徴とする請求項
３記載の超電導導体。 - 【請求項５】 超電導層と金属層とが交互に積層されて
いることを特徴とする請求項１記載の超電導導体。 - 【請求項６】 超電導層と金属層の各々は螺旋状に巻回
して構成され、 隣接する超電導層と金属層とを１組とし、１組内の超電
導層と金属層とは巻回方向が同じで、 隣接する組同士は巻回方向が逆であることを特徴とする
請求項５記載の超電導導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23563998A JP4135184B2 (ja) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | 超電導導体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23563998A JP4135184B2 (ja) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | 超電導導体 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008020102A Division JP4947434B2 (ja) | 2008-01-31 | 2008-01-31 | 超電導導体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000067663A true JP2000067663A (ja) | 2000-03-03 |
| JP4135184B2 JP4135184B2 (ja) | 2008-08-20 |
Family
ID=16989009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23563998A Expired - Fee Related JP4135184B2 (ja) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | 超電導導体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4135184B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002008459A (ja) * | 2000-06-20 | 2002-01-11 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 超電導ケーブル |
| JP2006114342A (ja) * | 2004-10-14 | 2006-04-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導ケーブル |
| WO2007122670A1 (ja) | 2006-04-12 | 2007-11-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 超電導ケーブル |
| US7598458B2 (en) | 2003-09-24 | 2009-10-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Super-conductive cable |
| CN118248401A (zh) * | 2024-05-20 | 2024-06-25 | 西北工业大学 | 超导线材、超导线圈、超导磁体及磁通跳跃抑制方法 |
-
1998
- 1998-08-21 JP JP23563998A patent/JP4135184B2/ja not_active Expired - Fee Related
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