JP2001035272A - 積層型超電導ケーブル - Google Patents
積層型超電導ケーブルInfo
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- JP2001035272A JP2001035272A JP11202291A JP20229199A JP2001035272A JP 2001035272 A JP2001035272 A JP 2001035272A JP 11202291 A JP11202291 A JP 11202291A JP 20229199 A JP20229199 A JP 20229199A JP 2001035272 A JP2001035272 A JP 2001035272A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、臨界電流を増大させた積層型超電導
ケーブルを実現することを目的としている。 【解決手段】本発明の積層型超電導ケーブルは、複数の
超電導体層が同心上に複合された、往路層または通電層
が４層以上の往復同軸ケーブルまたはシールド層を有す
る三相一括型ケーブルにおいて、各層の巻きピッチ角が
規格化層心半径の３次式になるように製作される。これ
によって、各層のインダクタンスが均一化して、臨界電
流が増大する。
ケーブルを実現することを目的としている。 【解決手段】本発明の積層型超電導ケーブルは、複数の
超電導体層が同心上に複合された、往路層または通電層
が４層以上の往復同軸ケーブルまたはシールド層を有す
る三相一括型ケーブルにおいて、各層の巻きピッチ角が
規格化層心半径の３次式になるように製作される。これ
によって、各層のインダクタンスが均一化して、臨界電
流が増大する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，臨界電流を増大させた
積層型超電導ケーブルに関する。
積層型超電導ケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】複数の超電導体層が同心上に複合された
積層型超電導ケーブルの製作において，従来，各層の巻
ピッチ角が適切な値となっていなかった。
積層型超電導ケーブルの製作において，従来，各層の巻
ピッチ角が適切な値となっていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】導体中に流れる時間的
に変化する電流は，導体表面近くを流れ，内部には電流
が流れない。これは表皮効果と呼ばれ，従来から知られ
ている現象である。これと同様に，積層型超電導ケーブ
ルに流れる電流が交流の場合や変化する時，各層のイン
ダクタンスのばらつきにより，各層の電流密度が均一に
ならず，特定の層の電流密度のみが大きくなる。この現
象は偏流現象と呼ばれ，各層の電流密度のうち最大のも
のは最小のものの数倍に達する。この電流密度が最大の
層の臨界電流密度によりケーブル全体の臨界電流が決ま
るが，このときの他の層の線材の電流密度は臨界電流密
度より充分小さい。すなわち，ほとんどの超電導線材の
通電能力を充分に利用しておらず，ケーブル全体の臨界
電流が低くなっている。
に変化する電流は，導体表面近くを流れ，内部には電流
が流れない。これは表皮効果と呼ばれ，従来から知られ
ている現象である。これと同様に，積層型超電導ケーブ
ルに流れる電流が交流の場合や変化する時，各層のイン
ダクタンスのばらつきにより，各層の電流密度が均一に
ならず，特定の層の電流密度のみが大きくなる。この現
象は偏流現象と呼ばれ，各層の電流密度のうち最大のも
のは最小のものの数倍に達する。この電流密度が最大の
層の臨界電流密度によりケーブル全体の臨界電流が決ま
るが，このときの他の層の線材の電流密度は臨界電流密
度より充分小さい。すなわち，ほとんどの超電導線材の
通電能力を充分に利用しておらず，ケーブル全体の臨界
電流が低くなっている。
【０００４】たとえば，N.Saga他，「DEVELOPMENT OF 5
0M-LONG HTS CABLE CONDUCTOR」，Advances in Superco
nductivity IX, pp1341-1344 (1997) に示されているよ
うに，外側の復路層は無く，通電層が４層からなり，そ
の内半径が 9.5 mm，外半径が 11.5 mm の 50 m 長の高
温超電導ケーブルが開発されている。このケーブルは，
線材のピッチ P が４層すべてにおいて 750 mm となる
ように製作され，巻きピッチ角φは図６に示すように交
互に符号を変えている。ここでピッチとは，線材がケー
ブル周方向に１周する間にケーブル長手方向に進む距離
で，層心半径R を用いると，tan |φｉ |=2πRｉ /Pｉ
の関係がある。ただし，添字 i は層番号である。また
図６では，各層間の絶縁体やフォーマ等は省略してい
る。このケーブルに実効値1500 Aの交流電流を通電電流
を流したときの各層の電流の波高値は，I１:I２:I３:I
４=1:1:4:6 であった。各層の層心半径は後述の検討例
１の往路層のものとほぼ同じと考えられるので，図４の
層心半径の値と後述の(6)式を用いて電流密度で表して
も同様に，j１:j２:j３:j４=1:1:4:6 である。すなわ
ち，最外層である第４層の電流密度がその他の層の電流
密度に比べて数倍大きくなっている。
0M-LONG HTS CABLE CONDUCTOR」，Advances in Superco
nductivity IX, pp1341-1344 (1997) に示されているよ
うに，外側の復路層は無く，通電層が４層からなり，そ
の内半径が 9.5 mm，外半径が 11.5 mm の 50 m 長の高
温超電導ケーブルが開発されている。このケーブルは，
線材のピッチ P が４層すべてにおいて 750 mm となる
ように製作され，巻きピッチ角φは図６に示すように交
互に符号を変えている。ここでピッチとは，線材がケー
ブル周方向に１周する間にケーブル長手方向に進む距離
で，層心半径R を用いると，tan |φｉ |=2πRｉ /Pｉ
の関係がある。ただし，添字 i は層番号である。また
図６では，各層間の絶縁体やフォーマ等は省略してい
る。このケーブルに実効値1500 Aの交流電流を通電電流
を流したときの各層の電流の波高値は，I１:I２:I３:I
４=1:1:4:6 であった。各層の層心半径は後述の検討例
１の往路層のものとほぼ同じと考えられるので，図４の
層心半径の値と後述の(6)式を用いて電流密度で表して
も同様に，j１:j２:j３:j４=1:1:4:6 である。すなわ
ち，最外層である第４層の電流密度がその他の層の電流
密度に比べて数倍大きくなっている。
【０００５】本発明の目的は，この各層の電流密度のば
らつきを抑制して臨界電流を増大させた積層型超電導ケ
ーブルを提供することにある。
らつきを抑制して臨界電流を増大させた積層型超電導ケ
ーブルを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は，複数の超電導
体層が同心上に複合され，かつ電流の往路と復路を同心
上に有する積層型超電導ケーブルにおいて，偏流を抑制
するために往路の各層の巻きピッチ角を規格化層心半径
の３次式とすること、かつ復路のすべての層の巻きピッ
チ角の符号が往路最外層の巻きピッチ角の逆となること
を特徴とする積層型超電導ケーブルである。シールド層
を有する三相一括型ケーブルにおいても，一相分におい
て，外側のシールド層には内側の通電層とほぼ同じ大き
さで逆向きの電流が流れるので，通電層を往路層，シー
ルド層を復路層として上記の巻きピッチ角がそのまま適
用できる。
体層が同心上に複合され，かつ電流の往路と復路を同心
上に有する積層型超電導ケーブルにおいて，偏流を抑制
するために往路の各層の巻きピッチ角を規格化層心半径
の３次式とすること、かつ復路のすべての層の巻きピッ
チ角の符号が往路最外層の巻きピッチ角の逆となること
を特徴とする積層型超電導ケーブルである。シールド層
を有する三相一括型ケーブルにおいても，一相分におい
て，外側のシールド層には内側の通電層とほぼ同じ大き
さで逆向きの電流が流れるので，通電層を往路層，シー
ルド層を復路層として上記の巻きピッチ角がそのまま適
用できる。
【０００７】本発明の積層型超電導ケーブルでは，各層
のインピーダンスが均一化して電流密度のばらつきが抑
制されるので，ケーブル全体の臨界電流が増大する。
のインピーダンスが均一化して電流密度のばらつきが抑
制されるので，ケーブル全体の臨界電流が増大する。
【０００８】本発明において，超電導線材には，ＮｂＴ
ｉ合金やＮｂ３Ｓｎ金属間化合物等の金属超電導体や，
ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・銅の酸化物，
イットリウム・バリウム・銅の酸化物などの高温超電導
体等，任意の超電導体が適用される。中でも，高温超電
導線材は，臨界電流が小さいため，多層に複合して用い
ることが多いので，本発明が特に有用である。
ｉ合金やＮｂ３Ｓｎ金属間化合物等の金属超電導体や，
ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・銅の酸化物，
イットリウム・バリウム・銅の酸化物などの高温超電導
体等，任意の超電導体が適用される。中でも，高温超電
導線材は，臨界電流が小さいため，多層に複合して用い
ることが多いので，本発明が特に有用である。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に，本発明を具体例により詳
細に説明する。 （実施の形態１）図１は，本発明の積層型超電導ケーブ
ルの第１の実施の形態を示す，往路４層，復路２層の積
層型超電導ケーブルの構造図であり，各層を段切りして
示している。10は往路層で，第１層11，第２層12，第３
層13，第４層14の４層の超電導体層が，螺旋状に巻かれ
た構成になっている。往路層の周りに絶縁体31，その外
側に復路層20が配置されており，第５層21，第６層22
が，螺旋状に巻かれている。具体的には，前記往路・復
路の各層は複数本の超電導線材を螺旋状に巻いて形成さ
れている。第４層の巻きピッチ角φ４ は，長手方向を
0 度として右回りを正の値として -90 度から 90 度ま
での値となる。他の層の巻きピッチ角も同様に定義され
る。すなわち，巻きピッチ角が負の時はＺより，正の時
はＳよりである。また図２において，41は第１層の，42
は第２層の，43は第３層の，44は第４層の，45は第５層
の，46は第６層の層心半径である。各層の層心半径と巻
きピッチ角を図４に示す値にすると，層番号 i の電流
密度 jｉ は図４に示すように，かなり均一化された値
となる。ただしこの電流密度の値は，後述する円輪近似
で求めたものであり，往路と復路に流れる総電流 I
ｔｏｔ を 3 kAとして計算した。また，各層の厚さ t
を 0.375 mm とし，後述の(6)式が示すように線材間の
隙間など超電導体が占めない部分も近似的に導体断面積
に含めている。
細に説明する。 （実施の形態１）図１は，本発明の積層型超電導ケーブ
ルの第１の実施の形態を示す，往路４層，復路２層の積
層型超電導ケーブルの構造図であり，各層を段切りして
示している。10は往路層で，第１層11，第２層12，第３
層13，第４層14の４層の超電導体層が，螺旋状に巻かれ
た構成になっている。往路層の周りに絶縁体31，その外
側に復路層20が配置されており，第５層21，第６層22
が，螺旋状に巻かれている。具体的には，前記往路・復
路の各層は複数本の超電導線材を螺旋状に巻いて形成さ
れている。第４層の巻きピッチ角φ４ は，長手方向を
0 度として右回りを正の値として -90 度から 90 度ま
での値となる。他の層の巻きピッチ角も同様に定義され
る。すなわち，巻きピッチ角が負の時はＺより，正の時
はＳよりである。また図２において，41は第１層の，42
は第２層の，43は第３層の，44は第４層の，45は第５層
の，46は第６層の層心半径である。各層の層心半径と巻
きピッチ角を図４に示す値にすると，層番号 i の電流
密度 jｉ は図４に示すように，かなり均一化された値
となる。ただしこの電流密度の値は，後述する円輪近似
で求めたものであり，往路と復路に流れる総電流 I
ｔｏｔ を 3 kAとして計算した。また，各層の厚さ t
を 0.375 mm とし，後述の(6)式が示すように線材間の
隙間など超電導体が占めない部分も近似的に導体断面積
に含めている。
【００１０】図７にシールド層を有する三相一括型の超
電導ケーブルの断面図を示す。その一相分は往路４層，
復路２層の積層型超電導ケーブルからなる。19は通電層
で，第１層11，第２層12，第３層13，第４層14の４層の
超電導体層が，螺旋状に巻かれた構成になっている。往
路層の周りに絶縁体31，その外側にシールド層29が配置
されており，第５層21，第６層22が，螺旋状に巻かれて
いる。具体的には，前記往路・復路の各層は複数本の超
電導線材を螺旋状に巻いて形成されている。外側のシー
ルド層には内側の通電層とほぼ同じ大きさで逆向きの電
流が流れる。よって，通電層を往路層，シールド層を復
路層として上記の巻きピッチ角をそのまま適用すること
で，三相一括型の超電導ケーブルにおいても偏流を抑制
できる。
電導ケーブルの断面図を示す。その一相分は往路４層，
復路２層の積層型超電導ケーブルからなる。19は通電層
で，第１層11，第２層12，第３層13，第４層14の４層の
超電導体層が，螺旋状に巻かれた構成になっている。往
路層の周りに絶縁体31，その外側にシールド層29が配置
されており，第５層21，第６層22が，螺旋状に巻かれて
いる。具体的には，前記往路・復路の各層は複数本の超
電導線材を螺旋状に巻いて形成されている。外側のシー
ルド層には内側の通電層とほぼ同じ大きさで逆向きの電
流が流れる。よって，通電層を往路層，シールド層を復
路層として上記の巻きピッチ角をそのまま適用すること
で，三相一括型の超電導ケーブルにおいても偏流を抑制
できる。
【００１１】上記電流密度の計算方法を以下に示す。長
さ Z のケーブルの単位長さあたりに関する，各層の線
材の自己，相互インダクタンス m は，(1)式に示すよう
に，ケーブル長手方向に流れる電流成分に対するインダ
クタンス mｚ と，ケーブル周方向に流れる電流成分に
対するインダクタンス mθ の和となる。
さ Z のケーブルの単位長さあたりに関する，各層の線
材の自己，相互インダクタンス m は，(1)式に示すよう
に，ケーブル長手方向に流れる電流成分に対するインダ
クタンス mｚ と，ケーブル周方向に流れる電流成分に
対するインダクタンス mθ の和となる。
【００１２】
【数１】
【００１３】往復ケーブルを考えた場合，Z の影響は打
ち消されるので，数値計算を行う際は Z は任意の正値
にする。各層の導体を半径が層心半径に等しく厚みのな
い円筒で近似した場合，mｚ は(2)式で表される。以
下，これを円周近似と呼ぶ。ただし Rβ は，自己イン
ダクタンスの場合はその層の層心半径，相互インダクタ
ンスの場合は層心半径が大きい方の層の層心半径であ
る。
ち消されるので，数値計算を行う際は Z は任意の正値
にする。各層の導体を半径が層心半径に等しく厚みのな
い円筒で近似した場合，mｚ は(2)式で表される。以
下，これを円周近似と呼ぶ。ただし Rβ は，自己イン
ダクタンスの場合はその層の層心半径，相互インダクタ
ンスの場合は層心半径が大きい方の層の層心半径であ
る。
【００１４】
【数２】
【００１５】また μ０ は透磁率である。各層の導体を
外半径 a, 内半径 b の円筒で近似した場合，(2)式の R
β を，自己インダクタンスを計算する際は(3)式で，相
互インダクタンスを計算する際は(4)式で置き換える。
以下，これを円輪近似と呼ぶ。ただし相互インダクタン
スの場合，a，b は層心半径が大きい方の層の値を用い
る。
外半径 a, 内半径 b の円筒で近似した場合，(2)式の R
β を，自己インダクタンスを計算する際は(3)式で，相
互インダクタンスを計算する際は(4)式で置き換える。
以下，これを円輪近似と呼ぶ。ただし相互インダクタン
スの場合，a，b は層心半径が大きい方の層の値を用い
る。
【００１６】
【数３】
【数４】
【００１７】mθ は(5)式で表すことができる。(5)式に
おいて，φは巻きピッチ角であり，添字αは層心半径が
小さい方の値を，添字βは層心半径が大きい方の層の値
を示している。自己インダクタンスの計算の場合はそれ
らは等しい。
おいて，φは巻きピッチ角であり，添字αは層心半径が
小さい方の値を，添字βは層心半径が大きい方の層の値
を示している。自己インダクタンスの計算の場合はそれ
らは等しい。
【００１８】
【数５】
【００１９】層番号 k の層を流れる電流を Iｋ, その
電流密度を jｋ とし，テープ線材の厚さを t とする
と，(6)式の関係がある。ただし，図４，図５と図３の
電流密度の値は，ここで定義している値と符号を逆にし
ている。
電流密度を jｋ とし，テープ線材の厚さを t とする
と，(6)式の関係がある。ただし，図４，図５と図３の
電流密度の値は，ここで定義している値と符号を逆にし
ている。
【００２０】
【数６】
【００２１】往路が内側４層，復路が外側２層の往復同
軸ケーブルを考える。往路にかかる電圧を Vi, 復路に
かかる電圧を Vo とし，フロー抵抗を無視すると，各層
の電圧の方程式は(7)式で表される。ただし，i は虚数
単位，ωは交流の角周波数で，[L'] は(8)式で示される
行列である。
軸ケーブルを考える。往路にかかる電圧を Vi, 復路に
かかる電圧を Vo とし，フロー抵抗を無視すると，各層
の電圧の方程式は(7)式で表される。ただし，i は虚数
単位，ωは交流の角周波数で，[L'] は(8)式で示される
行列である。
【００２２】
【数７】
【００２３】また，(8)式中の mｉｊ は，(1)〜(5)式よ
り求まる i 層と j 層との相互インダクタンスであり，
i=j の場合は自己インダクタンスとなる。
り求まる i 層と j 層との相互インダクタンスであり，
i=j の場合は自己インダクタンスとなる。
【００２４】
【数８】
【００２５】(7)式より，jｋ (k=1,...,6) について解
くと，(9)式となる。(9)式において，Δは行列 [L'] の
行列式，Δｉｊ は行列 [L'] の余因数，すなわちΔか
ら i行 j 列を取り去って (-1)ｉ＋ｊ を掛けたもので
ある。
くと，(9)式となる。(9)式において，Δは行列 [L'] の
行列式，Δｉｊ は行列 [L'] の余因数，すなわちΔか
ら i行 j 列を取り去って (-1)ｉ＋ｊ を掛けたもので
ある。
【００２６】
【数９】
【００２７】また(9)式において，Vi と Vo の係数をそ
れぞれ aｋ，bｋ と置いている。ケーブルの往路，復路
ともに電流 Iｔｏｔ が流れる条件より，(10)式が得ら
れる。
れぞれ aｋ，bｋ と置いている。ケーブルの往路，復路
ともに電流 Iｔｏｔ が流れる条件より，(10)式が得ら
れる。
【００２８】
【数１０】
【００２９】(6),(9),(10)式をまとめると，(11)式が得
られる。(11)式を解いて Vi，Vo を求め，これを(9)式
に代入すれば各層の電流密度 jｋ を求めることができ
る。
られる。(11)式を解いて Vi，Vo を求め，これを(9)式
に代入すれば各層の電流密度 jｋ を求めることができ
る。
【００３０】
【数１１】
【００３１】往路層において，層心半径が最も小さい層
と２番目に小さい層との，層心半径の差をΔRｉｓ と
し，層心半径が最も大きい層と２番目に大きい層との，
層心半径の差をΔRｏｓ とする。また，往路層におい
て，層心半径が最も大きい層の層心半径を Rｍａｘ と
する。このとき，半径 R を x=(R-(R１-ΔRｉｓ/2))/(R
ｍ ａｘ+ΔRｏｓ/2-(R１-ΔRｉｓ/2)) と変換した値を規
格化層心半径と定義する。偏流を抑制する巻きピッチ角
の組み合わせは，内側の往路層に関して，計算値φ'ｉ
=(y１-y０)(1.39 xｉ ２-0.39 xｉ ３)+y０ で求まる値に
近い。y０ と y１はそれぞれ規格化層心半径が 0 と 1
のときのφ'ｉ の値で，ケーブルの可とう性や超電導線
材の耐曲げ歪み性を考慮して任意に選ぶことができる。
図４に示したφ'ｉ の値は，偏流を抑制できる巻きピッ
チ角φと完全に一致している。ただし，y０ =-8.55，y
１ =18.91 である。
と２番目に小さい層との，層心半径の差をΔRｉｓ と
し，層心半径が最も大きい層と２番目に大きい層との，
層心半径の差をΔRｏｓ とする。また，往路層におい
て，層心半径が最も大きい層の層心半径を Rｍａｘ と
する。このとき，半径 R を x=(R-(R１-ΔRｉｓ/2))/(R
ｍ ａｘ+ΔRｏｓ/2-(R１-ΔRｉｓ/2)) と変換した値を規
格化層心半径と定義する。偏流を抑制する巻きピッチ角
の組み合わせは，内側の往路層に関して，計算値φ'ｉ
=(y１-y０)(1.39 xｉ ２-0.39 xｉ ３)+y０ で求まる値に
近い。y０ と y１はそれぞれ規格化層心半径が 0 と 1
のときのφ'ｉ の値で，ケーブルの可とう性や超電導線
材の耐曲げ歪み性を考慮して任意に選ぶことができる。
図４に示したφ'ｉ の値は，偏流を抑制できる巻きピッ
チ角φと完全に一致している。ただし，y０ =-8.55，y
１ =18.91 である。
【００３２】（実施の形態２）内側の往路層が６層，外
側の復路層が３層の場合について，図５に示す層心半径
のケーブルで偏流を抑制できる巻きピッチ角の組み合わ
せについて検討した。図５のcase1からcase4までの４つ
の巻きピッチ角の組み合わせでは，図５の電流密度が示
しているように偏流が充分に抑制できる。ただしこの電
流密度は円輪近似で求めたものであり，往路と復路に流
れる総電流 Iｔｏｔを 3 kA，各層の厚さ t を 0.25 mm
として計算した。それぞれの巻きピッチ角の組み合わ
せから，最小２乗法を用いて計算すると，case1では y
０ =-16.35，y １ =27.23，case2では y０ =4.18，y１ =
-26.13，case3では y０ =2.57，y１ =26.19，case4では
y０ =-8.79，y１ =26.03 となる。このときのφ'ｉ =
(y１-y０)(1.39 xｉ ２-0.39 xｉ ３)+y０ を図５に示し
たが，φｉ とのずれは最大 0.2°である。
側の復路層が３層の場合について，図５に示す層心半径
のケーブルで偏流を抑制できる巻きピッチ角の組み合わ
せについて検討した。図５のcase1からcase4までの４つ
の巻きピッチ角の組み合わせでは，図５の電流密度が示
しているように偏流が充分に抑制できる。ただしこの電
流密度は円輪近似で求めたものであり，往路と復路に流
れる総電流 Iｔｏｔを 3 kA，各層の厚さ t を 0.25 mm
として計算した。それぞれの巻きピッチ角の組み合わ
せから，最小２乗法を用いて計算すると，case1では y
０ =-16.35，y １ =27.23，case2では y０ =4.18，y１ =
-26.13，case3では y０ =2.57，y１ =26.19，case4では
y０ =-8.79，y１ =26.03 となる。このときのφ'ｉ =
(y１-y０)(1.39 xｉ ２-0.39 xｉ ３)+y０ を図５に示し
たが，φｉ とのずれは最大 0.2°である。
【００３３】（実施の形態３）層心半径がすべて実施の
形態１と等しい，往路４層，復路２層の積層型超電導ケ
ーブルについて検討する。caseAは巻きピッチ角がすべ
て実施の形態１と等しい場合で，φ４ =13.5°である。
caseBは巻きピッチ角がφ４以外はすべて実施の形態１
と等しい場合で，φ４ =13.0°とする。caseCは巻きピ
ッチ角がφ４ 以外はすべて実施の形態１と等しい場合
で，φ４ =12.5°とする。caseDは巻きピッチ角がφ４
以外はすべて実施の形態１と等しい場合で，φ ４ =12.0
°とする。これら４つの場合について，それぞれ円周近
似と円輪近似を用いて計算した各層の電流密度を図３に
示す。円周近似と円輪近似を両方計算しているが，超電
導体中の電流分布についてはいまだ不明確な点があり，
この２つの計算方法で生じる差異程度の不確定さがあ
る。図３より，巻きピッチ角が 1.5°程度ずれても，電
流密度の最大値は円輪近似で 5.3 kA/cm２ である。こ
れはcaseAの最大値である 3.8 kA/cm２ と比べて，高々
４割増程度であり，従来のケーブルに比べれば偏流が充
分小さい。
形態１と等しい，往路４層，復路２層の積層型超電導ケ
ーブルについて検討する。caseAは巻きピッチ角がすべ
て実施の形態１と等しい場合で，φ４ =13.5°である。
caseBは巻きピッチ角がφ４以外はすべて実施の形態１
と等しい場合で，φ４ =13.0°とする。caseCは巻きピ
ッチ角がφ４ 以外はすべて実施の形態１と等しい場合
で，φ４ =12.5°とする。caseDは巻きピッチ角がφ４
以外はすべて実施の形態１と等しい場合で，φ ４ =12.0
°とする。これら４つの場合について，それぞれ円周近
似と円輪近似を用いて計算した各層の電流密度を図３に
示す。円周近似と円輪近似を両方計算しているが，超電
導体中の電流分布についてはいまだ不明確な点があり，
この２つの計算方法で生じる差異程度の不確定さがあ
る。図３より，巻きピッチ角が 1.5°程度ずれても，電
流密度の最大値は円輪近似で 5.3 kA/cm２ である。こ
れはcaseAの最大値である 3.8 kA/cm２ と比べて，高々
４割増程度であり，従来のケーブルに比べれば偏流が充
分小さい。
【００３４】以上の実施の形態１〜３において，復路層
の巻きピッチ角の符号はすべて，往路層の層心半径が最
大の層の巻きピッチ角と逆になっている。
の巻きピッチ角の符号はすべて，往路層の層心半径が最
大の層の巻きピッチ角と逆になっている。
【００３５】以上説明したように、例示した積層型超電
導ケーブルは，以下の２つの条件を満たすことで偏流を
抑制する。１.内側の往路層のすべての巻きピッチが，
規格化層半径 xｉ から求まる巻きピッチ角φ'ｉ =(y１
-y０)(1.39 xｉ ２-0.39 xｉ ３)+y０ からの差が 1.5°
以内の範囲になる。２.復路層の巻きピッチ角の符号は
すべて，往路層の層心半径が最大の層の巻きピッチ角と
逆になる。
導ケーブルは，以下の２つの条件を満たすことで偏流を
抑制する。１.内側の往路層のすべての巻きピッチが，
規格化層半径 xｉ から求まる巻きピッチ角φ'ｉ =(y１
-y０)(1.39 xｉ ２-0.39 xｉ ３)+y０ からの差が 1.5°
以内の範囲になる。２.復路層の巻きピッチ角の符号は
すべて，往路層の層心半径が最大の層の巻きピッチ角と
逆になる。
【００３６】
【発明の効果】本発明の積層型超電導ケーブルによれ
ば，付帯設備などを利用しなくても各層のインピーダン
スが均一化するので，臨界電流が増し，工業上顕著な効
果を奏する。
ば，付帯設備などを利用しなくても各層のインピーダン
スが均一化するので，臨界電流が増し，工業上顕著な効
果を奏する。
【図１】本発明の積層型超電導ケーブルの第１の実施の
形態を示す構造図であり，各層を段切りして示してい
る。
形態を示す構造図であり，各層を段切りして示してい
る。
【図２】図１に示した積層型超電導ケーブルの断面図で
ある。
ある。
【図３】本発明の積層型超電導ケーブルの第３の実施の
形態における，巻きピッチ角の組み合わせと各層の電流
密度との関係を示すグラフである。
形態における，巻きピッチ角の組み合わせと各層の電流
密度との関係を示すグラフである。
【図４】内側の往路層が４層，外側の復路層が２層の場
合について，偏流を抑制できる巻きピッチ角の組み合わ
せの例を示した表である。
合について，偏流を抑制できる巻きピッチ角の組み合わ
せの例を示した表である。
【図５】内側の往路層が６層，外側の復路層が３層の場
合について，偏流を抑制できる巻きピッチ角の組み合わ
せの例を４通り示した表である。
合について，偏流を抑制できる巻きピッチ角の組み合わ
せの例を４通り示した表である。
【図６】今までに製作・試験された超電導ケーブルの一
例を示す構造図であり，各層を段切りして示している。
例を示す構造図であり，各層を段切りして示している。
【図７】シールド層を有する三相一括型超電導ケーブル
の断面図である。
の断面図である。
10・・・往路層の超電導導体 20・・・復路層の超電導導体 19・・・通電層の超電導導体 29・・・シールド層の超電導導体 11・・・第１層の超電導導体 12・・・第２層の超電導導体 13・・・第３層の超電導導体 14・・・第４層の超電導導体 21・・・第５層の超電導導体 22・・・第６層の超電導導体 31・・・電気絶縁体 41・・・第１層の層心半径 42・・・第２層の層心半径 43・・・第３層の層心半径 44・・・第４層の層心半径 45・・・第５層の層心半径 46・・・第６層の層心半径 51・・・コルゲート管と熱絶縁体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 格 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 山口 浩 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 新井 和昭 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 海保 勝之 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院電子技術総合研究所内 Ｆターム(参考） 5G321 AA01 AA11 AA12 BA01 CA05 CA48
Claims (3)
- 【請求項１】 複数の超電導体層が同心上に複合され，
かつ電流の往路と復路を同心上に有する積層型超電導ケ
ーブルにおいて，各層のインダクタンスをそろえるよう
に巻ピッチ角を調整し、往路の各層の巻きピッチ角を規
格化層心半径の３次式によって規定し、かつ復路のすべ
ての層の巻きピッチ角の符号が往路最外層の巻きピッチ
角の逆となることを特徴とする積層型超電導ケーブル。 - 【請求項２】 前記３次式によって規定される巻ピッチ
角は、各層の巻きピッチ角φをφ'-1.5°≦φ≦φ'+1.5
°の範囲内とすると共に、φ'=(y１-y０)(1.39 x２ -0.
39 x３)+y０ とし、ここで、x は規格化層心半径、
y０，y１ は任意の値である請求項１に記載の積層型超
電導ケーブル。 - 【請求項３】 前記往路の各層が通電層を、かつ復路の
各層がシールド層を構成する請求項１又は２に記載の積
層型超電導ケーブル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11202291A JP3051884B1 (ja) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | 積層型超電導ケ―ブル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11202291A JP3051884B1 (ja) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | 積層型超電導ケ―ブル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3051884B1 JP3051884B1 (ja) | 2000-06-12 |
| JP2001035272A true JP2001035272A (ja) | 2001-02-09 |
Family
ID=16455120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11202291A Expired - Lifetime JP3051884B1 (ja) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | 積層型超電導ケ―ブル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3051884B1 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001256841A (ja) * | 2000-03-14 | 2001-09-21 | Toshiba Corp | 超電導ケーブルおよび同ケーブルを用いたマグネット |
| JP2004510300A (ja) * | 2000-09-27 | 2004-04-02 | アイジーシー−スーパーパワー、リミテッド ライアビリティー カンパニー | 低交流損失超電導ケーブル |
| KR100722367B1 (ko) | 2005-09-29 | 2007-05-28 | 한국전기연구원 | 초전도 전력 케이블 및 그 제조방법 |
| WO2011043376A1 (ja) | 2009-10-07 | 2011-04-14 | 国立大学法人九州工業大学 | 超伝導ケーブル、及び交流送電ケーブル |
| JP2013036840A (ja) * | 2011-08-08 | 2013-02-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 臨界電流の測定方法 |
| WO2013077128A1 (ja) * | 2011-11-24 | 2013-05-30 | 住友電気工業株式会社 | 超電導ケーブルの臨界電流測定方法 |
| KR101283351B1 (ko) | 2012-06-22 | 2013-07-10 | 위덕대학교 산학협력단 | 3상 동축형 초전도 전력 케이블 및 케이블의 구조 |
| US9012780B2 (en) | 2013-07-11 | 2015-04-21 | UIDUK University—Academic Coorportion Foundation | 3-coaxial superconducting power cable and cable's structure |
| WO2019172343A1 (ja) | 2018-03-07 | 2019-09-12 | 学校法人中部大学 | 超伝導ケーブル及びその敷設方法 |
| US11482353B2 (en) | 2018-03-07 | 2022-10-25 | Chubu University Educational Foundation | Superconducting cable and installation method of the same |
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|---|---|---|---|---|
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| CN114512275A (zh) * | 2022-03-03 | 2022-05-17 | 华北电力大学 | 一种结构紧凑型大电流低损耗三相同轴高温超导电缆 |
| CN114628076B (zh) * | 2022-03-24 | 2023-10-03 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种二分型三相同轴超导电缆及其设计方法 |
-
1999
- 1999-07-15 JP JP11202291A patent/JP3051884B1/ja not_active Expired - Lifetime
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| WO2011043376A1 (ja) | 2009-10-07 | 2011-04-14 | 国立大学法人九州工業大学 | 超伝導ケーブル、及び交流送電ケーブル |
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| JP5967752B2 (ja) * | 2009-10-07 | 2016-08-10 | 国立大学法人九州工業大学 | 超伝導ケーブル、及び交流送電ケーブル |
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| CN103959050A (zh) * | 2011-11-24 | 2014-07-30 | 住友电气工业株式会社 | 超导电缆的临界电流测量方法 |
| WO2013077128A1 (ja) * | 2011-11-24 | 2013-05-30 | 住友電気工業株式会社 | 超電導ケーブルの臨界電流測定方法 |
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| Publication number | Publication date |
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